CZ2008568A3 - Tichý suchý zip z materiálu s tvarovou pametí - Google Patents

Abstract

Tichý suchý zip charakterizuje použití hácku ze slitiny s tvarovou pametí na alespon jednom ze spojovaných dílu. Užitné vlastnosti zvyšuje soucasné použití permanentních magnetu.

Description

Tichý suchý zip z materiálu s tvarovou pamětí

Oblast techniky

Rozebíratelné spojování dílů tzv. suchým zipem založeným na kombinaci superelastických háčků z materiálů s tvarovou pamětí a magnetických materiálů.

Dosavadní stav techniky

Dosud známé suché zipy typu háček-očko mají dvě části s odlišným povrchem. Jeden povrch je tvořený polem malých háčků z plastu, druhý vrstvou tenkých vláken opět z plastu tvořících uzavřené smyčky. První suché zipy tohoto typu se začaly vyrábět před šedesáti roky.

Původní suché zipy byly založeny na zachytávání háčků, jimiž byl opatřen první spojovaný díl, do oček na druhém spojovaném dílu. Tento princip se osvědčil, přesto jsou známa použití, kde jsou oba povrchy opatřeny háčky. První pokusy byly činěny s bavlnou. V současnosti je většinou používán nylon a polyester. Existují také specifická provedení, v kosmické technice se používají suché zipy, kde na jednom dílu jsou polyesterové háčky a druhý je opatřen oky z teflonu.

Podstatnou nevýhodou dosavadních suchých zipů typu háček-očko je jejích hlučnost. Jsou však i další vlastnosti (citlivost na teplotu, prach, vlhkost), které je možné zlepšit.

Materiály s tvarovou pamětí nebyly a nejsou pro výrobu suchých zipů dosud používány. Byly však řešeny projekty zaměřené na využití tepelné aktivace paměťových prvků ze slitiny titanu a niklu.

Mechanický spoj provedený suchým zipem je relativně pevný a odolný proti působení statické i dynamické síly působící kolmo i tečně k povrchu spoje. Odpojení se provádí pomocí odlupování. Spoj lze spínat a odepínat opakovaně po tisíce cyklů, kvalita spojení se však snižuje s četnosti použití.

·: wr : v ; jh · · » · m » · · * * · * » · *·*« ·· · ·· ·· *· *·

Podstata vynálezu

Tento vynález směřuje především k snížení hlučnosti běžného suchého zipu typu háček-očko tím, že místo plastových okrouhlých háčků a vláknových oček jsou použity háčky vyrobené ze slitiny s tvarovou pamětí, popřípadě doplněné permanentními magnety na obou površích. Pevnost mechanického spoje působící v navrhovaných suchých zipech je tedy založená na kombinaci mechanického kontaktu pomocí superelastických háčků z materiálů s tvarovou pamětí (SMA) a působení magnetických přitažlivých sil. V důsledku použití materiálů s tvarovou pamětí, jiného designu (oba povrchy zipu mohou být stejné) a jiných fyzikálních principů (magnetická síla), mají navrhované tiché suché zipy významně odlišné vlastnosti od běžně používaných suchých zipů.

Slitina s tvarovou pamětí (titan, nikl) se chová superelasticky v širokém teplotním rozsahu od -30°C do 150°C. To znamená, že je-li háček z takového materiálu deformován a po deformaci přestane působit síla, která způsobila tuto deformaci, háček se vrátí do svého původního tvaru. Jednotlivé háčky se pří zapínání a odepínání suchého zipu deformují především v ohybu, a to podstatně odlišným způsobem (napětím vyvolaná martenzitická transformace způsobující nelineární deformační odezvu materiálu do několika procent deformace) než plastové háčky v běžném suchém zipu (elastická deformace). Podstatnou předností mechanismu deformace slitin s tvarovou pamětí pro navrhovaný tichý suchý zip je mechanická hystereze (návrat do původního tvaru nastává při nižší síle). S hysterezí je dále spojeno tlumeni mechanických kmitů háčků. Napětí v háčku roste s rostoucí teplotou, což způsobuje nárůst pevnosti spoje s teplotou.

V důsledku kombinace výše uvedených jevů jsou suché zipy s háčky s tvarovou pamětí výrazně méně hlučné než běžné zipy zhotovené z plastů a mají oproti těmto další přednosti. Zatímco síla magnetického spojení klesá s rostoucí teplotou, síla mechanického spojení háčků roste. Síla magnetického spojení je největší pro nejmenší posunutí ve směru kolmém k povrchu, kdy ještě háčky nejsou plně v kontaktu. Magnetické spojení je pevné hlavně v kolmém směru, zatímco v tečném směru je pevnost spojení zajišťována především háčky ze slitiny s tvarovou pamětí. To znamená, že

V i ?<IJ íir.j fn • · * 9 9 9 9 9 9

999 9· 99 9» 4· ·· pevnost spoje díky magnetickým silám a mechanickému spojení pomocí vzájemně propojených háčků na obou površích zipu se vzájemně doplňují. Permanentní magnety jsou upevněny v podložce obou spojovaných dílů. Díky magnetické přitažlivé síle na sebe oba povrchy při zapínání přesně dosednou. Pevnost spojení je nastavitelná v širokém rozsahu volbou tvaru háčků a nastavením elastických vlastností háčků pomocí tepelného zpracování (žíhání háčků při určité teplotě a po určitou dobu), volbou a rozmístěním permanentních magnetů. Otevření suchých zipů se provádí odlupováním a odpor zipů není větší než u dosud používaných zipů.

Z hlediska funkce tedy mají navrhované suché zipy řadu předností oproti běžným suchým zipům. Jsou méně hlučné, pevnost mechanického spojení je větší, roste s rostoucí teplotou a není ovlivněna prašností. Navrhované suché zipy vyžadují výrazně menší přítlačnou sílu pro vytvoření mechanického spoje částečně díky odlišnému mechanismu a částečně díky magnetické přitažlivé síle, která současně způsobí, že na sebe oba povrchy při zapínání přesně dosednou.

Příklad provedení vyheiJvi-lA

Byly vytvořeny dva identické polymerové filmy o rozměrech 30 mm x 30 mm x 3 mm obsahující pole permanentních válcových magnetů s těsným rozložením. Těsné rozložení znamená, že každý magnet uvnitř pole magnetů se dotýkal čtyř sousedních magnetů. Pole magnetů mělo velikost 20 mm x 20 mm a obsahovalo 16 kusů FeNdB válcových magnetů s následující orientací: Libovolný magnet měl své první (druhé) nejbližší sousední magnety opačně (souhlasně) orientované s magnetizací vždy kolmou k povrchu filmu. Na každý z pružných filmů obsahujících magnety bylo nainstalováno pole háčků ze slitiny titanu a niklu s hustotou 80 háčků najeden cm² takovým způsobem, aby podélná osa háčku byla přibližně kolmá na film a aby rovná část háčku pronikla na druhou stranu filmu. Háčky s průměrem 0,15 mm a poloměrem zahnutí 0,25 mm byly instalovány pouze vně pole magnetů. Háčky byly před instalací vytvořeny pomocí žíhání v požadovaném tvaru při teplotě 350°C po dobu 30 min. Oba filmy měly na jedné své straně pole háčků (zahnutá část háčků) a na druhé straně pole rovných částí háčků. Pole rovných částí háčků byla zalita do tenké vrstvy epoxidu, aby se háčky neuvolnily.

I • ·· . · í. t * «·· • * · · · · »»· · · ·· · »·· · · · · ·· · *·· « ·· ·· *♦ ··

Průmyslová využitelnost

Tichý suchý zip z materiálů s tvarovou pamětí může být využit pro opakované mechanické spojování a odpojování částečně ohebných materiálů (textil, plasty, papír, tenké kovové fólie atd.). Díky snížené hlučnosti nalezne praktické využití zejména v případe, kde vadí hlučnost běžných suchých zipů, ale díky svým ostatním vlastnostem i tam kde se vyžaduje vyšší či nastavitelná pevnost spojení, odolnost vůči mechanickému poškození, funkčnost při vysokých teplotách, přesné zapnutí pomocí magnetické přitažlivé síly nebo nižší přítlačná síla pro vytvoření mechanického spoje.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Tichý suchý zip z materiálu s tvarovou pamětí, kde alespoň jeden ze spojovaných dílů je opatřen háčky, vyznačující se tím, že háčky jsou zhotoveny ze slitiny titanu a niklu.
2. 2. Tichý suchý zip z materiálu s tvarovou pamětí podle nároku I, vyznačující se tím, že první i druhý spojovaný díl je opatřen permanentními magnety.