[发明专利]可重构容器及其制造和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及可重构容器、制造这种容器的方法，以及使用这种容器的方法。 

背景技术

货运容器广泛地用于运输从制品到新鲜产品的很宽范围的货物，并且通常用于保护物品不受运送损伤，也便于处理所述物品。 

为了实现保护容纳在容器内的货物的主要功能，重要的是，所述容器要足够坚固以经受住在运送中可能遭遇的载荷。在一些情况中，所运输货物的性质和/或其运输模式可允许使用由低成本材料制造的较轻容器，所述较轻容器在交货后可以丢弃或回收。然而，在需要更重、更结实的货运容器时，在仅仅一次使用后就轻易丢弃所述容器可能并不是经济可行的。在这些情况中，使容器回到其原发货地以重复使用往往是更吸引人的选择。 

然而，容器是大型制品，而且在运送中所使用的大多数运输模式是体积受限的而不是质量受限的。因此，尽管空容器的重量相当地轻，可容纳在运载工具(例如卡车、铁路车或飞机)中的空容器的数量不大于可容纳在相同运载工具中的已装货容器的数量。这可对货运容器的重复使用造成相当大的运输成本负担。 

一种解决所述问题的方法是设计容器使其几何形状能够逆向改变，使得所述容器在空载时可被压缩以占用相当小的体积，同时保留在需要时将外形改变回最初全部体积的能力。 

一种用于可重构的货运容器的设计是将折线引入容器，容器材料可沿着所述折线折叠和展开以实现重构(或称结构变形)。然而，这种方法将可用于构造容器的材料的范围限制于那些能够逆向折叠和展开且对材料没有持续损伤或累积损伤的材料，所述持续损伤或累积损伤会限制材料的寿命。另外，折叠位置必须比未折叠的容器位置更弱，从而在仅仅在那些希望折叠的位置促使折叠产生。 

发明内容

本发明提供了一种可重构容器，其具有多个可变形活性材料构件，所述活性材料构件适于在激活时变形，使得容器可在第一结构和第二结构之间进行重构。所述结构之一限定了存储空间，适合于装载待运货物，而另一结构是比第一结构更紧凑的皱缩(或折叠)结构。所述激活可以是已知的各种用于激活活性材料的激活手段，例如通过电阻加热、环境加热、对流、辐射的热激活、湿度激活等。 

可变形活性材料构件并不限制可用来构造容器的其它材料，且容器中的可变形活性材料构件的形状可以逆转，而不会严重损害容器将来进行重构的能力。活性材料、尤其是形状记忆聚合物在升高的重构温度下呈现易弯的可再成形的状态，而在不同的激活条件(可以是被动的环境条件或受控激励)下呈现较坚硬的形状保持状态的能力，解决了运送和存储容器所要求的重构性和耐久性方面的双重要求。 

形状记忆材料能够存储变形的(临时的)形状并且恢复最初的(原始的)形状，这通常是由温度变化造成的。可能最常见的表现出这种性能的材料是金属合金形状记忆合金(SMA)，其中，镍钛诺(镍和钛的等原子合金)是熟知的例子。SMA存在于两种状态：高温高强度奥氏体相和低温低强度马氏体相。在形状记忆合金样本的温度被冷却至低于一定温度时观察到形状记忆效应，在所述一定温度下，所述合金完全由较低强度且可易于变形相的马氏体组成，然后变形为所需形状。在马氏体相的时候，SMA样本保持变形的形状，但是通过加热所述样本高于奥氏体变换的温度能够简单地使SMA样本恢复最初的形状。这将变形的马氏体转换为奥氏体相，所述奥氏体相构造在SMA样本的最初形状中。通过改变精确的等原子成分或通过添加小量的另一种合金元素(例如铜、铁或铬)可控制发生这些相变的温度。转换温度可以在至少-100℃到+100℃之间变化。 

形状记忆聚合物或塑料(SMP)，一类基于聚合物的活性材料或“智能”材料，可以在相对较低的应力下变形，并且表现出很大的可恢复应变：在一些情况下高达200％。SMP不能由化学或聚合物种类限定，并且可以是热固性的或热塑性的。形状记忆材料，例如SMP，能够存储变形的(临时的)形状并且恢复到最初的(原始的)形状，这通常是温度变化的结果。 

SMP的关键特性在于，其具有化学或物理交联的网络结构，所述交联的网络结构允许在高于玻璃化温度T_g或结晶温度T_c的一个温度下处于橡胶高弹态。另外，通过控制聚合物的化学性质和结构可以修改或改变T_g和T_c，结果产生使用各种聚合物类及混合物以使SMP的特性适合所需应用的能力。在此使用的术语玻璃化温度T_g应当理解为也包括用于那些具有结晶温度的聚合物系统的结晶温度T_c。