CN115103763A - 用于粘结组件的宏观刚度可调的中间变形层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粘结组件，其至少包括：‑第一基板(S1)，‑第二基板(S2)，‑固定到所述第一基板的中间变形层(CID)，所述中间变形层(CID)包括材料，所述材料中设置有空腔，使得所述中间变形层(CID)具有沿平行于所述中间变形层(CID)的方向可变的刚度，‑所述中间层与所述第二基板(S2)之间的粘合剂(AD)。

Description

用于粘结组件的宏观刚度可调的中间变形层
技术领域
本发明涉及用于生产粘结组件的技术。
这在许多领域都有应用，这些领域包含将元件连接到基板(例如混凝土基板)，尤其是连接到最初未提供附接元件的基板，或加固需要更具抗性的结构以修复或防止出现结构缺陷。
背景技术
在工业和建筑中，元件通常借助于现有技术中已知的锚固、焊接、钻孔和螺栓连接等工艺固定或连接到结构(基板)，尤其是混凝土或金属制成的承重结构。这些技术有些不利之处。例如，当钢筋混凝土结构高度加固时，螺旋锚的插入可能非常困难(例如，钻具与混凝土的结构钢发生碰撞)。当结构为金属时，焊接可能非常复杂：爆炸风险、温度引起的变形、需要重新喷涂因温度升高而受损的涂漆表面等。这些附接技术对于技术安装来说非常耗时，并且需要准备时间或实施防护措施。另外，这些附接技术还可能减弱现有结构。
涉及通过胶合进行附接或连接的技术方案允许克服这些不利之处。然而，通过胶合进行的此类附接或连接容易受到高机械应力的影响。此外，当基板已经经历或正在经历机械变形或显著力时，尤其在粘合层的外围会出现应力集中或边缘效应，这可能损坏附接或连接。
更一般而言，由粘合剂粘结的两个基板的组件可能经历外力，尤其会导致基板之间的差异变形。为此，通常粘合剂至少满足两种功能：
-粘合到两个基板中的每一个上(期望的主要功能)，以及
-吸收差异变形固有的应力(经受的次要功能)。
在图1A中，示出常规粘结组件ACC的示例，所述常规粘结组件ACC包括借助于常规粘合剂ADC制成整体的第一基板S1和第二基板S2。在粘合剂ADC的拐角处呈现标记A和B，以观察(见下文)粘合剂发生的变形示例。
图1B所示为当粘结组件ACC经历变形力F(例如，分别施加到基板S1和S2的反作用力)时所述粘结组件的截面图示例。粘合剂ADC在力F施加的应力影响下变形。最明显的变形通常出现在粘合剂ADC的边缘处。
在图1C中，呈现粘合剂ADC在标记A与B之间承受的施加力F所固有的剪切应力τ的演变示例。由于力F的施加，粘合剂ADC在标记A与B之间还承受剥离应力σ，如图1C所示。
基板S1与S2的差异位移产生剪切应力和剥离应力，这些应力在粘合剂ADC的边缘区域尤其高。另一方面，应注意，在标记A与B之间的中心区域的粘合剂ADC上几乎没有力，或在一些情况下根本没有力。因此，力主要经由边缘区域从一个基板传递到另一个基板。
应理解，在图1B中观察到的粘合剂ADC的变形与图1C中所示的粘合剂承受的应力之间存在相关性。这种相关性也称为“边缘效应”。粘合剂边缘的变形和应力显著影响了这些区域中粘合剂ADC的完整性。因此，粘结组件ACC容易受到上述差异变形的影响，这大大降低了其机械性能，尤其是当要传送的力变得显著时。
因此，粘结组件的机械性能受到限制，当组件所暴露的差异变形变大时，更是如此。
当粘结组件预期用于加固结构时，也会出现这种现象。实际上，粘合剂随后可能会经历因待加固结构移动而固有的变形。
借助于示例，图2A至2C示出第一基板S1，其作用是加固可以是结构面板的第二基板S2。应注意，当第二基板S2在例如力F的应力作用下发生变形时(通常由结构变形产生)，粘合剂吸收至少部分差异变形，从而在粘合剂边缘(标记A和B处及附近)产生高剪切应力τ和剥离应力σ。
为了加固受这些局部应力限制的粘结组件的机械性能，一种技术方案可包括增加粘合剂与基板之间的粘合表面积，尤其是通过延长表面长度(即增加标记A与B之间的距离)。实际上，随着粘合剂与基板之间粘合表面积的这种增加，粘结组件的机械性能得到改善，至少达到一定极限。
在图3中，示出获得粘合剂断裂所需的力F的图形表示，所述力F是粘合剂与基板之间接触表面积长度L(即标记A与B之间的长度)的函数。应注意，断裂时施加的力F线性增加至对应于极限长度L最大的极限值Fm，超过所述极限长度，断裂时施加的力基本相同。
从粘合表面一定长度开始的这种断裂时的稳定的力F很大程度上是由边缘效应引起，边缘效应持续使粘合剂在其边缘发生极大变形并加压，从而局部减弱粘合剂，并通过粘合失效或粘着失效使其与基板分离。然后，在粘合剂中观察到“阶梯式”断裂(如果较弱，则在基板中观察到)，所述断裂从边缘开始并扩散到粘合剂的其余部分。
为了限制边缘效应，可以在粘合表面的任一侧提供多余的粘合材料(例如，呈粘合剂条的形式)，以提高边缘处的粘合强度。然而，在某些配置中可能很难实现施加多余的材料，从而导致添加粘合剂之后边缘附近的确切行为不确定。另外，此实施例更昂贵，在安装和/或制造期间需要额外的预防措施。所获得的益处也非常有限。
例如，当粘合剂安装在结构与结构加固元件之间时，应在现场进行添加多余粘合剂的操作，由于外部条件或结构配置，如果不是不可能的话，这可能会很费力。
另外，应注意，对提供上述功能(粘合到基板和吸收变形)的粘合剂的需求可能被证明是不兼容的。实际上，通常可以观察到，粘合剂越柔韧(即，吸收性能越好)，其粘合性能就越低。相反，最硬的粘合剂提供最好的粘合性能，但对变形应力更敏感。
发明内容
本发明改进了这种情况。
为此，根据第一方面，本发明涉及粘结组件，其至少包括：
-第一基板，
-第二基板，
-固定到第一基板的中间变形层，所述中间变形层包括材料，所述材料中设置有空腔，使得中间变形层具有沿平行于中间变形层的方向可变的刚度，
-所述中间层与第二基板之间的粘合剂。
可变刚度为中间层/粘合剂整体提供了吸收变形的性能，这些变形可能平行于第一基板而变化。刚度的这些变化使得有可能局部控制变形水平且因此控制应力。
具体地，可以控制变形行为，以更均匀地分布通常位于粘合剂边缘附近的剪切应力和剥离应力(如上文所解释)。
因此，局部变形被中间变形层有效吸收，中间变形层的刚度(柔韧度的相反情况)得以控制，从而减少粘合剂边缘暴露于施加到粘结组件的外力产生的应力。中间变形层、粘合剂以及基板表面上的边缘效应，且更一般来说应力集中，可以显著减少，从而提高粘合剂的强度和完整性能，并加固基板的固定和粘结组件的结构性能。因此，达到失效所需的力远高于现有技术。应理解，粘结组件因此不易受到沿中间变形层吸收或分布的变形力的影响。
因此，本发明的目的是通过选择性能良好的硬粘合剂来保持良好的变形性能而不损害粘合剂的功能。
另外，如果两个基板中的一者存在薄弱区域(裂缝、焊缝等)或基板承受更大应力的区域，则可以控制中间变形层的变形行为，以减少在中间变形层与基板的这些区域之间传递的应力(例如，通过减小面向薄弱区域或高应力区域的中间变形层的刚度)。
借助于位于中间变形层中的空腔，通过在平行于所述层的方向上改变中间变形层的刚度来控制变形行为。例如，中间变形层由单一材料制成，并且在形成中间变形层的材料质量中设置空腔。通过以适当的方式布置空腔，例如通过调整空腔的密度、调整空腔的大小或调整空腔的形状，有可能局部调整中间变形层的刚度，并且具体来说，沿平行于中间变形层的方向改变所述层的刚度。因此，空腔被配置成向中间变形层提供沿平行于中间变形层的方向可变的刚度。
此外，由于刚度的变化是通过存在空腔而获得的，因此刚度(指宏观刚度)和微观刚度(杨氏模量)不再直接相互依赖。可以使用更广泛的材料选择来形成中间变形层CID。
因此，有可能选择具有高杨氏模量值的材料，例如杨氏模量值在1000至5000MPa之间且有利地在2000至5000MPa之间的材料。因此，CID可完全由具有此类杨氏模量值的材料形成。尽管如此，中间变形层仍保持良好的变形性能而不损害粘合剂的功能。
另外，此类材料比刚度较低的材料具有更好的机械强度，具体来说，具有：
-更高的断裂强度(例如大于10MPa，有利地在30与100MPa之间)，
-更好的蠕变行为(允许粘结组件长时间段经历高负荷)，以及
-更好的缓解行为，
并且在更高的温度下(例如，在50至250℃之间)也是如此。
另外，材料的杨氏模量值可以与粘合剂的杨氏模量值类似。由于粘合剂和用于中间变形层的材料具有相同的杨氏模量或类似的杨氏模量，因此它们具有类似的机械行为，这减少了粘合剂与中间变形层之间的刚度差异，从而使粘合剂更好地粘结到中间变形层。
还有可能选择与粘合剂具有良好粘合亲和力的材料，使得有可能确保中间变形层与粘合剂之间的更好粘结。粘合亲和力应理解成意指两种材料之间的良好兼容性，从而产生良好的机械强度，并且在最终状态下粘着失效，这意味着所涉及的两种材料(CID、粘合剂)中的一者断裂，而不是粘合剂与CID之间的界面断裂。
空腔的形状应理解成意指其几何形状；空腔在中间变形层内形成微观结构。
空腔密度或微结构密度应理解成意指中间变形层每单位面积或单位体积的空腔或微结构数量。
空腔应理解成意指中间变形层包括孔。这些孔可以为形成微结构的残余元件留出空间。
此处，沿平行于中间变形层的方向可变的刚度应理解成意指刚度沿基板变化，这意味着位于基本平行于CID的(可能平面的)表面上的点处的中间变形层(CID)的刚度在此表面内变化。例如，所考虑的平行表面是介于CID两个面之间并与其中一个面平行的所有表面。换句话说，刚度从中间变形层的一个部分到另一部分变化，这两个部分纵向分布。
刚度应理解成意指一个或多个方向上的刚度，例如中间变形层向量(z)方向上的刚度，或平行于中间变形层的方向上的刚度，例如向量(x)或向量(y)方向或甚至向量(x)和向量(y)的线性组合方向上的刚度(形成空间参考系的(向量(x)，向量(y)，向量(z))，和形成平行于中间变形层的表面的参考系的(向量(x)，向量(y))，可能与参考系(向量(x)，向量(y))正交的向量(z)，其中向量(u)为指定符号)。平行于CID的表面的点(x,y)处的刚度可用三元组(R向量(x)(x,y)；R向量(y)(x,y)；R向量(z)(x,y))表示，其中R向量(x)(x,y)表示点(x,y)处向量(x)方向上的刚度值，R向量(y)(x,y)表示点(x,y)处向量(y)方向上的刚度值，并且R向量(z)(x,y)表示点(x,y)处向量(z)方向上的刚度值，向量(z)方向可能与中间变形层正交。
例如，沿平行于中间变形层的方向可变的刚度可能涉及沿中间变形层处向量(z)方向可变的刚度R向量(z)(x,y)，和/或沿平行于中间变形层的方向可变的刚度R向量(x)(x,y)和/或R向量(y)(x,y)。
当在中间变形层的边缘处沿向量(z)方向(可能与中间变形层正交)减小刚度R向量(z)(x,y)时，边缘效应尤其衰减。
当沿与产生这些力的力相同的方向面对减弱的区域或经历显著应力的区域的中间变形层的刚度减小时，这些区域上的力尤其衰减。
固定应理解成意指基板和中间变形层彼此接合以形成不可分割的整体；这可以通过粘合剂获得，但也有可能直接在基板上形成与其成为一体的中间变形层。
根据一个实施例，中间变形层的第一面和/或中间变形层的第二面分别具有与第一基板和/或第二基板互补的形状。
这使得有可能在中间变形层的表面与基板之间具有最佳的粘合。实际上，由于中间变形层的表面与基板的表面互补，中间变形层更紧密地贴合基板的表面，从而在中间变形层与基板之间形成均匀且几乎恒定的粘合层厚度。
由空腔形成的微结构可以是连接中间变形层的两个面的细长形状元件。
因此，中间变形层可以包括形成中间变形层的两个面的两个外层。细长元件连接两个外层。因此，两个外层和细长元件的整体形成中间变形层。细长元件在两个外层之间形成间隔件。
细长元件可以具有恒定或可变的横截面，并且横截面可以是圆形、三角形、矩形或任何其它形状。由中间变形层的材料制成的外层可以是连续的，以更牢固地粘合到每个基板。
使用细长形状使得有可能形成具有期望机械性质的结构，即中间变形层具有沿至少一个方向被调整且在与中间变形层平行的方向上变化的刚度。
为了实现这一点，可以通过调整细长元件的横截面和/或细长元件之间的间距和/或细长元件的方向来调整中间变形层在一个方向上的刚度。可以通过使细长元件在一个方法上定向来增加在此相同方向上的刚度。
细长元件的调整使得有可能在一个方向上调整刚度，而不受另一个方向上刚度水平的影响。因此，有可能配置细长元件，以在中间变形层的同一点处，在一个方向上具有高刚度而在另一个方向上具有低刚度。
细长元件可以形成晶格或网状结构。
晶格结构使得有可能尤其根据方向调整刚度。因此，在晶格结构中更容易调整刚度以沿一个方向变低且沿另一个方向保持高刚度(例如，低R向量(z)值和高R向量(x)值)。
细长元件可以在与中间变形层正交的方向上例如以梳状布置对齐。
中间变形层的这种结构使得有可能沿与中间变形层正交的方向调整刚度R向量(z)，同时沿平行于中间变形层的方向保持低刚度。实际上，沿正交方向的刚度R向量(z)可以很容易地减小(相应地，增大)，例如通过减小(相应地，增大)细长元件的横截面或者通过隔开(相应地，放置在一起)细长元件。
根据一个实施例，所设置的空腔彼此未分隔。
未分隔应理解成意指空腔不形成隔室，因此是开放的。因此，至少在将中间变形层固定到第一和第二基板之前，流体可以在中间变形层的空腔与中间变形层的外部之间流动。当使用光聚合型3D打印技术制造中间变形层时，这使得在打印结束时排出中间变形层中包含的未聚合液体聚合物成为可能。
根据一个实施例，中间变形层由组合物均质的材料形成。
这种均质的材料特性允许借助于空腔(例如微结构)对CID的刚度进行更精确且更好的控制调整。有利的是，将选择可例如是以下类型的均质材料：
该材料可以是：
-环氧化物；
-弹性体；
-塑料；
-聚氨酯；
-复合材料；
-金属。
更一般地，可以使用与所用的粘合剂具有良好粘合亲和力的任何材料。如果粘合亲和力不足，可在中间变形层与粘合剂之间使用粘合底涂剂或界面层。
根据一个实施例，第一基板是适于加固第二基板的加固件15。加固件应理解成意指提供第二基板的结构和/或机械加固的件。
根据一个实施例，第一基板固定到附接构件。例如，将机械连接器固定到基板(例如，可以将其胶合到基板)。
根据一个实施例，中间层的刚度逐渐变化。这使得有可能减少在相关区域内刚度过渡太突然的区域处出现的同时涉及粘合剂、中间变形层和基板的应力集中。实际上，在这些过渡区域中，在高刚度部分与低刚度部分之间出现类似于边缘效应的现象。另外，这确保对中间变形层沿其整个长度的变形和吸收行为进行良好控制。
根据一个实施例，中间层包括布置在中间层的边缘处的部分，其沿一个方向的刚度低于中间层的另一部分沿所述方向的刚度。这意味着在中间变形层的外围，中间变形层的刚度较低。借助于在中间变形层中适当布置的空腔：例如，通过提高在外围处或在边缘布置的部分中的空腔的密度，可获得在外围处或在中间变形层边缘布置的部分中这种较低的刚度。通过增加空腔的大小或通过调整空腔的形状，也有可能在中间变形层的这些相同部分中获得较低的刚度。这使得有可能减少边缘效应。还可以调整边缘的形状以逐渐减小中间变形层外围的刚度，例如使用中间变形层的斜面或鸟嘴形边缘。外围刚度可在所有方向(R向量(x)、R向量(y)、R向量(z))或主要在一个方向上减小。当施加在两个基板中的一者上或施加在两个基板上的力遵循特定方向时，减少边缘效应以减小沿此方向(主要是与中间变形层正交的方向或纵向方向)的刚度可为有利的。例如，当粘结组件主要承受张力时，沿向量(z)的方向(可能与中间变形层正交或主要与其正交)减小刚度R向量(z)是有利的。可以任选地在施加张力的准确位置局部减小刚度。
“中间变形层的部分”应理解成意指中间变形层的在制造期间已指定了期望刚度水平的局部部分。
中间变形层的外围或等效地中间变形层的边缘应理解成意指中间变形层的外围区域。
布置在边缘处的部分可以是例如位于距边缘小于阈值(例如，10mm)的距离处的中间变形层的部分；中间变形层的另一部分例如是位于距边缘大于阈值的距离处的部分。
根据一个实施例，中间变形层包括覆盖第二基板薄弱区域和/或第二基板中裂缝的部分，中间变形层的部分沿一个方向的刚度低于中间变形层另一部分沿所述方向的刚度。这意味着中间变形层的刚度在覆盖薄弱区域或裂缝的部分较低。中间变形层覆盖薄弱区域或裂缝的部分的中间变形层较低刚度借助于在中间变形层中适当布置的空腔获得。例如，通过增加中间变形层中覆盖薄弱区域或外围处的裂缝的部分或在边缘布置的部分的空腔密度。通过增加空腔的大小或通过调整空腔的形状，也有可能在中间变形层的此相同部分中获得较低的刚度。因此，减弱的区域或经历显著应力的区域上的力尤其衰减。此部分的刚度可在所有方向(R向量(x)、R向量(y)、R向量(z))或主要沿一个方向上减小。当施加在两个基板中的一者上或施加在两个基板上的力遵循特定方向时，减小沿此方向(主要是与中间变形层正交的方向或纵向方向)的刚度可为有利的。例如，当粘结组件主要承受张力时，沿向量(z)的方向(可能与中间变形层正交或主要与其正交)减小刚度R向量(z)(具体地，在施加力的准确位置减小刚度)是有利的。
基板的薄弱区域或基板的高应力区域应理解成意指由于其结构或由于施加在其上的力而可能导致基板断裂或开裂的任何区域。
根据一个实施例，中间变形层对拉伸应力和/或剪切应力的机械阻力低于第一基板和第二基板中至少一个的机械阻力。这种强度可在初步步骤中确定。
中间变形层对拉伸应力和对剪切应力的机械阻力应理解成意指沿竖直轴Z或水平面X、Y或两者的组合的总最终阻力。
这使得有可能避免基板断裂。实际上，当经由中间变形层将显著应力从第一基板传递到第二基板时，这些应力将在使基板断裂之前首先使中间变形层断裂，从而保护基板。
有利的是，基板之间的间隙包括围绕中间层的垫片，所述垫片被布置成被通过粘合剂相对于彼此保持的基板压缩。
压缩的垫片使得有可能将中间层/粘合剂整体与粘结组件周围的介质隔离。垫片确保的这种隔离可在使用条件下保持此整体，从而确保良好的耐用性。因此，有可能根据相对于彼此保持的基板的期望性质和组合物来选择中间层和粘合剂的材料，同时确保以有效和持久的方式获得这些性质。
根据第二方面，本发明涉及用于制造粘结组件的元件的方法，所述方法包括：
-形成包括材料的中间变形层，执行中间变形层的形成以在材料中获得空腔，使得中间变形层具有沿平行于中间变形层的方向可变的刚度；
-将所形成的中间层和第一基板固定在一起。
根据一个实施例，在由前述基板中的一者组成的支撑件上形成中间变形层。
根据一个实施例，通过增材制造技术执行中间层的形成。
增材制造技术应理解成意指ASTM所定义的技术。增材制造也称为3D打印。
这使得有可能在微结构的制造及其定位中获得高水平的精度，从而使得有可能精确控制中间变形层的刚度及中间变形层内的刚度变化。
可特别使用的增材制造技术有：
-光聚合，
-粉末床熔融，
-粘结剂喷射，
-材料挤出(例如：FDM)，
-材料喷射(例如：MJ、NPF、DOD)，
-层压(例如：LOM，SL)，
-集中能量沉积(例如：DED、LENS、EBAM)。
根据一个实施例，所述方法进一步包括：
-获得与第二基板的表面的形状有关的数据；
其中执行中间变形层的形成以获得具有与第二基板的表面的形状互补的形状的中间变形层的表面。
与基板的表面的形状有关的数据表征基板的表面且更精确地表征基板的轮廓。借助于与第二基板的表面的形状有关的这些数据，获得具有与第二基板的表面的形状互补的形状的CID的表面。
根据第三方面，本发明涉及一种用于制造粘结组件的方法，包括根据如上文所描述的方法中的一者制造粘结组件的元件，所述方法进一步包括借助于粘合剂将中间变形层粘结到第二基板。
根据一个实施例，借助于粘合剂执行将中间变形层粘结到第二基板，使得中间变形层的表面以互补方式固定到第二基板的表面。
根据第四方面，本发明涉及一种用于加固包括至少一个待加固基板的结构的方法，所述方法包括：
-将加固基板和中间层固定在一起，所述中间变形层包括材料，所述材料中设置有空腔，使得中间变形层具有沿平行于中间变形层的方向可变的刚度，
-借助于粘合剂将加固基板和中间变形层固持在待加固基板上。
附图说明
在检查以下详细描述和附图后，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，附图中：
图1A至图1C示出粘结组件的典型实施例的示例，并示出粘合剂尤其是在其边缘处通常经历的变形和剪切应力。
图2A至图2C示出粘结到结构的加固元件的实施例的示例，其产生的变形和应力与图1A至图1C的示例类似。
图3示出在常规粘结组件中为了获得粘合剂断裂而施加的最终力的演变，其作为粘合剂粘合界面的两个基板的重叠长度的函数。
图4A至图4B示出根据本发明的粘结组件的示例。
图5A至图5G示出根据本发明的中间变形层的示例。
图6示出根据本发明的制造粘结组件AC的方法。
具体实施方式
现在参考图4A和4B，其中示出根据本发明的粘结组件AC的示例。所述组件包含第一基板S1和第二基板S2。
在图4A所示的示例中，机械连接器(CM)固定到第一基板S1；第二基板可以是壁。一旦第一基板(S1)已固定到第二基板(S2)，粘结组件(AC)就在壁上形成附接构件。
在图4B所示的示例中，第一基板S1是用于修复、保护和/或加固包括第二基板S2的结构的加固元件。加固元件可以呈叠加在结构壁上的刚性板的形式，通常是由金属、复合材料或具有足够刚性以加固结构的任何其它材料制成的板。这种加固可尤其用于加固以下项：
-可能导致毫米级的裂缝的地震带中的混凝土结构；
-经历显著循环荷载的金属结构；
-经历瞬时或长期变形(收缩、损坏、蠕变、腐蚀)的金属或混凝土结构。
组件AC包括中间变形层CID(称为“变形”)和粘合剂AD。粘合剂AD放置在基板S1与S2之间，并且旨在经由CID将它们彼此固定。CID包括与基板S1的第一固定界面INT1和与粘合剂AD的第二固定界面INT2。CID具有沿界面INT1和INT2的可变刚度。
CID和粘合剂AD可以由相同的材料制成。CID的杨氏模量可尤其接近粘合剂AD的杨氏模量。
用于CID的材料可具体地从以下聚合物列表中选择：
-环氧化物；
-弹性体；
-塑料；
-聚氨酯；或
-复合材料。
环氧树脂和/或聚氨酯的使用证明是尤其有效的。实际上，随后，CID与粘合剂AD之间的粘合亲和力得以改进。
沿向量(v)的CID点(x1；y1)处的刚度R向量(v)(x1,y1)表示在所述点和沿向量(v)相同方向施加的力F与在所述点处产生的挠度之间的比例关系。当向量(v)垂直于CID时，使用术语拉伸-压缩刚度；当向量(v)平行于CID时，使用术语剪切刚度。单位为牛顿每米(N/m)。
粘合剂AD可能相对坚硬，并且具有与以下项的良好粘合性能：
-与基板S2，这归因于其刚性；以及
-与CID，这是由于其材料的粘合亲和力，也可能是由于CID的杨氏模量与粘合剂AD的杨氏模量类似。
中间变形层CID使得有可能改进：
-粘合层AD外围差异变形的吸收(借助于CID)；以及
-经由粘合剂AD与基板的界面INT1和INT2处的一般粘合性能，其中应力分布更均匀。
在这种情况下，可变刚度的CID使得有可能获得受控行为，从而更均匀地分布由施加到粘结组件AC的外力产生的剪切应力和剥离应力。
CID的变形吸收行为使得有可能减少甚至消除现有技术中通常在粘合剂AD处发生的边缘效应。
如上所述，经由层内的空腔获得沿一个方向的CID刚度的期望值和沿CID的刚度变化。因此，为了减小点(x1,y1)处的刚度R向量(v)(x1,y1)，例如，有可能：
-减少沿向量(v)方向定向的微结构(细长元件)的数量和/或横截面；和/或
-增加点(x1,y1)周围的空腔的密度；和/或
-有利地定向细长元件。
下文呈现具有不同微结构的CID的示例。
就图4A而言，呈现布置在CID的边缘处的部分P1。CID的这一部分的刚度水平低于布置在CID中心部分的部分P2的刚度水平。部分P1可以是例如CID的外围部分，即表示在纵向方向上的边缘处CID的20％的部分。更确切地说，在P1中，当减小以下刚度时，边缘效应会大大减少：
-垂直于CID的方向上的刚度(向量(v)＝向量(z))，以减少与剥离应力有关的边缘效应；和/或
-边缘上的某一点附近的刚度，在CID的这一点处沿垂直于边缘且平行于CID平面的方向(即CID平面边缘的径向方向，当其为圆盘时，CID极坐标系的向量(v)＝向量(r))，以减少与剪切有关的边缘效应。
因为边缘效应减少(极限长度L最大大幅增加)，所以CID的断裂强度提高。
就图4B而言，示出布置在CID的薄弱区域、即壁中的裂缝处的部分P3。CID的部分P3的刚度水平低于部分P2的刚度水平。
更确切地说，当P3中的刚度沿P3处施加应力的方向减小时，裂缝附近第一基板(S1)与第二基板(S2)之间的应力传递大大减少(即，如果应力是剥离应力，则沿着垂直于CID的方向；和/或如果应力是剪切应力，则沿着一个或多个纵向方向)。
尽管图4A的示例涉及机械连接器且图4B的示例涉及加固，但当第二基板(S2)具有薄弱区域时，图4A中描述的CID还可以包括图4B中描述的部分P3。类似地，当粘结组件(AC)经历导致边缘效应的高应力时，图4B中描述的CID还可包括图4A中描述的部分P1。
现在参考图5A至5G，其中呈现了可变刚度的中间变形层(CID)的实施例。所有这些CID可在图4A的实施例以及图4B的实施例中使用。图5A是图5B所示CID的横截面图。
CID包括固定到第一基板S1的第一外层CEx1和经由粘合剂AD固定到第二基板S2的第二层CEx2。
微结构MS连接两个外层CEx1和CEx2。MS在两个外层CEx1与CEx2之间形成间隔件。空腔EV是CID的CEx1与CEx2之间未被MS占用的空间。每个CID且具体地其刚度及其在CID平面内的变化，以用于形成CID的材料和MS形成的结构或等效地空腔形成的结构为特征。
图5A和5B的MS是矩形横截面的细长元件。MS形成晶格。可以调整CID的刚度以获得图4A和4B中描述的期望性质。例如，为了在所有方向上减小CID的边缘处的刚度：
-位于层边缘的MS(例如，MS1)的横截面可小于CID中心的MS(例如，MS2)的横截面；
-CID边缘的MS可能更小。
为了减小CID边缘处在与CID正交的方向上的刚度，并增加与CID平行的方向上的刚度，有可能：
-减小CID边缘处的MS相对于CEx1和CEx2的倾斜角。
相反，当CID边缘处的MS相对于CEx1和CEx2的倾斜角增大时，CID边缘处与CID正交的方向上的刚度增大，而平行于CID的方向上的刚度减小。更一般而言，当与上文所描述的相反地修改MS时，获得刚度的反向修改。
不位于CID边缘的MS，例如MS2，也可以用相同的方式调整以改变刚度，具体地，在第二基板S2例如在MS2处具有薄弱区域的情况下。
MS的这种晶格结构使得有可能沿与CID正交的方向调整刚度并沿与CID平行的方向调整刚度，而无需它们之间的相对约束。
图5C和5D的MS是矩形横截面的细长元件。MS在与CID正交的方向上基本对齐。可以调整CID的刚度以获得图4A和4B中描述的期望性质。例如，为了在所有方向上减小CID的边缘处的刚度：
-位于层边缘的MS(例如，MS3)的横截面可小于CID中心的MS(例如，MS4)的横截面；
-CID边缘的MS可能更小。
就图5C而言，也有可能通过修改CID边缘处MS的形状(例如通过增加MS的曲率)来减小在CID边缘处沿与CID正交的方向的刚度。
当以与上文描述的相反的方式修改MS时，获得刚度的反向修改。
不位于CID边缘的MS，例如MS4，也可以用相同的方式调整以改变刚度，具体地，在第二基板S2例如在MS4处具有薄弱区域的情况下。
MS在与CID正交的方向上对齐的这种结构使得有可能沿此相同方向获得高刚度，同时允许沿CID改变刚度。
图5E的MS是矩形横截面的细长元件。图5E的实施例组合了基本上在与CID正交的方向上对齐的MS和相对于CEx1和CEx2倾斜的MS。可以调整图5E中的CID的刚度以实现图4A和4B中描述的期望性质。
例如，为了在所有方向上减小CID的边缘处的刚度：
-位于层边缘的MS(例如，MS5)的横截面可小于CID中心的MS(例如，MS6)的横截面；
-CID边缘的MS可能更小。
为了减小CID边缘处沿与CID正交的方向的刚度，并增加沿与CID平行的方向的刚度，有可能：
-减小CID边缘处的MS相对于CEx1和CEx2的倾斜角。
也有可能通过修改CID边缘处MS的形状(例如通过增加MS的曲率)来减小在CID边缘处沿与CID正交的方向的刚度。
当以与上文描述的相反的方式修改MS时，获得刚度的反向修改。
不位于CID边缘的MS，例如MS6，也可以用相同的方式调整以改变刚度，具体地，在第二基板S2例如在MS6处具有薄弱区域的情况下。
具有其倾斜角相对于CEx1和CEx2变化很大的MS的这种结构，使得有可能沿着正交方向和平行于CID的方向(这些方向彼此极不同且相互独立)获得CID的刚度。
图5F的实施例是图5D的实施例的替代方案，其中MS是在与CID正交的方向上对齐的细长元件。然而，此处MS具有圆形横截面。
在图5G的实施例中，MS是自由形式的，从而允许CID内的刚度的极大适应性。这些自由形式可通过数值模拟获得。
另外，有可能在P3(即，在CID面向薄弱区域的部分)中提供裂缝。这使得有可能减小第二基板S2中可能出现的裂缝所施加的力。
例如，CID的厚度在2至20mm之间。CID的材料，即CEx1和CEx2以及MS，是组合物均质且杨氏模量值在1000至5000MPa之间的材料。CID可具有与粘合剂相同的材料，或可具有与粘合剂AD的杨氏模量相当的杨氏模量。CID与粘合剂之间的这种刚度均质性确保了CID与粘合剂AD之间的良好粘合条件。
在图6中，示出了如上文所描述的用于制造粘结组件AC的方法。
在第一步骤ST1，获得与第二基板的表面形状有关的数据。例如，借助于3D激光扫描仪或结构光扫描仪或通过摄影测量，扫描第二基板S2。
在第二步骤ST2，形成CID。其刚度通过如上文所描述的适当MS布置获得。
CID可具体地通过增材制造技术形成，例如通过光聚合形成。由于空腔不形成外壳，因此有可能提取未固化的聚合物。
基于在步骤ST1获得的数据，形成CEx2，使得其形成CID的外表面的表面与第二基板S2互补。
在第三步骤ST3，将CID固定(例如，借助于粘合剂)到第一基板(此固定可在工厂进行)。当CID直接形成于第一基板上时，不执行此步骤。
在第四步骤ST4，借助于粘合剂AD将由CID和第一基板S1形成的组件粘结到第二基板S2。为此预先制备(清洁、表面处理等)第二基板S2。将粘合剂旋钮放置在CID上，更准确地说，放置在固定界面INT2上。然后将CID面向第二基板S2定位，使得表面以互补方式彼此面对。将由第一基板S1、CID和粘合剂旋钮组成的组件转移到第二基板S2上，并在施用期间保持在适当位置。
在第五步骤ST5，如果粘结组件AC在壁上形成附接构件，则可经由机械连接器(例如通过螺栓连接)将装置固定到粘结组件AC。
应注意，根据本发明的粘结组件AC的应用不限于上文描述的实施例，并且还可以用于：
-修复(通常因腐蚀)受损的结构区域；
-修复管线；
-修复、加固和/或连接到工业结构、飞机、船舶、车辆或其它事物。
当然，本发明不限于上文借助于示例描述的实施例，且其延伸到其它变化形式。在这方面，根据另一实施例，包括于中间变形层中的层可以具有例如其中还设置空气室的斜面轮廓。粘结组件的此类实施可使其尤其能够细化对粘合剂尤其在边缘处的变形行为的控制。

Claims (18)

1.粘结组件(AC)，其至少包括：
-第一基板(S1)，
-第二基板(S2)，
-固定到所述第一基板的中间变形层(CID)，所述中间变形层(CID)包括材料，所述材料中设置有彼此不分隔的空腔，使得所述中间变形层(CID)具有沿平行于所述中间变形层(CID)的方向可变的刚度，
-所述中间层与所述第二基板(S2)之间的粘合剂(AD)。
2.根据权利要求1所述的粘结组件(AC)，其特征在于，所述中间变形层的第一面和/或所述中间变形层的第二面分别具有与所述第一基板(S1)和/或所述第二基板(S2)互补的形状。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的粘结组件(AC)，其特征在于，所述中间变形层(CID)包括连接所述中间变形层(CID)的两个面的细长形状元件。
4.根据权利要求3所述的粘结组件(AC)，其特征在于，细长元件形成晶格结构。
5.根据权利要求3所述的粘结组件(AC)，其特征在于，所述细长元件在与所述中间变形层(CID)正交的方向上对齐。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的粘结组件(AC)，其特征在于，所述中间变形层(CID)沿一个方向的刚度通过调整元件的横截面和/或元件之间的间距和/或元件的方向来调整。
7.根据前述权利要求中任一项所述的粘结组件(AC)，其特征在于，所述材料的杨氏模量值与所述粘合剂的杨氏模量值相同。
8.根据前述权利要求中任一项所述的粘结组件(AC)，其特征在于，所述中间层的刚度逐渐变化。
9.根据前述权利要求中任一项所述的粘结组件(AC)，其特征在于，所述中间层(CID)包括布置在所述中间层的边缘处的部分(P1)，其沿一个方向的刚度低于所述中间层的另一部分(P2)沿所述方向的刚度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的粘结组件(AC)，其特征在于，所述中间变形层(CID)包括覆盖所述第二基板的薄弱区域和/或所述第二基板中的裂缝和/或高应力区域的部分(P3)，所述中间变形层(CID)的部分沿一个方向的刚度低于所述中间变形层(CID)的另一部分(P2)沿所述方向的刚度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的粘结组件(AC)，其特征在于，所述中间变形层(CID)对拉伸应力和/或剪切应力的机械阻力低于所述第一基板(S1)和所述第二基板(S2)中至少一个的机械阻力。
12.根据前述权利要求中任一项所述的粘结组件(AC)，其特征在于，所述中间变形层(CID)由组合物均质的材料形成。
13.用于制造粘结组件(AC)的元件的方法，所述方法包括：
-形成包括材料的中间变形层(CID)，执行形成操作以在所述材料中获得空腔，使得所述中间变形层(CID)具有沿平行于所述中间变形层(CID)的方向可变的刚度；
-将所形成的中间层和第一基板固定在一起。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，通过增材制造技术执行所述中间层的形成。
15.根据权利要求13和14中任一项所述的制造方法，所述方法进一步包括：
-获得与第二基板(S2)的表面的形状有关的数据；
其中执行所述中间变形层(CID)的形成以获得具有与所述第二基板(S2)的表面的形状互补的形状的中间变形层(CID)的表面。
16.用于制造粘结组件(AC)的方法，其包括：
-根据权利要求13和14中任一项制造粘结组件(AC)的元件，所述方法进一步包括借助于粘合剂(AD)将所述中间变形层(CID)粘结到第二基板，或
-根据权利要求15制造粘结组件(AC)的元件，所述方法进一步包括借助于粘合剂(AD)将所述中间变形层(CID)粘结到所述第二基板。
17.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，根据权利要求15执行所述粘结组件(AC)的元件的制造，其中借助于所述粘合剂(AD)执行将所述中间变形层(CID)粘结到所述第二基板(S2)，使得所述中间变形层(CID)的表面以互补方式固定到所述第二基板(S2)的表面。
18.用于加固包括至少一个待加固基板(S2)的结构的方法，所述方法包括：
-将加固基板(S1)和中间层(CID)固定在一起，所述中间变形层(CID)包括材料，所述材料中设置有彼此不分隔的空腔，使得所述中间变形层(CID)具有沿平行于所述中间变形层(CID)的方向可变的刚度，
-借助于粘合剂(AD)将所述加固基板(S1)和所述中间变形层(CID)固持在所述待加固基板(S2)上。
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