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FASERVERBUNDSTRUKTURISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Faserverbundstruktur, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser.
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HINTERGRUND
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Heutzutage entwickeln sich elektronische Geräte, Haushaltsgeräte und Industrieanlagen rasant weiter, und der Trend geht immer mehr Richtung qualitativ hochwertiger, miniaturisierter und leichter elektronischer Bauteile. Darüber hinaus ist mit der zunehmenden Diversifizierung der elektronischen Komponenten eine Multifunktionalisierung der Komponenten erforderlich. Außerdem führt die Entwicklung von Informations- und Kommunikationsgeräten, der Automobilindustrie und der Energiewirtschaft dazu, dass aktiv an einem kapazitiven Sensor mit einer hohen Leistungsdichte und hocheffizienten Lade-/Entladerateeigenschaften geforscht wird.
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Der herkömmliche kapazitive Sensor hat jedoch den Nachteil, dass er nicht flexibel ist, da er aus einem starren Substrat oder Metallmaterial gefertigt ist. Daher wird aktiv an der Entwicklung eines kapazitiven Sensormaterials geforscht, das in der Lage ist, die Leitfähigkeit zu erhalten und gleichzeitig Flexibilität aufzuweisen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit den vorgenannten Nachteilen, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Faserverbundstruktur bereitzustellen, die Faserflexibilität aufweist und gleichzeitig die Leitfähigkeit des Flüssigmetalls aufrechterhält.
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Die Aufgaben der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die vorstehend Beschriebenen beschränkt. Die Aufgaben der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung klar verständlich und können durch Mittel realisiert werden, die in den Ansprüchen definiert sind als auch durch eine Kombination hiervon.
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Eine Faserverbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält eine Faserverbundstruktur mit mindestens einer oder mehreren Verbundfasern, die eine Hohlfaser, ein in einen Innenraum der Hohlfaser eingespritztes Flüssigmetall, und einen in das Flüssigmetall eingesetzten Metalldraht, enthalten, wobei die Verbundfasern in einer ineinandergreifenden Struktur angeordnet sein können.
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Bei der ineinandergreifenden Struktur kann es sich um eine Struktur handeln, bei der die Verbundfasern so angeordnet sind, dass ihre Achsen parallel oder nahezu parallel zueinander verlaufen.
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Die Hohlfaser kann ein thermoplastisches Polyesterelastomer (TPEE) enthalten.
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Die Hohlfaser weist einen mittleren Durchmesser von 0,2 mm bis 1 mm auf, und der Innenraum der Hohlfaser kann einen mittleren Durchmesser von 0,1 mm bis 0,9 mm aufweisen.
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Die Hohlfaser kann ein Elastizitätsmodul von 1 MPa (1mm/min) bis 200 MPa (1mm/min) aufweisen.
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Die Hohlfaser kann eine relative Permittivität von 1 bis 10 aufweisen, gemessen bei einer Frequenz von 100 Hz.
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Das Flüssigmetall kann einen spezifischen Widerstand von 3,0 × 10-5 Ω·cm bis 2,5 × 10-5 Ω·cm aufweisen.
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Die Verbundfaser kann ein Elastizitätsmodul von 1 MPa (1mm/min) bis 150 MPa (1mm/min) aufweisen.
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Wenn die Verbundfaser auf 400% gedehnt wird, kann sie einen mittleren Außendurchmesser von 400 um bis 500 um und einen mittleren Innendurchmesser von 200 um bis 300 um aufweisen.
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Der kapazitive Sensor gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Faserverbundstruktur enthalten und legt während seines Betriebs abwechselnd Spannungen mit unterschiedlichen Polaritäten an die Verbundfasern der Faserverbundstruktur an.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer Faserverbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält das Herstellen einer Hohlfaser mit einem Innenraum darin, das Einspritzen eines Flüssigmetalls in den Innenraum der Hohlfaser, das Erhalten einer Verbundfaser, indem ein Metalldraht so eingesetzt wird, dass ein Ende davon in das Flüssigmetall eingesetzt wird und das andere Ende davon nach außen freiliegt, und das Erhalten der Faserverbundstruktur, indem mindestens eine oder mehrere Verbundfasern in einer ineinandergreifenden Struktur angeordnet werden.
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Das Verfahren kann ferner das Dehnen der Verbundfaser nach Erhalten der Verbundfaser enthalten.
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Im Dehnungsschritt kann die Verbundfaser auf 100% bis 500% gedehnt werden.
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Der mittlere Durchmesser der Verbundfaser kann je nach Dehnung auf 30% bis 75% reduziert werden.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, einen kapazitiven Sensor bereitzustellen, bei dem als Reaktion auf den Kontakt mit einem menschlichen Körper eine Kapazitätsänderung auftritt.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, einen kapazitiven Sensor bereitzustellen, bei dem die Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von der Anzahl der Verbundfasern unterschiedlich auftritt.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Faserverbundstruktur mit ausgezeichneter Flexibilität und Reaktionsfähigkeit bereitzustellen.
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Die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die vorstehend Erwähnten beschränkt. Man verstehe, dass die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung alle Wirkungen umfassen, die aus der nachstehenden Beschreibung der vorliegenden Offenbarung abgeleitet werden können.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen hiervon, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, beschrieben, welche nachstehend nur zur Veranschaulichung gegeben sind und somit die vorliegende Offenbarung nicht beschränken, und wobei:
- 1 eine Vorderansicht einer Faserverbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A von 1 zeigt;
- 3 schematisch ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung einer Faserverbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 4 ein Prozessdiagramm ist, das schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Faserverbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 5 die Ergebnisse der Bewertung der physikalischen Eigenschaften von Beispielen und Vergleichsbeispielen der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 6 die Ergebnisse der Messung des Außen- und Innendurchmessers gemäß der Dehnung des Beispiels der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 7 die Ergebnisse der Widerstandsmessung gemäß der Dehnung des Beispiels der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 8A und 8B die Ergebnisse der Kapazitätsmessung in Abhängigkeit von der Anzahl der Verbundfasern zeigen; und
- 9 und 10 die Ergebnisse der Kapazitätsmessung bei Kontakt mit dem menschlichen Körper zeigen, während die Anzahl der Verbundfasern geändert wurde.
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Man verstehe, dass die beiliegenden Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale darstellen, die die Grundprinzipien der Offenbarung veranschaulichen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z.B. spezifischer Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden im Einzelnen durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt.
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In den Zeichnungen beziehen sich die Referenznummern über die verschiedenen Abbildungen der Zeichnung auf die gleichen oder gleichwertigen Abschnitte der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorstehend beschriebenen Aufgaben und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus den folgenden bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen klar verständlich. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden. Die Ausführungsformen werden nur vorgeschlagen, um ein gründliches und vollständiges Verständnis des Offenbarungsgehalts bereitzustellen und den Fachmann über das technische Konzept der vorliegenden Erfindung ausreichend zu informieren.
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Bei der Beschreibung der jeweiligen Zeichnungen wurden gleiche Referenznummern für gleiche Komponenten verwendet. In den beiliegenden Zeichnungen sind die Abmessungen der Strukturen aus Gründen der Klarheit der vorliegenden Offenbarung gegenüber der Realität vergrößert. Begriffe wie „erste“ und „zweite“ können verwendet werden, um verschiedene Komponenten zu beschreiben, aber die Komponenten sollten nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um eine Komponente von einer anderen Komponente zu unterscheiden. So kann beispielsweise die erste Komponente als zweite Komponente bezeichnet werden, ohne dass dies vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abweicht, und in ähnlicher Weise kann die zweite Komponente auch als erste Komponente bezeichnet werden. Singuläre Ausdrücke können die Bedeutung von Pluralausdrücken einschließen, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht.
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Man verstehe, dass die Ausdrücke „enthalten (oder umfassen)“, „aufweisen (oder darauf vorgesehen sein)“ und dergleichen, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Gegenwart der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Handlungen, Komponenten, Teile oder Kombinationen hiervon angeben, jedoch die Gegenwart oder Zugabe von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Handlungen, Komponenten, Teilen oder Kombinationen hiervon nicht ausschließen. Man verstehe auch, dass, wenn ein Abschnitt wie eine Schicht, eine Folie, ein Bereich, Blatt, oder dergleichen als „auf“ einem anderen Abschnitt bezeichnet wird, dies nicht nur den Fall einschließt bei dem dieser „direkt auf“ einem anderen Abschnitt liegt, sondern auch den Fall, bei dem ein Abschnitt dazwischen angeordnet ist. Man verstehe auch, dass, wenn ein Abschnitt einer Schicht, Folie, einem Bereich, einem Blatt oder dergleichen als „unter“ einem anderen Element bezeichnet wird, dies nicht nur den Fall einschließt bei dem dieser „direkt unter“ einem anderen Abschnitt liegt, sondern auch den Fall, bei dem ein Abschnitt dazwischen angeordnet ist.
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Sofern nicht anders angegeben, stellen alle Zahlen, Werte und/oder Ausdrücke, die sich auf Mengen von Inhaltsstoffen, Reaktionsbedingungen, Polymerzusammensetzungen und Verbindungen beziehen, die in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, Näherungen dar, die in allen Fällen durch den Begriff „etwa“ zu modifizieren sind, da solche Zahlen Näherungswerte sind, die unter anderem die verschiedenen Messunsicherheiten widerspiegeln, die bei der Ermittlung solcher Werte auftreten. Wenn in dieser Beschreibung numerische Bereiche angegeben werden, sind diese Bereiche kontinuierlich und umfassen alle Werte zwischen dem Minimum und dem Maximum (einschließlich) der Bereiche, sofern nichts anderes angegeben ist. Wenn sich solche Bereiche ferner auf ganze Zahlen beziehen, so sind alle ganzen Zahlen zwischen dem Minimum und dem Maximum (einschließlich) eingeschlossen, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Faserverbundstruktur
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1 zeigt eine Vorderansicht einer Faserverbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung. Bezugnehmend auf 1 kann die Faserverbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Verbundfaser, die mit einer Hohlfaser versehen ist, ein in den Innenraum der Hohlfaser eingespritztes Flüssigmetall und ein in das Flüssigmetall eingesetzten Metalldraht enthalten.
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Im Gegensatz zu den bestehenden kapazitiven Sensoren aus einem harten Substrat oder Metallmaterial, bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen kapazitiven Sensor, dessen Kapazität sich als Reaktion auf den Kontakt mit einem menschlichen Körper durch eine ineinandergreifende Struktur von Verbundfasern aus Hohlfasern und Flüssigmetall ändert. Da die Verbundfaser durch Einspritzen des Flüssigmetalls in die Hohlfaser hergestellt wird, ist es möglich, gleichzeitig die Flexibilität der Faser und die Leitfähigkeit des Flüssigmetalls beizubehalten, was eine schnelle Reaktionsfähigkeit ermöglicht.
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Die Hohlfaser kann einen Innenraum aufweisen, der sich entlang der Faserlängsrichtung erstreckt.
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Die Hohlfaser enthält thermoplastisches Polyesterelastomer (TPEE) und vorzugsweise mindestens eines von Poly(styrol-b-ethylen-co-butylen-b-styrol)-Triblock-Copolymeren (SEBS) und Silikon.
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Die Hohlfaser der vorliegenden Offenbarung verwendet ein thermoplastisches Elastomer auf Polyesterbasis mit einer hohen Dehnung als Reaktion auf eine äußere Spannung. Wenn kein Material mit einer so hohen Dehnung wie die des thermoplastischen Elastomers auf Polyesterbasis als Hohlfaser verwendet wird, kann es schwierig sein, den Durchmesser des Metalldrahtes durch Dehnen der Hohlfaser einzustellen.
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Die Hohlfaser kann einen mittleren Durchmesser von 0,2 mm bis 1 mm aufweisen. Wenn der mittlere Durchmesser der Hohlfasern größer als 1 mm ist, würde nach dem Einspritzen des Flüssigmetalls ein Problem der Undichte auftreten.
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Der Innenraum der Hohlfaser kann einen mittleren Durchmesser von 0,1 mm bis 0,9 mm aufweisen.
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Die Hohlfaser kann ein Elastizitätsmodul von 100 MPa bis 200 MPa aufweisen.
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In der vorliegenden Offenlegung kann die Dehnungsgrenze der Hohlfaser in Abhängigkeit vom Elastizitätsmodul der Hohlfaser variieren, und der Durchmesser und die Länge des hergestellten Metalldrahtes können ebenfalls variieren.
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Dabei bezieht sich die Dehnungsgrenze auf die maximale Dehnung, bei der die Hohlfaser zusammen mit dem im Innenraum enthaltenen Flüssigmetall gedehnt werden kann. Das heißt, wenn die Dehnungsgrenze überschritten wird, kann die Hohlfaser zwar weiter gedehnt werden, aber das Flüssigmetall wird nicht mehr gedehnt.
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Die Hohlfaser kann ein Elastizitätsmodul von 1 MPa bis 200 MPa aufweisen.
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Die Hohlfaser kann eine relative Permittivität von 1 bis 10 aufweisen, gemessen bei einer Frequenz von 100 Hz.
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Das Flüssigmetall kann Gallium oder eine galliumhaltige Legierung sein. Es kann zum Beispiel eine eutektische Gallium-Indium-Legierung sein.
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Das Flüssigmetall kann einen spezifischen Widerstand von 3,0 × 10-5 Ω·cm bis 2,5 × 10-5 Ω·cm aufweisen.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie A von 1. In 2 füllt das Flüssigmetall den Innenraum der Hohlfaser vollständig aus, so dass seine Form an die des Innenraums angepasst ist.
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Der Metalldraht kann mindestens eine Art von Aluminium (Al), Zink (Zn), Zinn (Sn) und Kupfer (Cu) enthalten und vorzugsweise aus Kupfer (Cu) sein.
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Die Verbundfaser kann ein Elastizitätsmodul von 1 MPa bis 150 MPa aufweisen.
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Wenn die Verbundfaser auf 400% gedehnt ist, kann sie einen mittleren Außendurchmesser von 400 um bis 500 um und einen mittleren Innendurchmesser von 200 um bis 300 um aufweisen.
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Die Faserverbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung kann mindestens eine oder mehrere Verbundfasern enthalten, und die Verbundfasern können in einer ineinandergreifenden Struktur angeordnet sein.
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1 zeigt eine Vorderansicht einer Faserverbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung. Unter Bezugnahme auf die 1 oben kann sich, wie hierin verwendet, die ineinandergreifende Struktur auf eine Struktur beziehen, in der die Verbundfasern so angeordnet sind, dass ihre Achsen parallel oder nahezu parallel zueinander sind. Wenn die Verbundfasern in einer ineinandergreifenden Struktur wie in der vorliegenden Offenbarung angeordnet sind, besteht der Vorteil darin, dass der Energiespeichereffekt mit der Anzahl der Fasern zunimmt, was für die Verwendung in einem kapazitiven Sensor vorteilhaft sein kann.
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Kapazitiver Sensor
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Der kapazitive Sensor gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Faserverbundstruktur enthalten und legt während seines Betriebs abwechselnd Spannungen mit unterschiedlichen Polaritäten an die Verbundfasern der Faserverbundstruktur an. Insbesondere legt er die Spannungen abwechselnd so an, dass die Polaritäten der Spannungen zwischen benachbarten Verbundfasern einander entgegengesetzt sind. Die obengenannten Merkmale können zu dem Vorteil führen, dass sie die Abkehr von einem Sensor mit parallelen Platten ermöglichen, was mit einem Fasertyp nicht möglich wäre, und somit zu einem besseren kapazitiven Sensor führen.
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Im Falle des vorstehend erwähnten kapazitiven Sensors kann die Kapazitätsänderung abhängig von Anzahl der Verbundfasern unterschiedlich sein. Es ist zu erwarten, dass der kapazitive Sensor der vorliegenden Offenbarung durch die parallele Verbindung der Fasern die gleiche Wirkung wie ein zweidimensionales Material erzielt, ohne dass die Fasern ineinandergreifend verbunden werden müssen. Darüber hinaus steigt die Leistung des Sensors mit der Anzahl der miteinander verbundenen Fasern.
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Der vorstehend erwähnte kapazitive Sensor kann eine Kapazitätsabnahme feststellen, die durch den Kontakt mit einem menschlichen Körper, der eine Art Leiter ist, verursacht wird.
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Darüber hinaus kann er auch im verformten Zustand noch eine Reaktionsfähigkeit auf äußere Reize beibehalten und aufgrund des einfachen Verfahrens in Zukunft in Massenproduktion hergestellt werden, so dass er für tragbare elektronische Geräte, elektronische Fahrzeugteile und Ähnliches verwendet werden kann.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Faserverbundstruktur im Detail beschrieben.
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Verfahren zur Herstellung einer Faserverbundstruktur
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3 zeigt schematisch ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung einer Faserverbundstruktur der vorliegenden Offenbarung. 4 ist ein Prozessdiagramm, das schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Faserverbundstruktur der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Unter Bezugnahme auf die 3 und 4, enthält das Verfahren zur Herstellung einer Faserverbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung bei S100 das Herstellen einer Hohlfaser mit einem Innenraum darin, bei S200 das Einspritzen eines Flüssigmetalls in den Innenraum der Hohlfaser, bei S300 das Erhalten einer Verbundfaser, indem ein Metalldraht eingesetzt wird, so dass ein Ende davon in das Flüssigmetall eingesetzt wird und das andere Ende davon nach außen freiliegt, und bei S400 das Erhalten der Faserverbundstruktur, indem mindestens eine oder mehrere Verbundfasern in einer ineinandergreifenden Struktur angeordnet werden.
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Zunächst kann in Schritt S100 eine Hohlfaser mit einem Innenraum hergestellt werden. Aus der 4 oben ist ersichtlich, dass der Innenraum in der Hohlfaser entlang der Faserlängsrichtung ausgebildet ist. Die Hohlfaser kann um bis zu 1400% gedehnt werden. Die Hohlfaser ist in ähnlicher Weise konfiguriert, wie oben im Hinblick auf die Faserverbundstruktur beschrieben.
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Als nächstes kann in Schritt S200 ein Flüssigmetall in den Innenraum der Hohlfaser eingespritzt werden. Obwohl das Verfahren zum Einspritzen des Flüssigmetalls nicht auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt ist, wurde es in der vorliegenden Offenbarung durch eine Spritze eingespritzt. Es ist ersichtlich, dass das Flüssigmetall vollständig in den Innenraum der Hohlfaser gefüllt ist und die Lösung in Übereinstimmung mit der Form des Innenraums gefüllt ist.
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Trotz der Flüssigmetallfüllung gibt es keine signifikante Veränderung der Bruchstelle. Das Flüssigmetall ist ähnlich wie oben in Verbindung mit der Faserverbundstruktur beschrieben konfiguriert.
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Anschließend kann in Schritt S300 eine Verbundfaser erhalten werden, indem ein Metalldraht eingesetzte wird. Ein Ende des Metalldrahtes wird in das Flüssigmetall eingesetzt, das andere Ende kann nach außen freiliegen und zur Kapazitätsmessung an eine Stromquelle angeschlossen werden.
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Zu diesem Zeitpunkt kann der Schritt S300 ferner das weitere Dehnen der Verbundfaser beinhalten. Im Dehnungsschritt kann die Verbundfaser auf 100% bis 500% gedehnt werden.
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Der mittlere Durchmesser der Verbundfaser kann je nach Dehnung auf 30% bis 75% reduziert werden. Wenn die Verbundfaser auf 400% gedehnt ist, kann sie einen mittleren Außendurchmesser von 400 um bis 500 um und einen mittleren Innendurchmesser von 200 um bis 300 um aufweisen.
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Da die Verbundfaser hergestellt und dann gedehnt wird, ist es möglich, eine dünnere Verbundfaser herzustellen. Der Metalldraht und die Verbundfaser sind ähnlich konfiguriert wie oben im Hinblick auf die Faserverbundstruktur beschrieben.
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Schließlich kann in Schritt S400 eine Faserverbundstruktur erhalten werden, indem die Verbundfasern in einer ineinandergreifenden Struktur angeordnet werden. Die Faserverbundstruktur ist ähnlich konfiguriert wie oben beschrieben.
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Im Folgenden wird die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele im Detail beschrieben. Das technische Konzept der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
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Beispiel 1
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Eine Verbundfaser wurde hergestellt, indem ein Flüssigmetall, eine eutektische Gallium-Indium-Legierung (EGaIn), in den Innenraum eines thermoplastischen Polyesterelastomers (TPEE) mit einem Außendurchmesser von 800 um, einem Innendurchmesser von 450 um, einem Elastizitätsmodul von 1,83 MPa (1 mm/min) und einem Durchmesser von 450 µm eingespritzt wurde. Ein elektrisches Signal wurde gemessen, indem ein verzinnter, geglühter Kupferdraht als Metalldraht eingesetzt wurde.
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Vergleichsbeispiel 1
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Mit Ausnahme der Verfahren zum Einspritzen des Flüssigmetalls in die Hohlfaser und zum Einsetzen des Metalldrahtes wurde das Vergleichsbeispiel 1 auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
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Versuchsbeispiel 1: Bewertung der physikalischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Flüssigmetall in der Hohlfaser
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Nachdem die Verbundfasern aus Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 jeweils hergestellt wurden, wurden mit ihnen Versuche im nicht gedehnten Zustand durchgeführt, um die physikalischen Eigenschaften mit einem Zugprüfgerät zu bewerten. Die Ergebnisse sind in 5 dargestellt.
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5 zeigt die Ergebnisse der Bewertung der physikalischen Eigenschaften von Beispielen und Vergleichsbeispielen der vorliegenden Offenbarung. Aus 5 ist ersichtlich, dass die Dehnung von Beispiel 1 1450% beträgt, während die Dehnung von Vergleichsbeispiel 1 1365% beträgt. Außerdem ist zu erkennen, dass das Elastizitätsmodul von Beispiel 1 98,6 MPa beträgt, während das Elastizitätsmodul von Vergleichsbeispiel 1 183 MPa beträgt.
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Das heißt, dass durch die obigen Ergebnisse bestätigt werden kann, dass, obwohl das Elastizitätsmodul in dem Beispiel, in dem das Flüssigmetall eingespritzt wurde, im Vergleich zum Vergleichsbeispiel abnimmt, der Grad an Flexibilität immer noch über einem bestimmten Niveau beibehalten wird und es somit keine abrupte Änderung der physikalischen Eigenschaften aufgrund des Einspritzens des Flüssigmetalls gibt.
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Versuchsbeispiel 2: Veränderung des Außen- und Innendurchmessers der Verbundfaser in Abhängigkeit von der Dehnung
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Es wurde ein Versuch zur Messung der Außen- und Innendurchmesser entsprechend der Dehnung der in Beispiel 1 hergestellten Verbundfaser durchgeführt. Die Ergebnisse sind in 6 dargestellt.
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6 zeigt die Ergebnisse der Messung des Außen- und Innendurchmessers in Abhängigkeit von der Dehnung des Beispiels der vorliegenden Offenbarung. Aus 6 ist ersichtlich, dass der Außen- und Innendurchmesser der Verbundfaser mit zunehmender Dehnung abnimmt. Darüber hinaus kann bestätigt werden, dass bei einer Dehnung von 400% der mittlere Außendurchmesser 425 µm und der mittlere Innendurchmesser 258 µm beträgt. Da die Verbundfaser der vorliegenden Offenbarung nach der Herstellung der Verbundfaser durch Einspritzen von Flüssigmetall in die nicht gedehnte Hohlfaser gedehnt wird, ist es möglich, eine Faser mit einem sehr kleinen Durchmesser herzustellen.
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Versuchsbeispiel 3: Bewertung der Widerstandsfähigkeit der Verbundfaser in Abhängigkeit von der Dehnung
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Es wurde ein Versuch durchgeführt, um die Widerstandsfähigkeit der in Beispiel 1 hergestellten Verbundfaser zu bewerten. Die Ergebnisse sind in 7 dargestellt.
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7 zeigt die Ergebnisse der Widerstandsmessung in Abhängigkeit von der Dehnung des Beispiels der vorliegenden Offenbarung. Aus 7 ist ersichtlich, dass es möglich ist, die Länge der Verbundfaser auch nach ihrer Dehnung aufgrund ihrer Eigenschaften zu fixieren. Dieser Effekt kann auf die thermoplastischen Eigenschaften dieser Verbundfaser zurückgeführt werden, und die Faser kann in einem verformten Zustand gehalten werden, ohne dass sich das Flüssigmetall im Inneren der Verbundfaser verfestigt. Wie im obigen Versuch kann bestätigt werden, dass es möglich ist, dass die Verbundfaser selbst nach 200% Dehnung aufgrund der Fließfähigkeit des Flüssigmetalls einen gewissen Widerstand beibehalten kann.
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Versuchsbeispiel 4: Veränderung der Kapazität in Abhängigkeit von der Anzahl der Verbundfasern
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Ein kapazitiver Sensor wurde unter Verwendung der in Beispiel 1 hergestellten Verbundfaser hergestellt. (Im Fall von Versuchsbeispiel 4, nicht gedehnt)
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Nachdem die in Beispiel 1 hergestellten Verbundfasern in einer ineinandergreifenden Struktur angeordnet wurden, wurde mit einem externen Messgerät die Kapazitätsänderung bei Kontakt mit dem menschlichen Körper gemessen. Diese Struktur fungiert als Kontaktsensor.
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Es wurde ein Versuch durchgeführt, um die Änderung der Kapazität durch Anpassen der Anzahl der Verbundfasern des kapazitiven Sensors zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in 8A und 8B dargestellt.
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8A und 8B zeigen die Ergebnisse der Kapazitätsmessung in Abhängigkeit von der Anzahl der Verbundfasern. Aus 8A ist ersichtlich, dass der Kapazitätswert mit zunehmender Anzahl der Verbundfasern linear ansteigt. Darüber hinaus kann man in 8B als Ergebnis der Bestätigung der Stabilität bei verschiedenen Frequenzen feststellen, dass kein abrupter Abfall des Kapazitätswertes auftritt.
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Daher kann der Benutzer den Kapazitätswert einstellen, indem die Anzahl der Fasern angepasst wird, und es ist zu erkennen, dass die Grundleistung bei verschiedenen Frequenzen nicht abnimmt.
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Versuchsbeispiel 5: Veränderung der Kapazität bei Kontakt mit dem menschlichen Körper in Abhängigkeit von der Anzahl der Verbundfasern (Dehnung X)
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Es wurde ein Versuch durchgeführt, um die Änderung der Kapazität in Abhängigkeit von der Anzahl der Verbundfasern zu ermitteln, sobald der menschliche Körper den kapazitiven Sensor berührt. Der Versuch wurde mit dem in Versuchsbeispiel 4 hergestellten kapazitiven Sensor durchgeführt. Die Ergebnisse sind in 9 dargestellt.
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9 zeigt die Ergebnisse der Kapazitätsmessung bei Kontakt mit dem menschlichen Körper, während sich die Anzahl der Verbundfasern ändert. Aus 9 ist ersichtlich, dass die Kapazität abnimmt, sobald der menschliche Körper, der eine Art Leiter ist, den kapazitiven Sensor berührt. Daher kann bestätigt werden, dass der Wert der Kapazitätsänderung durch Anpassen der Anzahl der Verbundfasern eingestellt werden kann.
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Versuchsbeispiel 6: Änderung der Kapazität bei Kontakt mit dem menschlichen Körper in Abhängigkeit von der Anzahl der Verbundfasern (Dehnung O)
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Es wurde ein Versuch durchgeführt, um die Änderung der Kapazität in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Anzahl von Verbundfasern zu ermitteln, sobald der menschliche Körper den in Versuchsbeispiel 4 hergestellten kapazitiven Sensor berührt. Der in Versuchsbeispiel 6 verwendete kapazitive Sensor ist derselbe wie in Versuchsbeispiel 5, mit der Ausnahme, dass während der Herstellung der Faserverbundstruktur der Dehnungsschritt der Verbundfaser zusätzlich nach Schritt S300 durchgeführt wurde, um die Verbundfaser auf 200% zu dehnen. Die Ergebnisse sind in 10 dargestellt.
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10 zeigt die Ergebnisse der Kapazitätsmessung bei Kontakt mit dem menschlichen Körper, während die Anzahl der Verbundfasern verändert wird. Aus 10 ist ersichtlich, dass die Kapazität abnimmt, sobald der menschliche Körper, der eine Art Leiter ist, den kapazitiven Sensor berührt. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass, obwohl die Außen- und Innendurchmesser jeder Faser aufgrund der 200%igen Dehnung auf 30% oder mehr reduziert wurden, dennoch ein gewisses Leistungsniveau beibehalten wird.
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Es kann also bestätigt werden, dass selbst bei gedehnten Verbundfasern ein gewisses Leistungsniveau beibehalten werden kann.
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Daher kann die Faserverbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden, indem ein Flüssigmetall in eine Hohlfaser mit Flexibilität eingespritzt wird, um eine Verbundfaser herzustellen, und die Verbundfasern in einer ineinandergreifenden Struktur angeordnet werden, und ein kapazitiver Sensor, der in der Lage ist, eine Kapazitätsänderung aufgrund des Kontakts mit dem menschlichen Körper auch nach einer Dehnung zu erfassen, und der in der Lage ist, die Kapazität in Abhängigkeit von der Anzahl komplexer Fasern einzustellen, kann durch abwechselndes Anlegen der Polaritäten von Spannungen an den kapazitiven Sensor, an dem die Faserverbundstruktur angebracht ist, implementiert werden.
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Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorstehend beschrieben wurden, erkennt der Fachmann, auf den sich die vorliegende Offenbarung bezieht, dass die vorliegende Offenbarung in anderen spezifischen Formen verkörpert werden kann, ohne von dem technischen Konzept oder den wesentlichen Merkmalen davon abzuweichen. Daher sind die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen in jeder Hinsicht als nicht einschränkend und illustrativ zu verstehen.
