專利名稱：可逆聯(lián)接機(jī)構(gòu)的制作方法
可逆聯(lián)接W勾
本公開內(nèi)容一般地涉及可松開的聯(lián)接才/U勾，其用于將在控制條件下分開 或松開的裝置或結(jié)構(gòu)的組件固定、夾持、或閉鎖在一起。
鉤環(huán)扣型緊固件以及鈕節(jié)和空腔型緊固件是眾所周知的，且通常用于連 接彼此可分開的兩個(gè)構(gòu)件。這些類型的緊固件通常具有置于相對(duì)的構(gòu)件表面 上的兩個(gè)組件。 一個(gè)組件典型地包括至少一個(gè)突起，即鈕節(jié)或吊鉤，同時(shí)另 一組件典型地包括尺寸設(shè)計(jì)成摩擦配合鈕節(jié)的空腔或者配置用來(lái)揍合吊鉤 的材料環(huán)。將兩個(gè)組件一起按壓時(shí)，它們互鎖以形成可松開的接合。通過(guò)該 結(jié)合產(chǎn)生的所獲連接相對(duì)抗剪切力和拉力，且撕裂強(qiáng)度方面不足。由此，將 一個(gè)組件與另一組件脫離，可以用于以最小作用力將組件分開。如本文中所 使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"剪切"表示由導(dǎo)致或者傾向于導(dǎo)致物體的兩個(gè)鄰接部件 彼此相對(duì)地在平行于它們的接觸面的方向上滑動(dòng)的作用力產(chǎn)生的作用或應(yīng) 力。術(shù)語(yǔ)"拉力"表示由導(dǎo)致或者傾向于導(dǎo)致物體的兩個(gè)鄰接部件彼此相對(duì) 地在垂直于它們的接觸面的方向上運(yùn)動(dòng)的作用力產(chǎn)生的作用或應(yīng)力。
用于這些系統(tǒng)的剪切和拉開力通常是有限的。例如，必須小心地考慮現(xiàn) 有鈕節(jié)和空腔緊固件的尺寸以容許固定和分離二者。由于將鈕節(jié)部分在空腔
內(nèi)壓配合以實(shí)現(xiàn)4給，對(duì)于這些固定系統(tǒng)來(lái)it^加的拉開和剪切力將限制為 與將鈕節(jié)從空腔中拉開或切變相關(guān)的摩擦力，或者使鈕節(jié)在物理上充分變形 使得其將通過(guò)空腔入口配合/退出所需的力水平。由此，實(shí)現(xiàn)分離的各種力 將接近或者甚至大大超過(guò)用于4妄合的那些力。鉤環(huán)扣型緊固件是類似的，雖 然多個(gè)采用環(huán)材料接合的吊鉤將共同提供相對(duì)更高的剪切力和拉開力。
期望選擇地提高旨在使緊固件系統(tǒng)保持固定時(shí)的剪切力和卸下力，且選 擇地降^^進(jìn)行分離時(shí)的剪切力和卸下列以使實(shí)現(xiàn)分離所必須的力最小化。
發(fā)明概述
本文中公開了可^^開的緊固件系統(tǒng)。 一種實(shí)施方式中，該緊固件系統(tǒng)包 括具有規(guī)定和剛性形狀的空腔部分；至少部分由增強(qiáng)的聚合物形成的鈕節(jié) 部分，其中該增強(qiáng)的聚合物包括選擇的在溫度升高時(shí)初4成性能降低的聚合物
5和填料；和連接于鈕節(jié)部分的激活裝置，該激活裝置能夠操作以選擇地提供激活信號(hào)和改變鈕節(jié)部分的撓曲模量以降低剪切力和/或拉開力。固定緊固件的方法包括激活包含聚合物和填料材料的增強(qiáng)的聚合物突 起，并改變模量性能；將激活的增強(qiáng)的聚合物突起壓配合到空腔部分中，使 得突起接近空腔部分的形狀；和使增強(qiáng)的聚合物減活以鎖住形狀和實(shí)現(xiàn)突起 與空腔部分的^^。限制平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的方法包括將其上具有至少 一個(gè)突起的表面插入空 腔，其中該突起至少部分是由包含聚合物和填料材料的增強(qiáng)的聚合物形成 的，和該空腔包括具有至少兩個(gè)間隔開且由雙壓電晶片材料形成的直線條的 頂壁與底壁，其中條之間的間距大小有效地限制插入時(shí)突起沿著平面的運(yùn) 動(dòng)；和激活雙壓電晶片材料，使得直線條呈有效松開該突起的曲線形狀。如下附圖和詳細(xì)描述舉例說(shuō)明了上述和其它特征。


現(xiàn)在參照附圖，其為示例性實(shí)施方式且其中相同元件編號(hào)相同 圖1為可松開的固定系統(tǒng)的橫斷面視圖，其中將可松開的固定系統(tǒng)^^ 和分開；圖2為圖1的可松開的固定系統(tǒng)的透視圖，其中將可松開的固定系統(tǒng)分開；圖3為適用于的可松開的緊固件系統(tǒng)的空腔部分的橫斷面視圖，依據(jù)本 公開內(nèi)容的實(shí)施方式；圖4闡述了顯示用于可松開的緊固件系統(tǒng)的突起的各種幾何形狀的透視 圖，依據(jù)^/^開內(nèi)容的實(shí)施方式；圖5闡述了適用于可松開的緊固件系統(tǒng)的雙壓電晶片空腔，依據(jù);^^開 內(nèi)容的另一實(shí)施方式；圖6闡述了適用于可松開的緊固件系統(tǒng)的突起，依據(jù)^^開內(nèi)容的另一 實(shí)施方式；圖7闡述了用于可松開的緊固件系統(tǒng)的壓電雙壓電晶片，依據(jù)^/>開內(nèi) 容的另一實(shí)施方式。發(fā)明詳述依據(jù)^^>開內(nèi)容的 一種實(shí)施方式，可松開的固定系統(tǒng)包括使用具有顯著依賴于溫度的模量的熱塑性或熱固性材料。
一種實(shí)施方式中，增強(qiáng)的材料包 括嵌入熱塑性或熱周性聚合物基質(zhì)之內(nèi)的纖維或片晶(本文中也稱作"填 料")。其它實(shí)施方式中，在熱塑性或熱固性材料的外表面上設(shè)置涂層。預(yù) 期相對(duì)于未增強(qiáng)的可松開的緊固件，抗拉開性增加約10 100倍以上且范圍為0.7 7MPa。同樣，加熱時(shí)拉開力可以降低約10~100倍。另外，對(duì)于甚 至更高的拉開力(范圍為5 ~ 50MPa)也描述了固定的對(duì)準(zhǔn)互聯(lián)。存在多種可以用于本公開內(nèi)容的適宜的熱塑性或熱固性初3十，其顯示在 施加適宜激活信號(hào)如溫度變化時(shí)對(duì)模量的顯著依賴性。特別適當(dāng)?shù)氖切螤钣?憶聚合物。形狀記憶聚合物可以是熱敏性的(即，熱激活信號(hào)導(dǎo)致性能變化)、 光敏性的(即，基于光的激活信號(hào)導(dǎo)致性能變化)、濕度敏感性的(即，液體 激活信號(hào)如濕度、水蒸汽、或水導(dǎo)致性能變化)，或者包含前述中至少一種 的組合。已發(fā)現(xiàn)，使用增強(qiáng)的SMP材料提供了當(dāng)緊固件旨在保持固定時(shí)大于 1兆帕(MPa)的拉開力，和當(dāng)緊固件系統(tǒng)置于可以將其有意地分開的狀態(tài)時(shí)顯 著降低的力。雖然公開了形狀記憶聚合物，但是它們的使用是示例性的，且 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)且理解可以采用機(jī)械性能隨溫度升高而顯著降低的 任意聚合物。 一種實(shí)施方式中，由于在相對(duì)窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)變而采用 SMP材料。由此，可以更容易地控制且由此使操作溫度范圍最大化。通常，SMP是相分離的共聚物，包含至少兩種不同單元，其可以描述于 聚合物之內(nèi)的定義不同片段，每個(gè)片段對(duì)于SMP的整體性能提供不同貢獻(xiàn)。 如本文中使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"片段"表示共聚以形成SMP的相同或相似單體 或低聚物單元的嵌段、接枝、或序列。每個(gè)片段可以是結(jié)晶或無(wú)定形的，且 分別具有相應(yīng)的熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。本文中使用的術(shù)語(yǔ)"熱轉(zhuǎn)變溫 度"為了簡(jiǎn)化一般地表示為Tg或炫點(diǎn)，取決于該片段是無(wú)定形片段或是結(jié) 晶片段。對(duì)于含(n)個(gè)片段的SMP，就是說(shuō)該SMP具有一個(gè)硬片段和(n-1)個(gè) 軟片段，其中該硬片段具有比任意軟片段更高的熱轉(zhuǎn)變溫度。由此，SMP具 有(n)個(gè)熱轉(zhuǎn)變溫度。硬片段的熱轉(zhuǎn)變溫度稱作"最后轉(zhuǎn)變溫度，，，且所謂 "最軟"片段的最低熱轉(zhuǎn)變溫度稱作"最初轉(zhuǎn)變溫度"。重點(diǎn)指出的是，如 SMP具有多個(gè)特征為相同熱轉(zhuǎn)變溫度(其也是最后轉(zhuǎn)變溫>1)的片段，那么就 是說(shuō)該SMP具有多個(gè)硬片段。將SMP在高于最后轉(zhuǎn)變溫度下加熱時(shí)，可以將該SMP材料成型?？梢栽O(shè) 定用于該SMP的永久形狀，或者通過(guò)隨后在低于該溫度下使SMP冷卻來(lái)記憶 該形狀。如本文中使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"初始形狀"、"預(yù)先定義的形狀，，、7和"永久形狀，，是同義詞且旨在可交換地使用?？梢酝ㄟ^(guò)將材料力。熱到高于 任意軟片段的熱轉(zhuǎn)變溫度但仍低于最后轉(zhuǎn)變溫度的溫度，施加外應(yīng)力或負(fù)荷
以使SMP變形，并隨后在低于軟片段的特定熱轉(zhuǎn)變溫度下冷卻，設(shè)定臨時(shí)形狀。
可以通過(guò)在高于軟片段的特定熱轉(zhuǎn)變溫度但仍低于最后轉(zhuǎn)變溫度下加
熱該材料，同時(shí)撤除應(yīng)力或負(fù)荷，恢復(fù)永久形狀。由此確定的是，通itl且合 多個(gè)軟片段能夠顯示多個(gè)臨時(shí)形狀，且采用多個(gè)硬片段能夠顯示多個(gè)永久形 狀。同樣采用層狀或復(fù)合途徑，多個(gè)SMP的組合將顯示在多個(gè)臨時(shí)與永久形 狀之間的轉(zhuǎn)變。也要指出的是，可以依據(jù)如前所示的SMP組成來(lái)使用其它刺 激，例如光刺激、濕度刺激、凝:波加熱等。為了簡(jiǎn)化，本文中的討論將關(guān)注 于熱激活，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，其它刺激可以產(chǎn)生類似結(jié)果且旨 在包含在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
對(duì)于僅具有兩個(gè)片段的SMP，在最初轉(zhuǎn)變溫度下設(shè)定形狀記憶聚合物的 臨時(shí)形狀，隨后冷卻該SMP，同時(shí)在負(fù)荷下，以鎖住該臨時(shí)形狀。只要該SMP 保持低于最初轉(zhuǎn)變溫度，就能保持該臨時(shí)形狀。使該SMP再次高于最初轉(zhuǎn)變 溫度時(shí)恢復(fù)永久形狀。重復(fù)加熱、成形、和冷卻步驟可以重復(fù)地再次設(shè)定臨 時(shí)形狀。
大多數(shù)SMP顯示"單向"作用，其中該SMP顯示一個(gè)永久形狀。無(wú)應(yīng)力 或負(fù)荷下將形狀記憶聚合物加熱高于軟片段熱轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，實(shí)現(xiàn)永久形狀且 不-使用外力時(shí)該形狀將不會(huì)恢復(fù)為臨時(shí)形狀。
作為替換，可以制備一些形狀記憶聚合物組合物以顯示"雙向"作用， 其中該SMP顯示兩個(gè)永久形狀。這些體系包括至少兩種聚合物組分。例如， 一種組分可以是第一交聯(lián)的聚合物，同時(shí)另一組分為不同交聯(lián)的聚合物。組 分通過(guò)層技術(shù)組合，或者是互穿網(wǎng)絡(luò)，其中兩種聚合物組分交聯(lián)但彼此之間 交聯(lián)。通過(guò)改變溫度，形狀記憶聚合物在第一永久形狀或第二永久形狀的方 向上改變其形。每種永久形狀屬于該SMP的一種組分。在感興趣的溫度間隔 內(nèi)一種組分("組分A")的枳4成性能幾乎與溫度無(wú)關(guān)的事實(shí)導(dǎo)致整體形狀的 溫度依賴性。在感興趣的溫度間隔內(nèi)另一種組分("組分B")的機(jī)械性能是 溫度依賴性的。 一種實(shí)施方式中，組分B相對(duì)于組分A在低溫下變得更強(qiáng)， 同時(shí)組分A在高溫下更強(qiáng)且決定實(shí)際形狀?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)定組分A的永久形狀 ("第一永久形狀")、使裝置變形為組分B的永久形狀("第二永久形狀")、 和在施加應(yīng)力下固定組分B的永久形狀，制得雙向記憶裝置。
8夠使SMP成形為多種不同形式和形狀。加工 組合物和聚合物自身的結(jié)構(gòu)容許對(duì)于期望的應(yīng)用選擇特定溫度。例如，依據(jù) 特定應(yīng)用，最后轉(zhuǎn)變溫度可以為約(TC 約30(TC或更高。用于形狀恢復(fù)的 溫度(即軟片段熱轉(zhuǎn)變溫>1)可以高于或等于約-30。C。用于形狀恢復(fù)的另一 溫度可以高于或等于約2(TC。用于形狀恢復(fù)的另一溫度可以高于或等于約 70°C。用于形狀恢復(fù)的另一溫度可以低于或等于約25(TC。用于形狀恢復(fù)的 仍另一溫度可以低于或等于約20(TC。最后，用于形狀恢復(fù)的另一溫度可以 低于或等于約180°C。
用于SMP的適宜聚合物包括熱塑性、熱固性、互穿網(wǎng)絡(luò)、半互穿網(wǎng)絡(luò)、 或混合網(wǎng)絡(luò)的聚合物。該聚合物可以是單一聚合物或者聚合物的共混物。該
S成形;犬記憶聚合物的i宜聚合物組分包括、但i非限i于，聚磷腈、聚(氯 乙烯)、聚酰胺、聚酯酰胺、聚CtJJC)、聚酸酐、聚石灰酸酯、聚丙烯酸酯、
聚鏈烯烴、聚丙烯酰胺、聚亞烷基二醇、聚環(huán)氧烷烴、聚對(duì)苯二曱酸亞烷基 酯、聚原酸酯、聚乙烯基醚、聚乙烯基酯、聚乙烯基囟化物、聚酯、聚交酯、 聚乙交酯、聚硅氧烷、聚氨酯、聚醚、聚醚酰胺、聚醚酯、聚苯乙烯、聚丙 烯、聚乙烯基苯酚、聚乙烯基p比咯烷酮、氯化聚丁烯、聚(十八烷基乙烯基 醚)乙烯乙酸亞乙酯、聚乙烯、聚(環(huán)氧乙烷)-聚(對(duì)笨二甲酸乙二醇酯)、聚 乙烯/尼龍(接枝共聚物)、聚己內(nèi)酯-聚酰胺(嵌段共聚物)、聚(己內(nèi)酯)二曱 基丙烯酸酯-丙烯酸正丁酯、聚(降冰片烯-多面體低聚倍半硅氧烷)、聚氯乙 烯、脲烷/丁二烯共聚物、聚氨酯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段 共聚物等，和包含前述聚合物組分中的至少一種的組合。適宜聚丙烯酸酯的 實(shí)例包括聚(曱基丙烯酸甲酯)、聚(曱基丙烯酸乙酯)、聚(曱基丙烯酸丁酯)、 聚(曱基丙烯酸異丁酯)、聚(曱基丙烯酸己酯)、聚(甲基丙烯酸異癸酯)、聚 (曱基丙烯酸月桂酯)、聚(曱基丙烯酸苯酯)、聚(丙烯酸曱酯)、聚(丙烯酸
異丙酯)、聚(丙烯酸異丁酉旨)和聚(丙烯酸十八烷基酯)。用于形成上述SMP 中各種片段的聚合物可商購(gòu)獲得，或者可以采用常規(guī)化學(xué)方法來(lái)合成。本領(lǐng) 域技術(shù)人員可以利用已知化學(xué)方法和處理技術(shù)容易地制備聚合物，無(wú)需過(guò)度 實(shí)驗(yàn)。
可以使用填料(即纖維和/或片晶)以離散或M方式增強(qiáng)形狀記憶聚合 物。 一種實(shí)施方式中，可以將賦予導(dǎo)電性或?qū)嵝缘奶盍霞拥叫螤钣洃浘酆?物中。適宜導(dǎo)熱填料的實(shí)例為金屬粉、金屬片、金屬纖維、碾碎的金屬纖維、
9氧化鋁、石墨、氮化硼、氮化鋁、表面處理的或涂覆的氮化鋁、涂覆珪石的 氮化鋁、碳納米管、碳纖維和碾碎的碳纖維、碳化硅等，或者包含前述添加 劑中的至少一種的組合。
適宜導(dǎo)電填料的實(shí)例為金屬粉、金屬片、金屬纖維、碾碎的金屬纖維、 涂覆金屬的合成纖維、涂覆金屬的玻璃珠、涂覆金屬的中空球體、石墨、碳 納米管、氣相生長(zhǎng)的碳纖維、碳纖維和碾碎的碳纖維、涂覆碳的合成纖維、 巴克球、電激活聚合物、摻雜銻的氧化錫、導(dǎo)電金屬氧化物如銦錫氧化物、 叔銨鹽化合物、炭黑、焦炭等，或者包含前述導(dǎo)電添加劑中的至少一種的組 合。
這些填料可以以有效獲得期望的性能的濃度加到涂料組合物中。可以用 于控制介電常數(shù)的其它填料是眾所周知的。實(shí)例包括各種金屬氧化物、金屬 粉、金屬纖維、微球等，或者包含前述添加劑中的至少一種的組合。
仍進(jìn)一步，可以配置加強(qiáng)筋以影響對(duì)于一些應(yīng)用來(lái)說(shuō)可以期望的摩擦和
磨損性能。例如，可以在SMP外表面上沉積光語(yǔ)纖維外層(即表面涂層)，以
通過(guò)減輕使用期間摩擦或振動(dòng)的影響而改善壽命，否則其可以導(dǎo)致邊緣處的 刨削或切割。也可以提供和配置表面涂層以影響傳熱、美容外觀、水吸收、 抗腐蝕性，而不影響期望的連接性能。另外，表面涂層可以增強(qiáng)拉開強(qiáng)度或 者，相反地減輕連接的去除。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以采用已知處理技術(shù)容易地 制備增強(qiáng)的形狀記憶聚合物，無(wú)需過(guò)度實(shí)驗(yàn)，例如注塑、擠出、層壓、噴涂等。
示例地，圖1闡述了鈕節(jié)和空腔型緊固件系統(tǒng)， 一般地標(biāo)明為參考數(shù)字
10。鈕節(jié)部分12包括具有至少一個(gè)從其中延伸的"尖銳，，突起16的表面 14,含有由增強(qiáng)的SMP制成的至少一部分(這種實(shí)施方式中，纖維和/或片晶 在聚合物基質(zhì)之內(nèi)JL4示為參考數(shù)字18)。應(yīng)當(dāng)指出的是，突起幾何形狀并 非限定于此。例如，突起可以采取吊鉤、鈕扣、如所示的凸起條等的形式。 優(yōu)選地，鈕節(jié)部分12包括內(nèi)部空間20,其容許改進(jìn)或裁剪用于有效4^的 壓力以滿足具體要求。
空腔部分22包括勤出壁24，其中側(cè)壁26從該壁中延伸。限制壁28從 側(cè)壁中延伸且設(shè)置其在接合期間限制鈕節(jié)部分12。 一種實(shí)施方式中，該空腔 部分是由非常堅(jiān)硬的材料形成的。適應(yīng)于制造空腔部分材料的材料包括擠出 的金屬如鋁、鋼材、鐵等，或者熱塑性材料如聚丙烯、聚乙烯、聚酖胺、聚 酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、縮醛、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯、聚苯醚、聚氨酯、聚砜、勤十苯撐對(duì)苯二曱酰胺、金屬、陶瓷等。這些材料可以用于利用相對(duì) 剛性和堅(jiān)硬的材料的其它實(shí)施方式中。例如，當(dāng)空腔部分包括由增強(qiáng)的SMP 形成的一部分時(shí)，鈕節(jié)部分可以是由相同材料形成的。
空腔幾何形狀使得將兩個(gè)表面一起按壓導(dǎo)致尖銳突起12在一個(gè)表面上 與空腔22接合且在另一表面上形成在剪切和拉開方面牢固的連接。將鈕節(jié) 部分12在空腔22內(nèi)按壓之前和之中，可以期望地采用適宜激活裝置30激 活增強(qiáng)的SMP部分。隨后將增強(qiáng)的SMP部分冷卻同時(shí)保持壓力，由此使得鈕 節(jié)部分12在招t去壓力時(shí)〗呆持空腔部分22的形狀。有益地，纖維和/或片晶 的使用增強(qiáng)了冷卻時(shí)的4給。即，由此通過(guò)提供更牢固的連接而增加了吸持 力。例如，增強(qiáng)的SMP材料的使用相對(duì)于未增強(qiáng)的SMP材料顯著提高了石M 和抗剪強(qiáng)度。
通過(guò)將含增強(qiáng)的SMP的突起12的溫度升高到足以顯著降低它們的石嫂 和/或容許它們?cè)谪?fù)荷下回復(fù)為對(duì)于它們的更高溫度相預(yù)先設(shè)定的顯著更小 的互鎖幾何形狀，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)表面的i^巨離分離。石M和/或更小互聯(lián)幾何形 狀的變化的這種顯著增加，將顯著降低將兩個(gè)表面吸持在一起的接合力且容 許它們?cè)诖怪庇诒砻娴姆较蛏蟿兟?、剪切、或是拉開時(shí)容易地彼此分開。分 離之后，將激活表面冷卻或者使其冷卻，由此恢復(fù)其預(yù)先設(shè)定的形狀和準(zhǔn)備 再次齢。
雖然參考了如上所討論的熱激活，但是一些形狀記憶聚合物可以隨光刺 激、濕度等而發(fā)生模量變化。這些材料盡管采用不同激活信號(hào)，但是仍以類 似于如上關(guān)于熱激活所討論的方式起作用。
另一實(shí)施方式中，空腔部分22是由增強(qiáng)的形狀記憶聚合物材料形成， 但是4丑節(jié)部分12是由相對(duì)剛性和固定尺寸的材料形成的。仍進(jìn)一步，其它 實(shí)施方式中，空腔部分22可以進(jìn)一步包括由增強(qiáng)的形狀記憶聚合物材料形 成的襯里32，如圖3中所示。這樣，可以進(jìn)一步控制與4妻合和分離相關(guān)的力。 還應(yīng)當(dāng)指出的是，可松開的緊固件可以在一個(gè)襯底上提供的多個(gè)突起和在另 一襯底上提供的相應(yīng)空腔。替換地，可以在二者襯底上提供空腔和突起的混 合物，其中每個(gè)襯底的空腔和鈕節(jié)部分是互補(bǔ)的。接合期間，按壓時(shí)增強(qiáng)的 形狀記憶部分將緊密地接近鈕節(jié)部分的形狀緊靠襯里32 。
仍進(jìn)一步，其它實(shí)施方式中，鈕節(jié)部分12可以包括由增強(qiáng)的形狀記憶 聚合物材料形成的均勻或可變厚度的外層或部件。接合期間，按壓且加入其 中時(shí)增強(qiáng)的形狀記憶部分將緊密地4妻近空腔部分的形狀。
ii另一實(shí)施方式中，配置該可松開的緊固件，其中^U^三個(gè)尺寸中的一個(gè)或兩個(gè)中(即在直線或平面中但不垂直于該直線或平面)限制"連接"表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。關(guān)于這一點(diǎn)的詳細(xì)描述，存在許多應(yīng)用，其中期望4又在一個(gè)方向上的抗正交力性能、抗剪切性能，或者僅在兩個(gè)但并非全部三個(gè)方向上的抗
運(yùn)動(dòng)性能。作為后者的實(shí)例，可以將增強(qiáng)的SMP突起(例如鈕節(jié))成形為例如一個(gè)表面上呈短圓柱體和另一表面上呈相應(yīng)的空腔。選^t奪地激活增強(qiáng)的SMP突起可以用于幫助在相應(yīng)空腔內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)。隨后增強(qiáng)的形狀記憶聚合物的冷卻將相對(duì)剪切運(yùn)動(dòng)鎖住表面，但是再次軟化可以用于容許滑動(dòng)松開。相反排列也將在一對(duì)表面(其一具有SMP襯里的空腔且另一具有剛性鈕節(jié))方面具有感興趣的性能。例如，可以加熱空腔的襯里以顯著降低滑動(dòng)/剪切力/橫向松開，由此容許兩個(gè)表面自然地尋找使勢(shì)能最小化的對(duì)準(zhǔn)，即如果^t式相當(dāng)致密時(shí)突起和凹槽將實(shí)際上自配合，且將配合元件軟化時(shí)松開的能量輸入正好是將表面充分分開以容許鈕節(jié)通過(guò)孔所需的能量。作為二維限制的另一實(shí)例，鳩尾形縫連接將限制兩個(gè)相交表面的平面中垂直于一個(gè)軸向和沿著該軸方面上的運(yùn)動(dòng)。
另 一實(shí)施方式中，配置可^Hf的緊固件系統(tǒng)以防止滑動(dòng)位移同時(shí)保持垂直于平面或表面相對(duì)容易的4^和/或分離。該系統(tǒng)包括兩個(gè)特定表面使第一表面成形為具有設(shè)計(jì)用于最佳地配合第二激活表面的、特定形狀的、規(guī)則排列的突起，也就是使其成形為具有含雙壓電晶片結(jié)構(gòu)的材料的、特定形狀的行列，當(dāng)給出指令時(shí)(該指令為電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)、離子交換等，作為適應(yīng)于產(chǎn)生雙壓電晶片形變的激活材料，例如壓電或介電彈性體、磁致伸縮材料、形狀記憶材料、離子聚合物復(fù)合材料等)，其以容許突起從第一表面中與第二表面接合的方式可逆地變形。當(dāng)使第二表面的變形顛倒時(shí)，第一表
面的突起將被俘獲并防止平移。
許多雙壓電晶片結(jié)構(gòu)可以在高頻下激活。通過(guò)以高速率在第二激活表面中激活雙壓電晶片結(jié)構(gòu)，可以相對(duì)于如果第二表面保持在兩個(gè)靜止配置中顯著更容易地接合和分離第一表面和第二激活表面。第一表面上的突起可以更容易地發(fā)現(xiàn)在第二表面中行列之間的配合通道，因?yàn)橥ǖ乐须p壓電晶片結(jié)構(gòu)前后擺動(dòng)。另外，當(dāng)共振下操作時(shí)，雙壓電晶片結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)幅度最大化且可以最佳地發(fā)生配合。
可以將如上所述的可松開的緊固件系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可逆地將兩個(gè)表面或結(jié)構(gòu)在三維上一起牢固地夾持，如通常對(duì)該設(shè)備所期望的那樣。也可以將該可
12松開的緊固件系統(tǒng)配置成更有效地滑動(dòng)或剪切同時(shí)容許通it4垂直于表面的方向上牽拉的被動(dòng)松開。例如，將具有第一表面的表面的區(qū)段置于采用第二表面制得的臺(tái)上，可以容易地置于臺(tái)上和采用垂直于臺(tái)表面的很小力除
去；但是，該可松開的緊固件系統(tǒng)將阻止使區(qū)段在臺(tái)表面上滑動(dòng)。將需要拉
開力來(lái)克m^擦和一些枳4成^^，即使將第二表面激活使得去除力幾乎消失。
用于第一表面的突起可以是多種幾何形狀的，特別地、但并非排除地，
是有助于互鎖或鉤住的那些。圖4顯示了各種突起34、 36、和38的簡(jiǎn)化描述。 一種實(shí)施方式中，形體尺寸是毫米級(jí)或更小，且密度和形狀4吏得這些突起配合空腔部分22的空間且具有足夠數(shù)量以在互鎖時(shí)提供期望的強(qiáng)度。
圖5中用于空腔部分50的雙壓電晶片結(jié)構(gòu)描述為單個(gè)垂直線52、 54。當(dāng)施加刺激場(chǎng)時(shí)，束狀結(jié)構(gòu)以規(guī)則i!4目對(duì)的方式變形，如鏡像正弦曲線，如中間圖中所示。 一種實(shí)施方式中，可以施加和激發(fā)壓電片，使得每個(gè)束狀結(jié)構(gòu)與其相鄰有180。相位差，由此定期形成最大開口距離。停止激發(fā)時(shí)，束狀結(jié)構(gòu)恢復(fù)到它們的直線位置并壓縮和誘捕突起，例如如圖1中所示的突起12。當(dāng)在接近束狀結(jié)構(gòu)的共振頻率的頻率下發(fā)生i!U^時(shí)，可以提高開口距離，或者可以降低激活能。 一種實(shí)施方式中，模態(tài)振動(dòng)以基于激發(fā)頻率的規(guī)則間隔形成正弦曲線形狀。
替換地，雙壓電晶片材料62如壓電材料可以嵌入突起60中，如圖6中所示。本文中使用的術(shù)語(yǔ)"壓電材料"用于描述當(dāng)施力口電壓時(shí)機(jī)械變形(改變形狀)、或者相反地當(dāng)機(jī)械變形時(shí)產(chǎn)生電荷的材料。優(yōu)選地，將壓電材泮牛置于柔軟金屬條或陶資片上。雖然可以使用單壓電晶片條，但是優(yōu)選該條是雙壓電晶片條，因?yàn)殡p壓電晶片通常相對(duì)于單壓電晶片顯示更大的位移。由于在外加電壓下一個(gè)陶瓷元件將接觸同時(shí)另 一個(gè)張開，雙壓電晶片相對(duì)于單壓電晶片顯示更大的位移。雙壓電晶片可以顯示至多約20%的應(yīng)變，但類似于單壓電晶片，通常不能維持相對(duì)于單壓電晶片整體尺寸的高負(fù)荷。
適宜的壓電材料包括無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)化合物、和金屬。關(guān)于有機(jī)材料，所有分子之內(nèi)具有非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)和主鏈或側(cè)鏈、或者二者鏈上的大偶極矩基團(tuán)的聚合物，可以用作用于壓電膜的選擇物。適宜聚合物的實(shí)例包括，例如，但并非限定于聚(4-苯乙烯磺酸鈉)("PSS，')、聚S-119(聚(乙烯基胺)主鏈偶氮發(fā)色團(tuán))、和它們的衍生物；聚氟經(jīng)，包括聚偏氟乙烯("PVDF")、其共聚物偏氟乙烯("VDF，，)、三氟乙烯(TrFE)、和它們的衍生物；聚氯烴，包括聚(氯乙烯)("PVC")、聚偏氯乙烯("PVC2")、和它們的衍生物;聚丙烯腈("PAN")、和它們的衍生物；聚羧酸,包括(甲基丙烯酸("PMA"))、和它們的衍生物； 、和它們的衍生物；聚氨酯("PUE")、和它們的衍生物；生物-聚合物分子如聚-L-乳酸和它們的衍生物、和膜蛋白質(zhì)，以及磷酸酯生物分子；聚苯胺和它們的衍生物、和所有四胺衍生物；聚酰亞胺，包括Kapton分子和聚醚酰亞胺("PEI")、和它們的衍生物；所有膜聚合物；聚(N-乙烯基吡咯烷酮)("PVP")聚合物、和它們的衍生物、和無(wú)規(guī)PVP-共聚-乙酸乙烯酯("PVAc")共聚物；和所有主鏈或側(cè)鏈中、或者主鏈和側(cè)《連二者中具有偶極矩基團(tuán)的芳族聚合物，及其混合物。
另外，壓電材料可以包括Pt、 Pd、 Ni、 T、 Cr、 Fe、 Ag、 Au、 Cu、金屬
合金及其混合物。這些壓電材料也可以包括，例如，金屬氧化物如Si02、 A1A、
Zr02、 Ti02、 SrTi03、 PbTiO" BaTi03、 Fe03、 Fe304、 ZnO、及其混合物，和第
VIA和IIB族化合物如CdSe、 CdS、 GaAs、 AgCaSe2、 ZnSe、 GaP、 InP、 ZnS及其混合物。
圖7中顯示了用于壓電雙壓電晶片70的設(shè)計(jì)，其中束狀結(jié)構(gòu)具有實(shí)線矩形形狀，且極化的壓電片72為虛線正方形，+和-信號(hào)表示壓電片的極性使得誘導(dǎo)優(yōu)選的彎曲模。
雖然已參考了由壓電材料形成的雙壓電晶片，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，其它雙壓電晶片材料可以用于提供類似行為。例如，離子聚合物調(diào)節(jié)器如離子聚合物金屬?gòu)?fù)合材料和導(dǎo)電聚合物由于導(dǎo)致穿過(guò)膜的膨脹的離子物質(zhì)的遷移而本質(zhì)上顯示這種作用。雙壓電晶片也可以是基于磁致伸縮材料(通過(guò)^茲場(chǎng)激活)、形狀記憶合金(通過(guò)熱場(chǎng)激活)、和其它適宜排列用于對(duì)適宜刺激場(chǎng)反應(yīng)的雙壓電晶片行為的材料。
該可杠Vf的緊固件系統(tǒng)可以用于可松開地將兩個(gè)結(jié)構(gòu)元件連接在一起
"。焊接的和粘結(jié)的"剛i生，，連接^供了固定的負(fù)荷路徑。5另^,可以可松開的緊固件系統(tǒng)，使得無(wú)需能量源來(lái)保持連接的接合。能量即激活信號(hào)可以用于提供分離，由此使在可松開的緊固件系統(tǒng)的使用期間對(duì)能量源的沖擊最小化。
有利地，本文中所述的可松開的緊固件系統(tǒng)是一 一 常通用的且可以用于多種不同應(yīng)用，其可以獲益于本文中提供的可逆的"更高負(fù)荷/力"連接技術(shù)。例如，在汽車工業(yè)中，該可松開的緊固件系統(tǒng)可以用于將自主(autonomy)(旅
14客吊艙)對(duì)接到滑板型底盤；連接內(nèi)部組件(汽車座椅、行李箱、snugdown等)；汽車組件和整車的組裝；堅(jiān)硬/柔軟動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)元件以控制車輛的駕駛和操作(可以是對(duì)于路上/路外雙重使用車輛、和/或?qū)τ谲娛聹y(cè)量來(lái)說(shuō)非常重要的)；用于下車身高維護(hù)組件的靈巧連接；用于運(yùn)輸?shù)倪B接-包括高架起重機(jī)、絞車；用于部件裝船的順從仍可靠的界面；組裝模塊-與車輛裝配的才莫塊途徑一致；由可互換的結(jié)構(gòu)單元制成的完全可定制的和/或可再配置的車輛；等等。示例性非機(jī)動(dòng)車應(yīng)用包括、但并非限定于模塊運(yùn)輸系統(tǒng)。軍事實(shí)例包括具有可從車輛中解開以提供命令/控制中心的模塊元件的運(yùn)輸卡車，軍隊(duì)或民用隱蔽所；模塊裝曱系統(tǒng)；固定幾何形狀裝甲列板(例如六邊形、互鎖元件)，使用高強(qiáng)度可逆的接合連接于車輛表面的外側(cè)；等等。
另外，如本文中所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"等并非表示任意次序或重要性，而是用于將一個(gè)元件與另一個(gè)區(qū)分開，且術(shù)語(yǔ)"這個(gè)(the)"、"一個(gè)(a)"和"一個(gè)(an)"并非表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個(gè)所提及的內(nèi)容。另外，本文中公開的所有范圍包括端點(diǎn)且可獨(dú)立地組合。
雖然已參照示例性實(shí)施方式描述了^/>開內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以進(jìn)行各種變化且可以用等價(jià)物代替其要素，而不背離^^開內(nèi)容的范圍。另外，可以進(jìn)行多種改進(jìn)以使特定情形或材料適合于^^開內(nèi)容的教導(dǎo)，而不背離其基本范圍。由此，；^^開內(nèi)容并非旨在限定于作為預(yù)期實(shí)施該公開內(nèi)容的最佳方式而公開的特定實(shí)施方式，而是該公開內(nèi)容將包括落入所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)的所有實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1、一種可松開的緊固件系統(tǒng)，包括具有規(guī)定和剛性形狀的空腔部分；至少部分由增強(qiáng)的聚合物形成的鈕節(jié)部分，其中該增強(qiáng)的聚合物包括選擇的在溫度升高時(shí)機(jī)械性能降低的聚合物和填料；和連接于鈕節(jié)部分的激活裝置，該激活裝置能夠操作以選擇性地提供激活信號(hào)和改變鈕節(jié)部分的撓曲模量性能以降低剪切力和/或拉開力。
2、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中該聚合物為形狀記憶聚合物。
3、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中該填料包括*于所述聚 合物之中的導(dǎo)電填料、導(dǎo)熱填料、介電填料、及其混合物。
4、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中該填料選自金屬粉、金屬 片、金屬纖維、^5卒的金屬纖維、涂覆金屬的合成纖維、涂覆金屬的玻璃珠、 涂覆金屬的中空球體、氧化鋁、石墨、碳納米管、氣相生長(zhǎng)的碳纖維、碳纖 維和碾碎的碳纖維、涂覆碳的合成纖維、巴克球、電激活聚合物、摻雜銻的 氧化錫、導(dǎo)電金屬氧化物如銦錫氧化物、叔銨鹽化合物、炭黑、焦炭、氮化 硼、氮化鋁、表面處理的或涂覆的氮化鋁、涂覆珪石的氮化鋁、碳化硅、及 其混合物。
5、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中該填料包括選自各種金屬 氧化物、金屬粉、金屬纖維、微球、及其混合物的介電材料。
6、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中該填料均勻分布于所述聚 合物之中。1
7、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中該填料離散分布于所述聚 合物之中。
8、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中將空腔和鈕節(jié)部分置于一 個(gè)襯底之上或之內(nèi)，且將補(bǔ)充的空腔和鈕節(jié)部分置于第二襯底之上或之內(nèi)。
9、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中該空腔部分是由熱塑性材 料、熱固性材料、陶瓷、或金屬形成的且M本上不可彎曲的。
10、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中該空腔部分包括由增強(qiáng)的 聚合物形成的限制表面。
11、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中該空腔部分包括由增強(qiáng)的 聚合物形成的襯里，且該鈕節(jié)部分是由剛性材料形成的。
12、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中該鈕節(jié)部分含有由增強(qiáng)的 聚合物形成的表面層、區(qū)域或突起，且該空腔是由剛性材料形成的。
13、 權(quán)利要求l的可松開的緊固件系統(tǒng)，其中該空腔部分包括襯里，且該鈕節(jié)部分含有表面層，二者均由增強(qiáng)的聚合物形成。
14、 一種固定緊固件的方法，該方法包括激活包含聚合物和填料材料的增強(qiáng)的聚合物突起，并改變模量性能； 將激活的增強(qiáng)的聚合物突起壓配合到空腔部分中，使得突起接近空腔部 分的形狀；和使增強(qiáng)的聚合物減活以鎖住形狀和實(shí)現(xiàn)突起與空腔部分的#^。
15、 權(quán)利要求14的方法，其中激活增強(qiáng)的聚合物包括，提供熱刺激、 光刺激、微波刺激、濕度刺激、及其組合給增強(qiáng)的聚合物以實(shí)現(xiàn)模量性能的 變化。
16、 權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括激活增強(qiáng)的聚合物以改變模量 性能，并從空腔部分中除去突起。
17、 權(quán)利要求14的方法，其中該聚合物為形狀記憶聚合物。
18、 一種限制平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的方法，該方法包括將其上具有至少一個(gè)突起的表面插入空腔，其中該突起至少部分是由包 含聚合物和填料材料的增強(qiáng)的聚合物形成的，和該空腔包括具有至少兩個(gè)間 隔開且由雙壓電晶片材;扦形成的直線條的頂壁與底壁，其中條之間的間距大 小有效地限制插入時(shí)突起沿著平面的運(yùn)動(dòng)；和激活雙壓電晶片材料，使得直線條呈有效松開該突起的曲線形狀。
19、 權(quán)利要求18的方法，其中該雙壓電晶片材料選自壓電材料、離子 金屬聚合物復(fù)合材料、和導(dǎo)電聚合物。
20、 權(quán)利要求18的方法，其中該增強(qiáng)的聚合物包括選自各種金屬氧化 物、金屬粉、金屬纖維、微球、及其混合物的介電填料。
21 、權(quán)利要求18的方法，其中該填料材料選自金屬粉、金屬片、金屬 纖維、碾碎的金屬纖維、涂覆金屬的合成纖維、涂覆金屬的玻璃J朱、涂覆金 屬的中空球體、氧化鋁、石墨、碳納米管、氣相生長(zhǎng)的碳纖維、碳纖維和碾 碎的碳纖維、涂覆碳的合成纖維、巴克球、電激活聚合物、摻雜銻的氧化錫、 導(dǎo)電金屬氧化物如銦錫氧化物、4又銨鹽化合物、炭黑、焦炭、氮化硼、氮化鋁、表面處理的或涂覆的氮化鋁、涂覆珪石的氮化鋁、碳化硅、及其混合物。
22、權(quán)利要求18的方法，其中該聚合物為形狀記憶聚合物。
全文摘要
機(jī)械互鎖可松開的緊固件系統(tǒng)，包括用于形成互鎖組件之一的增強(qiáng)的形狀記憶聚合物。該增強(qiáng)的形狀記憶聚合物包括纖維和/或片晶形式的填料材料。該填料可以包括導(dǎo)電填料、導(dǎo)熱填料、介電填料、及其混合物。本文中還公開了使用該可松開的緊固件系統(tǒng)的方法。
文檔編號(hào)H02N2/00GK101517882SQ200780033838
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日
發(fā)明者A·C·基夫, A·L·布勞內(nèi), N·L·約翰遜, W·巴沃薩-卡特 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司