一种具有负泊松比效应的牙刷的制作方法

本实用新型涉及一种通过设计具有负泊松比穿孔结构和负泊松比泡沫来设计具有负泊松比效应的牙刷，属于新材料和新结构领域。

背景技术：

牙刷作为一种常见的清洁用品，有着悠久的历史。传统牙刷由于刷头部分尺寸固定，再加上很多人在使用过程中错误的刷牙方式，刷毛与牙龈产生摩擦，非常容易损伤牙龈。同时，传统牙刷在使用中很容易产生刷毛炸裂的“开花”现象，这样的牙刷细菌滋生，用它刷牙越刷越脏，更会损害牙龈健康。

负泊松比材料和结构具有不同寻常的力学特性，与传统材料的压胀拉缩不同，负泊松比材料在单轴压力(拉力)作用下发生横向收缩(膨胀)。穿孔板结构是将不同的形状和切孔的孔洞结构布置在薄片结构中，穿孔结构分布的随机性和无序性使穿孔板具有很大的灵活性。负泊松比泡沫具有优异的力学性能和许多传统材料不具有的性质,比如同向弯曲,拉胀效应，良好的缓冲吸能性等，同时它制备方便，成本低廉，有望应用于航空航天、纺织业、工业、生物医学和其他领域。

负泊松比牙刷由于具有拉胀压缩的特殊性质，在使用过程中刷头大小可通过刷头与口腔壁接触调节，从而起到缩小刷头，使刷毛更加聚拢，减少刷毛“开花”现象的发生，避免损伤牙龈的作用。同时四周包裹的负泊松比泡沫结构具有很好的缓冲性能，可以减小刷头对牙龈的冲击作用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有牙刷的一些不足，利用负泊松比材料和结构的特殊性质，设计和制造了具有实用性的负泊松比牙刷，设计的牙刷刷头大小能够根据刷头与口腔壁接触调节，从而起到缩小刷头，使刷毛更加聚拢，避免损伤牙龈的作用。同时四周包裹的负泊松比泡沫结构具有很好的缓冲性能，可以减小刷头对牙龈的冲击作用。

本实用新型采用的技术方案是：一种具有负泊松比效应的牙刷，包括具有负泊松比效应的牙刷头基板、负泊松比泡沫、刷毛和刷柄，所述牙刷头基板嵌入负泊松比泡沫内，牙刷头基板上设有刷毛，牙刷头基板与刷柄连接；

所述牙刷头基板为具有周期性横竖交替的孔洞结构，或者手性结构、反手性结构；

所述负泊松比泡沫选用常规软质聚氨酯泡沫塑料为基础材料，采用热机械法制备，或者选用聚醚型泡沫塑料为基础材料，采用发泡塑型法得到；

所述牙刷头基板宽w与牙刷头基板长l的比值满足：

所述牙刷头基板的厚度h1满足：h1≤5mm；

所述负泊松比泡沫厚度h2满足：h2≤3mm；

所述刷毛高度h满足：0.75(h1+2h2)mm≤h≤1.25(h1+2h2)mm。

作为优选，所述牙刷头基板的孔洞结构形状为椭圆形或多边形。

上述一种具有负泊松比效应的牙刷的设计方法，包括以下步骤：

1)根据牙刷的尺寸及用途确定牙刷头基板宽w长l厚h1，负泊松比泡沫厚度h2,刷毛高度h，以及具有匹配设计的刷柄的形状及相应尺寸；

2)设计牙刷头基板为具有周期性横竖交替孔洞的穿孔结构，并使牙刷头基板在满足注塑模具精度要求的情况下，尽量减小孔洞的间距；或者设计牙刷头基板为手性结构、反手性结构；

3)选用常规软质聚氨酯泡沫塑料为基础材料，采用热机械法制备得到负泊松比泡沫；或者选用聚醚型泡沫塑料为基础材料，采用发泡塑型法得到；

4)采用注塑成型技术制作出具有负泊松比效应的牙刷头基板和刷毛，步骤如下：

步骤1：将颗粒状的塑料置于料筒内加热熔化；

步骤2：将熔融塑料注入牙刷模具中；

步骤3：熔体卸压冷却后脱模，得到了具有负泊松比效应的牙刷头基板和刷毛；

5)将负泊松比泡沫包裹牙刷头基板，组合制备具有负泊松比效应的牙刷。

本实用新型产生负泊松比效应的关键在于负泊松比基板和负泊松比泡沫的组合设计。在满足注塑模具精度要求的情况下，保证横竖交替的孔状结构足够小，使牙刷头部分的基板具有负泊松比效应，通过热机械法制备具有负泊松比效应的泡沫。通过该方法所设计出的牙刷具有明显的负泊松比效应，同时能在大的应变范围内维持负泊松比性能。此外，所设计的负泊松比牙刷不仅能在轴向压缩下表现出负泊松比性能，同时在弯曲作用下也能表现负泊松比性能。

有益效果：本实用新型利用该方法设计出的牙刷具有较大的负泊松比效应且能同时在轴向压缩下表现出负泊松比效应，其在刷牙时相较于传统牙刷刷头可缩小，且具有避免损伤牙龈、更好地丰富牙膏泡沫、更强的缓冲性能的特点。更好地适应实际应用的需求。

附图说明

图1为具有负泊松比效应的牙刷整体结构图；

图2为具有负泊松比效应的牙刷头基板和负泊松比泡沫组合正视图；

图3为具有负泊松比效应的牙刷俯视图；

图4为负泊松比泡沫

图5为多边形孔洞结构示意图；

图6为手性结构示意图；

图7为反手性结构示意图一；

图8为反手性结构示意图二；

图中：1.牙刷头基板，2.负泊松比泡沫，3.刷毛，4.刷柄。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型做进一步描述：

实施例1：如图1-4所示，一种具有负泊松比效应的牙刷，包括牙刷头基板1、负泊松比泡沫2、刷毛3以及刷柄4，所述牙刷头基板1嵌入负泊松比泡沫2内，牙刷头基板1上设有刷毛3，牙刷头基板1与刷柄4连接；

所述牙刷头基板1为具有周期性横竖交替的孔洞结构；所述牙刷头基板1的孔洞结构形状为椭圆形。

所述负泊松比泡沫2选用常规软质聚氨酯泡沫塑料为基础材料，采用热机械法制备；

所述牙刷头基板1宽w与牙刷头基板1长l的比值满足：

所述牙刷头基板1厚度h1满足：h1≤5mm。

所述负泊松比泡沫2厚度h2满足：h2≤3mm。

所述刷毛3高度h满足：0.75(h1+2h2)mm≤h≤1.25(h1+2h2)mm。

上述一种具有负泊松比效应的牙刷的设计详细步骤为：

1)根据牙刷的尺寸及用途确定牙刷头基板宽w长l厚h1，负泊松比泡沫厚度h2,牙刷头刷毛高度h，以及具有匹配设计的刷柄的形状及相应尺寸；

2)设计牙刷头基板为具有周期性横竖交替孔洞的穿孔结构，并使牙刷头的基板在满足注塑模具精度要求的情况下，尽量减小孔洞的间距；

3)选用常规软质聚氨酯泡沫塑料为基础材料，采用热机械法制备得到负泊松比泡沫；

4)采用注塑成型技术制作出具有负泊松比效应的牙刷基板和刷毛。步骤如下：

步骤1：将颗粒状的塑料置于料筒内加热熔化；

步骤2：将熔融塑料注入牙刷模具中；

步骤3：熔体卸压冷却后脱模，得到了具有负泊松比效应的牙刷基板刷毛。

5)将负泊松比泡沫包裹牙刷基板，得到了具有负泊松比效应的牙刷。

实施例2：如图1-8所示，一种具有负泊松比效应的牙刷，包括牙刷头基板1、负泊松比泡沫2、刷毛3以及刷柄4，所述牙刷头基板1嵌入负泊松比泡沫2内，牙刷头基板1上设有刷毛3，牙刷头基板1与刷柄4连接；

所述牙刷头基板1为手性结构或反手性结构；所述牙刷头基板1的孔洞结构形状为多边形。

所述负泊松比泡沫2选用聚醚型泡沫塑料为基础材料，采用发泡塑型法得到；

所述牙刷头基板1宽w与牙刷头基板1长l的比值满足：

所述牙刷头基板1厚度h1满足：h1≤5mm。

所述负泊松比泡沫2厚度h2满足：h2≤3mm。

所述刷毛3高度h满足：0.75(h1+2h2)mm≤h≤1.25(h1+2h2)mm。

上述一种具有负泊松比效应的牙刷的设计详细步骤为：

1)根据牙刷的尺寸及用途确定牙刷头基板宽w长l厚h1，负泊松比泡沫厚度h2,牙刷头刷毛高度h，以及具有匹配设计的刷柄的形状及相应尺寸；

2)设计牙刷头基板为手性结构或反手性结构；

3)选用聚醚型泡沫塑料为基础材料，采用发泡塑型法得到负泊松比泡沫；

4)采用注塑成型技术制作出具有负泊松比效应的牙刷基板和刷毛。步骤如下：

步骤1：将颗粒状的塑料置于料筒内加热熔化；

步骤2：将熔融塑料注入牙刷模具中；

步骤3：熔体卸压冷却后脱模，得到了具有负泊松比效应的牙刷基板刷毛。

5)将负泊松比泡沫包裹牙刷基板，得到了具有负泊松比效应的牙刷。

以上结合附图对本实用新型的实施方式做出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本实用新型的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。

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