本發(fā)明涉及彈性材料、熱力學(xué)、通用游戲套件設(shè)計和制造工藝等。
背景技術(shù)：
1、在過去的幾年里，兒童玩具制造行業(yè)越來越重視安全。這種高度關(guān)注是因為需要保證這些產(chǎn)品在使用過程中不會對兒童的健康構(gòu)成任何風(fēng)險。傳統(tǒng)的兒童玩具通常采用塑料和橡膠等材料制造。然而，在特定情況下，這些材料可能會摻入塑化劑或其他有毒物質(zhì)，從而帶來安全隱患。使用形狀記憶聚合物(shape?memory?polymers?smp)等創(chuàng)新材料對于這類需求已是不可或缺的，從而能為無毒、安全且吸引人的兒童玩具立下基礎(chǔ)。
2、smp是由具有第一種的“永久”構(gòu)型和第二種的“臨時”構(gòu)型的材料變形產(chǎn)生的。當(dāng)受到外部刺激，例如：熱能、溶劑、電流、光、磁場、ph值變化和熱刺激時，材料會恢復(fù)它的初始形態(tài)。也就是說，材料可以“記住”其原始形狀，并在受到外部刺激后恢復(fù)到原來的形狀。
3、這類形狀記憶長絲和纖維可以通過熔紡、濕紡和干紡方法制造。在這種智能纖維中，可以保留形狀記憶功能，即可以通過可逆相來記憶變形，并且當(dāng)受到外部刺激觸發(fā)時可以恢復(fù)原始形狀。自20世紀(jì)60年代以來，雙組份長絲和纖維已作為一種新型化學(xué)纖維，并得到了廣泛的開發(fā)。通過這種技術(shù)，對于具有合適粘度的兩種不同聚合物，其組合物能通過噴絲板從兩個單獨的擠出器共同擠出成一根長絲。長絲的橫截面可以是不同的樣式，包括同軸套管/芯、偏心芯鞘套管/芯、并排、楔形鞘、島/海模式，這取決于應(yīng)用需求。
4、然而，上述專利申請中的所有長纖維和長絲均僅限于兩種組份，并且它們難以在線性或卷曲/螺旋形狀之間自由轉(zhuǎn)換。基于現(xiàn)有形狀記憶聚合物的缺點，需要提供一種無毒且在不同條件下可調(diào)整卷曲形狀的形狀記憶材料，為兒童提供更安全、更健康的游戲體驗。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、因此，本發(fā)明的第一方面提供了一種基于形狀記憶聚合物的游戲套件。游戲套件包括多種彈性共聚物材料以及一個操作手冊。操作手冊包括一個或更多個用戶指令，用於指定一個或多個游戲規(guī)則。使用說明書可以是電子版或紙質(zhì)版。每個彈性共聚物材料均可以從其原始形狀經(jīng)外力操作形成一個或多個三維結(jié)構(gòu)，并通過刺激而反轉(zhuǎn)回其原始形狀。三維結(jié)構(gòu)包括卷曲、螺旋、小環(huán)、波浪和線圈中的一個或更多個。
2、在一個實施例中，刺激是由溫度等于或高于形狀恢復(fù)溫度的介質(zhì)如空氣、水或其他流體輻射傳遞的熱能。
3、在一個實施例中，多種彈性共聚物材料包括多組份形狀記憶線、纖維、管或帶。
4、在一個實施例中，多種彈性共聚物材料包括至少兩種形狀記憶聚合物(smp-n)組份，至少兩種smp-n組份各自占總重量的至少1％，且n為從1開始的正整數(shù)。
5、在又一個實施例中，smp-n組份具有在約-50℃至100℃之間的形狀恢復(fù)溫度(tr)，并且兩個或多個不同組份的恢復(fù)溫度可以分別表示為trn和trn+1。
6、當(dāng)trn和trn+1高于室溫且其中trn+1大于trn時，響應(yīng)于所述多種彈性共聚物材料伸長至原始長度約30％至約300％，所述多種彈性共聚物材料被配置為呈現(xiàn)從原始形狀變成細(xì)直形狀的第一形狀變化；當(dāng)加熱到高于trn且低于trn+1的溫度時被配置為呈現(xiàn)第二形狀變化，基本上成螺旋形狀；當(dāng)加熱到trn+1以上的溫度時表現(xiàn)為第三形狀變化，基本上返回到原始形狀。
7、當(dāng)trn低于室溫和trn+1高于室溫，響應(yīng)于所述多種彈性共聚物材料伸長至原始長度約30％至約300％并釋放，所述多種彈性共聚物材料被從原始直線形狀變成螺旋形狀；當(dāng)加熱到trn+1以上的溫度時材料返回到原始直線形狀。
8、在一個實施例中，通過調(diào)節(jié)所述多種彈性共聚物材料的伸長長度或拉伸時間改變所述多種彈性共聚物材料的所述一個或多個三維結(jié)構(gòu)。
9、在一個實施例中，卷曲、螺旋、小環(huán)、波浪和線圈中的一個或更多個具有0.5至10毫米的線圈直徑和每厘米包括5至30的匝數(shù)。
10、在一個實施例中，伸長長度范圍為0.5-50厘米。
11、在一個實施例中，拉伸時間范圍為0.1-60秒。
12、在另一個實施例中，套件還包括一張或多張?zhí)魬?zhàn)卡，其中每張?zhí)魬?zhàn)卡至少包括提示使用者將所述多種彈性共聚物材料操縱成指定結(jié)構(gòu)的任務(wù)。
13、在另一個實施例中，套件還包括用于容納熱流體的容器，以及用于調(diào)節(jié)熱流體溫度的溫度計，有助于保護(hù)用戶并允許用戶調(diào)節(jié)熱流體的溫度。
14、在另一個實施例中，套件還包括具有各種形狀的一個或多個構(gòu)建塊，其中所述構(gòu)建塊中的每一個被配置為可經(jīng)由連接器附接到所述構(gòu)建模塊；其中每一種彈性共聚物材料均連接至所述連接器，用于連接到其中一個構(gòu)建塊。還可以包括一個或多個基板，一種或多種彈性共聚物材料中的每一種均連接到用于連接其中一個基板的連接器。
15、在一個實施例中，一個或多個用戶指令被打印在卡片、紙張、或提供給交互式在線游戲視頻指南、或可下載游戲視頻指南的鏈接、或其組合。例如，一個或多個用戶指令可以通過二維碼傳遞。
16、在一個態(tài)樣中，本發(fā)明提供一種形狀記憶聚合物藝術(shù)工具套件，其包括多種彈性共聚物長絲和一個或多個藝術(shù)工具。具體而言，基于形狀記憶聚合物的游戲套件被用于裝飾、藝術(shù)品、服裝、家居用品或產(chǎn)品表面設(shè)計，以及其他創(chuàng)意項目。
17、在一個實施例中，所述彈性共聚物長絲中的至少一種具有與另一種彈性共聚物長絲不同的顏色。
18、在一個實施例中，一個或多個藝術(shù)工具包括一個或多個刷子、滾筒、模具、壓機、刀片、切割器、打印機或管。
19、本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：(1)用戶可以通過調(diào)整彈性共聚物材料的伸長長度或拉伸時間，探索無限的設(shè)計選擇，實現(xiàn)動態(tài)和可定制的體驗。(2)彈性共聚物材料的形狀恢復(fù)在安全且優(yōu)化的溫度(約38℃)下觸發(fā)，確保與材料的互動是用戶友好且安全的。(3)彈性共聚物材料表現(xiàn)出優(yōu)異的彈性，能夠承受超過300％的伸長，提供廣泛的形狀變換和創(chuàng)意可能性。(4)可逆螺旋狀到直線狀的形狀記憶效應(yīng)可以重復(fù)超過500個循環(huán)，展示了材料的堅固性和持久性能。(5)游戲套件符合嚴(yán)格的玩具材料安全標(biāo)準(zhǔn)，包括rohs、reach、en71、eu2015/2030(sccps)、cpsia等，確保產(chǎn)品符合監(jiān)管要求且可安全使用。
1.一種基于形狀記憶聚合物的游戲套件，其特征在于，所述游戲套件包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，其中所述多種彈性共聚物材料包括多組份形狀記憶線、纖維、管或帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，其中所述多種彈性共聚物材料由至少兩種形狀記憶聚合物(smp-n)組份制成，至少兩種smp-n組份各自占總重量的至少1％，且n為從1開始的正整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，其中所述smp-n組份具有在約-50℃至100℃之間的形狀恢復(fù)溫度(tr)，并且兩個或多個不同組份的恢復(fù)溫度可以分別表示為trn和trn+1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，當(dāng)trn和trn+1高于室溫且其中trn+1大于trn時，響應(yīng)于所述多種彈性共聚物材料伸長至原始長度約30％至約300％，所述多種彈性共聚物材料被設(shè)計為呈現(xiàn)從原始形狀拉長變成細(xì)直形狀的第一形狀變化；當(dāng)加熱到高于trn且低于trn+1的溫度時呈現(xiàn)第二形狀變化，基本上成螺旋形狀；當(dāng)加熱到trn+1以上的溫度時表現(xiàn)為第三形狀變化，基本上返回到原始形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，當(dāng)trn低于室溫和trn+1高于室溫，響應(yīng)于所述多種彈性共聚物材料伸長至原始長度約30％至約300％并釋放，所述多種彈性共聚物材料從原始直線形狀變成螺旋形狀；當(dāng)加熱到trn+1以上的溫度時材料返回到原始直線形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，其中通過調(diào)節(jié)所述多種彈性共聚物材料的伸長長度或拉伸時間來改變所述多種彈性共聚物材料的所述一個或多個三維結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，其中所述卷曲、螺旋、小環(huán)、波浪和線圈中的一個或更多個具有0.5至10毫米的線圈直徑和每厘米包括5至30的匝數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，其中所述伸長長度范圍為0.5-50厘米。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，其中所述拉伸時間范圍為0.1-60秒。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，還包括一張或多張?zhí)魬?zhàn)卡，其中每張?zhí)魬?zhàn)卡至少包括提示使用者將所述多種彈性共聚物材料經(jīng)外力變形成指定結(jié)構(gòu)的任務(wù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，還包括用于容納熱流體的容器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，還包括用于調(diào)節(jié)熱流體溫度的溫度計，有助于保護(hù)用戶并允許用戶調(diào)節(jié)熱流體的溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，還包括具有各種形狀的一個或多個構(gòu)建塊，其中所述構(gòu)建塊中的每一個被配置為可經(jīng)由連接器附接到另一個構(gòu)建塊；其中
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，還包括一個或多個基板，其中每一種彈性共聚物材料均連接至其中一個基板的連接器。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶聚合物的游戲套件，其中所述一個或多個用戶指令被打印在卡片、紙張、或提供給交互式在線游戲視頻指南、或可下載游戲視頻指南的鏈接、或其組合。
17.一種形狀記憶聚合物藝術(shù)工具套件，其特征在于，所述藝術(shù)工具套件包括：
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的形狀記憶聚合物藝術(shù)工具套件，其中所述一個或多個藝術(shù)工具包括一個或多個刷子、滾筒、模具、壓機、刀片、切割器、打印機或管。