CN111526752A - 带有用于可逆粘着的结构化表面的成型体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有用于可逆地粘着在表面上的结构化表面的成型体，所述结构化表面包括纵横比不高于10的凸起。所述结构能够通过横向运动简单地从表面分离。

Description

带有用于可逆粘着的结构化表面的成型体

技术领域

本发明涉及一种成型体，其带有用于可逆地粘着(粘附，

)物体或在表面上可逆地粘着的结构化表面，并且涉及一种用于使这种结构体分离(剥离)的方法。所述成型体可以通过简单的方式再次从物体或表面分离。

背景技术

两个物体之间的分子附着力可以通过纤维状的表面结构来增强或控制。该原则也被称为壁虎效应。如果用特定的按压力将结构化的弹性体表面压向相对平坦的表面，则能够形成范德华相互作用。而且从自然中也已知可逆的粘附(Haftung)，即，有目的地切换附着(Anhaftung)和分离的可能性。然而，尽管壁虎通过剥离其粘附纤维来实现分离，但这对于工业结构通常是不可行的，并且通常仅在使用剪切粘附力，即在基材/物体表面方向上的粘附力时才有意义。对于所谓的法向粘附力，即垂直于物体表面的粘附力来说，必须以不同方式引发分离。

目标在于，有目的地改变粘附结构体与物体表面之间的有效接触面(面积)，以便在粘附(大接触面)与分离(小接触面)之间切换并且由此实现选择性的分离。

已知的是，在使用具有例如大于3的较高的纵横比(宽高比)的结构体时，为了实现从基材分离可以利用所谓的欧拉屈曲。已知的是，接触面的减少可以通过凸起在压力载荷下的弯曲实现。在足够大的压力载荷下，弹性不稳定性导致凸起的折弯。这也被称为欧拉屈曲。临界力为：

F＝(nπ/L)²EI

在此，E是弹性模量，I是面积惯性矩

L是凸起的长度(高度)以及n是与凸起的机械夹紧相关的前置因数。面积惯性矩在圆柱形结构体中为＝πd⁴/64。由此得出以下关系：与具有较小长度、较大直径或较高弹性模量的凸起相比，具有较大高度、较小直径或较低弹性模量的凸起在较小的力下发生弯曲。在此，通过朝物体方向的额外压力导致结构体的屈曲并且进而导致与表面的接触面减小。在此不利的是，所述结构体必须具有高纵横比。因此其难以制造而且容易不稳定。此外，取决于物体，用于分离的朝物体方向的压力对于敏感的物体是不利的。

技术问题

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构体，所述结构体尤其是在法向粘附情况下能够实现简单的选择性分离；以及提供一种用于分离这种结构体的方法。

技术方案

所述技术问题通过具有独立权利要求的技术特征的本发明来解决。本发明的有利的改进方式在从属权利要求中给出。所有权利要求的表述在此被引用至本说明书的内容之中。本发明包括独立权利要求和/或从属权利要求的全部合理的且尤其是全部所提到的组合。

所述技术问题通过一种带有结构化表面的成型体来解决，其中所述表面具有结构化纹路(Strukturierung)，所述结构化纹路包括多个凸起(支柱)，所述凸起至少分别具有主干并且包括背离表面的端面。凸起利用所述端面与被粘附物体的表面形成接触。

优选地，凸起的弹性模量是恒定的，然而也可以具有轴向或横向的梯度。

令人惊喜地发现，具有低于10的纵横比的凸起能够被特别容易地分离。如此，所述凸起能够通过平行于粘附面的剪切负载而变形。凸起根据其弯曲刚度(E*I)发生变形。由此，同样降低粘着力并且分离结构体。在此，关键并不在于粘附连接的剪切强度，而是结构的变形导致粘着力的下降。易于弯曲的结构体由于该机制而能够容易地分离。剪切负载可以通过与表面平行的任意运动实现。该运动可以是线性运动或转动。通过剪切负载分离的优点在于，不必像借助欧拉屈曲实现触发那样垂直于粘附面施加压力。

那么在所述结构体中可能的是，所述结构体通过结构化表面平行于物体表面的移动而发生弯曲，使得端面从表面分离并且粘附性降低。

端面的垂直高度应理解为端面与凸起布置于其上的表面的间距。

在本发明的一种优选的实施方式中，本发明的结构化表面的凸起呈柱状地构造。这意味着，其优选地为垂直于表面构造的凸起，该凸起具有主干和端面，其中所述主干和端面可以具有任意的横截面(例如圆形、椭圆形、矩形、正方形、菱形、六边形、五边形等)。

优选地，将所述凸起构造成，使得端面在所述凸起的底面(基面)上的垂直投影与所述底面形成重叠面，其中重叠面和重叠面的投影在端面上跨越完全处于凸起内部的主体。在本发明的一种优选的实施方式中，重叠面包括底面的至少50％、优选底面的至少70％，特别优选重叠面包括整个底面。因此，凸起优选不倾斜，但也可以倾斜。

在一种优选的实施方式中，端面平行于底面和表面地定向。如果端面不平行于表面定向并由此具有不同的垂直高度，则将端面的平均垂直高度视作凸起的垂直高度。

在一种实施方式中，凸起的端面大于底面。

在本发明的一种优选的实施方式中，凸起的主干基于其平均直径具有1至10、优选1至5、特别优选在1和3之间的高度与直径的纵横比。

在一种实施方式中，纵横比不高于5、尤其不高于3。在没有对物体的高负载的情况下，无法通过欧拉屈曲将这样的结构体分离。

平均直径在此应理解为是指在凸起的整个高度上平均求得的具有与凸起的相应横截面相同面积的圆的直径。

在本发明的另一种实施方式中，在特定高度下，凸起的垂直高度相对于直径的比例在凸起的整个高度上始终为1至10、优选1至5、特别优选1至3。在一种实施方式中，纵横比不高于5、尤其不高于3。这优选也适用于凸起的最小直径。因此，当凸起例如在椭圆形底面的情况下具有最小和最大直径时，这是相关的。

凸起可以具有加宽的端面，所谓的“蘑菇”结构。

在此，凸起的端面本身可以是结构化的，以增大其表面(表面积)。在此情况下，将端面的平均垂直高度视作凸起的垂直高度。

在一种优选的实施方式中，所有凸起的垂直高度在1μm至10mm、优选1μm至5mm、尤其是1μm至2mm、优选1μm至2mm的范围内。

在一种优选的实施方式中，就面积而言，底面相当于直径为0.1μm至5mm之间、优选0.1μm至2mm之间、更特别优选在1μm至500μm之间、特别优选在1μm至450μm之间的圆。在一种实施方式中，底面是直径在0.3μm至2mm之间、优选在1μm至450μm之间、优选在10μm至450μm之间的圆。

主干的平均直径优选在0.1μm至5mm、优选0.1μm至2mm、特别优选1μm至450μm、优选10μm至450μm之间。优选地，高度和平均直径根据优选的纵横比被调整。根据本发明的结构体例如在600μm至2.5mm的垂直高度下具有300至500μm的直径，其中纵横比不超过10、优选不超过5。

根据本发明的结构体例如在20μm至500μm的垂直高度下具有10至100μm的直径，其中纵横比不超过7、优选不超过5。

在一种实施方式中，这可以是具有300μm至500μm直径和700μm至1500μm高度的结构体，例如在800μm或1200μm的高度下直径为400μm。在另一种实施方式中，这可以是具有10μm至100μm直径和10μm至100μm高度的结构体，其中纵横比不高于7、优选不高于5。这例如是具有10μm至60μm直径和30μm至60μm高度的结构体，优选在40μm至50μm的高度下直径为15μm至50μm。恰恰是这种具有较小纵横比的小型凸起能够以简单方式制造。

在一种优选的实施方式中，在端面加宽的情况下，凸起的端面的表面积是凸起的底面的面积的至少1.01倍、优选至少1.4倍。其可例如为1.01至20倍大。

在另一种实施方式中，端面比底面大5％至100％，特别优选比底面大10％至50％。

在一种优选的实施方式中，两个凸起之间的间距小于2mm、尤其是小于1mm。

凸起优选规则地周期性布置。

凸起的所有区域的弹性模量为优选50kPa至3GPa。较软的区域，即，尤其是包含端面的区域的弹性模量为50kPa至20MPa、优选100kPa至10MPa。独立地(无论如何)，具有高弹性模量的区域的弹性模量优选地为1MPa至3GPa、优选2MPa至1GPa。优选地，对于所有较软和较硬的区域来说弹性模量都在预先规定的范围内。优选地，凸起的区域的弹性模量朝端面下降。

凸起的弹性模量还可以通过使用的材料的硬度、优选通过弹性体来定义。优选地，凸起的材料的硬度为20肖氏A至80肖氏A、优选30肖氏A至70肖氏A。

凸起可以由多种不同的材料组成，优选弹性体、特别优选热塑性弹性体。为了更高的弹性模量还可以使用热固性塑料。

因此凸起可以包括以下材料：

基于环氧和/或有机硅的弹性体、热塑性弹性体(TPE)、聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯系、甲基丙烯酸酯系、聚丙烯酸酯均聚物和共聚物、聚甲基丙烯酸酯均聚物和共聚物(PMMA、AMMA丙烯腈/甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、有机硅、有机硅树脂，橡胶例如R橡胶(NR天然橡胶、IR聚异戊二烯橡胶、BR丁二烯橡胶、SBR丁苯橡胶、CR氯丙烯橡胶、NBR丁腈橡胶)、M橡胶(EPM乙烯-丙烯橡胶、EPDM乙丙橡胶)，不饱和聚酯树脂、甲醛树脂、乙烯基酯树脂、聚乙烯均聚物或共聚物以及上述材料的混合物和共聚物。还优选由欧盟(根据2011年1月14日的EU-VO第10/2011号，于2011年1月15日发布)或FDA批准用于包装、药品和食品领域的弹性体或由PVD和CVD方法技术制造的不含硅的可UV固化的树脂。在此，聚氨酯(甲基)丙烯酸酯表示聚氨酯甲基丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯及其混合物和/或共聚物。

基于环氧和/或有机硅的弹性体、聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅、有机硅树脂(例如可UV固化的PDMS)、聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、橡胶(例如EPM、EPDM)是优选的。

此外，结构化的表面还可以具有凸起，所述凸起能够用于剪切粘附。有助于粘附的是，成型体连同粘附在成型体上的物体在空间中扭转(旋转)，使得出现可对根据本发明的成型体的粘附力产生不利影响的额外的力，例如引力。

此外，本发明还涉及一种包括至少两个根据本发明的成型体的布置(布置体、布置件)，所述成型体被布置成，使得它们能够彼此相邻地接触共同的表面，并且它们此外还能够单独地至少横向于共同的表面移动。

此外，本发明还涉及一种用于使根据本发明的成型体可逆地粘着在表面上或使成型体布置在表面上的方法。

以下详细描述各个方法步骤。这些步骤不一定必须以给定的顺序实施，并且待描述的方法还可以具有其他未提及的步骤。

为此，使根据本发明的成型体的凸起的端面与表面接触，使得在成型体与表面之间形成粘着连接。

为了分离成型体，至少相对于所述表面横向地移动所述成型体。可能必要的是，为此将表面或者带有该表面的物体固定，由此能够导致成型体的相对运动。

通过该运动导致凸起的弯曲，这导致端面至少部分地分离。这减小了参与粘着的接触面并且降低粘附力至完全分离。

横向的相对移动可以是线性的，也就是说，成型体朝某一方向横向移动。

横向的相对移动也可呈圆形地进行。为此，成型体相对于表面旋转。通过所述旋转使得物体的负载更均匀。

由于凸起的弹性，成型体可以之后重新用于表面的接触并且进而用于干式粘着性的粘附。

在所述方法的另一种实施方式中，使表面与包括至少两个根据本发明的成型体的布置的端面接触。优选地，选择所述接触，使得成型体大致以相同的粘附力连接在表面上。

所述成型体不必直接彼此相邻地接触表面。它们还可被布置在表面的不同位置上。

为了实现分离，此时布置的各个成型体分别相对于表面至少横向地运动。这优选以这种方式来完成，使得成型体的横向地、矢量地作用在表面和进而作用在物体上的力矩最小化，在理想情况下等于0。

由此，物体不必或仅需略微被固定。而且该方法特别适用于敏感的物体。而且作用在物体上的力仅是较小的。在两个成型体的情况下，这两个成型体可例如沿相反的方向运动。

还可行的是，除了横向的分量之外，布置的一个或多个成型体的运动还具有其他分量，例如与表面垂直相离的分量，或者具有旋转运动，例如具有平行于表面的一个或多个旋转轴的同时实施的旋转运动。在此，旋转优选的以这样的方式实施，使得不会出现凸起的压紧(压缩，Stauchung)。成型体可以例如在圆形路径上运动。

通过旋转能够实现的是，特定凸起的端面首先从表面分离。

对于多个成型体的布置(布置)来说，不需所有的成型体均等地运动。

布置的成型体同样也可以旋转或移动。

分离运动以及凸起的形状和弹性取决于应实现的粘附力并且取决于表面或物体的敏感性。

恰好在极小且敏感性的构件中，例如微芯片、集成电路、显示器或触摸屏中，利用根据本发明的成型体的根据本发明的方法提供了选择性粘着和分离的可能性，而物体无需受到大的负载。而且利用所述方法还能定位(adressierbar)那些在没有另外的措施的情况下就无法通过传统抽吸设备接收的物体。

其他细节和特征由以下优选的实施例的描述结合从属权利要求给出。在此，各技术特征可以单独或更多地以相互组合方式实现。解决技术问题的可能性不局限于所述实施例。例如范围说明始终包括所有(未提及的)中间值和所有可考虑的子区间。

在附图中示意性示出多个实施例。在此，相同的附图标记在各个附图中表示相同或功能相同或在其功能方面相互对应的元件。具体在附图中：

图1示出了根据本发明的成型体的示意图；

图2示出了在表面上粘着的示意图；

图3示出了分离的示意图；

图4示出了本发明的一种实施方式的示意图；

图5示出了本发明的一种实施方式的示意图；

图1示出了根据本发明的成型体100的示意图。成型体100在表面130上具有大量凸起110，所述凸起具有端面120。

图2示出了根据本发明的成型体100如何与物体150的表面140接触(上方)。在此，凸起110的端面120与表面140接触并且相互粘附。物体150此时连接在成型体100上。

图3示出了物体150从成型体100分离的实施方式的流程。为此，成型体100相对于物体150横向运动(箭头，上方)。

由此导致凸起110中的应力并且导致凸起110的弯曲。这导致端面120从物体150的表面140部分分离。由此降低了端面120的发生接触的面积和用于将物体150连接在成型体100上的粘附力，任选地降低直至物体150完全分离。

图4示出了本发明的另外的实施方式。根据本发明被结构化的成型体200在此相对于物体250旋转。而且由此导致凸起的剪切负载并导致凸起通过弯曲而分离。

图5示出了本发明的另外的实施方式。在此，物体250与多个根据本发明结构化的成型体202和204接触。所述成型体202和204相对于物体250的表面运动。在此以这种方式选择该运动，使得形成的传递至物体的力矩尽可能小。在该实施例中，两个成型体沿相反的方向运动。由此导致凸起通过弯曲而分离。

附图标记清单

100 成型体

110 凸起

120 端面

130 表面/背衬层/背层

140 用于粘着的表面

150 物体

200 成型体

202 成型体

204 成型体

250 物体

Claims (4)

1.一种带有结构化的表面的成型体，所述结构化的表面具有包括多个凸起(110)的结构化纹路，所述凸起(110)至少分别具有主干并且包括与所述表面背离的端面(120)，其特征在于，所述凸起(110)的垂直高度与平均直径的纵横比不大于10。

2.一种包括至少两个根据权利要求1所述的根据本发明的成型体的布置，其特征在于，所述成型体布置成，使得它们彼此相邻地接触共同的表面，并且它们此外还能够单独地至少横向于共同的表面运动。

3.一种用于使根据权利要求1所述的成型体或根据权利要求2所述的成型体的布置可逆地粘着在表面上的方法，所述方法包括以下步骤

a)使端面与表面接触，从而构成粘着式连接，

b)使所述布置的多个或至少一个成型体至少横向地相对于表面运动，使得端面与表面之间的接触面由于凸起的弯曲而降低。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所有成型体的运动方式使得通过横向运动作用在表面上的力矩最小化。

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