具有可调节角的承重粘附材料的制作方法
【专利说明】
[0001] 优先权要求和相关申请
[0002] 本申请要求2013年2月6日提交的美国临时申请第61/761，292号的利益，其全 部内容通过引用整体并入本文。
技术领域
[0003] 本发明一般性涉及用于承重的设计、装置、材料和方法。更具体而言，本发明涉及 粘附装置，其具有承重铰链的可调节角，其是高度稳定的、易剥离的、高承载的并且适合于 在各种应用中的延续/重复使用.
【背景技术】
[0004] 压敏粘附剂（PSA)为当施加压力以使粘附剂与被粘物结合时形成结合的粘附剂。 常规PSA在压敏胶带、标签、便签本、汽车内部装饰以及各式各样的其他产品中均有应用。 PSA通常依赖普遍存在的表面力相互作用（例如范德华力）来跨界面转移应力。PSA可以 粘附到表面，原因是粘附剂足够柔软以流动到被粘物或湿润被粘物。粘附剂需要在将应力 施加到界面处的结合时足够硬以阻止流动。PSA呈现出粘弹性（粘性和弹性）特性，粘性和 弹性两者均可以用于产生合适的结合。
[0005] 常规PSA主要由独立地或与衬里材料（例如硬膜或布料）结合使用的柔软的粘弹 性聚合物材料（例如，涂层）制造。为了控制粘附的水平，PSA通过根据弹性和粘弹性成分两 者的复杂配方来改变其堆积性质以精细地平衡使材料形成界面（或"湿润表面"）的能力和 一旦形成界面对分离的抵抗。（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,所有页；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设计的各个方面中，多个因素通常是相关且重要的：（1)常规PSA为粘弹性 的以使得聚合物涂层能够在消耗保形性所需的机械能（即，压力）的同时容易地与粗糙表 面一致：(2)强PSA材料的度量为粘性能量，其为在PSA/衬底界面分离期间所消耗的总能 量；（3)高粘性PSA通常由于用于产生高水平的粘性的不可逆（即，无弹性）材料工艺而不 利于多次负载应用。
[0007] 大量研究关注于壁虎（gecko)状粘附系统的开发，以克服传统PSA的一些劣势。在 下表中提供了常规PSA和理想壁虎状粘附剂两者的一些关键属性：
[0008]
[0009]另外，壁虎的粘附表面以及自然界中的类似实例通常称为"干式"，就是说，粘附不 依赖于液体相互作用、像环氧树脂那样的液体-固体转变，粘附表面摸起来也不会像常规 粘弹性粘附剂那样觉得"粘"。尽管这样的属性在自然界是公知且可见的，但是使性质的良 好控制成为可能的基本设计因素或机理是未知的且仍是目前世界范围内研宄项目的主题。 据我们所知，还没有证明已经开发出了与壁虎状粘附剂类似的合成物，尤其是可以在宏观 长度范围上使用的合成物。
[0010] 最近的技术突破为一类基于弹性体的粘附装置，该粘附装置具有高载荷量、 可再使用、容易剥离且适合于延续和重复使用。（参见例如WO 2012/078249(PCT/ US2011/057309)，其明确地通过引用整体并入本文用于所有目的。）虽然该技术大幅通过了 粘附技术领域的状态，但仍然存在对允许可调节的承重角、高负载且高度稳定的、在成本效 益制造的情况下提供简单、无损剥离和重复使用的粘附系统的大量且持续的需要。
【发明内容】
[0011] 本发明提供了一种独特的可剥离的粘附装置，其在允许在很宽的范围内调节承重 角，同时具有高载荷和高度稳定性，从而大幅扩展了技术应用的范围。本发明的粘附系统 和装置可以被设计为以适合以下范围内的应用：家用承重支架和保持物、运输部件、运动器 材、标签和广告贴、汽车内饰、永久或可逆的紧固件以及用于工业、商业、医疗或军事应用的 仪器和装置的应用。
[0012] 本文所公开的粘附装置通常每个装置具有两个或更多个粘附衬垫，用于粘附至一 个或更多个目标表面。该独特的设计在粘附衬垫、栓链部件和承重机构如何相互连接方面 考虑到了刚度、位置和自由度。
[0013] 在一个方面，本发明一般性涉及可剥离的表面粘附装置。该装置包括：第一粘附 衬垫、第二粘附衬垫、栓链部件和附接至栓链部件的铰链部件。第一粘附衬垫包括：具有高 面内刚度的第一平面衬里层；和在至少一侧具有用于粘附至第一目标表面的第一粘附表面 的弹性材料的第一平面层，其中弹性材料在至少与第一粘附表面的相反的侧上浸渍到第一 平面衬里层上。第二粘附衬垫包括：具有高面内刚度（相对于垫的顺从性）的第二平面衬 里层；和在至少一侧具有用于粘附至第二目标表面的第二粘附表面的弹性材料的第二平面 层，其中弹性材料在至少与第二粘附表面的相反的侧上浸渍到第二平面衬里层上。栓链部 件具有近端和远端，分别附接至第一平面衬里层和第二平面衬里层。铰链沿至少一个旋转 轴可旋转，导致铰链部件与栓链部件形成约0°至约180°的角。
[0014] 在另一方面，本发明一般性涉及可剥离的表面粘附装置。该装置包括：具有高面内 刚度的平面衬里层；在一侧具有用于粘附至目标表面的第一粘附表面且在另一侧上浸渍在 平面衬里层中的弹性材料的第一层；在一侧上具有用于粘附至目标表面的第二粘附表面且 在另一侧上浸渍在平面衬里层中的弹性材料的第二层；和直接地或通过刚性基材附接至平 面衬里层的铰链。
[0015] 在另一方面，本发明一般性涉及用于可剥离地承重的方法。该方法包括：提供根据 所公开的可剥离的表面粘附装置；以及将重量附接至该装置。
【附图说明】
[0016] 图1示出粘附衬垫的示例性实施方案的示意图。
[0017] 图2示出某些设计因素和示意图。
[0018] 图3示出示例性制造过程的示意图。
[0019] 图4示出用于衬垫-栓链连接的本发明各种实施方案的示意图。
[0020] 图5示出根据本发明的双衬垫粘附装置的示例性实施方案的示意图。
[0021] 图6示出根据本发明的双衬垫粘附装置的示例性实施方案的示意图。
[0022] 图7示出根据本发明的双衬垫粘附装置的示例性实施方案的示意图。
[0023] 图8示出根据本发明的双衬垫粘附装置的示例性实施方案的示意图。
[0024] 图9示出根据本发明的双衬垫粘附装置的示例性实施方案的示意图。
[0025] 图10示出根据本发明的双衬垫粘附装置的示例性实施方案的示意图。
[0026] 图11示出根据本发明的双衬垫粘附装置的示例性实施方案的示意图。
[0027] 图12示意性地绘出根据本发明的示例性双衬垫粘附装置的可调节承重角。
[0028] 图13示意性地绘出根据本发明的具有可调节承重角的多（例如4或5)粘附衬垫 组件的示例性实施方案。
[0029] 图14示出根据本发明的具有可调节承重角的四粘附衬垫组件的示例性实施方 案。
[0030] 图15示出根据本发明的具有可调节承重角的动态四粘附衬垫组件的示例性实施 方案。
[0031] 图16示意性地示出用于产生复合表层系统的示例性组装线辊对辊工艺。
[0032] 图17示出示例性的（上）面朝下成型方法的结果和（下）复合表层系统的背面， 示出与金属铰链化学附接的聚碳酸酯刚性片。
[0033] 图18示出根据本发明的示例性双衬垫粘附装置。
[0034] 图19示意性地绘出用于制造模块化筋腱的示例性方法。
[0035] 图20示出具有为栓链而钻出的大孔的示例性模块化筋腱。
[0036] 图21示出可用旋转轴的示意图。
[0037] 图22示出随基材绕X轴旋转，支撑5镑重量的本发明的示例性粘附装置。
[0038] 图23示出随基材绕z轴旋转，支撑5镑重量的本发明的示例性粘附装置。
[0039] 图24示出随基材绕X轴和z轴旋转，支撑5镑重量的本发明的示例性粘附装置。
[0040] 图25示出具有附接至由铰链组成的中间装置的两个粘附衬垫的本发明的示例性 粘附装置。
【具体实施方式】
[0041] 本发明提供了一种特殊的可剥离的粘附装置及相关的方法，其能够同时粘附到具 有各种性质的两个或更多个目标表面并且允许可再使用、容易剥离和高载荷量以用于延续 /重复使用。本发明的粘附系统和组装可以设计成适合各种用途（例如，家常承重搁板和支 架、用于运输的部件、运动装备、标签及广告贴、汽车内部装饰、永久或可逆的紧固件以及用 于工业、商业、医疗和军事应用的器具和装置）。
[0042] 本发明至少在如下方面与PSA领域中的现有技术不同：本发明不像PSA那样依赖 粘弹性性质来实现性能控