雙面及多面粘附裝置制造方法

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雙面及多面粘附裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了能夠同時粘附到具有各種性質的兩個或更多個目標表面并且容許高載荷量、可再使用、容易剝離且適合于延續(xù)和重復使用的獨特的可剝離的粘附裝置及相關方法。
【專利說明】雙面及多面粘附裝置
[0001] 優(yōu)先權要求及相關專利申請
[0002] 本申請要求2012年1月19日提交的美國臨時申請序列No. 61/588, 241的優(yōu)先權的權益，通過引用將其全部內容完全并入本文。

【技術領域】
[0003] 本發(fā)明一般性涉及用于承重的設計、裝置、材料及方法。更具體地，本發(fā)明涉及提供為雙面或多面且能夠同時粘附到兩個或更多個表面的粘附裝置的設計、裝置、系統(tǒng)、材料及制造方法。這樣的裝置為高承載的、容易剝離的并且適合在各種應用中延續(xù)/重復使用。

【背景技術】
[0004] -直在尋求可以支承高性能負載的粘附材料。壓敏粘附劑（PSA)為當施加壓力以使粘附劑與被粘物結合時形成結合的粘附劑。常規(guī)PSA在壓敏膠帶、標簽、便簽本、汽車內部裝飾以及各式各樣的其他產(chǎn)品中找到用處。PSA通常依賴普遍存在的表面力相互作用 (例如范德華力）來跨界面轉移應力。PSA可以粘附到表面，原因是粘附劑足夠柔軟以流動到被粘物或濕潤被粘物。粘附劑需要在將應力施加到界面處的接合時足夠硬以阻止流動。 PSA呈現(xiàn)出粘彈性（粘性和彈性）特性，粘性和彈性兩者均可以用于產(chǎn)生合適的結合。
[0005] 目前，PSA主要由獨立地或與襯里材料（例如硬膜或布料）結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通過根據(jù)彈性和粘彈性成分兩者的復雜配方來改變其堆積性質以精細地平衡使材料形成界面（或"濕潤表面"）的能力和一旦形成界面對分離的抵抗。（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 Publ. :Munich ;Crosby，等人，1999J. Poly.Sci.Part B :Polym. Phys. 37, 24, 3455-3472 ;Creton，2003 " Materials Science of Adhesives :How to Bond Things Together. " MRS Bulletin28,6,419_421;Creton， 2003" Pressure-sensitive adhesives ：An introductory course. !f MRS Bulletin28， 6,434_439;Creton，等人，2007 " Sticky Feet :From Animals to Materials "， MRS Bulletin32,6，所有頁；Chan，等人，2007 " Designing Model Systems for Enhanced Adhesion. " MRS Bulletin32,6,496_503 ;Boesel，等人，2010Advanced Materials22，19， 2125-2137.)
[0006] 在PSA設計的各個方面中，三個因素通常是相關且重要的：（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械能（即，壓力）的同時容易地與粗糙表面一致：(2)強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（S卩，無彈性）材料工藝而不利于多次負載應用。
[0007] 為了開發(fā)克服常規(guī)PSA的缺點中的一些缺點的粘附材料系統(tǒng)，許多研究專注于開發(fā)壁虎（gecko)狀粘附系統(tǒng)。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鍵屬性：
[0008]

【權利要求】
1. 一種能夠同時粘附到兩個或更多個目標表面的可剝離的表面粘附裝置，包括：兩個或更多個粘附襯墊，每個均獨立地包括：具有高面內剛度的平面襯里層；以及彈性材料的平面層，所述彈性材料的平面層在至少一側上具有用于粘附到目標表面的粘附表面，其中所述彈性材料在至少與所述粘附表面相反的側上浸漬到所述襯里層；以及栓鏈部件，所述栓鏈部件附接到所述兩個或更多個粘附襯墊以形成能夠同時粘附到兩個或更多個目標表面的表面粘附裝置。
2. 根據(jù)權利要求1所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述裝置包括第一粘附襯墊和第二粘附襯墊，每個均獨立地包括：彈性材料的平面層，所述彈性材料的平面層在一側上具有用于粘附到目標表面的粘附表面；以及具有高面內剛度的平面襯里層，其中所述襯里層浸漬到在與所述粘附表面相反的側上的所述彈性材料的層上；并且所述拴鏈部件具有近端和遠端，所述近端附接到第一平面襯里層并且所述遠端附接到第二平面襯里層。
3. 根據(jù)權利要求2所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述第一粘附襯墊的所述平面襯里層、所述拴鏈部件和所述第二粘附襯墊的所述平面襯里層一起連貫地形成單個連續(xù)平面部件。
4. 根據(jù)權利要求3所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面在所述單個連續(xù)平面部件的相同側上。
5. 根據(jù)權利要求3所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面在所述單個連續(xù)平面部件的相反側上。
6. 根據(jù)權利要求2所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述第一粘附襯墊的所述平面襯里層附接到所述拴鏈部件的所述近端，并且所述拴鏈部件在所述遠端處附接到所述第二粘附襯墊的所述襯里層，其中所述第一粘附襯墊的所述平面襯里層、所述拴鏈部件和所述第二粘附襯墊的所述平面襯里層不一起連貫地形成單個連續(xù)平面部件。
7. 根據(jù)權利要求6所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面被置于所述拴鏈部件的相同側上。
8. 根據(jù)權利要求6所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面被置于所述拴鏈部件的相反側上。
9. 根據(jù)權利要求7或8所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述拴鏈部件的所述近端基本附接在所述第一粘附襯墊的所述襯里層的中心處，并且所述拴鏈部件的所述遠端基本附接在所述第二粘附襯墊的所述襯里層的中心處。
10. 根據(jù)權利要求7或8所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述拴鏈部件的所述近端基本離開所述第一粘附襯墊的所述襯里層的中心而附接，并且所述拴鏈部件的所述遠端基本離開所述第二粘附襯墊的所述襯里層的中心而附接。
11. 根據(jù)權利要求7或8所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述拴鏈部件的所述近端基本附接在所述第一粘附襯墊的所述襯里層的中心處，并且所述拴鏈部件的所述遠端基本離開所述第二粘附襯墊的所述襯里層的中心而附接。
12. 根據(jù)權利要求2所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述第一粘附襯墊的所述平面襯里層和所述拴鏈部件一起形成單個連續(xù)平面部件，并且其中所述第二粘附襯墊的所述平面襯里層不一起形成單個連續(xù)平面部件。
13. -種能夠同時粘附到兩個目標表面的可剝離的表面粘附系統(tǒng)，包括：第一粘附襯墊，包括：具有高面內剛度的第一平面襯里層；以及彈性材料的第一平面層，所述彈性材料的第一平面層在至少一側上具有用于粘附到目標表面的第一粘附表面，其中所述彈性材料在至少與所述第一粘附表面相反的側上浸漬到所述第一平面襯里層上；第一栓鏈部件，所述第一栓鏈部件經(jīng)由與所述第一平面襯里層的附接件被附接到所述第一粘附襯墊；第二粘附襯墊，包括：具有高面內剛度的第二平面襯里層；以及彈性材料的第二平面層，所述彈性材料的第二平面層在至少一側上具有用于粘附到目標表面的第二粘附表面，其中所述彈性材料在至少與所述第二粘附表面相反的側上浸漬到所述第二平面襯里層上；以及第二栓鏈部件，所述第二栓鏈部件經(jīng)由與所述第二平面襯里層的附接件被附接到所述第二粘附襯墊，其中，所述第一栓鏈部件和所述第二栓鏈部件中的每一個分別包括第一緊固件和第二緊固件，所述第一緊固件和所述第二緊固件能夠經(jīng)由所述第一緊固件和所述第二緊固件之間的鎖定機構而機械地接合所述第一栓鏈部件和第二栓鏈部件。
14. 根據(jù)權利要求13所述的可剝離的表面粘附系統(tǒng)，其中所述第一平面襯里層和所述第一栓鏈部件一起連貫地形成第一單個連續(xù)平面部件，并且其中所述第二平面襯里層和所述第二栓鏈部件一起連貫地形成第二單個連續(xù)平面部件。
15. 根據(jù)權利要求14所述的可剝離的表面粘附系統(tǒng)，其中當所述第一緊固件和所述第二緊固件經(jīng)由鎖定機構機械地接合時，所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面在所述單個連續(xù)平面部件的相同側上。
16. 根據(jù)權利要求14所述的可剝離的表面粘附系統(tǒng)，其中當所述第一緊固件和所述第二緊固件經(jīng)由鎖定機構機械地接合時，所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面在所述單個連續(xù)平面部件的相反側上。
17. 根據(jù)權利要求13所述的可剝離的表面粘附系統(tǒng)，其中所述第一平面襯里層和所述第一栓鏈部件不一起形成單個連續(xù)平面部件，并且其中所述第二平面襯里層和所述第二栓鏈部件不一起形成單個連續(xù)平面部件。
18. 根據(jù)權利要求17所述的可剝離的表面粘附裝置，其中當所述第一緊固件和所述第二緊固件經(jīng)由鎖定機構機械地接合時，所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面被置于所述栓鏈部件的相同側上。
19. 根據(jù)權利要求17所述的可剝離的表面粘附裝置，其中，當所述第一緊固件和所述第二緊固件經(jīng)由鎖定機構機械地接合時，所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面被置于所述栓鏈部件的相反側上。
20. 根據(jù)權利要求13所述的可剝離的表面粘附系統(tǒng)，其中所述第一平面襯里層和所述第一栓鏈部件一起形成第一單個連續(xù)平面部件，并且其中所述第二平面襯里層和所述第二栓鏈部件不一起形成第二單個連續(xù)平面部件。
21. -種能夠同時粘附到兩個或更多個目標表面的可剝離的表面粘附裝置，包括：均包含彈性材料的兩個或更多個平面層，其中每個平面層在一側上具有用于粘附到目標表面的粘附表面并且在另一側上具有高面內剛度的襯里層，其中所述彈性材料浸漬到所述襯里層中；并且其中每個所述襯里層中的一部分延伸超出所述彈性材料的層以形成所述襯里層的未用所述彈性材料浸漬的區(qū)域。
22. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個粘附表面是微觀上平滑的。
23. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個粘附表面是微觀上圖案化的。
24. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個襯里層為纖維襯里層。
25. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個平面層包含相同的彈性材料。
26. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個平面層包含不同的彈性材料。
27. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述彈性材料的每個平面層具有約0. 01cm2至約1000cm2的平滑粘附表面積，并且具有約0. 0001cm至約0. 5cm的基本均勻的厚度。
28. 根據(jù)權利要求25所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述彈性材料具有約 0. 05MPa至約50MPa的彈性模量。
29. 根據(jù)權利要求24所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個纖維襯里層包括天然纖維材料或合成纖維材料。
30. 根據(jù)權利要求29所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述天然纖維材料選自棉、大麻、羊毛、絲、竹纖維、纖維素、黃麻及鳳梨麻。
31. 根據(jù)權利要求29所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述合成纖維材料為聚酯纖維、彈力纖維、尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維聚芳酰胺混雜物、碳纖維玄武巖混雜物、纖維玻璃、碳纖維、或纖維玻璃混雜物。
32. 根據(jù)權利要求24所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個粘附表面具有100cm2或更大的面積，并且能夠承受每l〇〇cm 2粘附表面積為至少1200N的重量。
33. 根據(jù)權利要求24所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個粘附表面具有l(wèi)cm2或更大的面積，并且能夠承受每lcm 2粘附表面積為至少12N的重量。
34. 根據(jù)權利要求33所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個粘附表面具有l(wèi)cm2或更大的面積，并且能夠承受每lcm 2粘附表面積為至少31. 5N的重量。
35. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個拴鏈部件包括纖維材料。
36. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個拴鏈部件包括非纖維材料。
37. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述彈性材料的每層具有基本圓形、矩形、橢圓或不規(guī)則的外邊界。
38. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中彈性材料的每層包括兩個或更多個分離的較小的彈性材料層單元。
39. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中每個彈性材料為嵌段共聚物彈性體。
40. 根據(jù)權利要求21所述的可剝離的表面粘附裝置，其中所述彈性材料包括硅氧烷類彈性體、聚氨酯類彈性體和丙烯酸酯類彈性體中的一種或更多種。
41. 一種用于同時在兩個或更多個目標表面上可剝離地保持重量的方法，包括：提供可剝離的表面粘附裝置；以及將重量附接到所述裝置，其中所述可剝離的表面粘附裝置包括：第一粘附襯墊和第二粘附襯墊，每個均獨立地包括：彈性材料的平面層，所述彈性材料的平面層在一側上具有用于粘附到目標表面的粘附表面；以及具有高面內剛度的平面襯里層，其中所述襯里層浸漬到在與所述粘附表面相反的側上的所述彈性材料的層上；以及具有近端和遠端的拴鏈部件，所述近端附接到第一平面襯里層并且所述遠端附接到第二平面襯里層。
42. 根據(jù)權利要求41所述的方法，其中所述第一粘附襯墊的所述平面襯里層、所述拴鏈部件和所述第二粘附襯墊的所述平面襯里層一起連貫地形成單個連續(xù)平面部件。
43. 根據(jù)權利要求42所述的方法，其中所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面在所述單個連續(xù)平面部件的相同側上。
44. 根據(jù)權利要求42所述的方法，其中所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面在所述單個連續(xù)平面部件的相反側上。
45. 根據(jù)權利要求41所述的方法，其中所述第一粘附襯墊的所述平面襯里層附接到所述拴鏈部件的所述近端，并且所述拴鏈部件在所述遠端處附接到所述第二粘附襯墊的所述襯里層，其中所述第一粘附襯墊的所述平面襯里層、所述拴鏈部件和所述第二粘附襯墊的所述平面襯里層不一起連貫地形成單個連續(xù)平面部件。
46. 根據(jù)權利要求45所述的方法，其中所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面置于所述拴鏈部件的相同側上。
47. 根據(jù)權利要求45所述的方法，其中所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面置于所述拴鏈部件的相反側上。
48. 根據(jù)權利要求41所述的方法，其中所述第一粘附襯墊的所述平面襯里層和所述拴鏈部件一起形成單個連續(xù)平面部件，并且其中所述第二粘附襯墊的所述平面襯里層不一起形成單個連續(xù)平面部件。
49. 一種用于同時在兩個或更多個目標表面上可剝離地保持重量的方法，包括：提供可剝離的表面粘附系統(tǒng)；以及將重量附接到所述裝置，其中所述可剝離的表面粘附系統(tǒng)包括：第一粘附襯墊，包括：具有高面內剛度的第一平面襯里層；以及彈性材料的第一平面層，所述彈性材料的第一平面層在至少一側上具有用于粘附到目標表面的第一粘附表面，其中所述彈性材料在至少與所述第一粘附表面相反的側上浸漬到所述第一平面襯里層；第一栓鏈部件，所述第一栓鏈部件經(jīng)由與所述第一平面襯里層的附接件被附接到所述第一粘附襯墊；第二粘附襯墊，包括：具有高面內剛度的第二平面襯里層；以及彈性材料的第二平面層，所述彈性材料的第二平面層在至少一側上具有用于粘附到目標表面的第二粘附表面，其中所述彈性材料在至少與所述第二粘附表面相反的側上浸漬到所述第二平面襯里層上；第二栓鏈部件，所述第二栓鏈部件經(jīng)由與所述第二平面襯里層的附接件被附接到所述第二粘附襯墊，其中，所述第一栓鏈部件和所述第二栓鏈部件中的每一個分別包括第一緊固件和第二緊固件，所述第一緊固件和所述第二緊固件能夠經(jīng)由所述第一緊固件和所述第二緊固件之間的鎖定機構而機械地接合所述第一栓鏈部件和所述第二栓鏈部件。
50. 根據(jù)權利要求49所述的方法，其中所述第一平面襯里層和所述第一栓鏈部件一起連貫地形成第一單個連續(xù)平面部件，并且其中所述第二平面襯里層和所述第二栓鏈部件一起連貫地形成第二單個連續(xù)平面部件。
51. 根據(jù)權利要求50所述的方法，其中，當所述第一緊固件和所述第二緊固件經(jīng)由鎖定機構機械地接合時，所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面在所述單個連續(xù)平面部件的相同側上。
52. 根據(jù)權利要求50所述的方法，其中，當所述第一緊固件和所述第二緊固件經(jīng)由鎖定機構機械地接合時，所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面在所述單個連續(xù)平面部件的相反側上。
53. 根據(jù)權利要求49所述的方法，其中所述第一平面襯里層和所述第一栓鏈部件不一起形成單個連續(xù)平面部件，并且其中所述第二平面襯里層和所述第二栓鏈部件不一起形成單個連續(xù)平面部件。
54. 根據(jù)權利要求53所述的方法，其中，當所述第一緊固件和所述第二緊固件經(jīng)由鎖定機構機械地接合時，所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面置于所述栓鏈部件的相同側上。
55. 根據(jù)權利要求53所述的方法，其中，當所述第一緊固件和所述第二緊固件經(jīng)由鎖定機構機械地接合時，所述第一粘附襯墊的所述粘附表面和所述第二粘附襯墊的所述粘附表面置于所述栓鏈部件的相反側上。
56. 根據(jù)權利要求49所述的方法，其中所述第一平面襯里層和所述第一栓鏈部件一起形成第一單個連續(xù)平面部件，并且其中所述第二平面襯里層和所述第二栓鏈部件不一起形成第二單個連續(xù)平面部件。
57. -種用于制造可剝離的表面粘附裝置的方法，包括：依次提供剛性襯里層、浸漬在纖維材料上的第一彈性材料的層、間隔層、在纖維材料上的第二彈性材料的層以及襯底層；以及通過將所述層壓合在一起來組裝所述可剝離的表面粘附裝置。
58. 根據(jù)權利要求57所述的方法，其中所述第一彈性材料的層通過如下來制備：在模具中提供所述第一彈性材料以及固化劑；將所述第一彈性材料浸漬到置于所述模具之上的纖維材料；以及固化所述第一彈性材料。
59. 根據(jù)權利要求58所述的方法，其中所述第一彈性材料為聚二甲基硅氧烷并且在室溫下進行固化。
60. 根據(jù)權利要求57所述的方法，其中所述第二彈性材料為聚氨酯。
61. 根據(jù)權利要求57所述的方法，其中所述間隔層為聚四氟乙烯層。
62. 根據(jù)權利要求57所述的方法，其中所述襯底層為聚四氟乙烯層。
【文檔編號】B32B5/26GK104094000SQ201380006183
【公開日】2014年10月8日申請日期:2013年1月17日優(yōu)先權日:2012年1月19日
【發(fā)明者】阿爾弗雷德·J·克羅斯比, 邁克爾·巴特利特申請人:馬薩諸塞大學

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