ES2642098T3

ES2642098T3 - Estructura de hilo compuesto

Info

Publication number: ES2642098T3
Application number: ES15169045.0T
Authority: ES
Inventors: Özgür Cobanoglu; Deniz Iyidogan; Özgür Akdemir
Original assignee: Sanko Tekstil Isletmeleri Sanayi ve Ticaret AS
Current assignee: Sanko Tekstil Isletmeleri Sanayi ve Ticaret AS
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2035-05-22
Also published as: CN107896497A; DK3298634T3; BR112017024870A2; WO2016188853A1; ES2746298T3; US11437562B2; PT3298634T; DK3096368T3; HK1250839B; EP3298634B1; JP6952607B2; PL3096368T3; BR112017024870B1; PL3298634T3; EP3096368B1; CN107896497B; US20180151795A1; JP2018521501A; EP3096368A1; PT3096368T

Description

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DESCRIPCION

Estructura de hilo compuesto

La presente invencion versa acerca de una estructura de hilo compuesto, en particular acerca de una estructura piezoelectrica de hilo en los campos de ingenierfa de construccion textil y de ffsica de dispositivos flexibles.

La piezoelectricidad es la carga electrica que se genera en ciertos materiales en respuesta a un esfuerzo mecanico aplicado. En general, los materiales piezoelectricos desarrollan un potencial electrico a traves de capas definidas del material por presion, deformacion o impulsos o una combinacion de los mismos.

El efecto piezoelectrico es reversible, es decir, los materiales en los que se genera una carga electrica por un esfuerzo mecanico aplicado tambien exhiben la generacion interna de una deformacion mecanica resultante de un campo electrico aplicado. Los fenomenos piezoelectricos son conocidos y han sido estudiados durante mas de un siglo.

Se utilizan dispositivos piezoelectricos en muchos campos tecnicos, por ejemplo en valvulas y para aplicaciones de deteccion y de aprovechamiento de energfa. En particular, el aprovechamiento de energfa en textiles ha sido investigado activamente; con este fin se han proporcionado hilos piezoelectricos.

El documento WO 2014/161920 da a conocer un procedimiento para producir una fibra piezoelectrica y piroelectrica, en el que la fibra tiene un material de alma que comprende un material compuesto termoplastico flexible electricamente conductor que comprende al menos un polfmero y al menos un material de carga conductor. La fibra comprende, ademas, un material circundante fabricado de un polfmero polarizable permanentemente.

Por lo tanto, tal documento da a conocer un hilo que tiene un centro conductor rodeado por un polfmero en el que dicho hilo consigue caracterfsticas piezoelectricas.

El hilo piezoelectrico puede ser trenzado adicionalmente junto con un hilo conductor.

El documento EP 0187829 B1 da a conocer una estructura de cable que permite una respuesta piezoelectrica sensible en un cable coaxial piezoelectrico. Con este fin, el cable coaxial tiene un alma polimerica conductora que comprende un material polimerico en el que se proporcionan partfculas conductoras, una capa polimerica piezoelectrica que rodea el alma polimerica conductora y un conductor externo que rodea la capa polimerica piezoelectrica. El cable tambien esta dotado de una camisa externa de proteccion.

El documento GB 2516987 da a conocer un tejido que tiene una estructura separadora tridimensional, que comprende un material piezoelectrico que actua como un separador entre capas de tejido tricotado o de calada, para aprovechar energfa mediante la conversion de energfa mecanica en energfa electrica. Las capas de tejido comprenden fibras conductoras, mientras que los hilos separadores piezoelectricos de interconexion comprenden fibras piezoelectricas, que pueden ser monofilamentosas y/o multifilamentosas. De forma alternativa, las capas primera y segunda pueden comprender materiales de tejido resistentes o similares a una pelfcula.

En el documento US 6271621 se puede encontrar un ejemplo adicional de la tecnica anterior. Un problema comun de los tejidos piezoelectricos conocidos es que la intensidad del efecto piezoelectrico esta limitada. Para mejorar el aprovechamiento de energfa, se estan llevando a cabo varios estudios sobre las estructuras de tejido que podrfan mejorar la cantidad de energfa generada.

Un objetivo de la presente invencion es aumentar la produccion de energfa en un tejido que comprende hilos piezoelectricos.

Un objetivo adicional de la invencion es proporcionar un hilo piezoelectrico con un mayor efecto piezoelectrico.

Se consiguen estos y otros objetivos mediante una estructura de hilo que tiene las caracterfsticas enumeradas en la reivindicacion 1.

De forma general, la invencion versa acerca de una estructura de hilo compuesto que tiene un primer elemento que comprende un monofilamento flexible coaxial de dos componentes que incluye un componente conductor y un componente termoplastico que exhibe propiedades piezoelectricas; al menos un segundo elemento conductor dispuesto en torno a al menos parte del primer elemento para proporcionar un hilo piezoelectrico, caracterizado porque dicho hilo piezoelectrico tiene propiedades auxeticas.

Las realizaciones preferentes son el objeto de las reivindicaciones dependientes.

Con mas detalle, la invencion versa acerca de una estructura de hilo compuesto que tiene:

- un primer elemento que comprende un monofilamento flexible coaxial de dos componentes que incluye un componente conductor y un componente termoplastico que exhibe propiedades piezoelectricas,

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- al menos un segundo elemento trenzado en torno al primer elemento,

en la que el segundo elemento tiene una elasticidad menor con respecto a la elasticidad del primer elemento, de forma que, tras el alargamiento de la estructura de hilo en una primera direccion, la estructura de hilo se expande en una segunda direccion, por lo que se aumentan las dimensiones del hilo en las direcciones tanto primera como segunda para generar una fuerza adicional sobre dicho componente piezoelectrico del primer elemento.

El segundo elemento es un elemento conductor o comprende un elemento conductor para proporcionar el efecto piezoelectrico requerido. El segundo elemento puede ser inelastico, es decir, puede tener una capacidad limitada de estiramiento (alargamiento), inferior que las propiedades de estiramiento (alargamiento) del primer elemento; en otras palabras, el segundo elemento no se alarga o se alarga muy poco.

El comportamiento del hilo es comparable o identico al comportamiento de un hilo auxetico; teniendo elasticidad reducida la limitacion contra el alargamiento proporcionada por el segundo elemento o, en otras palabras, una rigidez elevada obliga que el primer elemento filamentoso se expanda transversalmente con respecto a la direccion del alargamiento, flexionandose y trenzandose en torno al segundo elemento estirado. En otras palabras, en una condicion no estirada del hilo compuesto de la presente invencion la forma del primer elemento tiene una forma sustancialmente rectilfnea; se trenza el segundo elemento en torno al primer elemento rectilfneo en una espiral.

Tras el estiramiento, se lleva el segundo elemento a una forma sustancialmente o casi rectilfnea, en la direccion de estiramiento - alargamiento, una vez que se ha traccionado el segundo elemento hasta una condicion sustancialmente rectilfnea, no puede ser estirado adicionalmente debido a sus propiedades inelasticas, es decir, debido a que el segundo elemento no puede ser alargado de la misma forma que el primer elemento. Este cambio de estado del segundo elemento no elastico del hilo de la presente invencion obliga que el primer elemento elastico cambie de su forma rectilfnea inicial hasta un estado helicoidal/sinusoidal en el que se trenza el primer elemento en torno al segundo elemento. El resultado es un aumento en las dimensiones generales del hilo, en concreto de la anchura total del hilo; por lo tanto, se puede decir que el hilo compuesto tiene propiedades auxeticas.

La invencion proporciona una nueva clase de estructuras de hilo que pueden crear, por medio de una combinacion de un efecto auxetico y uno piezoelectrico, una mayor diferencia de potencial electrico entre dos conductores.

Otro objeto de la invencion es un artfculo que aprovecha tal combinacion de los efectos auxeticos y piezoelectrico para aumentar la diferencia de potencial electrico creado en el artfculo. Los artfculos ejemplares son tejidos, prendas de vestir, ropa y cuerdas.

Otro objeto de la invencion es proporcionar un hilo textil y un tejido que incluye tales hilos textiles que pueden emplearse en una aplicacion, tales como sensores textiles.

Se conocen los materiales auxeticos desde finales de la decada de 1980. Los materiales auxeticos son materiales que aumentan de grosor y/o de anchura en una primera direccion, tras estirarse en una segunda direccion perpendicular a la primera direccion, al contrario que muchos materiales normales. Tambien se conoce el comportamiento contrario, en concreto el estrechamiento por presion, en vez de ensancharse como cabe esperar de materiales normales.

Se han empleado tejidos auxeticos en un numero limitado de usos especfficos, tales como sensores, filtros y vendajes inteligentes. Segun se ha mencionado, un efecto de la invencion es que cuando se somete a la estructura de hilo a una fuerza que actua en una direccion axial, toda la estructura tambien se expande en una direccion transversal, dando lugar a un efecto auxetico.

Dado que la estructura de hilo es piezoelectrica, la combinacion de las propiedades de auxeticidad y de piezoelectricidad en un unico hilo aumenta la presion producida sobre el material piezoelectrico por efecto de la expansion del hilo; por ende, se aumenta la diferencia de potencial electrico generado.

Segun una realizacion ejemplar de la invencion, tras el alargamiento de la estructura de hilo en una primera direccion, se estira el segundo elemento hasta una posicion casi rectilfnea y deforma el primer elemento de tal forma que se conforme el primer elemento de forma helicoidal en la segunda direccion, en torno al primer elemento.

Un efecto de esta realizacion es que cuando se utiliza la estructura de hilo en un tejido, el efecto auxetico aumenta la anchura de todos los hilos piezoelectricos en el tejido, un fenomeno que produce una presion adicional a traves de todos los componentes piezoelectricos, dando lugar a un desarrollo adicional de potencial entre conductores respectivos.

Otro aspecto de la invencion proporciona un material textil que comprende una pluralidad de estructuras de hilo compuesto, en el que dichas estructuras de hilo compuesto comprenden:

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- un segundo elemento trenzado en torno al primer elemento,

en el que el segundo elemento es un elemento conductor o comprende un elemento conductor y tiene una menor elasticidad con respecto a la elasticidad del primer elemento, de forma que, tras el alargamiento de la estructura de hilo en una primera direccion, la estructura de hilo se expande en una segunda direccion, por lo que se aumentan las dimensiones del hilo en las direcciones tanto primera como segunda para generar una fuerza adicional sobre dicho componente piezoelectrico del primer elemento.

La direccion en la que se expande el primer elemento esta inclinada con respecto a la primera direccion, y puede ser sustancialmente perpendicular a la misma, segun una realizacion ejemplar.

Se describira ahora la invencion con mayor detalle, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos ejemplares y no limitantes, en los que los numeros similares denotan elementos similares, y en los que:

Las Figuras 1A y 1B muestran una estructura de hilo compuesto segun una primera realizacion de la invencion en una primera configuracion (1A) y en una segunda configuracion (1B);

la Figura 2 es una seccion a lo largo del plano A-A de la estructura de la Figura 1A.

La Figura 3 es una vista en seccion de una estructura de hilo que exhibe unicamente piezoelectricidad;

la Figura 4 es una vista en seccion de una estructura de hilo que exhibe propiedades de piezoelectricidad y auxeticidad;

la Figura 5 muestra una porcion de un tejido que comprende una pluralidad de estructuras de hilo compuesto segun una realizacion de la invencion;

la Figura 6 muestra una curva que representa un potencial electrico a traves de una resistencia electrica de terminacion de valor arbitrario, a traves de electrodos, como una funcion de una fuerza aplicada sobre la estructura de hilo en la configuracion de la Figura 1A;

la Figura 7 muestra una curva que representa un potencial electrico a traves de una resistencia electrica de terminacion de valor arbitrario, a traves de electrodos, como una funcion de una fuerza aplicada sobre la estructura de hilo en la configuracion de la Figura 1 B; y

la Figura 8 muestra una curva que representa un potencial electrico a traves de una resistencia electrica de terminacion de valor arbitrario, a traves de electrodos, como una funcion de fuerzas aplicadas sobre el tejido de la Figura 5.

La Figura 1A muestra una realizacion de la estructura 10 de hilo compuesto, segun la invencion, en dos configuraciones distintas.

La estructura 10 de hilo compuesto comprende un primer elemento 15 que comprende un monofilamento flexible coaxial de dos componentes que incluye un componente conductor 20 y un componente termoplastico 30 que exhiben propiedades piezoelectricas. Segun se ve en las Figuras 1-2, en una realizacion de la invencion, el componente termoplastico 30 rodea el componente conductor 10.

Los materiales adecuados para el componente conductor 20 son mezclas de polietileno de baja densidad (LDPE) o polietileno de alta densidad (HDPE) con nanotubos de carbono (CNT), grafito, nanolaminas de grafeno, negro de humo (carbono amorfo), polianilina (dopada), polipirrol (dopado).

Los materiales adecuados para el componente termoplastico 30 son un homopolfmero de fluoruro de polivinilideno (PVDF) y sus copolfmeros con trifluoroetileno P(VDF-co-TrFE) o tetrafluoroetileno P(VDF-co-TFE), poliamidas (PA) de numeros impares tales como PA5, PA7, PA11, etcetera.

Segun se ha mencionado anteriormente, los componentes 20 y 30, que forman el primer elemento 15, tienen propiedades elasticas y pueden ser alargados.

La estructura 10 de hilo compuesto comprende, ademas, un segundo elemento 40 trenzado en torno al primer elemento 15. El segundo elemento 40 tiene una mayor resistencia a la traccion que una resistencia a la traccion del primer elemento 15. Ademas, el segundo elemento 40 tiene una menor elasticidad con respecto a la elasticidad del primer elemento 15 o, en otras palabras, una mayor rigidez con respecto a la rigidez del primer elemento 15.

La Figura 1A muestra la disposicion del hilo compuesto de la invencion en una condicion sin estirar; en esta condicion, el primer elemento 15 se extiende en una direccion sustancialmente rectilfnea y se trenza el segundo elemento 40 en torno al primer elemento 30 para proporcionar una pluralidad de espiras. La diferencia en elasticidad entre los elementos primero y segundo es tal que, tras el estiramiento y el alargamiento de la estructura 10 del hilo

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en una primera direccion (vease la fig. 1B), es decir en la direccion del eje del primer elemento, se deforma la forma inicial de la estructura 10 mediante el movimiento del segundo elemento 40; en concreto la estructura del hilo se expande en una segunda direccion que esta inclinada o sustancialmente perpendicular a la primera direccion, es decir, hacia la direccion de alargamiento del hilo, que corresponde a la direccion de la flecha F en las figuras 1 y 2.

Este fenomeno tiene como resultado la generacion de una fuerza adicional sobre dicho componente piezoelectrico 30 del primer elemento 15.

Tras el alargamiento de la estructura 10 de hilo, se alinea sustancialmente el segundo elemento 40 con la direccion de alargamiento y se expande el primer elemento 15 formando una serie de curvas en torno al segundo elemento 40. Tales curvas estan inclinadas con respecto a la direccion de alargamiento un angulo a comprendido entre 30° y 90°, preferentemente desde 30° hasta 80°, segun se muestra en la Figura 1B.

Como sabe el experto, una forma posible para medir la elasticidad es utilizar el modulo de Young, tambien conocido como el modulo de traccion o modulo de elasticidad, en concreto una medida de la rigidez de un material elastico definida como la relacion del esfuerzo (fuerza por area unitaria) a lo largo de un eje con respecto a la deformacion (relacion de deformacion con respecto a la longitud inicial) a lo largo de ese eje en el intervalo del esfuerzo en el que se cumple la ley de Hooke. La ley de Hooke, segun se conoce en la tecnica, afirma que la fuerza necesaria para extender o comprimir un material cierta distancia es proporcional a esa distancia.

En general, en una realizacion preferente la resistencia a la traccion del primer elemento se encuentra en el intervalo de 15 - 78 MPa. La resistencia a la traccion del segundo elemento se encuentra, preferentemente, en el intervalo de 0,5 - 2,0 GPa. La diferencia en resistencia a la traccion del segundo elemento al primero es de al menos 422 MPa. Se mide la resistencia a la traccion segun ASTM D638. Se pueden utilizar otros procedimientos para medir la resistencia a la traccion.

Los materiales adecuados para el segundo elemento son plata/cobre recubiertos con hilos de poliester/poliamida o con hilos de filamentos completamente metalicos; por ejemplo, fabricados de acero.

Segun una realizacion ejemplar de la invencion, el segundo elemento 40 puede estar fabricado de al menos un filamento metalico.

Por lo tanto, la estructura divulgada 10 de hilo compuesto puede ser utilizada como un sensor de hilo piezoelectrico flexible que tambien exhibe caracterfsticas auxeticas, para maximizar su rendimiento cuando se utiliza en una construccion de tejido o en otro artfculo fabricado de hilos.

Con mas detalle, segun puede verse en la Figura 1, cuando se somete la estructura 10 de hilo compuesto a una fuerza F mayor que cero en una direccion longitudinal, por ejemplo a lo largo del eje, del hilo compuesto, se produce una transformacion de forma de la estructura 10 de hilo compuesto. En concreto, se alarga la estructura 10 una longitud L pero, al mismo tiempo, la estructura 10 se expande transversalmente en una direccion perpendicular o inclinada con respecto a la direccion de la fuerza F. Segun es visible en las figuras, el hilo aumenta su anchura general despues de ser estirado mediante la fuerza F, partiendo desde una anchura inicial de X y alcanzando una mayor anchura de X + Y.

En otras palabras, en la estructura 10 de hilo compuesto, tras el alargamiento de la estructura 10 de hilo en una primera direccion, el segundo elemento 40 alarga y, al mismo tiempo, estira el primer elemento 15 de tal forma que se conforme el primer elemento 15 de una forma casi sinusoidal en la segunda direccion. En otras palabras, el hilo se expande transversalmente.

Por lo tanto, la aplicacion de fuerza F a la estructura 10 de hilo compuesto da lugar a un mayor desarrollo de potencial electrico entre el componente conductor 20 del primer elemento 15 y el segundo elemento 40. Tal potencial electrico puede ser aprovechado mediante una circuiterfa externa (no representada en aras de la sencillez), por ejemplo, en una aplicacion tal como sensores.

Considerando una estructura de tejido que comprende una pluralidad de estructuras 10 de hilo compuesto segun se ha descrito anteriormente, tambien se puede realizar un efecto piezo-auxetico sinergico por todo el tejido si al menos dos hilos compuestos de la invencion son adyacentes entre si, es decir, estan suficientemente cerca para polarizarse mutuamente por la etapa de expansion.

En la Figura 5 se representa una estructura ejemplar tal como la descrita anteriormente.

Se crea tal efecto piezo-auxetico sinergico en el tejido mediante dos componentes como sigue. El primer efecto es el hecho de que la estructura 10 de hilo exhibe caracterfsticas piezoelectricas gracias a la presion transversal a traves del material piezoelectrico creada tras el estiramiento, por ejemplo aplicando la fuerza F.

El segundo efecto es que esta presion es exponencialmente mayor en un tejido en comparacion con un unico hilo de la misma estructura, gracias al hecho de que se ensanchan los hilos piezoelectricos que forman el tejido, un

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fenomeno que produce una presion adicional a traves de todos los componentes piezoelectricos, llevando a un desarrollo adicional de potencial entre conductores respectivos.

En cualquier caso, la estructura 10 de hilo compuesto puede crear una mayor diferencia de potencial entre dos conductores mediante la piezoelectricidad y exhibe una relacion negativa de Poisson, tras un estiramiento, por lo que se define la relacion de Poisson como el porcentaje de expansion dividido por el porcentaje de compresion en la direccion transversal de un material.

En una estructura de tejido de calada o una estructura 10 de cuerda, el hilo compuesto de la invencion, utilizando sus caracterfsticas auxeticas, produce una mayor diferencia de potencial electrico debido a fuerzas adicionales que se originan por el hecho de que las fibras individuales experimentan una mayor presion transversal en comparacion con los hilos que son piezoelectricos pero no auxeticos en la misma estructura tejida.

Estas fuerzas adicionales tienen distintas direcciones, por lo tanto, hay en uso distintas constantes piezoelectricas, tales como d33, en concreto el cambio de volumen cuando se somete a un material piezoelectrico a un campo electrico, en vez de d31.

Segun se conoce, las constantes piezoelectricas, tambien conocidas como coeficientes de piezoelectricidad, cuantifican el cambio de volumen cuando se somete a un material piezoelectrico a un campo electrico, o su polarizacion al aplicar un esfuerzo.

En las diversas realizaciones de la invencion, se traduce una porcion de estfmulos de traccion a estfmulos transversales en una construccion de tejido debido a la auxeticidad.

Esto significa que los estfmulos ffsicos cambian de direccion que, a su vez, significa que se utiliza un conjunto distinto de coeficientes piezoelectricos para generar una salida electrica.

Por la presente memoria, se proporciona una comparacion esquematica visual entre una estructura de hilo que exhibe unicamente piezoelectricidad (Figura 3) con una estructura de hilo que exhibe propiedades de piezoelectricidad y auxeticidad (Figura 4).

En la figura 3 no hay auxeticidad, la constante piezoelectrica utilizada es d1 unicamente, que es una constante de aprovechamiento de energfa dada por la formula d1 = V1/F1, en la que V1 es el potencial electrico generado y F1 es la fuerza longitudinal (Figura 3).

Cuando tambien se somete al primer elemento 15, es decir el elemento de dos componentes, a una presion hacia su centro, entonces entra en juego otra constante piezoelectrica como adicion, en concreto d2, dado por la formula d2 = V1/F1 + V2/F2, en la que V1 y V2 son potenciales electricos generados, F1 es la fuerza longitudinal y F2 es una fuerza perpendicular a F1 (Figura 4).

En el caso de estructuras de tejido o de cuerda (tales como la representada en la Figura 5) que estan fabricadas con una pluralidad de estructuras de hilo, segun las diversas realizaciones de la invencion, se puede definir una fuerza adicional F3.

La fuerza F3 define, ademas de las fuerzas F1 y F2, otro factor adicional de ganancia cuando se implementa el hilo en un tejido o en una cuerda.

Dado que cada hilo se alarga debido a su comportamiento auxetico, la fuerza F2 en la Figura 4 aumenta mas que en el caso de un hilo aislado.

En tal caso, la fuerza total que actua sobre el componente piezoelectrico 30 aumenta hasta un valor de F2+F3.

El valor F3 representa el valor de la fuerza que se origina del hecho de que los hilos colindantes en la estructura de tejido o de cuerda, que tambien podrfa ser auxetica, ejercen fuerzas adicionales uno contra el otro resistiendo su ensanchamiento debido al efecto auxetico.

Este fenomeno puede aumentar la presion total sobre el material piezoelectrico del componente 30. En un cierto intervalo, este fenomeno ayuda a obtener una mayor eficacia general del hilo final como un sensor de deformacion.

Un parametro adicional que debe tenerse en cuenta puede ser el angulo de trenzado del segundo elemento 40, que define el numero de espiras por longitud unitaria de todo el hilo. El angulo de trenzado esta definido, por ejemplo, por la ductilidad del bicomponente central y puede calibrarse en consecuencia: si el numero de espiras es mayor del necesario, entonces el comportamiento auxetico no estara presente, dado que el bicomponente central tendra suficiente resistencia mecanica contra su flexion.

Como norma general, y con referencia a la Figura 1, el numero de espiras debe ser suficiente para abarcar la longitud L1 de la estructura 10 de hilo en una configuracion no alargada y para permitir alcanzar la longitud L1 + L cuando la estructura de hilo se encuentra en una configuracion alargada. Si el numero de espiras es menor que el

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necesario, entonces el coeficiente d2 no tendra un termino adicional significativo; por lo tanto, la ganancia adicional no sera tan grande como podna ser de otro modo.

Considerando el grosor de la capa piezoelectrica, su grosor se encuentra, normalmente, en el intervalo desde unos centenares de nanometros hasta unos centenares de micrometros radialmente, en concreto 100 nm hasta 800 mm medidos radialmente, tomando como centro el centro del primer elemento de dos componentes.

En una realizacion de la invencion, se pueden utilizar segundos elementos adicionales, siempre y cuando los segundos elementos adicionales sigan estrictamente el recorrido del segundo elemento conductor 40 para no destruir la geometna del hilo requerida para crear el fenomeno de auxeticidad.

En otras palabras, todos los segundos elementos opcionales de trenzado debenan estar en fase o sincronizados entre sf. Para crear tal estructura alternativa de filamento, se debena trenzar en primer lugar el segundo elemento conductor 40 y todos los segundos elementos adicionales posibles para crear un haz de filamentos de trenzado; entonces, se trenza el haz de filamentos de trenzado en torno al elemento central 15 de dos componentes. Los segundos elementos adicionales opcionales pueden ser conductores o aislantes.

Se han llevado a cabo simulaciones sobre las diversas realizaciones de la invencion.

Se explicara en la presente memoria el resultado de tales simulaciones con referencia particular a las Figuras 6-8.

La Figura 6 muestra una curva V que representa el potencial electrico como una funcion de una fuerza F aplicada a la estructura de hilo en la configuracion de la Figura 1A; en el caso de la Figura 6, se aplica una fuerza F relativamente pequena a la estructura 10 de hilo, dejandola sustancialmente en la configuracion representada en la Figura 1A. Por lo tanto, no hay presente una deformacion auxetica significativa.

En la Figura 6, la curva F representa (no a escala) la fuerza aplicada a la estructura 10 de hilo y la curva V el potencial electrico debido al efecto piezoelectrico que sigue una distribucion uniforme de potencial de tipo Landau en funcion del tiempo. Se debe hacer notar tambien que no se distorsiona la forma de la curva de potencial.

En cambio, la Figura 7 muestra una curva V' que representa un potencial electrico como una funcion de una fuerza mayor (curva F') aplicada a la estructura de hilo en la configuracion de la Figura 1B. En este caso, debido al fenomeno de auxeticidad se genera un desarrollo adicional (curva V') de potencial electrico y se anade al representado en la Figura 6.

Ademas, en la Figura 7 el desarrollo del potencial electrico en el tiempo es distinto del caso sin fenomeno auxetico, al igual que la distinta intensidad de potencial, llevando ambos fenomenos a una distorsion en la forma del desarrollo de potencial electrico. Tambien se debena hacer notar que las areas bajo las curvas V y V' representan la salida total de energfa generada, que es mayor en el caso de la Figura 7.

Finalmente, la Figura 8 muestra una curva V" que representa un potencial electrico como una funcion de fuerzas (curva F") aplicadas cuando se embebe la estructura de hilo en el tejido de la Figura 5.

En este caso, se incorpora una pluralidad de estructuras de hilo en una construccion de tejido o una estructura de cuerda o textil similar en la que cada estructura de hilo experimenta el efecto de hilos auxeticos colindantes y la presion creada por tales hilos colindantes. Este fenomeno distorsiona adicionalmente la forma (curva V") del potencial electrico debido a que las estructuras de hilo experimentan una tercera componente de la fuerza, en concreto F3. Se encuentra en uso una combinacion ponderada de los coeficientes piezoelectricos.

El area bajo la curva V" aumenta adicionalmente, lo que da lugar a una mayor salida de energfa para una fuerza fija F" dada, lo que, a su vez, significa mayor eficacia.

En la estructura 10 de hilo compuesto, el componente conductor 20 del primer hilo 10 puede estar fabricado de un material conductor elastico. Como ejemplo, el material conductor elastico del componente conductor 20 del primer elemento 10 puede ser un polfmero que incluye impurezas metalicas conductoras. Por ejemplo, tales impurezas metalicas conductoras pueden estar constituidas de plata o cobre.

Como alternativa, el material conductor elastico del componente conductor 20 del primer elemento 15 puede ser un polfmero intrmsecamente conductor. Por ejemplo, tales polfmeros intrmsecamente conductores pueden ser polianilina (PANI) o polipirrol (PPy). El componente termoplastico de la estructura 10 de hilo compuesto puede estar fabricado de fluoruro de polivinilideno (PVDF) o de cualquier otro polfmero termoplastico adecuado.

Para crear una fase piezoelectrica en el polfmero termoplastico, los componentes coaxiales extendidos son polarizados bajo un campo electrico intenso tras un calentamiento para alinear la cadena polimerica termoplastica. Se puede escoger una relacion de extension optima para realizar la extension, en ausencia de un campo electrico, de los componentes coaxiales para imponer la fase piezoelectrica en el polfmero termoplastico.

Las posibles aplicaciones de la estructura de hilo de la invencion son, entre otras,

i) tecnologfa de deteccion en prendas de vestir para una monitorizacion de la posicion del cuerpo en forma de tejido y

ii) monitorizacion de la traccion de cuerdas utilizadas en una variedad de aplicaciones desde alpinismo hasta 5 aplicaciones marinas industriales.

En algunas realizaciones de la invencion, el componente termoplastico 30 puede tener propiedades auxeticas per se, ademas del efecto auxetico proporcionado a toda la estructura 10 de hilo por el segundo elemento 40.

Aunque se ha presentado al menos una realizacion ejemplar en el sumario y en la descripcion detallada anteriores, se deberfa apreciar que existe un gran numero de variaciones. Tambien se deberfa apreciar que la realizacion 10 ejemplar o las realizaciones ejemplares son unicamente ejemplos, y no se concibe que limiten el alcance, aplicabilidad o configuracion de ninguna forma.

Mas bien, el sumario y la descripcion detallada anteriores proporcionaran a los expertos en la tecnica una hoja de ruta conveniente para implementar al menos una realizacion ejemplar, comprendiendose que se pueden realizar diversos cambios en la funcion y en disposiciones de los elementos descritos en una realizacion ejemplar sin 15 alejarse del alcance segun se define en las reivindicaciones adjuntas y en sus equivalentes legales.

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REIVINDICACIONES

1. Una estructura (10) de hilo compuesto que tiene un primer elemento (15) que comprende un monofilamento flexible coaxial de dos componentes que incluye un componente conductor (20) y un componente termoplastico (30) que exhiben propiedades piezoelectricas; al menos un segundo elemento conductor (40) dispuesto en torno a al menos parte del primer elemento (15) para proporcionar un hilo piezoelectrico (10), caracterizada porque tanto el componente conductor (20) como el componente termoplastico (30) que forman el primer elemento (15) tienen propiedades elasticas y pueden alargarse de tal forma que dicho hilo piezoelectrico (10) exhiba propiedades auxeticas.
2. Una estructura (10) de hilo compuesto segun la reivindicacion 1, que comprende:

- un primer elemento (15) que comprende un monofilamento flexible coaxial de dos componentes que incluye un componente conductor (20) y un componente termoplastico (30) que exhiben propiedades piezoelectricas,

- al menos un segundo elemento (40) trenzado en torno al primer elemento (15),

en la que el segundo elemento (40) tiene una menor elasticidad con respecto a la elasticidad del primer elemento (15), de forma que, tras el alargamiento de la estructura (10) de hilo en una primera direccion, la estructura (10) de hilo se expande en una segunda direccion, por lo que se aumentan las dimensiones del hilo en las direcciones tanto primera como segunda para generar una fuerza adicional sobre dicho componente piezoelectrico del primer elemento.
3. La estructura (10) de hilo compuesto segun la reivindicacion 2, en la que dicho segundo elemento (40) es un elemento conductor o comprende un elemento conductor.
4. La estructura de hilo compuesto de la reivindicacion 3, en la que tras el alargamiento de la estructura (10) de hilo en dicha primera direccion, el segundo elemento (40) conforma el primer elemento (15) de tal forma que proporcione un efecto auxetico.
5. La estructura de hilo compuesto de la reivindicacion 4, en la que dicho segundo elemento conforma el primer elemento (15) en una espiral en torno a dicho segundo elemento.
6. La estructura (10) de hilo compuesto segun cualquier reivindicacion precedente, en la que el componente conductor (20) del primer elemento (15) esta fabricado de un material conductor elastico.
7. La estructura (10) de hilo compuesto segun la reivindicacion 6, en la que el material conductor elastico del componente conductor del primer elemento (15) es un polfmero que incluye impurezas metalicas conductoras.
8. La estructura (10) de hilo compuesto segun la reivindicacion 6, en la que el material conductor elastico del componente conductor del primer elemento (15) es un material escogido entre mezclas de polietileno de baja densidad (LDPE) o polietileno de alta densidad (HDPE) con nanotubos de carbono (CNT), grafito, nanolaminas de grafeno, carbono amorfo, polianilina dopada o polipirrol dopado, o mezclas de los mismos.
9. La estructura (10) de hilo compuesto segun la reivindicacion 6, en la que el material conductor elastico del componente conductor del primer elemento (15) es un polfmero intrfnsecamente conductor.
10. La estructura (10) de hilo compuesto segun la reivindicacion 1, en la que la resistencia a la traccion del primer elemento (15) esta comprendida en el intervalo de 15 - 78 MPa y la resistencia a la traccion del segundo elemento (40) esta comprendida en el intervalo de 0,5 - 2,0 GPa.
11. La estructura (10) de hilo compuesto segun cualquier reivindicacion precedente, en la que el componente termoplastico (30) comprende un material escogido entre homopolfmero de fluoruro de polivinilideno (PVDF) y sus copolfmeros con trifluoroetileno P(VDF-co-TrFE) o tetrafluoroetileno P(VDF-co-TFE) o poliamidas (PA) de numeros impares.
12. La estructura (10) de hilo compuesto segun cualquier reivindicacion precedente, en la que el componente termoplastico (30) exhibe propiedades auxeticas.
13. La estructura (10) de hilo compuesto segun cualquier reivindicacion precedente, en la que el segundo elemento (40) comprende una pluralidad de filamentos, siendo al menos un filamento un filamento conductor, preferentemente un filamento metalico.
14. La estructura (10) de hilo compuesto segun cualquier reivindicacion precedente, en la que dichos componentes del primer elemento (15) estan coextrudidos.
15. Un artfculo que comprende al menos una estructura (10) de hilo compuesto segun cualquier reivindicacion precedente.
16. Un artfculo segun la reivindicacion 15, en el que al menos dos hilos segun cualquier reivindicacion 1 a 14 estan dispuestos adyacentes entre si para polarizarse mutuamente tras ser alargados.
17. Un artfculo segun la reivindicacion 15 o 16, seleccionandose dicho artfculo de un tejido, una prenda de vestir, ropa y una cuerda.

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