接合或者紧固包含形状记忆聚合物的部件的制作方法

接合或者紧固包含形状记忆聚合物的部件的制作方法
【专利摘要】一种将第一部件连接至第二部件的可释放连接。第二部件包括并且由形状记忆聚合物（SMP）制成，并且限定凹处。第一部件包括布置在所述凹处内的部分。该凹处从初始形状变形以允许所述部分插入凹处中，从而将可释放连接组装成为被连接形状，其中凹处变形以将第一部件相对于第二部件固定。通过将第二部件的SMP材料加热到开关温度，凹处从初始形状转换成被连接形状。将SMP第二部件再加热至开关温度，凹处从被连接形状恢复至初始形状以拆开所述可释放连接。
【专利说明】接合或者紧固包含形状记忆聚合物的部件
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是2010年2月10日提交的美国专利申请12/703,337的连续申请。

【技术领域】
[0003] 本发明总体上涉及在第一部件与第二形状记忆聚合物（SMP)部件之间的可释放连 接。

【背景技术】
[0004] 许多制造产品需要第一部件被可释放地连接到第二部件，即第一部件必须以允许 第一部件从第二部件拆除的方式连接到第二部件。这样的可释放连接典型地包括将单独的 工件保持在一起的机械紧固件等等。机械紧固件被拆除，从而拆开工件。替代地，已经利用 粘合剂来将各种工件粘结在一起。单独工件之间的粘性粘结必须被破坏掉以将工件拆开。


【发明内容】

[0005] 公开了制造第一部件和由形状记忆聚合物制成的第二部件之间的可释放连接的 方法。该方法包括将第二部件形成为初始形状以限定凹处。该方法进一步包括将第一部件 的一部分插入到凹处中。该方法还包括将第二部件加热至开关温度，其中第二部件在开关 温度下是延展性的。该方法还包括使凹处变形为被连接形状以抓住第一部件并且将第一部 件相对于第二部件固定；以及在保持凹处的被连接形状的情况下冷却凹处。凹处被冷却直 到第二部件独立地保持被连接形状。第二部件响应于将第二部件再加热至开关温度是延展 性的，以将第一部件从凹处释放。
[0006] 在本发明的另一方面中，公开了可释放连接。可释放连接包括具有开关温度下的 刚度的第一部件。该可释放连接还包括第二部件，第二部件在开关温度下的刚度小于第一 部件的刚度。第二部件由形状记忆聚合物制成，并且限定凹处。第一部件包括布置在凹处 内的部分，所述凹处形成为被连接形状，该被连接形状构造用于将第一部件相对于第二部 件固定。凹处能够响应于第二部件被加热到开关温度而从被连接形状转换为构造用于释放 所述部分的初始形状，由此允许将所述部分从凹处拆除。
[0007] 在本发明的另一方面中，公开了可释放的紧固件。该可释放的紧固件包括基部和 可伸长的构件。可伸长的构件被附接到基部，并且由形状记忆聚合物制成。可伸长的构件 包括起始位置，并且构造用于在加热至开关温度时从起始位置延伸。从起始位置延伸允许 可伸长的构件的端部通过基底中的开口。可伸长的构件的端部构造用于在冷却低于开关温 度时恢复至起始位置，以固定基部和端部之间的基底。
[0008] 相应地，本主题发明公开了第一部件和第二部件之间的可释放连接。第二部件由 形状记忆聚合物制成，这允许第二部件在被加热到开关温度时从初始形状形成为被连接形 状。当处于被连接形状时，第二部件将第一部件固定到位。照此，所公开的可释放连接并不 需要任何的紧固件或者粘合剂来将第一部件连接到第二部件，这降低了可释放连接的制造 成本并且减少了该可释放连接的拆开和重新装配的工作。
[0009] 根据下面结合附图对于执行本发明的最佳实施例的详细描述，本发明的上述特征 和优点以及其它特征和优点将易于清楚明了。

【专利附图】

【附图说明】
[0010] 图1是处于拆开状态的可释放连接的第一实施方式的示意性透视图。
[0011] 图2是处于组装状态的可释放连接的第一实施方式的示意性透视图。
[0012] 图3是处于拆开状态的可释放连接的第二实施方式的示意性透视图。
[0013] 图4是处于组装状态的可释放连接的第二实施方式的示意性透视图。
[0014] 图5是处于部分地组装状态的可释放连接的第三实施方式的示意性透视图。
[0015] 图6A、6B、6C和6D是所述可释放连接的第三实施方式的不意性横截面图。
[0016] 图7是处于拆开状态的可释放连接的第四实施方式的示意性透视图。
[0017] 图8是处于组装状态的可释放连接的第四实施方式的示意性透视图。
[0018] 图9是可释放的紧固件的示意性透视图。
[0019] 图10是插入通过基底的可释放的紧固件的示意性透视图。
[0020] 图11是固定基底的可释放的紧固件的示意性透视图。

【具体实施方式】
[0021] 参考附图，其中在全部附图中，同样的附图标记标示同样的部件，可释放连接总体 上示出为附图标记20。可释放连接20包括第一部件22和第二部件24。第二部件24由形 状记忆聚合物（SMP)制成。
[0022] 热激活的SMP在已知为开关温度（Tx)的特性温度上经历明显的模量下降，例如， 基于聚氨基甲酸酯的SMP的储能模量在近似20°C的范围上从其玻璃态转化温度（Tg，该SMP 的开关温度)下的近似131MPa的储能模量下降到在高于其Tg的温度下的近似4MPa的储能 模量。超过该点，则SMP表现出有限的（典型地10°C或以上）似皮革的平稳阶段，其中模量 保持为低值并且材料能够容易地变形(例如，在一些示例中直到300%)而不导致不可逆的损 伤。
[0023] SMP通常定义为包括永久形状和暂时形状。永久形状是制造的形状，SMP在高于开 关温度时试图还原到该永久形状并且不受任何载荷并且不存在阻止该还原的障碍。暂时形 状是在开关温度以上时因外力或障碍而变形到的形状。SMP可以以暂时形状保存延长的时 间段，只要SMP不暴露于推动SMP还原到永久形状的刺激，例如热。但是，SMP可以包括三 态形状记忆聚合物，其能够记忆永久形状和中间形状，其中中间形状在SMP的高温和低温 之间的中间温度下限定。如果使用三态SMP，则暂时形状，例如拆开状态，以及永久形状，例 如组装状态可以程序化到SMP中。因此，使用三态SMP转换到期望形状的问题仅在于将SMP 加热至适当的温度以获得中间形状或者永久形状中的任一者。
[0024] SMP -般描述为包括开关温度、成型温度和凝结温度。成型温度大于开关温度，并 且开关温度大于凝结温度，即成型温度〉开关温度〉凝结温度。开关温度是SMP的特性发 生极小改变的温度。但是，在开关温度下，SMP的特性不可能发生急剧的改变，以固定较软 的材料，在成型温度下可发生SMP的形状程序化。类似地，在冷却时，SMP不可能在开关温 度急剧地恢复其全部的初始特性。因此，SMP可被冷却至凝结温度以保证SMP的永久形状 的完全恢复。
[0025] 第一部件22包括开关温度下的刚度。第二部件24限定凹处26,并且包括在开关 温度下或以上的温度下的刚度，该刚度小于第一部件22在开关温度下的刚度。更具体地， 第一部件22包括与第二部件24在接合温度下的刚度相比明显地小的刚度，以确保在可释 放连接20的装配期间第一部件22在被加热时不变形。
[0026] 第一部件22包括布置在凹处26内的部分28。凹处26从允许部分28插入凹处 26中的初始形状形成为构造用于将第一部件22相对于第二部件24固定的被连接形状。因 此，第二部件24在装配之前包括初始形状。在装配期间，第一部件22的部分28插入凹处 26中，并且凹处26形成为被连接形状以将部分28固定在凹处26内。如果被连接形状是永 久形状，则凹处26从初始形状变换到被连接形状可以在将第二部件24加热至开关温度时 发生。此外，以被连接形状作为永久形状提供抵抗拆开的强连接。如果被连接形状是永久 形状，则凹处26从初始形状变换到被连接形状可以在将第二部件24加热至开关温度、凹处 26变形成为被连接形状以及将第二部件24冷却以保持被连接形状时发生。此外，以初始形 状作为永久形状允许可释放连接20的易拆开性。由于第一部件22包括与第二部件24在 开关温度时的刚度相比更高的在开关温度下的刚度，当凹处26从初始形状形成被连接形 状时，第一部件22的形状不改变。应理解，SMP的初始形状可以是暂时形状和永久形状中 的任一形状，而被连接形状是暂时形状和永久形状中的另一形状。
[0027] 由于SMP第二部件24的特性，凹处26可以从被连接形状转换成为初始形状以释 放第一部件22的部分28。当初始形状作为永久形状并且无外部载荷作用于或阻碍SMP的 恢复时，凹处26响应于第二部件24被加热到开关温度而从被连接形状转换回到初始形状。 如果初始形状是暂时形状，外力在SMP的成型温度下施加于凹处26上以允许部分28从凹 处26释放。在任一情况中，将部分28从凹处26拆除用于维护等是直接明了的。
[0028] 参考图1和2,示出了可释放连接20的第一替代实施方式。可释放连接20在图1 和2中显示为带狭槽的连接。第二部件24包括基部30、第一壁32和第二壁34。第一壁32 和第二壁34彼此相对地布置在基部30的相反侧边上。基部30、第一壁32和第二壁34沿 着纵向轴线36延伸。凹处26包括由基部30、第一壁32和第二壁34限定并且限定在其之 间的通道。凹处26沿着纵向轴线36延伸。第一部件22的布置在凹处26内的部分28包 括隆起的端部28,其中隆起的端部28包括沿着纵向轴线36延伸预定距离的柱形部分28。
[0029] 如图1所示，第一壁32和第二壁34在它们的初始形状下大体上相对于基部30垂 直并且限定大体长方形的凹处26。在转换成为图2中所示的被连接形状时，第一壁32和 第二壁34的远边，即距基部30最远的边缘朝向彼此向内卷曲以将第一部件22的柱形部分 28围起，并且限定大体柱形的凹处26。因此，第一部件22的柱形部分28能够在柱形的凹 处26中移动。应该理解，柱形部分28在柱形的凹处26内的移动包括沿着平面或轴线的制 定的即预定的移动，并且不包括因可释放连接20的过度磨损和/或可释放连接20的不适 当装配引起的微小移动。更具体地，第一部件22能够在凹处26中相对于第二部件24可滑 动地移动。此外，第二部件24相对于第一部件22的移动的阻力是可调的。移动的阻力可 以例如通过改变柱形部分28和柱形的凹处26之间的间隙和/或接触压力来调节。照此， 移动的阻力可以通过调节可释放连接20的几何结构以改变间隙和/或接触压力来调节，以 考虑到可释放连接20随时间的磨损。
[0030] 如上简述的，当形成凹处26的SMP的永久形状是初始形状，并且在无阻碍第一部 件22的柱形部分28从第二部件24的凹处26释放的任何外部载荷或者阻挡物时，第一壁 32和第二壁34在被加热到开关温度时可以恢复到它们的初始形状，即长方形形状。
[0031] 参考图3和4,示出了可释放连接20的第二替代实施方式。该可释放连接20在 图3和4中显示为铰链。第二部件24包括基部38、第一壁40和第二壁42。第一壁40和 第二壁42彼此相对地布置在基部38的反向侧边上，并且沿着纵向轴线44延伸。第一壁40 和第二壁42中的每一个包括沿着纵向轴线44彼此隔开的多个翼片46。每个相邻对的翼 片46之间限定间隙。因此，第一壁40和第二壁42中的每一个包括布置在翼片46之间的 多个间隙48。如所示的，第一壁40上的翼片沿着纵向轴线44偏离第二壁42上的翼片46。 但是，应理解，第一壁40和第二壁42上的翼片46可以替代地布置成彼此直接相对。凹处 26包括由基部38、第一壁40和第二壁42限定并且限定在其之间的通道。更具体地，凹处 26由基部38、第一壁40的翼片46和第二壁42的翼片46限定。凹处26沿着纵向轴线44 延伸。第一部件22的布置在凹处26内的部分28包括沿着纵向轴线44延伸的柱形轴部分 28 〇
[0032] 如图3所示，第一壁40的翼片46和第二壁42的翼片46相对于基部38以大体水 平的方式布置，并且当处于它们的初始形状时限定大体开放的凹形。图3中所示的初始形 状是SMP的永久形状。在转换成为图4中所示的被连接形状即SMP的暂时形状时，第一壁 40和第二壁42上的翼片46朝向彼此向上和向内弯曲以围起第一部件22的柱形轴部分28， 并且限定大体柱形的凹处26。因此，第一部件22的柱形轴部分28能够在柱形的凹处26中 移动。应该理解，柱形轴部分28在柱形的凹处26内的移动包括沿着平面或者轴线的制定 的即预定的移动，并且不包括因可释放连接20的过度磨损和/或可释放连接20的不适当 装配引起的微小移动。更具体地，第一部件22能够相对于第二部件24围绕纵向轴线44旋 转。此外，第二部件24相对于第一部件22的移动的阻力是可调的。移动的该阻力可以例 如通过改变柱形部分28和柱形凹处26之间的间隙和/或接触压力来调节的。照此，移动 的阻力可以通过调整可释放连接20的几何尺寸来改变间隙和/或接触压力，以考虑到可释 放连接20随时间的磨损。
[0033] 如上简述的，在无阻碍第一部件22的柱形轴部分28从第二部件24的凹处26释 放的任何外力或阻挡物的情况下，第一壁40和第二壁42在被加热到开关温度时可以自动 地返回到它们的初始形状，即大体开放的凹形形状。
[0034] 参考图5和6A至6D，示出了可释放连接20的第三替代实施方式。在图5和6A至 6D中，可释放连接20显示为可拆卸的修正片。第二部件24包括基部50、第一壁52和第二 壁54。第一壁52和第二壁54彼此面对地布置在基部50的相对侧边上。基部50、第一壁 52和第二壁54沿着纵向轴线延伸。凹处26包括由基部50、第一壁52和第二壁54限定并 且限定在其之间的通道。凹处26沿着纵向轴线延伸。第一壁52和第二壁54每个均包括 分别布置在第一壁52和第二壁54的远边上的脊56,即距基部50最远的边。脊56朝向彼 此向内延伸到凹处26中。第一部件22的布置在凹处26内的部分28包括多个闩锁部分 28。闩锁部分28包括一系列平面构件，该一系列平面构件连接在一起以限定大体菱形的弹 簧部分28。菱形的弹簧部分28构造成偏压第一壁52和第二壁54并且位于两者之间。第 一部件22的菱形的弹簧部分28每个均包括至少一个但是优选地一对定位槽58。当第二部 件24为被连接形状时，定位槽58布置成分别与第一壁52和第二壁54中的每个脊56互锁 接合。
[0035] 如图5所示，第一壁52和第二壁54包括大体纵向的形状，并且在处于它们的初始 形状时大体垂直于基部50并且限定大体长方形的凹处26。由于第一部件22的布置在凹处 26内的部分28包括伸缩式弹簧部分28,可释放连接20的第三替代实施方式的凹处26并 不需要被加热至开关温度以使凹处26从初始形状变换到被连接形状。相反，如图6B所示， 在第二部件24的菱形的弹簧部分28插入到凹处26中时，定位槽58以互锁接合与脊56接 合，即咬合在一起，以限定被连接形状。但是，应理解，将第一部件22和第二部件24之一或 者两者均加热到开关温度可以使得插入到凹处26中变得容易。
[0036] 参考图6C，为了将第一部件22从第二部件24释放，第二部件24被加热到开关温 度或接近开关温度，在该温度下，菱形的弹簧部分28的弹簧力足以将第一壁52从第二壁54 扩展开，由此解除脊56和定位槽58之间的互锁接合。一旦脊56和定位槽58的互锁脱离， 则第一部件22可以从第二部件24除去并且凹处26返回到初始形状，如图6D所示。
[0037] 参考图7和8,示出了可释放连接20的第四替代实施方式。可释放连接20在图7 和8中显示为套管连接。第二部件24包括基部60和壁62。基部60和壁62协作限定凹 处26。更具体地，基部60和壁62限定半球形穹面形状的凹处26。第一部件22的布置在 凹处26内的部分28包括隆起的端部28。更具体地，隆起的端部28包括球形部分28。
[0038] 如图7所示，壁62包括大体纵向柱形的壁62,壁62背离基部60向上延伸，由此在 初始形状时限定大体柱形的凹处26。在转换成为图8所示的被连接形状，即暂时形状时，柱 形壁62的远边，即距离基部60最远的边缘，朝向柱形壁62的中心卷曲以限定半球形穹面 形状的凹处26。因此，第一部件22能够相对于第二部件24在第二部件24的凹处26中移 动。应该理解，球形部分28在半球形穹面形状的凹处26中的移动包括沿着平面或者轴线 的制定的即预定的移动，并且不包括因可释放连接20的过度磨损和/或可释放连接20的 不适当装配造成的微小移动。更具体地，第一部件22的球形部分28能够在半球形穹面形 状的凹处26中枢转。此外，第二部件24相对于第一部件22的移动的阻力是可调的。移动 的该阻力可以例如通过改变球形部分28和半球形穹面形状的凹处26之间的间隙和/或接 触压力来调节的。照此，移动的阻力可以通过调整可释放连接20的几何尺寸来改变间隙和 /或接触压力，以考虑到可释放连接20随时间的磨损。
[0039] 如果图7中所示的壁62的筒形形状是SMP的永久形状，则在无任何外力和/或阻 挡物的情况下，壁62在被加热到开关温度时可以恢复到初始形状，即筒形形状，由此将第 一部件22的球形部分28从第二部件24的凹处26释放。
[0040] 参考图9、10和11，示出了总体的可释放的紧固件64。可释放的紧固件64包括基 部66和可伸长的构件68。可伸长的构件68被附接到基部66,并且包括形状记忆聚合物 (SMP)并且由形状记忆聚合物（SMP)制成。
[0041] 优选地，可伸长的构件68包括曲线构件，并且限定起始位置。优选地，可伸长的构 件68的起始位置包括卷起位置，这也是SMP的永久形状。但是，应该理解，起始位置可以包 括在此未示出的其它位置，诸如前后分开的构造。可伸长的构件68在加热至开关温度时能 够从起始位置延伸。图10示出了处于SMP的暂时位置的可伸长的构件68。SMP的暂时位 置如下实现：将可伸长的构件68加热到开关温度以上并且施加力到可伸长的构件以将可 伸长的构件68拉出成为延伸的，即伸长的构造，然后将可伸长的构件68冷却到开关温度以 下以锁定在SMP的暂时位置。可伸长的构件68将保持暂时位置，直到被加热到开关温度以 上。如图10所示，使得可伸长的构件68延伸以允许可伸长的构件68的端部穿过基底72 中的开口 70。图11示出了可伸长的构件68的被部分恢复的永久形状。部分地恢复的永 久形状以如下方式实现：当处于暂时形状时，将可伸长的构件68通过开口 70插入基底中， 保持紧固件64相对于基底72的相对位置并且将可伸长的构件68加热至开关温度，而对于 可伸长的构件68无任何外部载荷或者除基底72以外的阻挡物。冷却可伸长的构件锁定在 被加热到开关温度或以上的SMP单元的永久形状中。照此，一旦被加热到开关温度，可伸长 的构件68的延伸穿过开口 70的无约束部分转换回到永久形状，即卷起形状，而复原被基底 72阻止的受约束部分保持在部分地复原的暂时形状。因此，如图11所示，可伸长的构件68 的端部被构造用于在冷却时返回到可伸长的构件68的起始位置。一旦可伸长的构件68的 端部返回至起始位置，即卷起形状，则可伸长的构件的卷起端部将基底72固定在可伸长的 构件68的基部66和卷起端部之间。
[0042] 通过可释放的紧固件64实现的可释放连接20可以如下断开：将可伸长的构件的 端部28加热至开关温度，并且施加扩张力以使可伸长的构件68伸展，由此使可伸长的构件 68变直。一旦可伸长的构件68的端部变直，则可伸长的构件68可以被拉动穿过基底72中 的开口 70,由此释放基底72。由于可伸长的构件68冷却，可伸长的构件68在未被施加外 力或者阻挡物的情况下返回至初始形状。
[0043] 本发明另外公开了制造可释放连接20的方法。如上所述，可释放连接20在第一 部件22和第二部件24之间，其中第二部件24包括形状记忆聚合物并且由形状记忆聚合物 制成。以下更详细地说明SMP的细节。该方法包括将第二部件24形成为初始形状以限定 凹处26。凹处26可以包括任何合适的大小、形状和/或构造，诸如沿着纵向轴线延伸的长 方形形状的凹处26,或者如上所述的柱形的凹处26。应该理解，凹处26的初始形状不局限 于在此说明的凹处26，而可以包括其它的初始形状。
[0044] 该方法进一步包括将第一部件22的部分28插入到凹处26中。第一部件22的部 分28在凹处26处于凹处26的初始形状时被插入凹处26,即凹处26的初始形状允许部分 28插入其中。第一部件22的部分28可以包括任何合适的形状、大小和/或构造，诸如以上 详细说明的柱形部分28、球形部分28或者菱形的弹簧部分28。应该理解，第一部件22的 部分28可以包括除在此说明的以外的形状、大小和/或构造。
[0045] 该方法另外包括将第二部件24加热至开关温度或以上。更具体地，第二部件24可 以被加热到成型温度以使得SMP的程序化容易。开关温度是这样的温度，在该温度下，SMP 转换至软的、似皮革的状态，由此允许SMP的变形。因此，第二部件24在开关温度时或以上 是延展性的。此外，第二部件24的刚度小于第一部件22在开关温度下的刚度，这确保第一 部件22的形状不改变。第二部件24可以以任何合适的方式加热，包括但不限于用热风加 热或者以熔池中加热。
[0046] 如果被连接形状相当于SMP的暂时形状，则所述方法还包括：一旦第二部件24被 加热至开关温度或鸡皮疙瘩，则使凹处26变形成为被连接形状。但是，如果被连接形状相 当于SMP的永久形状，则在与第一部件22和第二部件24的连续相关联的以外无任何外力 和阻挡物的情况下，使凹处26变形成为被连接形状仅要求将第二部件24的SMP加热至成 型温度。凹处26被变形以夹持第一部件22并且将第一部件22相对于第二部件24固定。 使凹处26变形成为被连接形状可以包括将凹处26从初始形状形成为任何合适的被连接形 状，诸如如上所述的柱形凹处26或者半球形穹面形状的凹处26。应该理解，凹处26可以变 形成为在此未示出或说明的其它的被连接形状。使凹处26变形成为被连接形状可以通过 任何合适的方式实现，诸如施加压力至凹处26或者在模具中形成被连接形状。具体地，可 使用专用工具同时地加热和成形SMP，以限定凹处26。专用工具允许SMP形成为一致的暂 时形状。优选地，专用工具加热SMP，并且施加力至SMP以在SMP是热的时将SMP密接到靠 模或者型模中，并且在SMP冷却下将SMP保持在该形状下。但是，应该理解，该专用工具可 以通过在此未说明的其它方式来工作。
[0047] 该方法另外包括在保持凹处26的被连接形状的情况下冷却凹处26,直到第二部 件24独立地保持被连接形状。凹处26被冷却至开关温度以下，并且更具体地，凹处被冷却 至凝结温度或以下。因此，如果施加压力以使凹处26的初始形状变形成为被连接形状，则 可以保持该压力直到第二部件24的SMP材料冷却。一旦第二部件24的SMP冷却到开关温 度以下，则第二部件24保持被连接形状，并且压力可以除去。但是，优选地第二部件24的 SMP被允许冷却至凝结温度以下的温度以保证可释放连接20的一致特性。应该理解，在第 二部件24的SMP材料冷却时，被连接的凹处26的形状可以通过在此未说明的其它方式来 保持。
[0048] 由于SMP材料的固有物理性质，如果初始形状相当于永久形状，则在无可以阻止 形状复原的任何外力和/或阻挡物的情况下，第二部件24的凹处26可以响应于第二部件 24被再加热到开关温度而从被连接形状恢复到初始形状。替代地，如果初始形状相当于暂 时形状，则在施加力以使第二部件24的SMP暂时性地变形以允许可释放连接20的分开的 情况下，第二部件24的凹处26可以响应于第二部件24被再加热到成型温度而从被连接形 状恢复到初始形状。凹处26恢复至初始形状允许第一部件22从第二部件24的凹处26释 放，即拆除。照此，所述方法可以另外包括再加热第二部件24以使第一部件22的凹处26 从被连接形状变换回到初始形状，以拆开可释放连接20。
[0049] 可释放连接20的SMP应该包括1)比可释放连接20的最高运行温度足够高的接 合温度；2)足够低以允许其通过最小力弹性地变形的在接合温度下的储能模量；3)在接合 温度下的高毁坏延伸率，以允许SMP明显地变形从而能够形成产生强且稳定接合的复杂形 状；以及4)有限的似橡胶平稳阶段(典型地>5°C)。
[0050] 形状记忆聚合物是这样的聚合物分子的合成物：这些聚合物分子在它们的温度被 升高至已知为开关温度（Ts)的特性温度以上时在它们的弹性模量方面呈现明显且可逆的 变化。有时完成这种温度升高的手段叫作形状记忆材料的"激活"。当SMP的温度升高至其 Ts以上时，其弹性模量通常以10或100或更高的数量级剧烈地降低。一种类型的SMP是 包括较硬的晶态段(或者微观相）以及较软的非晶态段(或者微观相）的一组半结晶共聚物。 在本示例中，共聚物的Ts是软非晶态相的玻璃态转化温度（Tg)。软的非晶态段是形状记忆 聚合物的低温软化相，并且共聚物的弹性模量在材料温度高于其Ts时因非晶相中的玻璃 态至橡胶态的转变而急剧降低。目前还已知其它类型的SMP，其中Ts对应于聚合物中的一 种相的熔融。虽然本说明书的图示的实施方式集中在如上所述的SMP的类型，但本发明能 够无过多努力地扩展至其它类型的SMP。
[0051] 由上述SMP制成的第二部件24在高于硬质相的熔点（Tm)的温度下通过热机械加 工被施加永久形状。随后冷却至Ts以下的温度导致坚硬的聚合物(例如，E=800MPa，其中E 是聚合物材料在较冷温度下的弹性模量)。材料在Ts和Tm之间的温度范围下作为软的聚 合物(例如，E=4MPa)存在，由此在该示例中引起200倍的弹性模量减少。当材料在高于Ts 的该温度范围中时，其能够容易地变形至不同的暂时形状，即被连接形状。典型SMP在其 软化状态下的弹性伸长(或者延展范围)在无永久变形情况下是大约100%至大约300%。如 果聚合物未被降级(例如，因塑性变形，加热超过其氧化温度等)，则初始的永久形状即初始 形状在无外部载荷的情况下能够通过将其在高于软化相的Ts的温度下湿渍而恢复。最多 200%-300%的拉伸能够以这一方式恢复。SMP材料已知承受数百次加热循环且变形以设置 暂时形状，即被连接形状，和/或加热以恢复永久形状，即初始形状。
[0052] 本发明的可释放连接20利用SMP的软聚合物状态的低弹性模量和硬聚合物状态 的高模量之间的合适差值，以首先建立SMP第二部件24和第一部件22之间的软连接，然后 保持强连接。第一部件22可以由具有合适刚度的任何材料形成，以完成接合过程。在许多 情况中，第一部件22可以是金属部件。
[0053] 本说明书中，上面已经描述了合适的形状记忆聚合物的重要热加工性能。这种SMP 材料也可以不同地利用互穿网络、半互穿网络或者混合网络特性化为热塑性聚合物、热固 性聚合物或者热塑性或者热固性聚合物。聚合物可以是单聚合物或者共混聚合物。聚合物 可以是具有侧链或者枝状结构元件的线性或者分支的聚合物弹性体。形状记忆材料的特征 在于存在两相、非晶态或者玻璃相（或者段）以及半晶态或者晶相（或者段)。SMP已由氨基 甲酸酯共聚物、氨基甲酸酯-二酚共聚物、环氧树脂-渗氰共聚物的合适合成物或者许多其 它共聚物合成物形成。SMP材料可用于许多应用。它们在本发明实践中的用途很大程度上 是基于能够合适地变形以在被连接形状和初始形状之间转换，并且基于SMP在被连接部件 的期望工作温度下是合适地强的。
[0054] 合适的形状记忆聚合物包括热塑性材料、热固性材料、互穿网络、半互穿网络或者 混合网络。聚合物能够是单聚合物或者共混聚合物。聚合物能够是具有侧链或者枝状结构 元件的线性或者分支的热塑性弹性体。形成形状记忆聚合物的合适聚合物部件包括但不 限于，聚磷腈、聚（乙烯醇)、酰胺、聚酯酰胺、聚(氨基酸)、聚酐、聚碳酸酯纤维、聚丙烯酰胺、 聚亚烃基、聚珍烯酰胺、聚烷撑二醇、聚环氧烷、聚亚烷基对苯二酸酯、聚酯类（polyortho esters)、聚乙烯醚、聚乙烯酯类、聚乙烯卤族、聚酯（polyesters)、聚交酯、聚乙醇酸交酯、 聚硅醚、聚胺脂、聚醚、聚醚酰胺、聚醚酯纤维和它们的共聚物。合适聚丙烯酰胺的示例包 括聚(异丁烯酸甲酯)、聚（甲基丙烯酸乙酯)、聚（甲基丙烯酸丁酯)、聚(异丁烯酸异丁脂)、聚 ((乙基甲基丙烯酸)、聚(异癸甲基丙烯酸)、聚（甲基丙烯酸月桂酯)、聚（苯基甲基丙烯酸)、 聚(丙烯酸甲酯)、聚(异丙基丙烯酸盐或酯)、聚(丙烯酸酸异丁酯）和聚(十八烷基丙烯酸盐 或酯)。其他合适聚合物的示例包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯酚、聚乙烯吡咯烷酮、氯化聚 丁烯、聚（十八烷基乙烯醚）乙烯-乙酸乙烯共聚物、聚乙烯、聚（环氧乙烷））-聚（对苯 二甲酸乙二酯）、聚乙烯/尼龙（接枝共聚物）、聚己酸内酯-酰胺（嵌段共聚物）、聚（羟 基己酸内酯）二甲基丙烯酸盐-η-丙烯酸丁酯、聚（正十五基（norbornyl)-多面体低聚硅 倍半氧烷）、聚氯乙烯、氨基甲酸酯/ 丁二烯共聚物、聚氨基甲酸酯嵌段共聚物、苯乙烯-丁 二烯-苯乙烯嵌段共聚物等等。
[0055] 根据本发明，优选的是SMP第二部件的Ts对于接合操作可达到并且高于接合部件 的预期工作温度。失活的SMP第二部件24的弹性模量E inaetive与活性SMP第二部件24的模 量Ea。^的差异在该接合过程中是重要的。优选的是，比率E inartive/Ea是合理地高的，以 用于形状记忆材料在成形过程中的容易且高效的移置，同时保持所形成接头的高强度。至 少10的比率是合适的，而50至大约200的比率是优选的。
[0056] 永久形状恢复所需的温度能够通常被设置为大约_63°C和大约120°C之间的任意 温度，或更高。聚合物本身的成分和结构的制定能够允许针对预期应用选择特别的温度。用 于形状复原的优选温度大于大约120°C。
[0057] SMP部件的最常用激活手段是热。但是，依据具体的SMP材料，部件可利用如下手 段激活用于接合，诸如电、光或具有合适频率的其他电磁辐射、压力、振动、pH变化和/或成 形剂内容物变化，例如含水量。
[0058] 虽然已经详细说明了用于执行本发明的最佳方式，本领域技术人员将认识到在所 附权利要求范围内的用于实践本发明的各种替代设计和实施方式。
【权利要求】
1. 一种可释放连接，包括： 第一部件；和 限定凹处的第二部件，其中所述第一部件和所述第二部件中的一个由形状记忆聚合物 制成，该形状记忆聚合物在开关温度下的刚度小于所述第一部件和所述第二部件中另一个 在所述开关温度处或以上时的刚度； 所述第一部件包括布置在所述凹处内的部分，其中所述凹处形成为被连接形状，该被 连接形状构造成将所述第一部件相对于所述第二部件固定； 其中所述第一部件和所述第二部件中的一个能够从初始形状和所述被连接形状之一 转化到所述初始形状和所述被连接形状中的另一形状，以响应于被加热到所述开关温度而 组装或者将所述部分从所述凹处释放。
2. 根据权利要求1所述的可释放连接，其中，所述第一部件的所述部分包括隆起的端 部。
3. 根据权利要求2所述的可释放连接，其中，所述隆起的端部包括柱形部分和球形部 分之一。
4. 根据权利要求3所述的可释放连接，其中，所述第一部件能够相对于所述第二部件 移动。
5. 根据权利要求1所述的可释放连接，其中，所述第二部件包括基部、第一壁和第二 壁，并且其中所述凹处包括由所述基部、所述第一壁和所述第二壁在处于所述被连接形状 时限定的通道。
6. 根据权利要求5所述的可释放连接，其中，所述第一壁和所述第二壁中每一个均包 括多个翼片，所述多个翼片之间限定多个间隙。
7. 根据权利要求6所述的可释放连接，其中，所述第一壁的所述多个翼片相对于所述 第二壁的所述多个翼片横过纵向轴线交错。
8. 根据权利要求7所述的可释放连接，其中，所述第一壁的所述多个翼片中的每一个 布置成横过所述纵向轴线与所述第二壁中的间隙相对，并且其中所述第二壁中的所述多个 翼片中的每一个布置成横过所述纵向轴线与所述第一壁中的间隙相对。
9. 根据权利要求5所述的可释放连接，其中，所述凹处包括脊，并且所述部分包括构造 用于以互锁接合与所述脊接合的定位槽。
10. 根据权利要求9所述的可释放连接，其中，所述形状记忆聚合物包括程序化的永 久形状，该程序化的永久形状构造用于在被加热到所述开关温度时减少插入或者拆除的阻 力。
【文档编号】F16B19/02GK104100612SQ201310659409
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年4月9日
【发明者】N.D.曼凯姆, P.W.亚历山大, A.L.布朗, N.L.约翰逊, X.高 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司