丝状物、结构体及其制造方法与流程

本发明涉及丝状物(filament)、结构体及其制造方法。

背景技术：

专利文献1中公开了一种形状记忆成型体，其使用了一种玻璃化转变温度设定为使用温度左右的聚氨酯弹性体。作为形状记忆成型体的例子，可举出石膏等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-320366号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

专利文献1中使用了聚氨酯弹性体本身作为石膏材料，因此无法使用其它材料。

本发明是鉴于上述情况进行的，提供一种能使任意材料的被熔接物发挥形状记忆特性的丝状物。

解决课题的手段

根据本发明，提供一种丝状物，其具备线状的芯材以及被覆上述芯材的被覆层，上述芯材由形状记忆材料形成，上述被覆层由与上述芯材不同的材料形成。

本发明人发现通过使用由形状记忆材料形成的丝状物来形成用于改变被熔接物形状的赋形图案，能够使任意材料的被熔接物发挥出形状记忆特性。另一方面，本发明人注意到，若形状记忆材料和被熔接物的熔接性不良，则难以使丝状物熔接于被熔接物。此外还注意到，若使用的丝状物是由形状记忆材料形成的芯材由被覆层被覆而成的构成，则通过选择与被熔接物的熔接性优异的材料作为被覆层的材料，能够使任意材料的被熔接物与丝状物的熔接性良好，从而完成了本发明。通过使用本发明的丝状物在被熔接物上形成用于改变被熔接物形状的赋形图案，能够使任意被熔接物发挥形状记忆特性。

以下示出本发明的各种实施方式。以下所示的实施方式可相互组合。

上述丝状物中，优选上述芯材的材料为形状记忆聚合物，上述被覆层的材料为热塑性树脂。

一种结构体，优选具备被熔接物以及用于改变上述被熔接物形状的赋形图案，上述赋形图案由上述丝状物形成，上述丝状物的被覆层熔接于上述被熔接物。

优选上述结构体中，上述被覆层的材料是比上述芯材的材料更容易熔接于上述被熔接物的材料。

优选上述结构体中，将上述被熔接物的表面材料的sp值设为spbase，将上述被覆层的材料的sp值设为spcover，将上述芯材的材料的sp值设为spcore，若用式(1)～(2)来定义δspcover和δspcore，则式(3)的关系成立。

δspcover＝|spcover-spbase|(1)

δspcore＝|spcore-spbase|(2)

δspcover<δspcore(3)

优选上述结构体中，式(4)的关系成立。

δspcover≦1.3(4)

优选一种结构体的制造方法，其使用热熔融方式的3d打印机，所述方法具有形成用于改变被熔接物形状的赋形图案的赋形图案形成工序，在所述赋形图案形成工序中，以被覆层被覆芯材的方式将所述被覆层和所述芯材从喷头熔融挤出，使所述被覆层熔接于所述被熔接物，由此形成所述赋形图案，所述芯材由形状记忆聚合物形成，所述被覆层由与所述芯材不同的热塑性树脂形成。

优选上方法中，在上述赋形图案形成工序中，将上述丝状物插入上述喷头，在上述被覆层被覆上述芯材的状态下将上述丝状物从上述喷头熔融挤出。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的丝状物1的立体图。

图2是表示本发明一实施方式的结构体5的制造工序的立体图。

图3是表示本发明一实施方式的结构体5以及表示赋形图案6为初始形状状态的立体图。

图4是图3的结构体5的赋形图案6的端面附近的放大图。

图5a～图5b是图4的变形例。

图6是表示本发明一实施方式的结构体5以及表示赋形图案6为二级形状状态的立体图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式进行说明。以下实施方式中示出各种特征事项可相互组合。另外，各特征可独立构成发明。

1.丝状物1的构成及制造方法

如图1所示，本发明一实施方式的丝状物1具备线状的芯材2以及被覆芯材2的被覆层3。由于芯材2为线状，所以丝状物1也为线状。

芯材2由形状记忆材料形成。形状记忆材料是具有形状记忆特性的材料，由合金、聚合物等构成。形状记忆特性是指具有通过加热至规定恢复温度以上而因弹性恢复初始形状的特性。恢复温度是根据材料而确定的温度，例如为0～100℃，优选为25～80℃，具体例如为0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100℃，也可以是这里例示的任意2个数值之间的范围内。

形状记忆材料为形状记忆合金时，恢复温度为相变点。形状记忆合金若在低于相变点的温度下从初始形状变为二级形状，则在低于相变点时会维持二级形状，若将形状记忆合金加热至相变点以上，则因弹性而恢复至初始形状。初始形状例如可通过在将形状记忆合金固定成所希望的形状的状态下进行热处理(例：400～500℃下的热处理)来设定。作为形状记忆合金，可例示niti合金。

形状记忆材料为形状记忆聚合物时，恢复温度为玻璃化转变温度(tg)。对于形状记忆聚合物，若在tg以上的温度下施加外力将其赋形为二级形状，并在维持外力的状态下冷却至低于tg的温度，则二级形状被固定。在低于tg的温度下，即使去掉外力也不会恢复初始形状。另一方面，若将赋形为二级形状的形状记忆聚合物加热至tg以上的温度，并维持不施加外力的状态，则因弹性而恢复初始形状。初始形状例如可通过使形状记忆聚合物熔融而形成所希望的形状来设定。作为形状记忆聚合物，可举出具有橡胶弹性的聚合物，例如可举出聚降冰片烯、反式聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚氨酯等。

被覆层3由与芯材2不同的材料形成。被覆层3的材料没有特别限定，可举出聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃；pet等聚酯；聚氨酯等。

作为被覆层3的材料，优选与熔接丝状物1的被熔接物4(参照图2)的亲和性高的材料。此时，无论芯材2的材料为何，都能够使丝状物1熔接于被熔接物4。例如，被熔接物4由pet形成且芯材2为聚氨酯时，作为被覆层3的材料，可选择pet。此时，被熔接物4与被覆层3的熔接性极其良好。

丝状物1的直径例如为0.5～3mm，优选为1.75～3mm，具体例如为0.5、1、1.5、1.75、2、2.5、3mm，也可以是这里例示的任意2个数值之间的范围内。若将丝状物1的半径设为rfil，将芯材2的半径设为rcore，则rcore/rfil优选为0.6～0.99，进一步优选为0.8～0.95，具体例如为0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.92、0.95、0.99，也可以是这里例示的任意2个数值之间的范围内。

丝状物1可通过将芯材2的材料和被覆层3的材料多层挤出来形成。

2.结构体5的构成及制造方法

如图2～图6所示，本发明一实施方式的结构体5具备被熔接物4以及用于改变被熔接物4形状的赋形图案6。赋形图案6由上述丝状物1形成，丝状物1的被覆层3熔接于被熔接物4。

被覆层3的材料是比芯材2的材料更容易熔接于被熔接物4的材料。通过用这种材料被覆芯材2，可提高丝状物1对被熔接物4的熔接性。

另外，用汉森溶解度参数(以下记为sp值)表示时，将被熔接物4表面材料的sp值设为spbase，将被覆层3材料的sp值设为spcover，将芯材2材料的sp值设为spcore，若用式(1)～(2)定义δspcover和δspcore，则优选式(3)的关系成立。也就是说，优选被熔接物4与被覆层3的sp值之差的绝对值小于被熔接物4与芯材2的sp值之差的绝对值。

通过采用这种材料被覆芯材2，可提高丝状物1对被熔接物4的熔接性。δspcore-δspcover的值优选为0.1以上，例如为0.1～10，具体例如为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，也可以是这里例示的任1数值以上，或者任意2个数值之间的范围内。

δspcover＝|spcover-spbase|(1)

δspcore＝|spcore-spbase|(2)

δspcover<δspcore(3)

此外，优选式(4)的关系成立。也就是说，优选被熔接物4与被覆层3的sp值之差的绝对值为1.3以下。此时，被覆层3可牢固地熔接于被熔接物4。δspcover优选为1.0以下，更优选为0.5以下，具体例如为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3，也可以是这里例示的任意2个数值之间的范围内。被熔接物4的表面和被覆层3优选由相同材料形成。

δspcover≦1.3(4)

赋形图案6的形成方法没有特别限定，可根据形状记忆材料的种类选择适当的方法。例如，芯材2的材料为形状记忆聚合物且被覆层3的材料为热塑性树脂时，赋形图案6可使用热熔融方式的3d打印机来形成。在一个例子中，如图2所示，将丝状物1插入喷头7，将丝状物1在被覆层3被覆芯材2的状态下从喷头7熔融挤出，使被覆层3熔接于被熔接物4，由此可形成赋形图案6。根据该方法，能够容易地形成赋形图案6。若将插入喷头7的丝状物1的半径设为rbefore，将从喷头7挤出的丝状物1的半径设为rafter，则rafter/rbefore优选为0.1～1，具体例如为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1，也可以是这里例示的任意2个数值之间的范围内。为提高赋形图案6的精度，优选减小rafter，但若减小rafter，则相应地被覆层3会变薄而导致与被熔接物4的熔接性变差。rafter例如为0.1～0.5mm，具体例如为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mm，也可以是这里例示的任意2个数值之间的范围内。

喷头7的前端与被熔接物4之间的距离例如为0.1～1mm，具体例如为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1mm。也可以是这里例示的任意2个数值之间的范围内。

赋形图案6可由1根丝状物1构成，如图3～图4所示，也可以将多根(这里是5跟)丝状物1在宽度方向上熔接而构成。多根丝状物1通过被覆层3彼此熔接，因此熔接强度高。构成赋形图案6的丝状物1在宽度方向上的根数例如为1～30根，具体例如为1、5、10、15、20、25、30根。也可以是这里例示的任意2个数值之间的范围内。

另外，在图3～图4中是由单层丝状物1构成赋形图案6，如图5a和图5b所示，也可以由多层丝状物1构成赋形图案6。如图5a所示，多层丝状物1可以构成为在下层的2根芯材2之间配置其上层的芯材2，如图5b所示，也可以构成为在下层的芯材2上配置其上层的芯材2。构成赋形图案6的丝状物1的层数例如为1～30层，具体例如为1、3、5、10、15、20、25、30层，也可以是这里例示的任意2个数值之间的范围内。

在本实施方式中，被熔接物4为织布、无纺布、膜等片状。被熔接物4的材料没有特别限定，可举出聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、pet等聚酯、聚氨酯、氟树脂等。被熔接物4也可以由棉、麻、丝、羊毛等天然纤维形成。

赋形图案6可以仅设置在被熔接物4的一面，也可以设置在两面。相对于被熔接物4表面积整体，熔接有赋形图案6的区域的面积比例优选为1～80％，更优选为10～50％，具体例如为1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80％，也可以是这里例示的任意2个数值之间的范围内。

3.结构体5的使用方法

这里以芯材2的材料为形状记忆聚合物(tg：55℃)的情况为例，对结构体5的使用方法进行说明。

如图2～图3所示，若在使被熔接物4平坦的状态下形成直线状的赋形图案6，则在图3的状态下成为初始形状。赋形图案6在低于tg的温度的状态下时，由于形状记忆聚合物的弹性模量大(不易变形)，所以赋形图案6不容易变形，被熔接物4的形状维持平坦。

接着，若加热赋形图案6至tg以上的温度，则形状记忆聚合物的弹性模量大幅降低，从而能够自由改变赋形图案6的形状使其成为二级形状。例如如图6所示，使赋形图案6变形为波形板状，若在维持该形状的状态下将赋形图案6冷却至低于tg的温度，则该形状得到维持。由于赋形图案6熔接于被熔接物4，因此被熔接物4的形状也为波形板状。

接着，若加热赋形图案6至tg以上的温度并不施加外力，则赋形图案6通过弹性而恢复至初始形状(直线形状)成为图3的状态，被熔接物4也恢复平坦状态。

这样，结构体5中，由于具有形状记忆特性的赋形图案6熔接于被熔接物4，所以能够使被熔接物4也发挥出形状记忆特性。

在本实施方式中是将使被熔接物4平坦的状态作为赋形图案6的初始形状，也可以将使被熔接物4成为筒状或弯曲形状等立体形状的状态作为赋形图案6的初始形状。另外，在本实施方式中赋形图案6为直线状，也可以为曲线状、锯齿状、网格状等任意形状。

作为结构体5的具体例，例如可举出衣服、帐篷、船帆、座椅座面、鞋等物品。当使用者不满足于成品形状时，可根据自己的喜好改变形状。而且，当不再需要自己喜好的形状时，只需将这些物品加热至恢复温度以上就可恢复成原来的形状。

4.其它实施方式

·上記实施方式中是将丝状物1插入喷头7进行赋形图案形成，也可以不使用丝状物1，而是将芯材2的材料和被覆层3的材料分别熔融后在喷头7内汇流，再以被覆层3被覆芯材2的方式将被覆层3和芯材2从喷头7熔融挤出，形成与丝状物1相同的多层结构。此时，芯材2的材料和被覆层3的材料可以分别为线状或者颗粒状等其它形态。

·芯材2中也可以配合纤维素纳米纤维等填充物。

符号说明

1：丝状物、2：芯材、3：被覆层、4：被熔接物、5：结构体、6：赋形图案、7：喷头。