CN102146946A - 包含形状记忆聚合物的结合或紧固部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含形状记忆聚合物的结合或紧固部件。具体地，一种可释放连接将第一部件连接到第二部件。第二部件包括并且由形状记忆聚合物（SMP）制成，并且限定贮器。第一部件包括布置在贮器内的部分。贮器从初始形状变形为连接形状，该初始形状允许将该部分插入贮器中以组装可释放连接，在连接形状中，贮器被变形以相对于第二部件固定第一部件。通过加热第二部件的SMP材料到切换温度，贮器从初始形状转变为连接形状。再加热SMP第二部件到切换温度使得贮器从连接形状返回到初始形状，以拆卸该可释放连接。

Description

包含形状记忆聚合物的结合或紧固部件
技术领域
本发明总体上涉及第一部件和第二、形状记忆聚合物（SMP）部件之间的可释放连接。
背景技术
在许多制造物品中，需要将第一部件可释放地连接到第二部件，也即，第一部件必须以这样的方式连接到第二部件，使得允许将第一部件从第二部件移除。这种可释放连接通常包括用于将分离工件保持在一起的机械紧固件等。机械紧固件的去除使得工件拆开。替代性地，已经使用粘接来将各种工件联结到一起。分离工件之间的粘接联结必须被破坏以便拆开这些工件。
发明内容
公开了一种在第一部件和第二部件之间制造可释放连接的方法，其中，所述第二部件由形状记忆聚合物制成。所述方法包括将所述第二部件成形为初始形状，以限定贮器。所述方法进一步包括将所述第一部件的一部分插入所述贮器。所述方法进一步包括将所述第二部件加热到切换温度，其中，所述第二部件在所述切换温度时是可延展的。所述方法进一步包括使所述贮器变形为连接形状，以抓住所述第一部件并相对于所述第二部件固定所述第一部件；以及冷却所述贮器同时保持所述贮器的连接形状。贮器被冷却直到所述第二部件独立地保持所述连接形状。所述第二部件响应于将所述第二部件再加热到所述切换温度是可延展的，以从所述贮器释放所述第一部件。
在本发明的另一方面中，公开了一种可释放连接。所述可释放连接包括第一部件，所述第一部件具有在切换温度时的刚度。所述可释放连接进一步包括第二部件，所述第二部件具有在切换温度时的刚度，该刚度小于所述第一部件的刚度。所述第二部件由形状记忆聚合物制成并且限定贮器。所述第一部件包括布置在所述贮器内的部分，所述贮器成形为构造成相对于所述第二部件固定所述第一部件的连接形状。所述贮器能够响应于所述第二部件被加热到所述切换温度而从所述连接形状转变到构造成释放所述部分的初始形状，由此允许从所述贮器移除所述部分。
在本发明的另一方面中，公开了一种可释放紧固件。所述可释放紧固件包括基座和可展开构件。所述可展开构件附接到所述基座并且由形状记忆聚合物制成。所述可展开构件包括初始位置并且构造成在加热到切换温度的情况下从所述初始位置展开。从所述初始位置展开允许所述可展开构件的端部穿过衬底中的开口。所述可展开构件的端部构造成在冷却到低于所述切换温度的情况下返回到所述初始位置，以将所述衬底固定在所述基座和所述端部之间。
因此，本发明公开了第一部件和第二部件之间的可释放连接。所述第二部件由形状记忆聚合物制成，其使得所述第二部件能够在被加热到切换温度时从初始形状成形为连接形状。当处于连接形状时，第二部件将第一部件固定就位。这样，所公开的可释放连接不需要任何紧固件或粘接剂以将第一部件连接到第二部件，这降低了制造所述可释放连接的成本并且减少了拆卸和再组装所述可释放连接的工作。
从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述并结合附图，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得明显。
本发明还提供了以下方案：
1. 一种在第一部件和第二部件之间制造可释放连接的方法，其中，所述第二部件由形状记忆聚合物制成，所述方法包括：
将所述第二部件成形为初始形状，以限定贮器；
将所述第一部件的一部分插入所述贮器；
将所述第二部件加热到切换温度，其中，所述第二部件在所述切换温度时是可延展的；
使所述贮器变形为连接形状，以抓住所述第一部件并相对于所述第二部件固定所述第一部件；以及
冷却所述贮器同时保持所述贮器的连接形状，直到所述第二部件独立地保持所述连接形状，其中，所述第二部件响应于将所述第二部件再加热到所述切换温度是可延展的，以从所述贮器释放所述第一部件。
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茎状端部。
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换温度时的刚度，所述第二部件包括在所述切换温度或高于所述切换温度时的刚度，其小于所述第一部件的刚度。
4. 如方案1所述的方法，其特征在于，将所述贮器变形为连接形状包括向所述贮器施加压力以使所述贮器变形为所述连接形状，其中，所述压力被保持直到所述贮器被冷却。
5. 如方案1所述的方法，其特征在于，当所述贮器处于所述连接形状时，所述第一部件在所述贮器内能够相对于所述第二部件运动。
6. 如方案5所述的方法，进一步包括调节所述贮器的几何结构以控制所述第一部件和所述第二部件之间的运动阻力。
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，将所述第二部件成形为初始形状被进一步限定为将所述第一壁、基座和所述第二壁成形为通道。
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个限定多个翼部，所述多个翼部具有其间的多个间隙。
9. 一种可释放连接，包括：
第一部件；和
第二部件，所述第二部件限定贮器，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，其具有在切换温度时的刚度，该刚度小于所述第一部件和所述第二部件中的另一个在所述切换温度或高于所述切换温度时的刚度；
所述第一部件包括布置在所述贮器内的部分，所述贮器成形为构造成相对于所述第二部件固定所述第一部件的连接形状；
其中，所述第一部件和所述第二部件中的一个能够响应于被加热到所述切换温度而从初始形状和所述连接形状中的一个转变到所述初始形状和所述连接形状中的另一个，以便进行从所述贮器组装和释放所述部分中的一个。
10. 如方案9所述的可释放连接，其特征在于，所述第一部件的所述部分包括球茎状端部。
11. 如方案10所述的可释放连接，其特征在于，所述球茎状端部包括柱形部分和球形部分中的一个。
12. 如方案10所述的可释放连接，其特征在于，所述第一部件能够相对于所述第二部件运动。
13. 如方案11所述的可释放连接，其特征在于，所述第二部件包括基座、第一壁和第二壁，其中，当处于所述连接形状时，所述贮器包括由所述基座、所述第一壁和所述第二壁限定的通道。
14. 如方案13所述的可释放连接，其特征在于，所述第一壁和所述第二壁的每一个包括多个翼部，所述多个翼部具有其间的多个间隙。
15. 如方案11所述的可释放连接，其特征在于，所述第二部件包括基座和壁，其中，所述贮器包括由所述基座和所述壁限定的半球穹顶。
16. 如方案9所述的可释放连接，其特征在于，所述第二部件的所述形状记忆聚合物包括三形状记忆聚合物，所述三形状记忆聚合物能够在被加热到第一温度的情况下从临时形状转变到连接形状，并且能够在被加热到不同于所述第一温度的第二温度的情况下转变到断开形状。
17. 一种可释放紧固件，包括：
基座；和
可展开构件，其附接到所述基座并且由形状记忆聚合物制成；
其中，所述可展开构件包括初始形状并且能够在加热到切换温度的情况下从所述初始形状展开，以允许所述可展开构件的端部穿过衬底中的开口，所述端部构造成在冷却到低于所述切换温度的情况下返回到所述初始形状，以将所述衬底固定在所述基座和所述端部之间。
18. 如方案17所述的可释放紧固件，其特征在于，所述可展开构件包括曲线构件。
19. 如方案18所述的可释放紧固件，其特征在于，所述可展开构件的所述初始形状包括盘绕形状。
20. 一种可释放连接，包括：
第一部件，其具有部分；和
第二部件，其限定贮器，其中，所述部分被可移除地布置在所述贮器中；
其中，所述第一部件和所述第二部件中的一个包括形状记忆聚合物，其具有在切换温度时的刚度，该刚度小于所述第一部件和所述第二部件中的另一个在所述切换温度或高于所述切换温度时的刚度；
其中，所述贮器包括脊，所述部分包括止动部，所述止动部构造成以互锁接合方式接合所述脊；并且
其中，所述形状记忆聚合物包括设定的永久形状，在被加热到所述切换温度的情况下，所述永久形状构造成降低对于插入和移除之一的阻力。
附图说明
图1是可释放连接的第一实施例处于拆开状态的示意性透视图。
图2是可释放连接的第一实施例处于组装状态的示意性透视图。
图3是可释放连接的第二实施例处于拆开状态的示意性透视图。
图4是可释放连接的第二实施例处于组装状态的示意性透视图。
图5是可释放连接的第三实施例处于部分组装状态的示意性透视图。
图6A、6B、6C和6D是可释放连接处于拆开状态的示意性剖视图。
图7是可释放连接的第四实施例处于拆开状态的示意性透视图。
图8是可释放连接的第四实施例处于组装状态的示意性透视图。
图9是可释放紧固件的示意性透视图。
图10是可释放紧固件被插入穿过衬底时的示意性透视图。
图11是可释放紧固件将衬底固定时的示意性透视图。
具体实施方式
参照附图，在全部附图中，相同的附图标记指代相同的部件，可释放连接总体上用附图标记20表示。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。
热激活的SMP在称为切换温度（Tx）的特性温度上经历明显的模量下降，例如聚氨酯基的SMP的储能模量从低于其玻璃转变温度（Tg，对于该SMP，即为切换温度）的约131 MPa下降到高于其Tg超过约20 ℃范围时的约4 MPa。超过该点，SMP表现出有限的（通常10 ℃或更大）革状平台，在该革状平台处，模量保持在低值，并且材料可容易地变形（例如在一些情况下高至300％）而不导致不可回复的损伤。
SMP通常限定为包括永久形状和临时形状。永久形状是刚刚制造出来时的形状，当SMP高于切换温度且没有经受任何负载并且没有障碍会防止回复时，SMP尝试回复到永久形状。临时形状是SMP在高于切换温度时被外力或者障碍变形成的形状。SMP可保留于临时形状并持续长时间，只要SMP没有保暴露于诸如热的激励之下，热驱动SMP朝向永久形状的回复。然而，SMP可包括三形状记忆聚合物，其能够记忆永久形状和中间形状，该中间形状定义在SMP的高温和低温中间的温度。如果使用了三SMP，则可将临时形状（例如拆开状态）以及永久形状（例如组装状态）设定到SMP中。因此，在使用三SMP时转变到期望形状仅仅需要加热SMP到合适温度，以获得中间形状或永久形状。
SMP通常被描述为包括切换温度、成形温度和固化温度。成形温度大于切换温度，并且切换温度大于固化温度，即，成形温度>切换温度>固化温度。切换温度是SMP名义上改变性质的温度。然而，SMP性质的改变可能不会在切换温度时突然发生，从而保证软的材料，SMP的形状设定可在成形温度时发生。类似地，在冷却时，SMP在切换温度时可不突然地回复其所有初始性质。因此，SMP可被冷却大固化温度以保证SMP完全回复到永久形状。
第一部件22包括在切换温度时的刚度。第二部件24限定贮器26，并且包括在切换温度或高于切换温度时的刚度，其小于第一部件22在切换温度时的刚度。更特别地，当处于结合温度时，第一部件22的刚度明显小于第二部件24的刚度，以确保第一部件22在可释放连接20的组装期间被加热时不变形。
第一部件22包括布置在贮器26内的部分28。贮器26由初始形状形成，允许部分28插入贮器26成为连接形状，该连接形状构造成用于相对于第二部件24固定第一部件22。因此，第二部件24在组装之前包括初始形状。在组装期间，第一部件22的部分28被插入贮器26，并且贮器26形成为连接形状以保证部分28位于贮器26内。如果连接形状是永久形状，则贮器26从初始形状到连接形状的转变可通过加热第二部件24到切换温度而发生。此外，连接形状是永久形状还提供抵抗拆卸的牢固连接。如果初始形状是永久形状，则贮器26从初始形状到连接形状的转变可通过如下方式发生：加热第二部件24到切换温度，使贮器26变形成连接形状，并且冷却第二部件24以保持连接形状。此外，初始形状是永久形状还提供可释放连接20的容易的拆卸。由于第一部件22在切换温度时的刚度高于第二部件24在切换温度时的刚度，所以第一部件22的形状在将贮器26从初始形状成形为连接形状时不会改变。应当意识到，SMP的初始形状可以是临时形状或永久形状，并且连接形状是临时形状和永久形状中的另一个。
由于SMP第二部件24的性质，贮器26可从连接形状转变成初始形状，以释放第一部件22的部分28。当初始形状是永久形状并且没有外部负载作用在SMP上或者障碍阻止SMP的回复时，贮器26响应于第二部件24被加热到切换温度而从连接形状转变回到初始形状。如果初始形状是临时形状，在成形温度时将外力施加到贮器26上以允许部分28从贮器26解脱。在任一种情况下，为了维护或类似事项而将部分28从贮器26移除，这是简单易懂的。
参见图1和图2，示出了可释放连接20的第一替代性实施例。可释放连接20在图1和图2中被示作为开槽连接。第二部件24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的相对侧边缘上，并且彼此相对。基座30、第一壁32和第二壁34沿纵向轴线36延伸。贮器26包括由基座30、第一壁32和第二壁34限定并处于它们之间的通道。贮器26沿纵向轴线36延伸。第一部件22的部分28布置在贮器26中并包括球茎状端部28，其中，球茎状端部28包括沿纵向轴线36延伸预定距离的柱形部分28。
如图1所示，当处于它们的初始形状时，第一壁32和第二壁34通常垂直于基座30并且限定大致矩形贮器26。如图2所示，在转变到连接形状时，第一壁32和第二壁34的远边缘，即离基座30最远的边缘，朝向彼此向内弯曲以包住第一部件22的柱形部分28，并且限定大致柱形贮器26。因此，第一部件22的柱形部分28可在柱形贮器26内运动。应当意识到，柱形部分28在柱形贮器26内的运动包括沿平面或轴线的设计中的（即所意图的）运动，并且不包括由可释放连接20的过度磨损和/或可释放连接20的不适当组装造成的少量运动。更特别地，第一部件22可滑动地在贮器26内相对于第二部件24可运动。另外，第二部件24相对于第一部件22的运动的阻力是可调节的。例如可通过改变柱形部分28和柱形贮器26之间的间隙和/或接触压力来调节运动阻力。这样，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，可调节运动阻力以解决随着时间过去而造成的可释放连接20的磨损。
如上面简要描述的，当形成柱形26的SMP的永久形状是初始形状时，如果没有外部负载或障碍，第一壁32和第二壁34可在被加热到切换温度的情况下返回到其初始形状，即矩形形状，以将第一部件22的柱形部分28从第二部件24的贮器26释放。
参见图3和图4，示出了可释放连接20的第二替代性实施例。可释放连接20在图3和图4中被示作为铰链。第二部件24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的相对侧边缘上，彼此相对，并且沿纵向轴线44延伸。第一壁40和第二壁42的每一个包括沿纵向轴线44彼此间隔开的多个翼部46。每对相邻的翼部限定它们之间的间隙。因此，第一壁40和第二壁42的每一个包括布置在翼部46之间的多个间隙48。如图所示，第一壁40上的翼部46沿纵向轴线44从第二壁42上的翼部46移位。然而，应当意识到，第一壁40和第二壁42上的翼部46可直接彼此相对地交替布置。贮器26包括由基座38、第一壁40和第二壁42限定并处于它们之间的通道。更特别地，贮器26由基座38、第一壁40的翼部46以及第二壁42的翼部46限定。贮器26沿纵向轴线44延伸。第一部件22的部分28布置在贮器26中并包括沿纵向轴线44延伸的柱形轴部分28。
如图3所示，当处于它们的初始形状时，第一壁40的翼部46和第二壁42的翼部46以相对于基座30大致水平的方式布置并且限定大致开口的凹形。图3所示的初始形状是SMP的永久形状。如图4所示，在转变到连接形状（即SMP的临时形状）时，第一壁40和第二壁34上的翼部46朝向彼此向上和向内弯曲以包住第一部件22的柱形轴部分28，并且限定大致柱形贮器26。因此，第一部件22的柱形轴部分28可在柱形贮器26内运动。应当意识到，柱形轴部分28在柱形贮器26内的运动包括沿平面或轴线的设计中的（即所意图的）运动，并且不包括由可释放连接20的过度磨损和/或可释放连接20的不适当组装造成的少量运动。更特别地，第一部件22可相对于第二部件24绕纵向轴线44旋转。另外，第二部件24相对于第一部件22的运动的阻力是可调节的。例如可通过改变柱形部分28和柱形贮器26之间的间隙和/或接触压力来调节运动阻力。这样，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，可调节运动阻力以解决随着时间过去而造成的可释放连接20的磨损。
如上面简要描述的，在没有外力或障碍时，第一壁40和第二壁42可在被加热到切换温度的情况下自动返回到其初始形状，即大致开口凹形，以将第一部件22的柱形轴部分28从第二部件24的贮器26释放。
参见图5以及图6A至图6D，示出了可释放连接20的第三替代性实施例。可释放连接20在图5以及图6A至图6D中被示作为可拆离调整件（trim piece）。第二部件24包括基座50、第一壁52和第二壁54。第一壁52和第二壁54布置在基座50的相对侧边缘上，并且彼此相。基座50、第一壁52和第二壁54沿纵向轴线延伸。贮器26包括由基座50、第一壁52和第二壁54限定并处于它们之间的通道。贮器26沿纵向轴线延伸。第一壁52和第二壁54各自包括分别布置在第一壁52和第二壁54的远边缘（即离基座50最远的边缘）上的脊56。脊56朝向彼此向内延伸到贮器26内。第一部件22的部分28布置在贮器26中并包括多个闩锁部分28。闩锁部分28包括附接在一起的一系列平面构件以限定大致钻形弹性部分28。钻心弹性部分28构造成偏压抵靠在第一壁52和第二壁54之间。第一部分22的钻心弹性部分28各自包括至少一个但优选一对止动部58。当第二部件24处于连接形状时，止动部58布置成与第一壁52和第二壁54的每个脊56互锁接合。
如图5所示，当处于它们的初始形状时，第一壁52和第二壁54包括大致竖直形状且大致垂直于基座50，并且限定大致矩形贮器26。由于第一部件22的部分28布置在贮器26内并包括可折叠弹性部分28，可释放连接20的第三替代性实施例的贮器26不需要被加热到切换温度以将贮器26从初始形状转变成连接形状。相反，如图6B所示，在将第二部件24的钻形弹性部分28插入贮器26时，止动部58以互锁接合的方式接合脊56，即卡扣到一起，以限定连接形状。然而，应当意识到，将第一部件22和第二部件24的一个或两个加热到切换温度可使得插入到贮器26中变得更容易。
参见图6C，为了从第二部件24释放第一部分22，第二部件24被加热到切换温度或加热到切换温度附近，在该点，钻形弹性部分28的弹性力足以使第一壁52从第二壁54伸开，由此使得脊56和止动部58之间的互锁接合脱开。一旦脊56和止动部58之间的互锁被脱开，则第一部件22可从第二部件24移除，并且贮器26返回到初始形状，如图6D所示。
参见图7和图8，示出了可释放连接20的第四替代性实施例。可释放连接20在图7和图8中被示作为插口连接。第二部件24包括基座60和壁62。基座60和壁62协作以限定贮器26。更特别地，基座60和壁62限定半球形穹顶贮器26。第一部件22的部分28布置在贮器26中并包括球茎状端部28。更特别地，球茎状端部28包括球形部分28。
如图7所示，当处于初始形状时，壁62包括大致竖直的柱形壁62，其远离基座60向上延伸，由此限定大致柱形贮器26。图3所示的初始形状是SMP的永久形状。如图8所示，在转变到连接形状（即临时形状）时，柱形壁62的远边缘（即离基座60最远的边缘）朝向柱形壁62的中心向内弯曲，以限定半球穹顶形贮器26。因此，第一部件22可在第二部件24的贮器26内相对于第二部件24运动。应当意识到，球形部分28在半球穹顶形贮器26内的运动包括沿平面或轴线的设计中的（即所意图的）运动，并且不包括由可释放连接20的过度磨损和/或可释放连接20的不适当组装造成的少量运动。更特别地，第一部件22的半球部分28可在半球穹顶形贮器26内枢转。另外，第二部件24相对于第一部件22的运动的阻力是可调节的。例如可通过改变球形部分28和半球穹顶形贮器26之间的间隙和/或接触压力来调节运动阻力。这样，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，可调节运动阻力以解决随着时间过去而造成的可释放连接20的磨损。
如果图7中所示的壁62的柱形形状是SMP的永久形状，则在没有外力和/或障碍时，壁62可在被加热到切换温度的情况下返回到初始形状，即柱形形状，由此将第一部件22的球形部分28从第二部件24的贮器26释放。
参见图9、图10和图11，总体上以附图标记64表示可释放紧固件。可释放紧固件64包括基座66和可展开构件68。可展开构件68附接到基座66，包括并由形状记忆聚合物（SMP）制成。
优选地，可展开构件68包括曲线构件并且限定初始位置。优选地，可展开构件68的初始位置包括盘绕位置，其也是SMP的永久形状。然而，应当意识到，该初始位置可包括本文未示出的一些其他位置，例如来回蜿蜒构造。可展开构件68可在加热到切换温度的情况下从初始位置展开。图10示出了处于SMP临时位置的可展开构件68。SMP的临时位置通过以下方式实现：将可展开构件68加热到高于切换温度并向可展开构件68施加力以将可展开构件68拉开到展开的（即伸长的）构造，然后将可展开构件68冷却到低于切换温度以锁定在SMP的临时位置。可展开构件68将保持临时位置，直到被加热到或高于切换温度。如图10所示，展开可展开构件68允许可展开构件68的端部经过衬底72中的开口70。图11示出了可展开构件68的部分回复的永久形状。部分回复的永久形状通过如下方式实现：当处于临时形状时将可展开构件68插入衬底中的开口70，保持紧固件64相对于衬底72的相对位置，并且将可展开构件68加热到切换温度而不向可展开构件68施加衬底72之外的任何外部负载或障碍。冷却可展开构件锁定在被加热到或高于切换温度的SMP单元的永久形状。这样，一旦被加热到切换温度，可展开构件68的不受约束部分延伸经过开口70并转变回到永久形状（即盘绕形状），而受约束部分的回复被衬底72阻碍并且保持于部分回复的临时形状。因此，如图11所示，可展开构件68的端部构造成在冷却的情况下用于返回到可展开构件68的初始位置。一旦可展开构件68的端部返回到初始位置（即盘绕形状），则可展开构件的盘绕端部将衬底72固定在基座66和可展开构件68的盘绕端部之间。
由可释放紧固件64实现的可释放连接20可通过如下方式断开：将可展开构件的端部28加热到切换温度，并且施加展开力以展开可展开构件68，由此使可展开构件68变直。一旦可展开构件68的端部变直，则可展开构件68可被拉动穿过衬底72中的开口70，由此释放衬底72。随着可展开构件68冷却，如果未施加外力或障碍，则可展开构件68返回到初始形状。
本发明进一步公开了制造可释放连接20的方法。如上所述，可释放连接20位于第一部件22和第二部件24之间，第二部件24包括并且由形状记忆聚合物制成。下面更详细地描述SMP的细节。该方法包括将第二部件24成形为初始形状以限定贮器26。贮器26可包括任何合适的尺寸、形状和/或构造，例如沿纵向轴线延伸的矩形贮器26，或者如上所述的柱形贮器26。应当意识到，贮器26的初始形状并不限于本文所述的贮器26，并且可包括其他初始形状。
该方法进一步包括将第一部件22的部分28插入贮器26。当贮器26处于贮器26的初始形状时，第一部件22的部分28被插入贮器26，即，贮器26的初始形状允许部分28插入其内。第一部件22的部分28可包括任何合适的形状、尺寸和/或构造，例如上面详细描述的柱形部分28、球形部分28或钻形弹性部分28。应当意识到，第一部件22的部分28可包括本文描述之外的形状、尺寸和/或构造。
该方法进一步包括将第二部件24加热到或高于切换温度。更特别地，第二部件24可被加热到成形温度以使SMP的设定容易。切换温度是SMP切换到软的革状状态由此允许SMP的变形的温度。因此，第二部件24在切换温度或高于切换温度时是可延展的。此外，在切换温度时，第二部件24的刚度小于第一部件22的刚度，这确保第一部件22的形状不改变。第二部件24可以任何方式被加热，包括但不限于利用热空气加热或在液体浴中加热。
如果SMP的连接形状与临时形状相同，则该方法进一步包括一旦第二部件24被加热到或高于切换温度则使贮器26变形到连接形状。然而，如果SMP的连接形状与永久形状相同，则在除了那些与被连接的第一部件22和第二部件24相关联的之外没有任何外力和障碍的情况下，使贮器26变形到连接形状仅需要将第二部件24的SMP加热到成形温度。贮器26被变形以抓住第一部件22并使第一部件22相对于第二部件24固定。将贮器26变形成连接形状可包括使贮器26从初始形状成形为任何合适的连接形状，例如上述柱形贮器26或半球穹顶形贮器26。应当意识到，贮器26可被变形为本文未示出或描述的一些其他连接形状。可通过任何适当方式使贮器26变形为连接形状，例如通过向贮器26施加压力或在模具中形成连接形状。特别地，可使用特制工具来同时加热和成形SMP以限定贮器26。特制工具允许SMP被成形为一致的临时形状。优选地，特制工具加热SMP，并且向SMP施加力以使SMP在热时顺应到模板或模具中，并且在SMP冷却时将SMP保持于该形状。然而，应当意识到，特制工具可以本文未描述的一些其他方式操作。
该方法进一步包括冷却贮器26，同时保持贮器26的形状，直到第二部件24独立地维持连接形状。贮器26被冷却到低于切换温度，并且更特别地，贮器被冷却到或低于固化温度。因此，如果施加压力以将贮器26的初始形状变形到连接形状，则可维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冷却到低于切换温度，则第二部件24保持连接形状，从而可去除压力。然而，优选地，第二部件24的SMP被允许冷却到低于固化温度的温度以确保可释放连接20的一致性质。应当意识到，在第二部件24的SMP材料冷却的同时，可按照本文未描述的一些其他方式保持被连接的贮器26的形状。
由于SMP材料的固有物理性质，如果初始形状与永久形状相同，则在不施加可能阻止形状回复的任何外力和/或障碍的情况下，第二部件24的贮器26可响应于第二部件24被再加热到切换温度而从连接形状返回到初始形状。替代性地，如果初始形状与临时形状相同，则在施加力以临时地使第二部件24的SMP变形以允许可释放连接20的分离的同时，第二部件24的贮器26可响应于第二部件24被再加热到成形温度而从连接形状返回到初始形状。使贮器26返回到初始形状允许从第二部件24的贮器26释放（即移除）第一部件22。这样，该方法可进一步包括再加热第二部件24以使第一部件22的贮器26从连接形状转变回初始形状，以拆卸可释放连接20。
可释放连接20的SMP应当包括1）结合温度，其充分高于可释放连接20的最大操作温度；2）结合温度时的储能模量，其充分低以允许利用小力使其弹性变形；3）在结合温度时失效的高延伸率，以允许SMP充分变形，使得其可采取产生强且稳定结合点的复杂形状；以及4）有限橡胶状平台（通常大于5 ℃）。
形状记忆聚合物是聚合物分子的复合物，这些分子在它们的温度升高到高于称为切换温度（Ts）的特性温度时在它们的弹性模量上表现出明显和可逆的变化。有时，完成这种温度升高所用的手段被称为形状记忆材料的“激活”。当SMP的温度被升高到高于其Ts时，其弹性模量常常急剧降低10倍或100倍或更多。一种类型的SMP是一组半结晶共聚物，其包括相对硬的结晶区段（或微相）以及相对软的非结晶区段（或微相）。在这种情况下，共聚物的Ts是软的非结晶相的玻璃转变温度（Tg）。软的非结晶区段是形状记忆聚合物的低温软化相，当材料的温度高于其Ts时，聚合物的弹性模量急剧下降，这是因为非结晶相中的玻璃状或橡胶状转变。也已知存在其他类型的SMP，其中，Ts对应于聚合物的相之一的熔化。虽然本说明书示出的实施例集中于上述SMP类型，但本发明可扩展到其他类型的SMP，而不需要过度的努力。
上述由SMP制成的第二部件24通过在高于硬区段的熔点（Tm）的温度进行热机械处理而被赋予永久形状。接下来冷却到低于Ts的温度得到刚性的聚合物（例如，E＝800 MPa，其中E是聚合物材料在相对低温时的弹性模量）。材料在Ts和Tm之间的温度范围内以软的聚合物（例如E＝4 MPa）存在，由此在该示例中得到弹性模量的200倍的下降。当材料在高于Ts的该温度范围时，其可容易地变形到不同的临时形状，即连接形状。处于其软化状态的典型SMP的弹性延伸率（或伸长范围）为约100％到约300％而没有永久变形。如果聚合物未退化（例如由于塑性屈服、加热到超过其氧化温度等），则在没有外部负载的情况下可通过将其浸泡在高于软相的Ts的温度而回复到原始永久形状（即初始形状）。高至200％－300％的应变可通过这种方式回复。已知SMP材料能承受数以百计的加热循环并且变形以设定临时形状（即连接形状）和/或加热以回复永久形状（即初始形状）。
本发明的可释放连接20利用SMP的软聚合物状态的较低弹性模量和硬聚合物状态的较高模量之间的合适的差异来首先建立SMP第二部件24和第一部件22之间的软连接，然后保持强的连接。第一部件22可以是任何具有合适刚度的材料以实现结合过程。在许多情况下，第一部件22可以是金属部件。
以上在本说明书中已经描述了合适的形状记忆聚合物的重要热处理特性。这种SMP材料或者也可为热塑聚合物、热固聚合物或者具有互相贯穿网络、半互相贯穿网络或混合网络的热塑或热固聚合物。聚合物可为单一聚合物或者聚合物的混合物。聚合物可为线性聚合弹性体或者具有侧链的分支聚合弹性体或者枝状结构元件。形状记忆材料的特征在于具有两个相，非结晶或玻璃相（或区段）以及半结晶或结晶相（或区段）。SMP已经由聚氨酯共聚物、聚氨酯－二醇共聚物、环氧树脂－氰酸酯共聚物的合适组分形成，或者由许多其他共聚物组分形成。SMP材料可用于许多应用中。它们在本发明实践中的用途很大程度上基于可适当地变形以在连接形状和初始形状之间转变，并且基于SMP在所附接部件的期望操作温度时适当地强。
合适的形状记忆聚合物包括热塑性塑料，热固性塑料、互相贯穿网络、半互相贯穿网络或者混合网络。聚合物可以是单一聚合物或聚合物的混合物。聚合物可为线性的或者具有侧链的分支热塑弹性体或者枝状结构元件。形成形状记忆聚合物的合适的聚合物组分包括但不限于：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、聚烷撑、丙烯酰聚胺、聚亚烷基乙二醇、聚亚烷基氧化物、聚亚烷基对苯二酸酯、聚原酸、醚、聚乙烯酯、聚乙烯卤化物、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。合适的聚丙烯酸脂的示例包括聚甲基异丁烯酸酯、聚乙基异丁烯酸酯、聚丁基异丁烯酸酯、聚异丁基异丁烯酸酯、聚己基异丁烯酸酯、聚异癸基异丁烯酸酯、聚月桂基异丁烯酸酯、聚苯基异丁烯酸酯、聚甲基丙烯酸脂、聚异丙基丙烯酸脂、聚异丁基丙烯酸脂、聚十八烷基丙烯酸脂。其他合适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－聚乙烯对苯二酸酯、聚乙烯/尼龙（接枝共聚物）、聚已酸内酯－聚酰胺（嵌段共聚物）、聚（已内酯）丙烯酸乙酯-n-丙烯酸丁酯、聚（降莰基-多面体低聚物矽酸盐类（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－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物，等等。
根据本发明，优选地，SMP第二部件24的Ts对于结合操作是可获得的并且高于结合部件的预期操作温度。未激活SMP第二部件24的弹性模量Einactive和已激活SMP第二部件24的弹性模量Eactive的差异在该结合过程中是重要的。优选地，比值Einactive/Eactive合理地高，以便形状记忆材料为了成形过程而容易和有效的移位，而同时保持已形成结合点的高强度。至少为10的比值是合适的，而50至约200的比值是优选的。
永久形状回复所需的温度可被容易地设定在约-63 ℃和约120 ℃之间的任何温度，或者更高。聚合物自身的所设计的组分和结构可允许选择对于期望应用的特定温度。对于形状回复，优选温度是大于约120 ℃。
SMP部件的最常见激活手段是热。然而，取决于特定SMP材料，可通过诸如电、光或其他适当频率的电磁辐射、压力、振动、pH值的变化和/或增塑剂（例如水分）的含量变化来激活部件以便结合。
虽然已经详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但本领域技术人员将意识到所附权利要求范围内的用于实施本发明的各种替代性设计和实施例。

Claims (10)

1.一种在第一部件和第二部件之间制造可释放连接的方法，其中，所述第二部件由形状记忆聚合物制成，所述方法包括：
将所述第二部件成形为初始形状，以限定贮器；
将所述第一部件的一部分插入所述贮器；
将所述第二部件加热到切换温度，其中，所述第二部件在所述切换温度时是可延展的；
使所述贮器变形为连接形状，以抓住所述第一部件并相对于所述第二部件固定所述第一部件；以及
冷却所述贮器同时保持所述贮器的连接形状，直到所述第二部件独立地保持所述连接形状，其中，所述第二部件响应于将所述第二部件再加热到所述切换温度是可延展的，以从所述贮器释放所述第一部件。
2.如权利要求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茎状端部。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一部件包括在所述切换温度时的刚度，所述第二部件包括在所述切换温度或高于所述切换温度时的刚度，其小于所述第一部件的刚度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述贮器变形为连接形状包括向所述贮器施加压力以使所述贮器变形为所述连接形状，其中，所述压力被保持直到所述贮器被冷却。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述贮器处于所述连接形状时，所述第一部件在所述贮器内能够相对于所述第二部件运动。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括调节所述贮器的几何结构以控制所述第一部件和所述第二部件之间的运动阻力。
7.如权利要求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，将所述第二部件成形为初始形状被进一步限定为将所述第一壁、基座和所述第二壁成形为通道。
8.一种可释放连接，包括：
第一部件；和
第二部件，所述第二部件限定贮器，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，其具有在切换温度时的刚度，该刚度小于所述第一部件和所述第二部件中的另一个在所述切换温度或高于所述切换温度时的刚度；
所述第一部件包括布置在所述贮器内的部分，所述贮器成形为构造成相对于所述第二部件固定所述第一部件的连接形状；
其中，所述第一部件和所述第二部件中的一个能够响应于被加热到所述切换温度而从初始形状和所述连接形状中的一个转变到所述初始形状和所述连接形状中的另一个，以便进行从所述贮器组装和释放所述部分中的一个。
9.一种可释放紧固件，包括：
基座；和
可展开构件，其附接到所述基座并且由形状记忆聚合物制成；
其中，所述可展开构件包括初始形状并且能够在加热到切换温度的情况下从所述初始形状展开，以允许所述可展开构件的端部穿过衬底中的开口，所述端部构造成在冷却到低于所述切换温度的情况下返回到所述初始形状，以将所述衬底固定在所述基座和所述端部之间。
10.一种可释放连接，包括：
第一部件，其具有部分；和
第二部件，其限定贮器，其中，所述部分被可移除地布置在所述贮器中；
其中，所述第一部件和所述第二部件中的一个包括形状记忆聚合物，其具有在切换温度时的刚度，该刚度小于所述第一部件和所述第二部件中的另一个在所述切换温度或高于所述切换温度时的刚度；
其中，所述贮器包括脊，所述部分包括止动部，所述止动部构造成以互锁接合方式接合所述脊；并且
其中，所述形状记忆聚合物包括设定的永久形状，在被加热到所述切换温度的情况下，所述永久形状构造成降低对于插入和移除之一的阻力。
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