具有可調(diào)節(jié)角的承重粘附材料的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 優(yōu)先權(quán)要求和相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年2月6日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/761，292號(hào)的利益，其全 部?jī)?nèi)容通過(guò)引用整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明一般性涉及用于承重的設(shè)計(jì)、裝置、材料和方法。更具體而言，本發(fā)明涉及 粘附裝置，其具有承重鉸鏈的可調(diào)節(jié)角，其是高度穩(wěn)定的、易剝離的、高承載的并且適合于 在各種應(yīng)用中的延續(xù)/重復(fù)使用.
【背景技術(shù)】
[0004] 壓敏粘附劑（PSA)為當(dāng)施加壓力以使粘附劑與被粘物結(jié)合時(shí)形成結(jié)合的粘附劑。 常規(guī)PSA在壓敏膠帶、標(biāo)簽、便簽本、汽車(chē)內(nèi)部裝飾以及各式各樣的其他產(chǎn)品中均有應(yīng)用。 PSA通常依賴(lài)普遍存在的表面力相互作用（例如范德華力）來(lái)跨界面轉(zhuǎn)移應(yīng)力。PSA可以 粘附到表面，原因是粘附劑足夠柔軟以流動(dòng)到被粘物或濕潤(rùn)被粘物。粘附劑需要在將應(yīng)力 施加到界面處的結(jié)合時(shí)足夠硬以阻止流動(dòng)。PSA呈現(xiàn)出粘彈性（粘性和彈性）特性，粘性和 彈性?xún)烧呔梢杂糜诋a(chǎn)生合適的結(jié)合。
[0005] 常規(guī)PSA主要由獨(dú)立地或與襯里材料（例如硬膜或布料）結(jié)合使用的柔軟的粘彈 性聚合物材料（例如，涂層）制造。為了控制粘附的水平，PSA通過(guò)根據(jù)彈性和粘彈性成分兩 者的復(fù)雜配方來(lái)改變其堆積性質(zhì)以精細(xì)地平衡使材料形成界面（或"濕潤(rùn)表面"）的能力和 一旦形成界面對(duì)分離的抵抗。（Benedek，等人，Eds. 2009Handbook of Pressure Sensitive Adhesives and Products Series， CRC Press ：Boca Raton ;Pocius，2002， Adhesion and Adhesives Technology ：An Introduction，Hanser PubI. :Munich ;Crosby，等人，1999 J.Poly.Sci. Part B :Polym. Phys. 37, 24, 3455-3472 ;Creton，2003 " Materials Science of Adhesives :How to Bond Things Together. " MRS Bulletin 28,6,419_421 ;Creton， 2003 " Pressure-sensitive adhesives ：An introductory course. " MRS Bulletin 28,6,434_439 ;Creton，等人，2007 " Sticky Feet :From Animals to Materials"，MRS Bulletin 32,6,所有頁(yè)；Chan，等人，2007 " Designing Model Systems for Enhanced Adhesion." MRS Bulletin 32,6,496_503 ;Boesel，等人，2010Advanced Materials 22， 19,2125-2137.)〇
[0006] 在PSA設(shè)計(jì)的各個(gè)方面中，多個(gè)因素通常是相關(guān)且重要的：（1)常規(guī)PSA為粘彈性 的以使得聚合物涂層能夠在消耗保形性所需的機(jī)械能（即，壓力）的同時(shí)容易地與粗糙表 面一致：(2)強(qiáng)PSA材料的度量為粘性能量，其為在PSA/襯底界面分離期間所消耗的總能 量；（3)高粘性PSA通常由于用于產(chǎn)生高水平的粘性的不可逆（即，無(wú)彈性）材料工藝而不 利于多次負(fù)載應(yīng)用。
[0007] 大量研究關(guān)注于壁虎（gecko)狀粘附系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，以克服傳統(tǒng)PSA的一些劣勢(shì)。在 下表中提供了常規(guī)PSA和理想壁虎狀粘附劑兩者的一些關(guān)鍵屬性：
[0008]
[0009]另外，壁虎的粘附表面以及自然界中的類(lèi)似實(shí)例通常稱(chēng)為"干式"，就是說(shuō)，粘附不 依賴(lài)于液體相互作用、像環(huán)氧樹(shù)脂那樣的液體-固體轉(zhuǎn)變，粘附表面摸起來(lái)也不會(huì)像常規(guī) 粘彈性粘附劑那樣覺(jué)得"粘"。盡管這樣的屬性在自然界是公知且可見(jiàn)的，但是使性質(zhì)的良 好控制成為可能的基本設(shè)計(jì)因素或機(jī)理是未知的且仍是目前世界范圍內(nèi)研宄項(xiàng)目的主題。 據(jù)我們所知，還沒(méi)有證明已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了與壁虎狀粘附劑類(lèi)似的合成物，尤其是可以在宏觀 長(zhǎng)度范圍上使用的合成物。
[0010] 最近的技術(shù)突破為一類(lèi)基于彈性體的粘附裝置，該粘附裝置具有高載荷量、 可再使用、容易剝離且適合于延續(xù)和重復(fù)使用。（參見(jiàn)例如WO 2012/078249(PCT/ US2011/057309)，其明確地通過(guò)引用整體并入本文用于所有目的。）雖然該技術(shù)大幅通過(guò)了 粘附技術(shù)領(lǐng)域的狀態(tài)，但仍然存在對(duì)允許可調(diào)節(jié)的承重角、高負(fù)載且高度穩(wěn)定的、在成本效 益制造的情況下提供簡(jiǎn)單、無(wú)損剝離和重復(fù)使用的粘附系統(tǒng)的大量且持續(xù)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明提供了一種獨(dú)特的可剝離的粘附裝置，其在允許在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)承重 角，同時(shí)具有高載荷和高度穩(wěn)定性，從而大幅擴(kuò)展了技術(shù)應(yīng)用的范圍。本發(fā)明的粘附系統(tǒng) 和裝置可以被設(shè)計(jì)為以適合以下范圍內(nèi)的應(yīng)用：家用承重支架和保持物、運(yùn)輸部件、運(yùn)動(dòng)器 材、標(biāo)簽和廣告貼、汽車(chē)內(nèi)飾、永久或可逆的緊固件以及用于工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療或軍事應(yīng)用的 儀器和裝置的應(yīng)用。
[0012] 本文所公開(kāi)的粘附裝置通常每個(gè)裝置具有兩個(gè)或更多個(gè)粘附襯墊，用于粘附至一 個(gè)或更多個(gè)目標(biāo)表面。該獨(dú)特的設(shè)計(jì)在粘附襯墊、栓鏈部件和承重機(jī)構(gòu)如何相互連接方面 考慮到了剛度、位置和自由度。
[0013] 在一個(gè)方面，本發(fā)明一般性涉及可剝離的表面粘附裝置。該裝置包括：第一粘附 襯墊、第二粘附襯墊、栓鏈部件和附接至栓鏈部件的鉸鏈部件。第一粘附襯墊包括：具有高 面內(nèi)剛度的第一平面襯里層；和在至少一側(cè)具有用于粘附至第一目標(biāo)表面的第一粘附表面 的彈性材料的第一平面層，其中彈性材料在至少與第一粘附表面的相反的側(cè)上浸漬到第一 平面襯里層上。第二粘附襯墊包括：具有高面內(nèi)剛度（相對(duì)于墊的順從性）的第二平面襯 里層；和在至少一側(cè)具有用于粘附至第二目標(biāo)表面的第二粘附表面的彈性材料的第二平面 層，其中彈性材料在至少與第二粘附表面的相反的側(cè)上浸漬到第二平面襯里層上。栓鏈部 件具有近端和遠(yuǎn)端，分別附接至第一平面襯里層和第二平面襯里層。鉸鏈沿至少一個(gè)旋轉(zhuǎn) 軸可旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致鉸鏈部件與栓鏈部件形成約0°至約180°的角。
[0014] 在另一方面，本發(fā)明一般性涉及可剝離的表面粘附裝置。該裝置包括：具有高面內(nèi) 剛度的平面襯里層；在一側(cè)具有用于粘附至目標(biāo)表面的第一粘附表面且在另一側(cè)上浸漬在 平面襯里層中的彈性材料的第一層；在一側(cè)上具有用于粘附至目標(biāo)表面的第二粘附表面且 在另一側(cè)上浸漬在平面襯里層中的彈性材料的第二層；和直接地或通過(guò)剛性基材附接至平 面襯里層的鉸鏈。
[0015] 在另一方面，本發(fā)明一般性涉及用于可剝離地承重的方法。該方法包括：提供根據(jù) 所公開(kāi)的可剝離的表面粘附裝置；以及將重量附接至該裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1示出粘附襯墊的示例性實(shí)施方案的示意圖。
[0017] 圖2示出某些設(shè)計(jì)因素和示意圖。
[0018] 圖3示出示例性制造過(guò)程的示意圖。
[0019] 圖4示出用于襯墊-栓鏈連接的本發(fā)明各種實(shí)施方案的示意圖。
[0020] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的雙襯墊粘附裝置的示例性實(shí)施方案的示意圖。
[0021] 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的雙襯墊粘附裝置的示例性實(shí)施方案的示意圖。
[0022] 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的雙襯墊粘附裝置的示例性實(shí)施方案的示意圖。
[0023] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的雙襯墊粘附裝置的示例性實(shí)施方案的示意圖。
[0024] 圖9示出根據(jù)本發(fā)明的雙襯墊粘附裝置的示例性實(shí)施方案的示意圖。
[0025] 圖10示出根據(jù)本發(fā)明的雙襯墊粘附裝置的示例性實(shí)施方案的示意圖。
[0026] 圖11示出根據(jù)本發(fā)明的雙襯墊粘附裝置的示例性實(shí)施方案的示意圖。
[0027] 圖12示意性地繪出根據(jù)本發(fā)明的示例性雙襯墊粘附裝置的可調(diào)節(jié)承重角。
[0028] 圖13示意性地繪出根據(jù)本發(fā)明的具有可調(diào)節(jié)承重角的多（例如4或5)粘附襯墊 組件的示例性實(shí)施方案。
[0029] 圖14示出根據(jù)本發(fā)明的具有可調(diào)節(jié)承重角的四粘附襯墊組件的示例性實(shí)施方 案。
[0030] 圖15示出根據(jù)本發(fā)明的具有可調(diào)節(jié)承重角的動(dòng)態(tài)四粘附襯墊組件的示例性實(shí)施 方案。
[0031] 圖16示意性地示出用于產(chǎn)生復(fù)合表層系統(tǒng)的示例性組裝線(xiàn)輥對(duì)輥工藝。
[0032] 圖17示出示例性的（上）面朝下成型方法的結(jié)果和（下）復(fù)合表層系統(tǒng)的背面， 示出與金屬鉸鏈化學(xué)附接的聚碳酸酯剛性片。
[0033] 圖18示出根據(jù)本發(fā)明的示例性雙襯墊粘附裝置。
[0034] 圖19示意性地繪出用于制造模塊化筋腱的示例性方法。
[0035] 圖20示出具有為栓鏈而鉆出的大孔的示例性模塊化筋腱。
[0036] 圖21示出可用旋轉(zhuǎn)軸的示意圖。
[0037] 圖22示出隨基材繞X軸旋轉(zhuǎn)，支撐5鎊重量的本發(fā)明的示例性粘附裝置。
[0038] 圖23示出隨基材繞z軸旋轉(zhuǎn)，支撐5鎊重量的本發(fā)明的示例性粘附裝置。
[0039] 圖24示出隨基材繞X軸和z軸旋轉(zhuǎn)，支撐5鎊重量的本發(fā)明的示例性粘附裝置。
[0040] 圖25示出具有附接至由鉸鏈組成的中間裝置的兩個(gè)粘附襯墊的本發(fā)明的示例性 粘附裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 本發(fā)明提供了一種特殊的可剝離的粘附裝置及相關(guān)的方法，其能夠同時(shí)粘附到具 有各種性質(zhì)的兩個(gè)或更多個(gè)目標(biāo)表面并且允許可再使用、容易剝離和高載荷量以用于延續(xù) /重復(fù)使用。本發(fā)明的粘附系統(tǒng)和組裝可以設(shè)計(jì)成適合各種用途（例如，家常承重?cái)R板和支 架、用于運(yùn)輸?shù)牟考?、運(yùn)動(dòng)裝備、標(biāo)簽及廣告貼、汽車(chē)內(nèi)部裝飾、永久或可逆的緊固件以及用 于工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療和軍事應(yīng)用的器具和裝置）。
[0042] 本發(fā)明至少在如下方面與PSA領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)不同：本發(fā)明不像PSA那樣依賴(lài) 粘彈性性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)性能控