專利名稱：包含形狀記憶聚合物的結合或緊固部件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及第一部件和第二、形狀記憶聚合物(SMP)部件之間的可釋放連接。
背景技術：
在許多制造物品中，需要將第一部件可釋放地連接到第二部件，也即，第一部件必 須以這樣的方式連接到第二部件，使得允許將第一部件從第二部件移除。這種可釋放連接 通常包括用于將分離工件保持在一起的機械緊固件等。機械緊固件的去除使得工件拆開。 替代性地，已經使用粘接來將各種工件聯結到一起。分離工件之間的粘接聯結必須被破壞 以便拆開這些工件。

發(fā)明內容
公開了一種在第一部件和第二部件之間制造可釋放連接的方法，其中，所述第二 部件由形狀記憶聚合物制成。所述方法包括將所述第二部件成形為初始形狀，以限定貯器。 所述方法進一步包括將所述第一部件的一部分插入所述貯器。所述方法進一步包括將所述 第二部件加熱到切換溫度，其中，所述第二部件在所述切換溫度時是可延展的。所述方法進 一步包括使所述貯器變形為連接形狀，以抓住所述第一部件并相對于所述第二部件固定所 述第一部件；以及冷卻所述貯器同時保持所述貯器的連接形狀。貯器被冷卻直到所述第二 部件獨立地保持所述連接形狀。所述第二部件響應于將所述第二部件再加熱到所述切換溫 度是可延展的，以從所述貯器釋放所述第一部件。在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種可釋放連接。所述可釋放連接包括第一部件， 所述第一部件具有在切換溫度時的剛度。所述可釋放連接進一步包括第二部件，所述第二 部件具有在切換溫度時的剛度，該剛度小于所述第一部件的剛度。所述第二部件由形狀記 憶聚合物制成并且限定貯器。所述第一部件包括布置在所述貯器內的部分，所述貯器成形 為構造成相對于所述第二部件固定所述第一部件的連接形狀。所述貯器能夠響應于所述第 二部件被加熱到所述切換溫度而從所述連接形狀轉變到構造成釋放所述部分的初始形狀， 由此允許從所述貯器移除所述部分。在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種可釋放緊固件。所述可釋放緊固件包括基座 和可展開構件。所述可展開構件附接到所述基座并且由形狀記憶聚合物制成。所述可展開 構件包括初始位置并且構造成在加熱到切換溫度的情況下從所述初始位置展開。從所述初 始位置展開允許所述可展開構件的端部穿過襯底中的開口。所述可展開構件的端部構造成 在冷卻到低于所述切換溫度的情況下返回到所述初始位置，以將所述襯底固定在所述基座 和所述端部之間。因此，本發(fā)明公開了第一部件和第二部件之間的可釋放連接。所述第二部件由形 狀記憶聚合物制成，其使得所述第二部件能夠在被加熱到切換溫度時從初始形狀成形為連 接形狀。當處于連接形狀時，第二部件將第一部件固定就位。這樣，所公開的可釋放連接不需要任何緊固件或粘接劑以將第一部件連接到第二部件，這降低了制造所述可釋放連接的 成本并且減少了拆卸和再組裝所述可釋放連接的工作。從用于實施本發(fā)明的最佳模式的以下詳細描述并結合附圖，本發(fā)明的上述特征和 優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點將變得明顯。本發(fā)明還提供了以下方案
1. 一種在第一部件和第二部件之間制造可釋放連接的方法，其中，所述第二部件由形 狀記憶聚合物制成，所述方法包括
將所述第二部件成形為初始形狀，以限定貯器； 將所述第一部件的一部分插入所述貯器；
將所述第二部件加熱到切換溫度，其中，所述第二部件在所述切換溫度時是可延展
的；
使所述貯器變形為連接形狀，以抓住所述第一部件并相對于所述第二部件固定所述第 一部件；以及
冷卻所述貯器同時保持所述貯器的連接形狀，直到所述第二部件獨立地保持所述連接 形狀，其中，所述第二部件響應于將所述第二部件再加熱到所述切換溫度是可延展的，以從 所述貯器釋放所述第一部件。2.如方案1所述的方法，其特征在于，所述第一部件的所述部分包括所述第一部 件的球莖狀端部。3.如方案1所述的方法，其特征在于，所述第一部件包括在所述切換溫度時的剛 度，所述第二部件包括在所述切換溫度或高于所述切換溫度時的剛度，其小于所述第一部 件的剛度。4.如方案1所述的方法，其特征在于，將所述貯器變形為連接形狀包括向所述貯 器施加壓力以使所述貯器變形為所述連接形狀，其中，所述壓力被保持直到所述貯器被冷卻。5.如方案1所述的方法，其特征在于，當所述貯器處于所述連接形狀時，所述第 一部件在所述貯器內能夠相對于所述第二部件運動。6.如方案5所述的方法，進一步包括調節(jié)所述貯器的幾何結構以控制所述第一 部件和所述第二部件之間的運動阻力。7.如方案1所述的方法，其特征在于，所述第二部件包括基座、第一壁和第二壁， 其中，將所述第二部件成形為初始形狀被進一步限定為將所述第一壁、基座和所述第二壁 成形為通道。8.如方案7所述的方法，其特征在于，所述第一壁和所述第二壁的每一個限定多 個翼部，所述多個翼部具有其間的多個間隙。9. 一種可釋放連接，包括 第一部件；和
第二部件，所述第二部件限定貯器，其中，所述第一部件和所述第二部件中的一個由形 狀記憶聚合物制成，其具有在切換溫度時的剛度，該剛度小于所述第一部件和所述第二部 件中的另一個在所述切換溫度或高于所述切換溫度時的剛度；
所述第一部件包括布置在所述貯器內的部分，所述貯器成形為構造成相對于所述第二部件固定所述第一部件的連接形狀；
其中，所述第一部件和所述第二部件中的一個能夠響應于被加熱到所述切換溫度而從 初始形狀和所述連接形狀中的一個轉變到所述初始形狀和所述連接形狀中的另一個，以便 進行從所述貯器組裝和釋放所述部分中的一個。10.如方案9所述的可釋放連接，其特征在于，所述第一部件的所述部分包括球 莖狀端部。11.如方案10所述的可釋放連接，其特征在于，所述球莖狀端部包括柱形部分和 球形部分中的一個。12.如方案10所述的可釋放連接，其特征在于，所述第一部件能夠相對于所述第
二部件運動。13.如方案11所述的可釋放連接，其特征在于，所述第二部件包括基座、第一壁 和第二壁，其中，當處于所述連接形狀時，所述貯器包括由所述基座、所述第一壁和所述第 二壁限定的通道。14.如方案13所述的可釋放連接，其特征在于，所述第一壁和所述第二壁的每一 個包括多個翼部，所述多個翼部具有其間的多個間隙。15.如方案11所述的可釋放連接，其特征在于，所述第二部件包括基座和壁，其 中，所述貯器包括由所述基座和所述壁限定的半球穹頂。16.如方案9所述的可釋放連接，其特征在于，所述第二部件的所述形狀記憶聚 合物包括三形狀記憶聚合物，所述三形狀記憶聚合物能夠在被加熱到第一溫度的情況下從 臨時形狀轉變到連接形狀，并且能夠在被加熱到不同于所述第一溫度的第二溫度的情況下 轉變到斷開形狀。17. 一種可釋放緊固件，包括
基座；禾口
可展開構件，其附接到所述基座并且由形狀記憶聚合物制成； 其中，所述可展開構件包括初始形狀并且能夠在加熱到切換溫度的情況下從所述初始 形狀展開，以允許所述可展開構件的端部穿過襯底中的開口，所述端部構造成在冷卻到低 于所述切換溫度的情況下返回到所述初始形狀，以將所述襯底固定在所述基座和所述端部 之間。18.如方案17所述的可釋放緊固件，其特征在于，所述可展開構件包括曲線構 件。19.如方案18所述的可釋放緊固件，其特征在于，所述可展開構件的所述初始形 狀包括盤繞形狀。20. 一種可釋放連接，包括
第一部件，其具有部分；和
第二部件，其限定貯器，其中，所述部分被可移除地布置在所述貯器中； 其中，所述第一部件和所述第二部件中的一個包括形狀記憶聚合物，其具有在切換溫 度時的剛度，該剛度小于所述第一部件和所述第二部件中的另一個在所述切換溫度或高于 所述切換溫度時的剛度；
其中，所述貯器包括脊，所述部分包括止動部，所述止動部構造成以互鎖接合方式接合所述脊；并且
其中，所述形狀記憶聚合物包括設定的永久形狀，在被加熱到所述切換溫度的情況下， 所述永久形狀構造成降低對于插入和移除之一的阻力。


圖1是可釋放連接的第一實施例處于拆開狀態(tài)的示意性透視圖。圖2是可釋放連接的第一實施例處于組裝狀態(tài)的示意性透視圖。圖3是可釋放連接的第二實施例處于拆開狀態(tài)的示意性透視圖。圖4是可釋放連接的第二實施例處于組裝狀態(tài)的示意性透視圖。圖5是可釋放連接的第三實施例處于部分組裝狀態(tài)的示意性透視圖。圖6A、6B、6C和6D是可釋放連接處于拆開狀態(tài)的示意性剖視圖。圖7是可釋放連接的第四實施例處于拆開狀態(tài)的示意性透視圖。圖8是可釋放連接的第四實施例處于組裝狀態(tài)的示意性透視圖。圖9是可釋放緊固件的示意性透視圖。圖10是可釋放緊固件被插入穿過襯底時的示意性透視圖。圖11是可釋放緊固件將襯底固定時的示意性透視圖。
具體實施例方式參照附圖，在全部附圖中，相同的附圖標記指代相同的部件，可釋放連接總體上用 附圖標記20表示?？舍尫胚B接20包括第一部件22和第二部件M。第二部件M由形狀記 憶聚合物(SMP)制成。熱激活的SMP在稱為切換溫度(Tx)的特性溫度上經歷明顯的模量下降，例如聚 氨酯基的SMP的儲能模量從低于其玻璃轉變溫度(Tg，對于該SMP,即為切換溫度)的約131 MI^a下降到高于其Tg超過約20 °C范圍時的約4MPa。超過該點，SMP表現出有限的(通常 10 °c或更大)革狀平臺，在該革狀平臺處，模量保持在低值，并且材料可容易地變形(例如 在一些情況下高至300%)而不導致不可回復的損傷。SMP通常限定為包括永久形狀和臨時形狀。永久形狀是剛剛制造出來時的形狀， 當SMP高于切換溫度且沒有經受任何負載并且沒有障礙會防止回復時，SMP嘗試回復到永 久形狀。臨時形狀是SMP在高于切換溫度時被外力或者障礙變形成的形狀。SMP可保留于 臨時形狀并持續(xù)長時間，只要SMP沒有保暴露于諸如熱的激勵之下，熱驅動SMP朝向永久形 狀的回復。然而，SMP可包括三形狀記憶聚合物，其能夠記憶永久形狀和中間形狀，該中間 形狀定義在SMP的高溫和低溫中間的溫度。如果使用了三SMP，則可將臨時形狀(例如拆開 狀態(tài))以及永久形狀(例如組裝狀態(tài))設定到SMP中。因此，在使用三SMP時轉變到期望形 狀僅僅需要加熱SMP到合適溫度，以獲得中間形狀或永久形狀。SMP通常被描述為包括切換溫度、成形溫度和固化溫度。成形溫度大于切換溫度， 并且切換溫度大于固化溫度，即，成形溫度 > 切換溫度 > 固化溫度。切換溫度是SMP名義上 改變性質的溫度。然而，SMP性質的改變可能不會在切換溫度時突然發(fā)生，從而保證軟的材 料，SMP的形狀設定可在成形溫度時發(fā)生。類似地，在冷卻時，SMP在切換溫度時可不突然地 回復其所有初始性質。因此，SMP可被冷卻大固化溫度以保證SMP完全回復到永久形狀。
第一部件22包括在切換溫度時的剛度。第二部件M限定貯器沈，并且包括在切 換溫度或高于切換溫度時的剛度，其小于第一部件22在切換溫度時的剛度。更特別地，當 處于結合溫度時，第一部件22的剛度明顯小于第二部件M的剛度，以確保第一部件22在 可釋放連接20的組裝期間被加熱時不變形。第一部件22包括布置在貯器沈內的部分28。貯器沈由初始形狀形成，允許部 分觀插入貯器沈成為連接形狀，該連接形狀構造成用于相對于第二部件M固定第一部件 22。因此，第二部件M在組裝之前包括初始形狀。在組裝期間，第一部件22的部分觀被 插入貯器沈，并且貯器沈形成為連接形狀以保證部分觀位于貯器沈內。如果連接形狀是 永久形狀，則貯器26從初始形狀到連接形狀的轉變可通過加熱第二部件M到切換溫度而 發(fā)生。此外，連接形狀是永久形狀還提供抵抗拆卸的牢固連接。如果初始形狀是永久形狀， 則貯器沈從初始形狀到連接形狀的轉變可通過如下方式發(fā)生加熱第二部件M到切換溫 度，使貯器26變形成連接形狀，并且冷卻第二部件M以保持連接形狀。此外，初始形狀是 永久形狀還提供可釋放連接20的容易的拆卸。由于第一部件22在切換溫度時的剛度高于 第二部件M在切換溫度時的剛度，所以第一部件22的形狀在將貯器沈從初始形狀成形為 連接形狀時不會改變。應當意識到，SMP的初始形狀可以是臨時形狀或永久形狀，并且連接 形狀是臨時形狀和永久形狀中的另一個。由于SMP第二部件M的性質，貯器沈可從連接形狀轉變成初始形狀，以釋放第一 部件22的部分觀。當初始形狀是永久形狀并且沒有外部負載作用在SMP上或者障礙阻止 SMP的回復時，貯器沈響應于第二部件對被加熱到切換溫度而從連接形狀轉變回到初始形 狀。如果初始形狀是臨時形狀，在成形溫度時將外力施加到貯器沈上以允許部分觀從貯 器26解脫。在任一種情況下，為了維護或類似事項而將部分觀從貯器沈移除，這是簡單 易懂的。參見圖1和圖2，示出了可釋放連接20的第一替代性實施例?？舍尫胚B接20在圖 1和圖2中被示作為開槽連接。第二部件M包括基座30、第一壁32和第二壁34。第一壁 32和第二壁34布置在基座30的相對側邊緣上，并且彼此相對?；?0、第一壁32和第二 壁；34沿縱向軸線36延伸。貯器沈包括由基座30、第一壁32和第二壁34限定并處于它們 之間的通道。貯器沈沿縱向軸線36延伸。第一部件22的部分觀布置在貯器沈中并包 括球莖狀端部觀，其中，球莖狀端部28包括沿縱向軸線36延伸預定距離的柱形部分28。如圖1所示，當處于它們的初始形狀時，第一壁32和第二壁34通常垂直于基座30 并且限定大致矩形貯器沈。如圖2所示，在轉變到連接形狀時，第一壁32和第二壁34的遠 邊緣，即離基座30最遠的邊緣，朝向彼此向內彎曲以包住第一部件22的柱形部分觀，并且 限定大致柱形貯器26。因此，第一部件22的柱形部分觀可在柱形貯器沈內運動。應當意 識到，柱形部分觀在柱形貯器26內的運動包括沿平面或軸線的設計中的(即所意圖的)運 動，并且不包括由可釋放連接20的過度磨損和/或可釋放連接20的不適當組裝造成的少 量運動。更特別地，第一部件22可滑動地在貯器沈內相對于第二部件M可運動。另外， 第二部件M相對于第一部件22的運動的阻力是可調節(jié)的。例如可通過改變柱形部分觀 和柱形貯器26之間的間隙和/或接觸壓力來調節(jié)運動阻力。這樣，通過調節(jié)可釋放連接20 的幾何結構以改變間隙和/或接觸壓力，可調節(jié)運動阻力以解決隨著時間過去而造成的可 釋放連接20的磨損。
如上面簡要描述的，當形成柱形沈的SMP的永久形狀是初始形狀時，如果沒有外 部負載或障礙，第一壁32和第二壁34可在被加熱到切換溫度的情況下返回到其初始形狀， 即矩形形狀，以將第一部件22的柱形部分觀從第二部件M的貯器沈釋放。參見圖3和圖4，示出了可釋放連接20的第二替代性實施例?？舍尫胚B接20在圖 3和圖4中被示作為鉸鏈。第二部件M包括基座38、第一壁40和第二壁42。第一壁40和 第二壁42布置在基座38的相對側邊緣上，彼此相對，并且沿縱向軸線44延伸。第一壁40 和第二壁42的每一個包括沿縱向軸線44彼此間隔開的多個翼部46。每對相鄰的翼部限 定它們之間的間隙。因此，第一壁40和第二壁42的每一個包括布置在翼部46之間的多個 間隙48。如圖所示，第一壁40上的翼部46沿縱向軸線44從第二壁42上的翼部46移位。 然而，應當意識到，第一壁40和第二壁42上的翼部46可直接彼此相對地交替布置。貯器 26包括由基座38、第一壁40和第二壁42限定并處于它們之間的通道。更特別地，貯器沈 由基座38、第一壁40的翼部46以及第二壁42的翼部46限定。貯器沈沿縱向軸線44延 伸。第一部件22的部分觀布置在貯器沈中并包括沿縱向軸線44延伸的柱形軸部分觀。如圖3所示，當處于它們的初始形狀時，第一壁40的翼部46和第二壁42的翼部 46以相對于基座30大致水平的方式布置并且限定大致開口的凹形。圖3所示的初始形狀 是SMP的永久形狀。如圖4所示，在轉變到連接形狀(即SMP的臨時形狀)時，第一壁40和 第二壁34上的翼部46朝向彼此向上和向內彎曲以包住第一部件22的柱形軸部分觀，并且 限定大致柱形貯器26。因此，第一部件22的柱形軸部分觀可在柱形貯器沈內運動。應 當意識到，柱形軸部分觀在柱形貯器沈內的運動包括沿平面或軸線的設計中的(即所意圖 的)運動，并且不包括由可釋放連接20的過度磨損和/或可釋放連接20的不適當組裝造成 的少量運動。更特別地，第一部件22可相對于第二部件M繞縱向軸線44旋轉。另外，第 二部件M相對于第一部件22的運動的阻力是可調節(jié)的。例如可通過改變柱形部分28和 柱形貯器沈之間的間隙和/或接觸壓力來調節(jié)運動阻力。這樣，通過調節(jié)可釋放連接20 的幾何結構以改變間隙和/或接觸壓力，可調節(jié)運動阻力以解決隨著時間過去而造成的可 釋放連接20的磨損。如上面簡要描述的，在沒有外力或障礙時，第一壁40和第二壁42可在被加熱到切 換溫度的情況下自動返回到其初始形狀，即大致開口凹形，以將第一部件22的柱形軸部分 28從第二部件M的貯器沈釋放。參見圖5以及圖6A至圖6D，示出了可釋放連接20的第三替代性實施例?？舍尫?連接20在圖5以及圖6A至圖6D中被示作為可拆離調整件(trim piece)。第二部件M包 括基座50、第一壁52和第二壁54。第一壁52和第二壁M布置在基座50的相對側邊緣上， 并且彼此相?；?0、第一壁52和第二壁M沿縱向軸線延伸。貯器沈包括由基座50、第 一壁52和第二壁M限定并處于它們之間的通道。貯器沈沿縱向軸線延伸。第一壁52和 第二壁討各自包括分別布置在第一壁52和第二壁M的遠邊緣(即離基座50最遠的邊緣) 上的脊56。脊56朝向彼此向內延伸到貯器沈內。第一部件22的部分觀布置在貯器沈 中并包括多個閂鎖部分觀。閂鎖部分觀包括附接在一起的一系列平面構件以限定大致鉆 形彈性部分觀。鉆心彈性部分觀構造成偏壓抵靠在第一壁52和第二壁M之間。第一部 分22的鉆心彈性部分28各自包括至少一個但優(yōu)選一對止動部58。當第二部件M處于連 接形狀時，止動部58布置成與第一壁52和第二壁M的每個脊56互鎖接合。
如圖5所示，當處于它們的初始形狀時，第一壁52和第二壁M包括大致豎直形狀 且大致垂直于基座50，并且限定大致矩形貯器26。由于第一部件22的部分觀布置在貯器 26內并包括可折疊彈性部分觀，可釋放連接20的第三替代性實施例的貯器沈不需要被加 熱到切換溫度以將貯器26從初始形狀轉變成連接形狀。相反，如圖6B所示，在將第二部件 24的鉆形彈性部分28插入貯器沈時，止動部58以互鎖接合的方式接合脊56，即卡扣到一 起，以限定連接形狀。然而，應當意識到，將第一部件22和第二部件M的一個或兩個加熱 到切換溫度可使得插入到貯器26中變得更容易。參見圖6C，為了從第二部件M釋放第一部分22，第二部件M被加熱到切換溫度 或加熱到切換溫度附近，在該點，鉆形彈性部分觀的彈性力足以使第一壁52從第二壁M 伸開，由此使得脊56和止動部58之間的互鎖接合脫開。一旦脊56和止動部58之間的互 鎖被脫開，則第一部件22可從第二部件M移除，并且貯器沈返回到初始形狀，如圖6D所
7J\ ο參見圖7和圖8，示出了可釋放連接20的第四替代性實施例?？舍尫胚B接20在圖 7和圖8中被示作為插口連接。第二部件M包括基座60和壁62。基座60和壁62協作以 限定貯器26。更特別地，基座60和壁62限定半球形穹頂貯器26。第一部件22的部分28 布置在貯器沈中并包括球莖狀端部28。更特別地，球莖狀端部28包括球形部分28。如圖7所示，當處于初始形狀時，壁62包括大致豎直的柱形壁62，其遠離基座60 向上延伸，由此限定大致柱形貯器26。圖3所示的初始形狀是SMP的永久形狀。如圖8所 示，在轉變到連接形狀(即臨時形狀)時，柱形壁62的遠邊緣(即離基座60最遠的邊緣)朝 向柱形壁62的中心向內彎曲，以限定半球穹頂形貯器沈。因此，第一部件22可在第二部件 24的貯器沈內相對于第二部件M運動。應當意識到，球形部分28在半球穹頂形貯器沈 內的運動包括沿平面或軸線的設計中的(即所意圖的)運動，并且不包括由可釋放連接20的 過度磨損和/或可釋放連接20的不適當組裝造成的少量運動。更特別地，第一部件22的 半球部分觀可在半球穹頂形貯器沈內樞轉。另外，第二部件M相對于第一部件22的運 動的阻力是可調節(jié)的。例如可通過改變球形部分觀和半球穹頂形貯器沈之間的間隙和/ 或接觸壓力來調節(jié)運動阻力。這樣，通過調節(jié)可釋放連接20的幾何結構以改變間隙和/或 接觸壓力，可調節(jié)運動阻力以解決隨著時間過去而造成的可釋放連接20的磨損。如果圖7中所示的壁62的柱形形狀是SMP的永久形狀，則在沒有外力和/或障礙 時，壁62可在被加熱到切換溫度的情況下返回到初始形狀，即柱形形狀，由此將第一部件 22的球形部分28從第二部件M的貯器沈釋放。參見圖9、圖10和圖11，總體上以附圖標記64表示可釋放緊固件?？舍尫啪o固件 64包括基座66和可展開構件68。可展開構件68附接到基座66，包括并由形狀記憶聚合物 (SMP)制成。優(yōu)選地，可展開構件68包括曲線構件并且限定初始位置。優(yōu)選地，可展開構件68 的初始位置包括盤繞位置，其也是SMP的永久形狀。然而，應當意識到，該初始位置可包括 本文未示出的一些其他位置，例如來回蜿蜒構造?？烧归_構件68可在加熱到切換溫度的情 況下從初始位置展開。圖10示出了處于SMP臨時位置的可展開構件68。SMP的臨時位置 通過以下方式實現將可展開構件68加熱到高于切換溫度并向可展開構件68施加力以將 可展開構件68拉開到展開的(即伸長的)構造，然后將可展開構件68冷卻到低于切換溫度以鎖定在SMP的臨時位置?？烧归_構件68將保持臨時位置，直到被加熱到或高于切換溫度。 如圖10所示，展開可展開構件68允許可展開構件68的端部經過襯底72中的開口 70。圖 11示出了可展開構件68的部分回復的永久形狀。部分回復的永久形狀通過如下方式實現 當處于臨時形狀時將可展開構件68插入襯底中的開口 70，保持緊固件64相對于襯底72的 相對位置，并且將可展開構件68加熱到切換溫度而不向可展開構件68施加襯底72之外的 任何外部負載或障礙。冷卻可展開構件鎖定在被加熱到或高于切換溫度的SMP單元的永久 形狀。這樣，一旦被加熱到切換溫度，可展開構件68的不受約束部分延伸經過開口 70并轉 變回到永久形狀(即盤繞形狀)，而受約束部分的回復被襯底72阻礙并且保持于部分回復的 臨時形狀。因此，如圖11所示，可展開構件68的端部構造成在冷卻的情況下用于返回到可 展開構件68的初始位置。一旦可展開構件68的端部返回到初始位置(即盤繞形狀)，則可 展開構件的盤繞端部將襯底72固定在基座66和可展開構件68的盤繞端部之間。由可釋放緊固件64實現的可釋放連接20可通過如下方式斷開將可展開構件的 端部觀加熱到切換溫度，并且施加展開力以展開可展開構件68，由此使可展開構件68變 直。一旦可展開構件68的端部變直，則可展開構件68可被拉動穿過襯底72中的開口 70， 由此釋放襯底72。隨著可展開構件68冷卻，如果未施加外力或障礙，則可展開構件68返回 到初始形狀。本發(fā)明進一步公開了制造可釋放連接20的方法。如上所述，可釋放連接20位于 第一部件22和第二部件M之間，第二部件M包括并且由形狀記憶聚合物制成。下面更詳 細地描述SMP的細節(jié)。該方法包括將第二部件M成形為初始形狀以限定貯器沈。貯器沈 可包括任何合適的尺寸、形狀和/或構造，例如沿縱向軸線延伸的矩形貯器沈，或者如上所 述的柱形貯器26。應當意識到，貯器沈的初始形狀并不限于本文所述的貯器沈，并且可包 括其他初始形狀。該方法進一步包括將第一部件22的部分28插入貯器26。當貯器沈處于貯器沈 的初始形狀時，第一部件22的部分觀被插入貯器26，即，貯器沈的初始形狀允許部分觀 插入其內。第一部件22的部分觀可包括任何合適的形狀、尺寸和/或構造，例如上面詳細 描述的柱形部分觀、球形部分28或鉆形彈性部分28。應當意識到，第一部件22的部分28 可包括本文描述之外的形狀、尺寸和/或構造。該方法進一步包括將第二部件M加熱到或高于切換溫度。更特別地，第二部件M 可被加熱到成形溫度以使SMP的設定容易。切換溫度是SMP切換到軟的革狀狀態(tài)由此允許 SMP的變形的溫度。因此，第二部件對在切換溫度或高于切換溫度時是可延展的。此外，在 切換溫度時，第二部件M的剛度小于第一部件22的剛度，這確保第一部件22的形狀不改 變。第二部件M可以任何方式被加熱，包括但不限于利用熱空氣加熱或在液體浴中加熱。如果SMP的連接形狀與臨時形狀相同，則該方法進一步包括一旦第二部件對被加 熱到或高于切換溫度則使貯器26變形到連接形狀。然而，如果SMP的連接形狀與永久形狀 相同，則在除了那些與被連接的第一部件22和第二部件M相關聯的之外沒有任何外力和 障礙的情況下，使貯器26變形到連接形狀僅需要將第二部件M的SMP加熱到成形溫度。貯 器26被變形以抓住第一部件22并使第一部件22相對于第二部件M固定。將貯器沈變 形成連接形狀可包括使貯器26從初始形狀成形為任何合適的連接形狀，例如上述柱形貯 器沈或半球穹頂形貯器26。應當意識到，貯器沈可被變形為本文未示出或描述的一些其他連接形狀?？赏ㄟ^任何適當方式使貯器沈變形為連接形狀，例如通過向貯器沈施加壓 力或在模具中形成連接形狀。特別地，可使用特制工具來同時加熱和成形SMP以限定貯器 26。特制工具允許SMP被成形為一致的臨時形狀。優(yōu)選地，特制工具加熱SMP，并且向SMP 施加力以使SMP在熱時順應到模板或模具中，并且在SMP冷卻時將SMP保持于該形狀。然 而，應當意識到，特制工具可以本文未描述的一些其他方式操作。該方法進一步包括冷卻貯器沈，同時保持貯器沈的形狀，直到第二部件對獨立地 維持連接形狀。貯器沈被冷卻到低于切換溫度，并且更特別地，貯器被冷卻到或低于固化 溫度。因此，如果施加壓力以將貯器沈的初始形狀變形到連接形狀，則可維持該壓力直到 第二部件M的SMP材料冷卻。一旦第二部件M的SMP冷卻到低于切換溫度，則第二部件 24保持連接形狀，從而可去除壓力。然而，優(yōu)選地，第二部件M的SMP被允許冷卻到低于固 化溫度的溫度以確?？舍尫胚B接20的一致性質。應當意識到，在第二部件M的SMP材料 冷卻的同時，可按照本文未描述的一些其他方式保持被連接的貯器26的形狀。由于SMP材料的固有物理性質，如果初始形狀與永久形狀相同，則在不施加可能 阻止形狀回復的任何外力和/或障礙的情況下，第二部件M的貯器沈可響應于第二部件 24被再加熱到切換溫度而從連接形狀返回到初始形狀。替代性地，如果初始形狀與臨時形 狀相同，則在施加力以臨時地使第二部件M的SMP變形以允許可釋放連接20的分離的同 時，第二部件M的貯器沈可響應于第二部件M被再加熱到成形溫度而從連接形狀返回到 初始形狀。使貯器26返回到初始形狀允許從第二部件M的貯器沈釋放(即移除)第一部 件22。這樣，該方法可進一步包括再加熱第二部件M以使第一部件22的貯器沈從連接形 狀轉變回初始形狀，以拆卸可釋放連接20?？舍尫胚B接20的SMP應當包括1)結合溫度，其充分高于可釋放連接20的最大操 作溫度；2)結合溫度時的儲能模量，其充分低以允許利用小力使其彈性變形；3)在結合溫 度時失效的高延伸率，以允許SMP充分變形，使得其可采取產生強且穩(wěn)定結合點的復雜形 狀；以及4)有限橡膠狀平臺(通常大于5 °C)。形狀記憶聚合物是聚合物分子的復合物，這些分子在它們的溫度升高到高于稱為 切換溫度(Ts)的特性溫度時在它們的彈性模量上表現出明顯和可逆的變化。有時，完成這 種溫度升高所用的手段被稱為形狀記憶材料的“激活”。當SMP的溫度被升高到高于其Ts 時，其彈性模量常常急劇降低10倍或100倍或更多。一種類型的SMP是一組半結晶共聚物， 其包括相對硬的結晶區(qū)段(或微相)以及相對軟的非結晶區(qū)段(或微相)。在這種情況下，共 聚物的Ts是軟的非結晶相的玻璃轉變溫度(Tg)。軟的非結晶區(qū)段是形狀記憶聚合物的低 溫軟化相，當材料的溫度高于其Ts時，聚合物的彈性模量急劇下降，這是因為非結晶相中 的玻璃狀或橡膠狀轉變。也已知存在其他類型的SMP，其中，Ts對應于聚合物的相之一的熔 化。雖然本說明書示出的實施例集中于上述SMP類型，但本發(fā)明可擴展到其他類型的SMP, 而不需要過度的努力。上述由SMP制成的第二部件M通過在高于硬區(qū)段的熔點(Tm)的溫度進行熱機械 處理而被賦予永久形狀。接下來冷卻到低于Ts的溫度得到剛性的聚合物(例如，E = 800 MPa，其中E是聚合物材料在相對低溫時的彈性模量)。材料在Ts和Tm之間的溫度范圍內 以軟的聚合物(例如E = 4 MPa)存在，由此在該示例中得到彈性模量的200倍的下降。當 材料在高于Ts的該溫度范圍時，其可容易地變形到不同的臨時形狀，即連接形狀。處于其軟化狀態(tài)的典型SMP的彈性延伸率(或伸長范圍)為約100%到約300%而沒有永久變形。 如果聚合物未退化(例如由于塑性屈服、加熱到超過其氧化溫度等)，則在沒有外部負載的 情況下可通過將其浸泡在高于軟相的Ts的溫度而回復到原始永久形狀(即初始形狀)。高 至200% — 300%的應變可通過這種方式回復。已知SMP材料能承受數以百計的加熱循環(huán) 并且變形以設定臨時形狀(即連接形狀)和/或加熱以回復永久形狀(即初始形狀)。本發(fā)明的可釋放連接20利用SMP的軟聚合物狀態(tài)的較低彈性模量和硬聚合物狀 態(tài)的較高模量之間的合適的差異來首先建立SMP第二部件M和第一部件22之間的軟連 接，然后保持強的連接。第一部件22可以是任何具有合適剛度的材料以實現結合過程。在 許多情況下，第一部件22可以是金屬部件。以上在本說明書中已經描述了合適的形狀記憶聚合物的重要熱處理特性。這種 SMP材料或者也可為熱塑聚合物、熱固聚合物或者具有互相貫穿網絡、半互相貫穿網絡或混 合網絡的熱塑或熱固聚合物。聚合物可為單一聚合物或者聚合物的混合物。聚合物可為線 性聚合彈性體或者具有側鏈的分支聚合彈性體或者枝狀結構元件。形狀記憶材料的特征在 于具有兩個相，非結晶或玻璃相(或區(qū)段)以及半結晶或結晶相(或區(qū)段)。SMP已經由聚氨 酯共聚物、聚氨酯一二醇共聚物、環(huán)氧樹脂一氰酸酯共聚物的合適組分形成，或者由許多其 他共聚物組分形成。SMP材料可用于許多應用中。它們在本發(fā)明實踐中的用途很大程度上 基于可適當地變形以在連接形狀和初始形狀之間轉變，并且基于SMP在所附接部件的期望 操作溫度時適當地強。合適的形狀記憶聚合物包括熱塑性塑料，熱固性塑料、互相貫穿網絡、半互相貫穿 網絡或者混合網絡。聚合物可以是單一聚合物或聚合物的混合物。聚合物可為線性的或 者具有側鏈的分支熱塑彈性體或者枝狀結構元件。形成形狀記憶聚合物的合適的聚合物 組分包括但不限于聚磷腈、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酯酰胺、聚氨基酸、聚酸酐、聚碳酸酯、聚 丙烯酸脂、聚烷撐、丙烯酰聚胺、聚亞烷基乙二醇、聚亞烷基氧化物、聚亞烷基對苯二酸酯、 聚原酸、醚、聚乙烯酯、聚乙烯鹵化物、聚酯、聚交酯、聚乙交酯、聚硅氧烷、聚氨酯、聚醚、聚 氨基醚、聚醚酯、及其共聚物。合適的聚丙烯酸脂的示例包括聚甲基異丁烯酸酯、聚乙基異 丁烯酸酯、聚丁基異丁烯酸酯、聚異丁基異丁烯酸酯、聚己基異丁烯酸酯、聚異癸基異丁烯 酸酯、聚月桂基異丁烯酸酯、聚苯基異丁烯酸酯、聚甲基丙烯酸脂、聚異丙基丙烯酸脂、聚異 丁基丙烯酸脂、聚十八烷基丙烯酸脂。其他合適的聚合物的示例包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚 乙烯苯酚、聚乙烯吡咯烷酮、氯化聚丁烯、聚十八烷基乙烯醚乙烯乙烯基醋酸酯、聚乙烯、 聚乙烯氧化物一聚乙烯對苯二酸酯、聚乙烯/尼龍(接枝共聚物)、聚已酸內酯一聚酰胺(嵌 段共聚物)、聚(已內酯)丙烯酸乙酯-η-丙烯酸丁酯、聚(降莰基-多面體低聚物矽酸鹽類 (silsequioxane))、聚乙烯氯化物、聚氨酯/ 丁二烯共聚物、聚氨酯嵌段共聚物、苯乙烯一 丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物，等等。根據本發(fā)明，優(yōu)選地，SMP第二部件M的Ts對于結合操作是可獲得的并且高于結 合部件的預期操作溫度。未激活SMP第二部件M的彈性模量Einaetive和已激活SMP第二部 件M的彈性模量Eartive的差異在該結合過程中是重要的。優(yōu)選地，比值Eina。tire/Ea。tive合理 地高，以便形狀記憶材料為了成形過程而容易和有效的移位，而同時保持已形成結合點的 高強度。至少為10的比值是合適的，而50至約200的比值是優(yōu)選的。永久形狀回復所需的溫度可被容易地設定在約-63 °C和約120 °C之間的任何溫度，或者更高。聚合物自身的所設計的組分和結構可允許選擇對于期望應用的特定溫度。對 于形狀回復，優(yōu)選溫度是大于約120 °C。SMP部件的最常見激活手段是熱。然而，取決于特定SMP材料，可通過諸如電、光或 其他適當頻率的電磁輻射、壓力、振動、PH值的變化和/或增塑劑(例如水分)的含量變化來 激活部件以便結合。雖然已經詳細描述了用于實施本發(fā)明的最佳模式，但本領域技術人員將意識到所 附權利要求范圍內的用于實施本發(fā)明的各種替代性設計和實施例。
權利要求
1.一種在第一部件和第二部件之間制造可釋放連接的方法，其中，所述第二部件由形 狀記憶聚合物制成，所述方法包括將所述第二部件成形為初始形狀，以限定貯器； 將所述第一部件的一部分插入所述貯器；將所述第二部件加熱到切換溫度，其中，所述第二部件在所述切換溫度時是可延展的；使所述貯器變形為連接形狀，以抓住所述第一部件并相對于所述第二部件固定所述第 一部件；以及冷卻所述貯器同時保持所述貯器的連接形狀，直到所述第二部件獨立地保持所述連接 形狀，其中，所述第二部件響應于將所述第二部件再加熱到所述切換溫度是可延展的，以從 所述貯器釋放所述第一部件。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一部件的所述部分包括所述第一部 件的球莖狀端部。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一部件包括在所述切換溫度時的剛 度，所述第二部件包括在所述切換溫度或高于所述切換溫度時的剛度，其小于所述第一部 件的剛度。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述貯器變形為連接形狀包括向所述貯 器施加壓力以使所述貯器變形為所述連接形狀，其中，所述壓力被保持直到所述貯器被冷卻。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，當所述貯器處于所述連接形狀時，所述第一 部件在所述貯器內能夠相對于所述第二部件運動。
6.如權利要求5所述的方法，進一步包括調節(jié)所述貯器的幾何結構以控制所述第一部 件和所述第二部件之間的運動阻力。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二部件包括基座、第一壁和第二壁， 其中，將所述第二部件成形為初始形狀被進一步限定為將所述第一壁、基座和所述第二壁 成形為通道。
8.—種可釋放連接，包括 第一部件；和第二部件，所述第二部件限定貯器，其中，所述第一部件和所述第二部件中的一個由形 狀記憶聚合物制成，其具有在切換溫度時的剛度，該剛度小于所述第一部件和所述第二部 件中的另一個在所述切換溫度或高于所述切換溫度時的剛度；所述第一部件包括布置在所述貯器內的部分，所述貯器成形為構造成相對于所述第二 部件固定所述第一部件的連接形狀；其中，所述第一部件和所述第二部件中的一個能夠響應于被加熱到所述切換溫度而從 初始形狀和所述連接形狀中的一個轉變到所述初始形狀和所述連接形狀中的另一個，以便 進行從所述貯器組裝和釋放所述部分中的一個。
9.一種可釋放緊固件，包括 基座；禾口可展開構件，其附接到所述基座并且由形狀記憶聚合物制成；其中，所述可展開構件包括初始形狀并且能夠在加熱到切換溫度的情況下從所述初始 形狀展開，以允許所述可展開構件的端部穿過襯底中的開口，所述端部構造成在冷卻到低 于所述切換溫度的情況下返回到所述初始形狀，以將所述襯底固定在所述基座和所述端部 之間。
10. 一種可釋放連接，包括 第一部件，其具有部分；和第二部件，其限定貯器，其中，所述部分被可移除地布置在所述貯器中； 其中，所述第一部件和所述第二部件中的一個包括形狀記憶聚合物，其具有在切換溫 度時的剛度，該剛度小于所述第一部件和所述第二部件中的另一個在所述切換溫度或高于 所述切換溫度時的剛度；其中，所述貯器包括脊，所述部分包括止動部，所述止動部構造成以互鎖接合方式接合 所述脊；并且其中，所述形狀記憶聚合物包括設定的永久形狀，在被加熱到所述切換溫度的情況下， 所述永久形狀構造成降低對于插入和移除之一的阻力。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含形狀記憶聚合物的結合或緊固部件。具體地，一種可釋放連接將第一部件連接到第二部件。第二部件包括并且由形狀記憶聚合物(SMP)制成，并且限定貯器。第一部件包括布置在貯器內的部分。貯器從初始形狀變形為連接形狀，該初始形狀允許將該部分插入貯器中以組裝可釋放連接，在連接形狀中，貯器被變形以相對于第二部件固定第一部件。通過加熱第二部件的SMP材料到切換溫度，貯器從初始形狀轉變?yōu)檫B接形狀。再加熱SMP第二部件到切換溫度使得貯器從連接形狀返回到初始形狀，以拆卸該可釋放連接。
文檔編號F16B4/00GK102146946SQ20111003559
公開日2011年8月10日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權日2010年2月10日
發(fā)明者L. 布朗 A., D. 曼凱姆 N., L. 約翰遜 N., W. 亞歷山大 P., 高 X. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司