DE102011119217A1

DE102011119217A1 - Gegenstand mit einer selektiv texturierbaren Oberfiäche undVerwendungsverfahren

Info

Publication number: DE102011119217A1
Application number: DE102011119217A
Authority: DE
Inventors: Nancy L. Johnson; Alan L. Browne
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2012-08-16
Also published as: CN102537646A; US20120135190A1

Abstract

Es ist ein Gegenstand vorgesehen, der eine texturierbare Oberfläche, d. h. eine Oberfläche aufweist, deren Textur irreversibel oder reversibel umgestaltbar ist. Der Gegenstand umfasst eine selektiv texturierbare Oberfläche, wobei die texturierbare Oberfläche eine erste Oberflächentextur, die einem ersten Aktivierungszustand zugeordnet ist, und eine zweite Oberflächentextur aufweist, die einem zweiten Aktivierungszustand zugeordnet ist, wobei die erste Oberflächentextur von der zweiten Oberflächentextur verschieden ist. Der Gegenstand umfasst auch ein aktivierungszustandsempfindliches Material, umfassend ein aktives Material oder ein thixotropes Material oder eine Kombination daraus, das funktionell der texturierbaren Oberfläche zugeordnet und ausgebildet ist, um die erste Oberflächentextur in dem ersten Aktivierungszustand bereitzustellen und die zweite Oberflächentextur in dem zweiten Aktivierungszustand bereitzustellen.

Description

Gebiet der Erfindung
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen einen Gegenstand mit einer texturierbaren Oberfläche und im Spezielleren einen Gegenstand mit einer texturierbaren Oberfläche, der ein aktivierungszustandsempfindliches Material umfasst, und noch spezieller einen Gegenstand mit einer texturierbaren Oberfläche, der ein aktivierungszustandsempfindliches Material umfasst, welches auf eine Änderung eines Feuchtigkeitsgehalts oder eine angewendete Scherkraft anspricht.
Hintergrund
Viele Gegenstände besitzen eine Oberfläche, die ein unerwünschtes Ansprechverhalten wie z. B. eine Abnahme des Gleitreibungskoeffizienten aufweisen, wenn sie erhöhten Feuchtigkeitsmengen ausgesetzt sind, beispielsweise wenn sie nass werden oder anderweitig erhöhten Feuchtigkeitsmengen ausgesetzt sind. Ein Beispiel umfasst Reifen für verschiedene Anwendungen, wo das Ausgesetztsein der Laufflächenoberfläche gegenüber Feuchtigkeit den Gleitreibungskoeffizienten in Bezug auf die Oberfläche herabsetzt, über die der Reifen rollt, und kann eine unerwünschte Reifenleistung wie z. B. einen verlängerten Bremsweg oder eine reduzierte Kurvenfahrleistung zur Folge haben. Weitere Beispiele umfassen rutschsichere Oberflächen, die in verschiedenen Fertigungsgegenständen zum Einsatz kommen, welche in Fahrzeugen, umfassend Türauskleidungen, Applikationen mit rutschsicheren Oberflächen, Böden, Bettauskleidungen, Pedale, Pedalabdeckungen oder -auflagen, Lenkrädern, Lenkradabdeckungen und dergleichen wie auch in Nicht-Fahrzeug-Fertigungsgegenständen, umfassend verschiedene Bodenbeläge, Türauskleidungen, Applikationen mit rutschsicheren Oberflächen, Böden, Bettauskleidungen, Abdeckungen oder Auflagen verwendet werden, wo das Ausgesetztsein der Oberfläche gegenüber Feuchtigkeit allgemein den Gleitreibungskoeffizienten herabsetzt und die Oberfläche unerwünscht rutschig machen kann.
In solchen Gegenständen sind die Änderungen des Gleitreibungskoeffizienten der Gegenstandoberflächen in Ansprechen auf Änderungen ihres Feuchtigkeitszustandes allgemein nicht unter Kontrolle, weshalb es wünschenswert wäre, Oberflächen mit einer selektiv steuerbaren Reibungsleistung in Ansprechen auf den Feuchtigkeitsgehalt der Oberfläche, z. B. durch Aufrechterhalten eines vorbestimmten Reibungsniveaus in Ansprechen auf einen Anstieg der Feuchtigkeitsmenge an der Oberfläche, bereitzustellen.
Es ist demzufolge wünschenswert, Gegenstände mit Oberflächen bereitzustellen, die ein selektiv steuerbares Ansprechen auf Änderungen des Feuchtigkeitszustandes der Oberfläche aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Gegenstand mit einer selektiv texturierbaren Oberfläche vorgesehen. Der Gegenstand weist eine selektiv texturierbare Oberfläche auf, wobei die selektiv texturierbare Oberfläche eine erste Oberflächentextur, die einem ersten Aktivierungszustand zugeordnet ist, und eine zweite Oberflächentextur aufweist, die einem zweiten Aktivierungszustand zugeordnet ist, wobei die erste Oberflächentextur von der zweiten Oberflächentextur verschieden ist. Der Gegenstand umfasst auch ein aktivierungszustandsempfindliches Material, umfassend ein aktives Material, ein Xerogel, ein thixotropes Material oder ein scherverdickendes Material.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist ein Gegenstand mit einer feuchtigkeitsaktivierten, selektiv texturierbaren Oberfläche vorgesehen. Der Gegenstand weist eine feuchtigkeitsaktivierte, selektiv texturierbare Oberfläche auf, wobei die selektiv texturierbare Oberfläche eine erste Oberflächentextur, die einem ersten Feuchtigkeitsgehalt nahe der Oberfläche zugeordnet ist, und eine zweite Oberflächentextur aufweist, die einem zweiten Feuchtigkeitsgehalt nahe der Oberfläche zugeordnet ist, wobei die erste Oberflächentextur von der zweiten Oberflächentextur verschieden ist. Der Gegenstand umfasst auch ein aktives Material, welches der selektiv texturierbaren Oberfläche funktionell zugeordnet ist, wobei das aktive Material einen ersten Zustand, der dem ersten Feuchtigkeitsgehalt zugeordnet ist, und einen zweiten Zustand aufweist, der einem zweiten Feuchtigkeitsgehalt zugeordnet ist, wobei der erste Zustand ausgebildet ist, um selektiv die erste Oberflächentextur bereitzustellen, und der zweite Zustand ausgebildet ist, um die zweite Oberflächentextur bereitzustellen.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes mit einer texturierbaren Oberfläche vorgesehen. Das Verfahren umfasst, dass ein Gegenstand mit einer selektiv texturierbaren Oberfläche, wobei die selektiv texturierbare Oberfläche eine erste Oberflächentextur, die einem ersten Aktivierungszustand zugeordnet ist, und eine zweite Oberflächentextur aufweist, die einem zweiten Aktivierungszustand zugeordnet ist, wobei die erste Oberflächentextur von der zweiten Oberflächentextur verschieden ist, aus einem aktivierungszustandsempfindlichen Material gebildet wird, welches ein aktives Material, ein thixotropes Material oder ein scherverdickendes Material oder eine Kombination daraus umfasst und funktionell der selektiv texturierbaren Oberfläche zugeordnet und ausgebildet ist, um selektiv die erste Oberflächentextur in dem ersten Aktivierungszustand und die zweite Oberflächentextur in dem zweiten Aktivierungszustand bereitzustellen. Das Verfahren umfasst auch, dass die selektiv texturierbare Oberfläche einem von dem ersten Aktivierungszustand und dem zweiten Zustand ausgesetzt wird, um eine von der ersten Oberflächentextur und der zweiten Oberflächentextur bereitzustellen.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden rein beispielhaft in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen offensichtlich, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
1A–1D schematische Querschnittsansichten einer beispielhaften Ausführungsform eines selektiv texturierbaren Gegenstandes und eines Verfahrens zur Herstellung und Verwendung desselben, wie hierin offenbart, sind;
2A–2D schematische Querschnittsansichten einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines selektiv texturierbaren Gegenstandes und eines Verfahrens zur Herstellung und Verwendung desselben, wie hierin offenbart, sind;
3A–3C schematische Querschnittsansichten einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines selektiv texturierbaren Gegenstandes und eines Verfahrens zur Herstellung und Verwendung desselben, wie hierin offenbart, sind;
4 eine beispielhafte Ausführungsform eines Gegenstandes mit einer selektiv texturierbaren Oberfläche ist, der ausgebildet ist, um selektiv texturierbar zu sein; und
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung eines selektiv texturierbaren Gegenstandes, wie hierin offenbart, ist.
Beschreibung der Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die 1A bis 1D sind in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gegenstand 10, der eine selektiv texturierbare Oberfläche 20 aufweist und einen Körper 12 umfasst, und ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung des Gegenstandes 12 bereitgestellt. Der Gegenstand 10 kann ein beliebiger geeigneter Gegenstand 10 sein, wenn es wünschenswert ist, eine selektiv texturierbare Oberfläche 20, wie hierin beschrieben, vorzusehen. Die selektiv texturierbare Oberfläche 20 ist ausgebildet, um selektiv von einer ersten Oberflächentextur 30 (1C) in eine zweite Oberflächentextur 40 (1D) geändert zu werden. Die selektive Änderung der Oberflächentextur kann verwendet werden, um die Eigenschaften und die Leistungsmerkmale der Oberfläche 20 in verschiedenen Anwendungen zu wählen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann dies eine selektive Erhöhung oder Verringerung des Gleitreibungskoeffizienten in Ansprechen auf eine Änderung von einem ersten Aktivierungszustand 32 und einer zugeordneten ersten Oberflächentextur 30 in einen zweiten Aktivierungszustand 42 und eine zugeordnete zweite Oberflächentextur 40 umfassen. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann dies eine selektive Erhöhung oder Verringerung der Traktionskenngrößen der Oberfläche 20, oder allgemeiner, der Kraftübertragungskenngrößen der Oberfläche 20 gegen ein/e zusammengepasste/s Oberfläche oder Medium (z. B. ein Fluid), mit der sie in Kontakt steht, in Ansprechen auf eine Änderung von einem ersten Aktivierungszustand 32 und einer zugeordneten ersten Oberflächentextur 30 (1C) in einen zweiten Aktivierungszustand 42 und eine zugeordnete zweite Oberflächentextur 40 (1D) umfassen. Ein Beispiel eines Gegenstandes 10 umfasst Reifen für verschiedene Anwendungen, wo das Ausgesetztsein der Laufflächenoberfläche gegenüber Feuchtigkeit eine Änderung in der Oberflächentextur erzeugt und den Gleitreibungskoeffizienten in Bezug auf die Oberfläche erhöht, über die der Reifen rollt, und Leistungsvorteile wie z. B. einen verkürzten Bremsweg oder eine erhöhte Kurvenfahrleistung bereitstellt. Weitere Beispiele von Gegenständen 10 umfassen rutschsichere Oberflächen 20, die in verschiedenen Fertigungsgegenständen zum Einsatz kommen, welche in Fahrzeugen, umfassend Türauskleidungen, Applikationen mit rutschsicheren Oberflächen, Böden, Bettauskleidungen, Pedale, Pedalabdeckungen oder -auflagen, Lenkrädern, Lenkradabdeckungen und dergleichen wie auch in Nicht-Fahrzeug-Fertigungsgegenständen, umfassend verschiedene Bodenbeläge, Türauskleidungen, Applikationen mit rutschsicheren Oberflächen, Böden, Bettauskleidungen, Abdeckungen oder Auflagen verwendet werden, wo das Ausgesetztsein der Oberfläche gegenüber Feuchtigkeit allgemein eine Änderung der Oberflächentextur erzeugt und den Gleitreibungskoeffizienten erhöht, um die Oberfläche weniger rutschig zu machen.
Die selektiv texturierbare Oberfläche 20 ist ausgebildet, um eine erste Oberflächentextur 30 bereitzustellen, die einem ersten Aktivierungszustand 32 zugeordnet ist, wie in 1C gezeigt, wobei der erste Aktivierungszustand 32 ein Ausgesetztsein der Oberfläche 20 gegenüber einer reduzierten Feuchtigkeitsmenge (z. B. wenn die Oberfläche 20 trocken ist) ist. Die selektiv texturierbare Oberfläche 20 ist auch ausgebildet, um eine zweite Oberflächentextur 40 bereitzustellen, die einem zweiten Aktivierungszustand 42 zugeordnet ist, wie in 1D gezeigt, wobei der zweite Aktivierungszustand 42 ein Ausgesetztsein der Oberfläche 20 gegenüber einer erhöhten Feuchtigkeitsmenge (z. B. wenn die Oberfläche 20 nass oder einer Umgebung mit viel Feuchtigkeit ausgesetzt ist) ist. Die erhöhte Feuchtigkeit kann z. B. in Form eines Ausgesetztseins gegenüber Wasser oder einer Zunahme des Feuchtigkeitsgehalts der Umgebung nahe der Oberfläche, wie z. B. ein Zustand hoher Feuchtigkeit sein. In diesem Beispiel ist die zweite Oberflächentextur 40 größer als die erste Oberflächentextur 30 infolge der Vielzahl von Vorsprüngen 22, die auf der Oberfläche 20 gebildet sind. In dem zweiten Aktivierungszustand 42 stehen die Vorsprünge 22 von der Oberfläche 20 vor und stellen eine erhöhte Oberflächentexturierung bereit, wohingegen in dem ersten Aktivierungszustand 32 die Oberfläche 20 ein reduziertes Ausmaß an Texturierung aufweist, da die Vorsprünge 22 nicht vorhanden sind oder eine reduzierte Größe aufweisen (nicht gezeigt).
Die erste Oberflächentextur 30 ist von der zweiten Oberflächentextur 40 verschieden. Der Unterschied kann makroskopische Unterschiede oder Aspekte wie z. B. das Volumen, die Kontur oder Form der texturierbaren Oberfläche 20 umfassen oder er kann mikroskopische Unterschiede oder Aspekte wie z. B. die Oberflächenrauigkeit, die Porosität oder mikroskopische Profil-, Kontur- oder Formmerkmale umfassen, oder er kann eine Kombination aus makroskopischen und mikroskopischen Unterschieden umfassen.
Diese Änderung der Texturierung kann z. B. verwendet werden, um den Gleitreibungskoeffizienten an der Grenzfläche zwischen der texturierbaren Oberfläche und Objekten zu erhöhen oder zu verringern, mit denen sie in Kontakt steht. Eine weitere Ausführungsform umfasst die Aufnahme von Filmen aus thixotropen Fluiden in Schichten unter der Oberfläche, um zuzulassen, dass sich die Oberfläche reversibel der Form des die Oberfläche lokal beanspruchenden Objekts – z. B. einer Hand, die ein Lenkrad angreift – anpasst, um so die Griff/Scherkräfte zwischen diesen beiden zu erhöhen. Anwendungen und Ausführungsform umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf eine feuchtigkeitsaktivierte SMP-Texturierung zur passiven Reduktion der Rutschigkeit nasser Oberflächen wie z. B. Böden oder anderweitiger glattflächiger Bodenbeläge oder Brems-, Gas- oder anderer Pedale und dergleichen; die feuchtigkeits- und wärmeaktivierte Texturierung von verschiedenen Griffen wie z. B. eines Tennisschlägergriffes; die feuchtigkeitsaktivierte (z. B. durch Feuchtigkeit von Händen) Texturierung oder scherkraftaktivierte Texturierung eines Lenkrades oder einer anderen menschlichen Kontaktfläche; die automatische Texturierung von Reifenoberflächen, wenn sie nass sind; und die Verwendung eines Feuchtigkeitssensors, um eine Texturierung auszulösen, ob mit einem SMP oder einem SMP-losen Ansatz. Es sind auch umgekehrte Ausführungsformen eingeschlossen, in denen eine Feuchtigkeitsaktivierung verwendet wird, um die Größe der Oberflächentextur mit einer Zunahme der an der selektiv texturierbaren Oberfläche 20 vorhandenen Feuchtigkeitsmenge zu reduzieren, und so die Einfachheit einer Oberflächenreinigung zu erhöhen.
Unter Bezugnahme auf die 1A–3D umfasst der Gegenstand 10 auch ein aktivierungszustandsempfindliches Material 50. Das aktivierungszustandsempfindliche Material ist funktionell der texturierbaren Oberfläche 20 zugeordnet und ausgebildet, um die erste Oberflächentextur 30 in dem ersten Aktivierungszustand 32 und die zweite Oberflächentextur 40 in dem zweiten Aktivierungszustand 42 bereitzustellen. Die Änderung der Textur kann reversibel (Texturierung in zwei Richtungen) oder irreversibel (Texturierung in eine Richtung) sein. Das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 kann ein beliebiges aktivierungszustandsempfindliches Material 50 umfassen und kann ausgebildet sein, um auf einen beliebigen geeigneten Aktivierungszustand, der ausgebildet ist, um eine Änderung der texturierbaren Oberfläche 20 bereitzustellen, oder auf eine Vielzahl von Aktivierungszuständen anzusprechen. Geeignete aktivierungszustandsempfindliche Materialen umfassen ein aktives Material 52 wie z. B. ein Formgedächtnispolymer-(SMP, von shape memory polymer)-Material 53, ein Xerogel-Material 56, ein thixotropes Material 56 oder ein scherverdickendes Material 58 oder Kombinationen davon. Aktivierungszustandsempfindliche Materialien 50 können viele verschiedene Einrichtungsmechanismen oder reversible Zweirichtungsmechanismen verwenden oder einsetzen, um die Änderung in der Oberflächentextur bereitzustellen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 ein aktives Material 52 mit einem SMP-Material 53 umfassen, welches einen irreversiblen oder einen reversiblen feuchtigkeitsaktivierten Formgedächtniseffekt verwendet, den bestimmte Klassen von Formgedächtnispolymeren (SMPs) zeigen, wobei Abschnitte des SMP mithilfe geeigneter Formgebungsverfahren trainiert wurden, um eine Maßänderung bereitzustellen, die durch eine Änderung der Flüssigkeitsmenge aktiviert wird, welcher die texturierbare Oberfläche 20 ausgesetzt ist. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 ein Xerogel umfassen, welches eine fluid (z. B. wasser)-aktivierte reversible Maßänderung wie z. B. ein Ausdehnen und Zusammenziehen bei der Aufnahme bzw. Abgabe eines Fluids bereitstellt, um eine reversible Texturierung der texturierbaren Oberfläche 20 bereitzustellen. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 ein thixotropes Material 56 oder ein scherverdickendes (oder scherverdünnendes) Material 58 (z. B. ein scherverdickendes Fluid 58) sein, das eine Änderung der Viskosität des Materials in Ansprechen auf eine angewendete Spannung verwendet, wobei die Anwendung und Wegnahme einer auf die texturierbare Oberfläche 20 angewendeten Spannung verwendet werden kann, um ihre Textur zu ändern.
Das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 kann das Ansprechen auf den ersten Aktivierungszustand 32 und den zweiten Aktivierungszustand 42 entweder passiv, wie in den oben beschriebenen Beispielen, oder aktiv in Ansprechen auf ein erfasstes Signal 60, 4, welches den ersten und den zweiten Aktivierungszustand 32, 42 angibt, bereitstellen. Das erfasste Signal 60 kann von dem aktivierungszustandsempfindlichen Material 50 direkt oder optional durch Verwendung eines entsprechenden Sensors 68 bereitgestellt werden, der betrieben wird, um einen ersten Aktivierungszustand 32 und einen zweiten Aktivierungszustand 42 zu erfassen. Wie in 4 gezeigt, können, wenn das Ansprechen auf diese Zustande aktiv bereitgestellt wird, das Ansprechen und die Änderung des aktivierungszustandsempfindlichen Materials 50 über einen Controller 62 wie z. B. einen mikrocomputerbasierten Controller gesteuert sein, um ein Aktivierungssignal 64 bereitzustellen, welches ausgebildet ist, um den Aktivierungszustand zu produzieren, der notwendig ist, um das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 zu aktivieren. In einigen Ausführungsformen kann der Aktivierungszustand in dem aktivierungszustandsempfindlichen Material 50 durch das Aktivierungssignal 64 allein produziert werden, wie z. B. bei aktiven Materialien, welche direkt durch ein Aktivierungssignal 64 einschließlich verschiedener elektrischer Signale aktiviert werden können. In weiteren Ausführungsformen kann der Aktivierungszustand optional in dem aktivierungszustandsempfindlichen Material 50 durch das Aktivierungssignal 64 und eine Aktivierungsvorrichtung 64 wie z. B. eine Heizeinrichtung für thermoempfindliche Materialien oder eine Vorrichtung produziert werden, die ausgebildet ist, um ein elektrisches oder magnetisches Feld für Materialien zu erzeugen, die auf elektrische oder magnetische Felder ansprechen. In einem Beispiel kann das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 verwendet werden, um direkt ein erfasstes Signal 60 zu erzeugen, das einen ersten Feuchtigkeits- oder Spannungszustand 32 oder einen zweiten Feuchtigkeits- oder Spannungszustand 42 oder beide angibt, und der Controller 62 kann verwendet werden, um das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 aktiv und direkt unter Verwendung des Signals 60 zu steuern, um eine erste Oberflächentextur 30 oder eine zweite Oberflächentextur 40 bereitzustellen. In einem weiteren Beispiel kann ein Sensor 68, der mit dem aktivierungszustandsempfindlichen Material 50 in funktionellem Eingriff steht, verwendet werden, um indirekt ein Signal 60 zu erzeugen, das einen ersten Feuchtigkeits- oder Spannungszustand 32 oder einen zweiten Feuchtigkeits- oder Spannungszustand 42 oder beide angibt, und der Controller 62 kann verwendet werden, um eine Aktivierungsvorrichtung 66 zu aktivieren, um das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 unter Verwendung des Signals 60 zu aktivieren, um eine erste Oberflächentextur 30 oder eine zweite Oberflächentextur 40 bereitzustellen.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „aktives Material” auf Materialien, die einen Formgedächtniseffekt zeigen. Insbesondere nachdem sie pseudoplastisch verformt wurden, können sie durch eine entsprechende Aktivierung in ihre ursprüngliche Form zurückgestellt werden. Auf diese Weise können sich Formgedächtnismaterialien in Ansprechen auf einen Aktivierungszustand, der ein Aktivierungssignal umfasst, und im Spezielleren einen Aktivierungszustand, der das Ausgesetztsein des Materials gegenüber einem geeigneten Fluid umfasst, und noch spezieller einen Aktivierungszustand, der das Ausgesetztsein des Materials gegenüber Feuchtigkeit umfasst, entweder passiv oder aktiv in eine vorbestimmte Form ändern. Es sind diese Eigenschaften, die vorteilhafterweise die texturierbare Oberfläche 20 bereitstellen werden. Geeignete Formgedächtnismaterialien umfassen ohne Einschränkung verschiedene SMP-Materialien und im Spezielleren verschiedene fluidaktivierte SMP-Materialien einschließlich feuchtigkeitsaktivierter SMP-Materialien.
„Formgedächtnispolymer” bezieht sich allgemein auf ein Polymermaterial, das eine Änderung einer Eigenschaft wie z. B. eines Elastizitätsmoduls, einer Form, einer Abmessung, einer Formorientierung oder einer Kombination, die zumindest eine der vorhergehenden Eigenschaften umfasst, entweder aktiv, beim Anwenden eines Aktivierungssignals, oder passiv, in Ansprechen auf eine Änderung einer Umgebungsbedingung (z. B. eines Feuchtigkeitsgehalts) zeigt. In passiv aktivierten Systemen können die Formgedächtnispolymere ein beliebiges SMP, insbesondere ein fluidaktiviertes SMP und im Spezielleren ein feuchtigkeitsaktiviertes SMP umfassen, wobei die Änderung der Eigenschaft passiv durch Ausgesetztsein des SMP gegenüber einem geeigneten Fluid wie z. B. Wasser bewirkt wird. Das SMP und das Fluid werden gewählt, um die gewünschte Eigenschaftsänderung bereitzustellen, wie z. B. jene, die hierin beschrieben sind. In aktiv aktivierten Systemen kann ein Fluidaktivierungssignal von einem Controller 62, z. B. eines, das das Ausgesetztsein des Materials gegenüber einem geeigneten oder vorbestimmten Fluid angibt, verwendet werden, um eine Aktivierung des aktiven Materials zu steuern. In diesen Systemen kann das SMP derart gewählt sein, dass es wärmempfindlich (d. h., die Änderung der Eigenschaft wird durch ein thermisches Aktivierungssignal oder in Ansprechen auf eine Änderung eines thermischen Zustands, z. B. eine Änderung einer Temperatur, bewirkt), lichtempfindlich (d. h., die Änderung der Eigenschaft wird durch ein lichtbasiertes Aktivierungssignal oder in Ansprechen auf eine Änderung der Lichtverhältnisse, z. B. eine Änderung der Wellenlänge oder der Intensität von einfallendem Licht, bewirkt), oder empfindlich gegenüber einem beliebigen anderen eine Eigenschaft des SMP ändernden Mechanismus ist. Das Aktivierungssignal 64 kann in Ansprechen auf ein erfasstes Signal 60 bereitgestellt werden, das auf das Ausgesetztsein des aktiven Materials (z. B. des SMP) gegenüber einem vorbestimmten Fluid anspricht. Dies kann erfasste Signale umfassen, die auf eine beliebige Eigenschaft des Fluids ansprechen. Im Fall von Wasser kann diese Eigenschaft die Feuchtigkeit, den Wasserdampfdruck oder das Vorhandensein von flüssigem Wasser oder ein anderes Ansprechen auf eine Änderung auf einen auf Wasser bezogenen Zustand umfassen, wie z. B. das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Wasser oder eine Änderung der relativen Mengen oder Phase des Wassers oder eine Kombination sein, die mindestens eines der vorhergehenden umfasst.
Im Allgemeinen sind SMPs phasengetrennte Copolymere, die zumindest zwei verschiedene Einheiten umfassen, welche so beschrieben werden können, dass sie verschiedene Segmente innerhalb des SMPs definieren, wobei jedes Segment unterschiedlich zu den Gesamteigenschaften des SMPs beiträgt. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Segment” auf einen Block, einen Pfröpfling oder eine Sequenz desselben oder ähnlicher Monomer- oder Oligomereinheiten, der/die copolymerisiert ist, um das SMP zu bilden. Jedes Segment kann kristallin oder amorph sein und weist eine/n entsprechende/n Schmelzpunkt bzw. eine Erweichungstemperatur (T_g) auf. Der Begriff „Wärmeübergangstemperatur” wird hierin einfacherweise verwendet, um allgemein entweder auf eine T_g oder einen Schmelzpunkt (T_m) Bezug zu nehmen, je nachdem, ob das Segment ein amorphes Segment oder ein kristallines Segment ist. Für SMPs, die (n) Segmente umfassen, kann gesagt werden, dass das SMP ein hartes Segment und (n – 1) weiche Segmente aufweist, wobei das harte Segment eine höhere Wärmeübergangstemperatur aufweist als jedes weiche Segment. Somit weist das SMP (n) Wärmeübergangstemperaturen (T_trans) auf. Die Wärmeübergangstemperatur des harten Segments wird als die „letzte Übergangstemperatur” bezeichnet und die niedrigste Wärmeübergangstemperatur des so genannten „weichsten” Segments wird als die „erste Übergangstemperatur” bezeichnet. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass, wenn das SMP mehrere Segmente aufweist, die sich durch dieselbe Wärmeübergangstemperatur, die auch die letzte Übergangstemperatur ist, auszeichnen, gesagt werden kann, dass das SMP mehrere harte Segmente aufweist.
Wenn das SMP-Material über die letzte Übergangstemperatur erwärmt wird, kann dem SMP-Material eine permanente Form verliehen werden. Eine permanente Form für das SMP-Material kann durch ein nachfolgendes Abkühlen des Materials unter diese Temperatur festgelegt oder ins Gedächtnis eingeprägt werden. Wie hierin verwendet sind die Begriffe „ursprüngliche Form”, „vorher definierte Form” und „permanente Form” gleichbedeutend, wenn sie sich auf SMP-Materialien beziehen, und sollen untereinander austauschbar verwendet werden. Eine temporäre Form kann festgelegt werden, indem das Material auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher als eine Wärmeübergangstemperatur eines jeglichen weichen Segments ist, jedoch unter der letzten Übergangstemperatur liegt, eine äußere Spannung oder Belastung angewendet wird, um das SMP-Material zu verformen, und es dann unter die bestimmte Wärmeübergangstemperatur des weichen Segments abgekühlt wird, während die verformende äußere Spannung oder Belastung aufrechterhalten wird. Dies ist schematisch in den 1A und 1B veranschaulicht, wobei das SMP-Material 53 in einem Formwerkzeug 80 geformt wird, um einen Vorläufergegenstand 10' herzustellen, der einen Vorläuferkörper 12' mit einer texturierbaren Vorläuferoberfläche 20 aufweist, die Vorläufervorsprünge 22' aufweist, wie in 1A veranschaulicht. Die Vorläufervorsprünge 22' können eine beliebige vorstehende Ausformung oder Form einschließlich einzelner kreisförmiger (oder anders geformter) Erhebungen, länglicher Rücken oder dergleichen aufweisen. Die Form im geformten Zustand von 1A kann dann mit (einer) erwärmten Platte(n) 90 gepresst werden, wie in 1B gezeigt, um die permanente Form des Gegenstandes 10 zu bilden, wobei die texturierbare Oberfläche 20 flach ist und die erste Oberflächentextur 30 in dem ersten Aktivierungszustand 32 wie z. B. ein erstes Feuchtigkeitsniveau darstellt, welches die umliegende Umgebungsfeuchtigkeit in der Form von Wasserdampf darstellt, wobei die texturierbare Oberfläche 20 im Wesentlichen eben ist. Wenn sie dem zweiten Aktivierungszustand 42 ausgesetzt wird, z. B. Feuchtigkeit, die flüssiges Wasser umfasst, wie hierin beschrieben, ausgesetzt wird, nimmt die texturierbare Oberfläche 20 die Konfiguration im geformten Zustand an und die zweite Oberflächentextur 40 umfasst Vorsprünge 22.
Eine temporäre Form kann in einem feuchtigkeitsempfindlichen SMP-Material festgelegt werden, indem spezifische funktionelle Gruppen oder Bestandteile Feuchtigkeit (z. B. Feuchte, Wasser, Wasserdampf oder dergleichen) ausgesetzt werden, die wirksam sind, um eine spezifische Feuchtigkeitsmenge zu absorbieren, eine Belastung oder Spannung auf das feuchtigkeitsempfindliche SMP-Material angewendet wird und dann die spezifische Feuchtigkeitsmenge entfernt wird, während die Belastung aufrechterhalten wird. Um in die ursprüngliche Form zurückzukehren, kann das feuchtigkeitsempfindliche SMP-Material Feuchtigkeit ausgesetzt werden (mit entfernter Belastung). Die permanente Form kann dann wiedererlangt werden, wobei die Spannung oder Belastung entfernt ist, indem das Material entweder einem Fluid (z. B. Feuchtigkeit) ausgesetzt wird oder das Material auf eine Temperatur oberhalb der speziellen Wärmeübergangstemperatur des weichen Segments, jedoch unter der letzten Übergangstemperatur erwärmt wird. Es sollte somit offensichtlich sein, dass es durch Kombinieren mehrerer weicher Segmente möglich ist, mehrere temporäre Formen zu zeigen, und es mit mehreren harten Segmenten möglich sein kann, mehrere permanente Formen zu zeigen. In ähnlicher Weise wird durch Verwenden eines geschichteten oder Verbundstoffansatzes eine Kombination aus mehreren SMP-Materialien Übergänge zwischen mehreren temporären und permanenten Formen zeigen.
Für SMPs mit nur zwei Segmenten wird die temporäre Form des Formgedächtnispolymers bei der ersten Übergangstemperatur festgelegt oder ist keiner Feuchtigkeit ausgesetzt, oder beides, gefolgt von einem Abkühlen des Materials unter Belastung, um die temporäre Form einzuschließen. Die temporäre Form wird solange beibehalten, wie das SMP-Material unter der ersten Übergangstemperatur bleibt oder keiner Feuchtigkeit ausgesetzt ist, oder beides. Die permanente Form wird wiedergewonnen, wenn das SMP-Material einem Fluid, im Spezielleren Feuchtigkeit ausgesetzt ist, oder erneut über die erste Übergangstemperatur gebracht wird, während die Belastung entfernt ist (ist als temperaturaktiviert). Ein Wiederholen der Erwärmungs-, Form- und Abkühlschritte kann die temporäre Form wiederholt zurücksetzen.
Die meisten SMP-Materialien zeigen einen Effekt „in eine Richtung”, wobei das Material eine permanente Form aufweist. Beim Erwärmen des Formgedächtnispolymers über eine Wärmeübergangstemperatur für ein weiches Segment ohne eine Spannung oder Belastung wird die permanente Form erreicht und die Form kehrt nicht ohne die Verwendung äußerer Kräfte zu der temporären Form zurück.
Als eine Alternative können einige Formgedächtnispolymerzusammensetzungen derart hergestellt sein, dass sie einen Effekt „in zwei Richtungen” zeigen, wobei das SMP-Material zwei permanente Formen aufweist. Diese Systeme umfassen mindestens zwei Polymerkomponenten. Zum Beispiel könnte eine Komponente ein erstes vernetztes Polymer sein, während die andere Komponente ein anderes vernetztes Polymer ist. Die Komponenten werden durch Schichtverfahren kombiniert oder sind Durchdringungsnetzwerke, wobei die zwei Polymerkomponenten vernetzt sind, allerdings nicht miteinander.
Die SMP-Materialien können durch Ausgesetztsein gegenüber beliebigen geeigneten Fluiden und im Spezielleren gegenüber Feuchtigkeit und noch spezieller durch wirksames Herabsetzen ihrer T_g aktiviert werden. Eine indirekte Betätigung des Formgedächtniseffekts durch Herabsetzen von T_trans wurde für handelsübliche Polyurethane einschließlich Polyurethanverbundstoffe mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen gezeigt. Die temporäre Form wird mithilfe herkömmlicher Verfahren für thermisch induzierte Formgedächtnispolymere programmiert. Wenn sie in Wasser eingetaucht ist, diffundiert Feuchtigkeit in die Polymerprobe und wirkt als ein Weichmacher, was eine Wiederherstellung der programmierten Form zur Folge hat. In den Polymeren und Verbundstoffen auf der Basis von Polyurethanen wird T_g durch Eintauchen in Wasser, wie etwa von 35°C bis unter die Umgebungstemperatur herabgesetzt. Es wurde gezeigt, dass das Herabsetzen von T_g von der Feuchtigkeitsaufnahme abhängig ist, die wiederum von der Eintauchdauer abhängig ist. In zeitabhängigen Eintauchstudien wurde gezeigt, dass die Wasseraufnahme zwischen 0 und 4,5 Gew.-% eingestellt werden kann, was mit einer Herabsetzung von T_g von zwischen 0°K und 35°K einhergeht. Da die maximale Feuchtigkeitsaufnahme, die nach 240 Stunden erreicht wurde, etwa 4,5 Gew.-% betrug, ist dieses Formgedächtnispolymer noch immer als ein Polymer und nicht als ein Hydrogel zu betrachten. Eine andere Strategie für wasserbetätigte Formgedächtnispolymere wurde in Polyurethan-Polysilsesquisiloxan-Blockcopolymere realisiert. Hier wurde niedermolekulares Polyethylenglykol oder PEG als das Polyethersegment verwendet. Beim Eintauchen in Wasser löst sich das PEG-Segment auf, was zum Verschwinden von T_m und zur Wiedererlangung der permanenten Form führt. Siehe „Shape Memory Polymers", Materials Today, Vol. 10, Nr. 4, S 20–28, April 2007.
Im Fall von aktiv aktivierten Systemen mithilfe von wärmeempfindlichen SMP-Materialien ändert das Formgedächtnispolymer durch Ändern der Temperatur seine Form in der Richtung einer ersten permanenten Form oder einer zweiten permanenten Form. Jede der permanenten Formen gehört zu einer Komponente des SMP. Die Temperaturabhängigkeit der Gesamtform ist in der Tatsache begründet, dass die mechanischen Eigenschaften einer Komponente („Komponente A”) beinahe unabhängig von der Temperatur in dem betreffenden Temperaturintervall sind. Die mechanischen Eigenschaften der anderen Komponente („Komponente B”) sind von der Temperatur in dem betreffenden Temperaturintervall abhängig. In einer Ausführungsform wird die Komponente B bei niedrigen Temperaturen im Vergleich mit der Komponente A stärker, während die Komponente A bei hohen Temperaturen stärker ist und die tatsächliche Form bestimmt. Eine Gedächtnisvorrichtung in zwei Richtungen kann hergestellt werden, indem die permanente Form der Komponente A („erste permanente Form”) festgelegt wird, die Vorrichtung zu der permanenten Form der Komponente B („zweite permanente Form”) verformt wird und die permanente Form der Komponente B fixiert wird, während eine Spannung angewendet wird.
Es sollte für Fachleute einzusehen sein, dass es möglich ist, SMP-Materialien in vielen verschiedenen Gestalten und Formen auszubilden. Die technische Ausführung der Zusammensetzung und Struktur des Polymers selbst kann die Wahl einer bestimmten Temperatur für eine gewünschte Anwendung zulassen. Zum Beispiel kann die letzte Übergangstemperatur je nach spezieller Anwendung zwischen etwa 0°C und etwa 300°C oder mehr betragen. Eine Temperatur für eine Formwiederherstellung (d. h. eine Wärmeübergangstemperatur für ein weiches Segment) kann bei etwa –30°C oder darüber liegen. Eine weitere Temperatur für eine Formwiederherstellung kann etwa 40°C oder mehr betragen. Eine weitere Temperatur für eine Formwiederherstellung kann etwa 100°C oder mehr betragen. Eine andere Temperatur für eine Formwiederherstellung kann etwa 250°C oder weniger betragen. Eine noch andere Temperatur für eine Formwiederherstellung kann etwa 200°C oder weniger betragen. Schließlich kann eine weitere Temperatur für eine Formwiederherstellung etwa 150°C oder weniger betragen.
Optional kann das SMP-Material gewählt sein, um ein spannungsinduziertes Fließen bereitzustellen, das direkt (d. h. ohne Erwärmen des SMP-Materials über seine Wärmeübergangstemperatur, um es zu „erweichen”) verwendet werden kann, um die Auflage dazu zu bringen, sich einer vorhandenen Oberfläche anzupassen. Die maximale Dehnung, der das SMP-Material in diesem Fall standhalten kann, kann in einigen Ausführungsformen mit dem Fall vergleichbar sein, in dem das Material über seine Wärmübergangstemperatur verformt wird.
Wenngleich Bezug auf wärmeempfindliche SMP-Materialien genommen wurde und weiter genommen wird, werden Fachleute angesichts dieser Offenlegung einsehen, dass lichtempfindliche SMP-Materialien und durch andere Verfahren aktivierte SMP-Materialien ohne weiteres zusätzlich zu oder anstelle von wärmeempfindlichen SMP-Materialien verwendet werden können. Zum Beispiel kann, anstatt Wärme zu verwenden, eine temporäre Form in einem lichtempfindlichen SMP-Material festgelegt werden, indem das lichtempfindliche SMP-Material mit Licht einer spezifischen Wellenlänge bestrahlt wird (während es belastet ist), was bewirkt, dass sich spezifische Vernetzungen bilden, und die Bestrahlung dann unterbrochen wird, während es noch immer belastet ist. Um in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, kann das lichtempfindliche SMP-Material mit dem Licht derselben oder einer verschiedenen spezifischen Wellenlänge bestrahlt werden (während die Belastung entfernt ist), das wirksam ist, um die spezifischen Vernetzungen zu spalten.
Dies zeigt, dass SMP-Materialien gewählt werden können, um einen breiten Bereich passiver Umgebungsbedingungen oder aktiv induzierte Zustände vorzusehen, die als ein erster Zustand 32, um eine erste Oberflächentextur 30 zu beschaffen, und ein zweiter Zustand 42 verwendet werden können, um eine zweite Oberflächentextur 40 zu beschaffen.
Geeignete Formgedächtnispolymere, unabhängig von dem speziellen Typ von SMP-Material, können Thermoplaste, duroplastisch-thermoplastische Copolymere, Durchdringungsnetzwerke, halb durchdringende Netzwerke oder gemischte Netzwerke sein. Die SMP-Material-„Einheiten” oder -„Segmente” können ein einzelnes Polymer oder eine Mischung von Polymeren sein. Die Polymere können lineare oder verzweigte Elastomere mit Seitenketten oder dendritischen Strukturelementen sein. Geeignete Polymerkomponenten zum Bilden eines Formgedächtnispolymers umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Polyphosphazene, Polyvinylalkohole, Polyamide, Polyimide, Polyesteramide, Polyaminosäuren, Polyanhydride, Polycarbonate, Polyacrylate, Polyalkylene, Polyacrylamide, Polyalkylenglykole, Polyalkylenoxide, Polyalkylenterephthalate, Polyorthoester, Polyvinylether, Polyvinylester, Polyvinylhalogenide, Polyester, Polylaktide, Polyglykolide, Polysiloxane, Polyurethane, Polyether, Polyetheramide, Polyetherester und Copolymere aus diesen. Beispiele für geeignete Polyacrylate umfassen Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Polyisobutylmethacrylat, Polyhexylmethacrylat, Polyisodecylmethacrylat, Polylaurylmethacrylat, Polyphenylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polyisopropylacrylat, Polyisobutylacrylat und Polyoctadecylacrylat. Beispiele für weitere geeignete Polymere umfassen Polystyrol, Polypropylen, Polyvinylphenol, Polyvinylpyrrolidin, chloriertes Polybutylen, Polyoctadecylvinylether, Polyethylenvinylacetat, Polyethylen, Polyethylenoxid-Polyethylenterephthalat, Polyethylen/Nylon (Pfropf-Copolymer), Polycaprolaktonpolyamid (Blockcopolymer), Polycaprolaktondimethacrylat-n-Butylacrylat, polyhedrales oligomeres Polynorbornylsilsequioxan, Polyvinylchlorid, Urethan/Butadien-Copolymere, polyurethanhaltige Blockcopolymere, Styrol-Butadien-Blockcopolymere und dergleichen. In einer beispielhaften Ausführungsform, wo eine Feuchtigkeitsaktivierung des SMP wünschenswert ist, können verschiedene Urethane als aktivierungszustandsempfindliches Material 50 verwendet werden. Das/die zum Bilden der verschiedenen Segmente in den oben beschriebenen SMPs verwendete/n Polymer/e ist/sind entweder im Handel erhältlich oder kann/können unter Verwendung von Routine-Chemie synthetisiert werden. Fachleute sind in der Lage, die Polymere ohne weiteres unter Verwendung bekannter chemischer und Verarbeitungsverfahren ohne übermäßiges Experimentieren herzustellen.
Unter Bezugnahme auf die 2A–2D umfasst ein Gegenstand 10, der eine selektiv texturierbare Oberfläche 20 aufweist, einen Körper 12, siehe die 2C und 2D. Der Körper 12 umfasst eine Tasche 14, die ein aktivierungszustandsempfindliches Material 50 beherbergt, und kann auch eine Vielzahl von Taschen 14 umfassen, von denen jede ein aktivierungszustandsempfindliches Material 50 beherbergt. Ein geeignetes aktivierungszustandsempfindliches Material 50 (oder Vielzahl von Materialien 50) ist ausgebildet, um eine Volumenänderung, bevorzugt eine deutliche Volumenänderung beim Ausgesetztsein gegenüber einem geeigneten Aktivierungsfluid 51 bereitzustellen. Eine elastische, fluiddurchlässige Membran 16 ist ausgebildet, um zuzulassen, dass das gewünschte Aktivierungsfluid 51 in die Tasche 14 hinein und aus dieser heraus gelangt, um mit dem aktivierungszustandsempfindlichen Material 50 in Kontakt zu gelangen, und das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 ist funktionell der feuchtigkeitsdurchlässigen Schicht zugeordnet, sodass beim Ausdehnen das Material gegen die elastische Membran 16 wirkt und dadurch die Membran elastisch verformt und einen Vorsprung 22 bereitstellt. Daher wird in einem ersten Aktivierungszustand 32, wenn die texturierbare Oberfläche 20 keinem Aktivierungsfluid 51 ausgesetzt wurde, die erste Oberflächentextur 30 bereitgestellt, wobei die texturierbare Oberfläche 20 im Wesentlichen eben ist, wie in 2C gezeigt. In einem zweiten Aktivierungszustand 42, wenn die texturierbare Oberfläche 20 einem Aktivierungsfluid 51 ausgesetzt wurde, wird die zweite Oberflächentexturier 40 bereitgestellt, wobei die texturierbare Oberfläche 20 Vorsprünge 22 umfasst, wie in 2D gezeigt. In einer beispielhaften Ausführungsform umfassen die aktivierungszustandsempfindlichen Materialien 50 ein Xerogelmaterial 54 und das Aktivierungsfluid 51 ist eine organische oder anorganische Flüssigkeit wie z. B. Feuchtigkeit in der Form von flüssigem Wasser. Es kann jedes beliebige Xerogel einschließlich jener verwendet werden, die eine Porosität von etwa 25% und eine Oberflächengröße von etwa 150–900 m²/g und eine Porengröße von etwa 1–10 nm aufweisen. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 ein SMP-Material 53, das geformt ist, um zumindest einen Vorläufervorsprung 22' (2A) von der Tasche 14 bereitzustellen, und dann geformt wird, z. B. indem es mithilfe einer erwärmten Platte 90 (oder zwei gegenüberliegender Platten 90, wie in 1B gezeigt) zusammengepresst wird, um eine im Wesentlichen ebene Oberfläche mit der Oberfläche 13 des Körpers 12 bereitzustellen (2B), wonach die Schicht aus der fluiddurchlässigen Membran 16 in den Körper 12 eingebaut wird, indem sie an die Oberfläche 13 geklebt wird (2C).
Unter Bezugnahme auf die 3A–3C umfasst ein Gegenstand 10, der eine selektiv texturierbare Oberfläche 20 aufweist, einen Körper 12. Der Körper 12 umfasst eine starre Verstärkung 114. Die starre Verstärkung kann ein beliebiges geeignetes starres Verstärkungsmaterial einschließlich verschiedener Metalle, Polymere, Keramiken oder Verbundstoffen oder eine Kombination daraus sein. Eine Schicht 115 aus aktivierungszustandsempfindlichem Material 50 ist auf einer Außenfläche 116 der starren Verstärkung 114 angeordnet, wie in 3A gezeigt. Die Schicht 115 kann eine beliebige geeignete Dicke (t) aufweisen, um die gewünschte Fähigkeit bereitzustellen, die texturierbare Oberfläche 20 zu texturieren, wie hierin beschrieben. Die Dicke (t) kann über die Außenfläche 116 hinweg konstant oder variabel sein. Das aktivierungszustandsempfindliche Material 50 kann ein thixotropes Material 56 oder ein scherverdickendes (oder -verdünnendes) Fluid 58 umfassen, das auf einen Aktivierungszustand anspricht, der eine Änderung einer auf das Material angewendeten Scherspannung umfasst. Eine elastisch flexible oder verformbare Schicht 118 ist über der Schicht 115 aus aktivierungszustandsempfindlichem Material 50 angeordnet und an einer oberen Oberfläche 121 der Verstärkung 114 angebracht, wie in 3B gezeigt. Die elastisch flexible Schicht 118 kann ein beliebiges geeignetes elastisch flexibles Material 117 einschließlich verschiedener Metalle, Polymere, Keramiken oder Verbundstoffen oder eine Kombination daraus umfassen. Dies stellt einen ersten Aktivierungszustand 32 und eine erste Oberflächentextur 30 dar, wobei die texturierbare Oberfläche 20 im Wesentlichen eben ist, wie in 3B gezeigt. Geeignete aktivierungszustandsempfindliche Materialien 50 sind ausgebildet, um eine Änderung der Form beim Anwenden einer geeignetem Scherspannung 119 durch eine Objekt 120 bereitzustellen, wie in 3C gezeigt. Beim Anwenden einer Scherspannung 119 wird die texturierbare Oberfläche 20 dem zweiten Aktivierungszustand 42 ausgesetzt und nimmt die zweite Oberflächentextur 40 an, die Vertiefungen 23 aufweist. Das Ansprechen der texturierbaren Oberfläche 20 kann infolge der Art des thixotropen Materials 56 oder eines scherverdickenden Fluids 58 zeitabhängig sein. Die Scherspannung 119 kann durch ein beliebiges geeignetes Objekt 120 einschließlich eines Fertigungsgegenstandes, einer Maschine oder eines menschlichen Benutzers angewendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Gegenstand 10 eine flache Tafel und das Objekt eine Platte 120. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Gegenstand 10 ein Lenkrad und die Objekte sind die Finger 121 einer Hand eines menschlichen Benutzers, die gegen das Rad pressen. Beim Lösen der Scherspannung 119 übt die elastisch flexible Schicht 118 eine Kombination aus normalen und Scherkräften aus, die ausgebildet sind, um den Gegenstand 10 allmählich in den ersten Aktivierungszustand und die Konfiguration, wie in 3B veranschaulicht, zurückzubringen; somit ist die texturierbare Oberfläche 20 reversibel. Die elastisch flexible Schicht 118 kann über der Schicht 115 mithilfe eines beliebigen geeigneten Mittels zum Anordnen einschließlich des Anbringens derselben an einem Abschnitt des Körpers 12 wie z. B. der oberen Oberfläche 121 angeordnet werden.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Verfahren 200 zur Verwendung eines Gegenstandes 12 beschrieben, der eine selektiv texturierbare Oberfläche 20 umfasst. Das Verfahren 200 umfasst, dass: ein Gegenstand 12 mit einer selektiv texturierbaren Oberfläche 20, welche eine erste Oberflächentextur 30, die einem ersten Aktivierungszustand 32 zugeordnet ist, und eine zweite Oberflächentextur 40 aufweist, die einem zweiten Aktivierungszustand 42 zugeordnet ist, wie hierin beschrieben, wobei die erste Oberflächentextur 30 von der zweiten Oberflächentextur 40 verschieden ist, aus einem aktivierungszustandsempfindlichen Material 50 gebildet wird, 210, welches ein aktives Material 52, ein Xerogelmaterial 54, ein thixotropes Material 56 oder ein scherverdickendes Material 58 oder eine Kombination daraus umfasst und funktionell der selektiv texturierbaren Oberfläche 20 zugeordnet und ausgebildet ist, um die erste Oberflächentextur 30 in dem ersten Aktivierungszustand 32 und die zweite Oberflächentextur 40 in dem zweiten Aktivierungszustand 42 bereitzustellen. Das Verfahren 200 umfasst auch, dass die selektiv texturierbare Oberfläche 20 einem von dem ersten Aktivierungszustand 32 oder dem zweiten Aktivierungszustand 42 ausgesetzt wird, 220, um eine von der ersten Oberflächentextur 30 bzw. der zweiten Oberflächentextur 40 bereitzustellen. Das Verfahren 200 kann auch umfassen, dass der Gegenstand 12 ausgesetzt wird, 230, wobei die selektiv texturierbare Oberfläche 20 dem anderen von dem ersten Aktivierungszustand 32 oder dem zweiten Aktivierungszustand 42 ausgesetzt wird, um die andere von der ersten Oberflächentextur 30 oder der zweiten Oberflächentextur 40 bereitzustellen.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird für Fachleute einzusehen sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Überdies können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um ein/e bestimmte/s Situation oder Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang derselben abzuweichen. Die Erfindung soll daher nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt sein, die als beste Art offenbart sind, die für die Ausführung der Erfindung in Erwägung gezogen wird, sondern die Erfindung schließt alle Ausführungsformen ein, die in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Shape Memory Polymers”, Materials Today, Vol. 10, Nr. 4, S 20–28, April 2007 [0029]

Claims

Gegenstand mit einer selektiv texturierbaren Oberfläche, umfassend: einen Gegenstand mit einer selektiv texturierbaren Oberfläche, wobei die selektiv texturierbare Oberfläche eine erste Oberflächentextur, die einem ersten Aktivierungszustand zugeordnet ist, und eine zweite Oberflächentextur aufweist, die einem zweiten Aktivierungszustand zugeordnet ist, wobei die erste Oberflächentextur von der zweiten Oberflächentextur verschieden ist; und ein aktivierungszustandsempfindliches Material, umfassend ein aktives Material, ein Xerogel, ein thixotropes Material oder ein scherverdickendes Material oder eine Kombination daraus, das funktionell der selektiv texturierbaren Oberfläche zugeordnet und ausgebildet ist, um selektiv die erste Oberflächentextur in dem ersten Aktivierungszustand und die zweite Oberflächentextur in dem zweiten Aktivierungszustand bereitzustellen.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei das aktivierungszustandsempfindliche Material ein aktives Material umfasst, das auf einen Aktivierungszustand anspricht, der eine Änderung eines Fluidinhalts umfasst.
Gegenstand nach Anspruch 2, wobei das Fluid eine Feuchtigkeit umfasst und wobei das aktive Material einen ersten Zustand, der einem ersten Feuchtigkeitsgehalt zugeordnet ist, und einen zweiten Zustand aufweist, der einem zweiten Feuchtigkeitsgehalt zugeordnet ist, wobei der erste Feuchtigkeitsgehalt ausgebildet ist, um die erste Oberflächentextur bereitzustellen, und der zweite Feuchtigkeitsgehalt ausgebildet ist, um die zweite Oberflächentextur bereitzustellen.
Gegenstand nach Anspruch 3, wobei die erste Oberflächentextur oder die zweite Oberflächentextur einen makroskopischen Aspekt oder einen mikroskopischen Aspekt der selektiv texturierbaren Oberfläche umfasst.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die texturierbare Oberfläche eine feuchtigkeitsdurchlässige Schicht umfasst und das aktivierungszustandsempfindliche Material funktionell der feuchtigkeitsdurchlässigen Schicht zugeordnet ist.
Gegenstand nach Anspruch 5, wobei das aktivierungszustandsempfindliche Material ein Formgedächtnispolymer oder ein Xerogel oder eine Kombination daraus umfasst.
Gegenstand, mit einer feuchtigkeitsaktivierten, selektiv texturierbaren Oberfläche, umfassend: einen Gegenstand mit einer selektiv texturierbaren Oberfläche, wobei die selektiv texturierbare Oberfläche eine erste Oberflächentextur, die einem ersten Feuchtigkeitsgehalt nahe der Oberfläche zugeordnet ist, und eine zweite Oberflächentextur aufweist, die einem zweiten Feuchtigkeitsgehalt nahe der Oberfläche zugeordnet ist, wobei die erste Oberflächentextur von der zweiten Oberflächentextur verschieden ist; und ein aktives Material, welches der selektiv texturierbaren Oberfläche funktionell zugeordnet ist, wobei das aktive Material einen ersten Zustand, der dem ersten Feuchtigkeitsgehalt zugeordnet ist, und einen zweiten Zustand aufweist, der einem zweiten Feuchtigkeitsgehalt zugeordnet ist, wobei der erste Zustand ausgebildet ist, um selektiv die erste Oberflächentextur bereitzustellen, und der zweite Zustand ausgebildet ist, um die zweite Oberflächentextur bereitzustellen.
Gegenstand nach Anspruch 7, wobei der Gegenstand ein Reifen ist und die texturierbare Oberfläche eine Reifenlauffläche umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes mit einer selektiv texturierbaren Oberfläche, umfassend, dass: ein Gegenstand mit einer selektiv texturierbaren Oberfläche, wobei die selektiv texturierbare Oberfläche eine erste Oberflächentextur, die einem ersten Aktivierungszustand zugeordnet ist, und eine zweite Oberflächentextur aufweist, die einem zweiten Aktivierungszustand zugeordnet ist, wobei die erste Oberflächentextur von der zweiten Oberflächentextur verschieden ist, aus einem aktivierungszustandsempfindlichen Material gebildet wird, welches ein aktives Material, ein Xerogel, ein thixotropes Material oder ein scherverdickendes Material oder eine Kombination daraus umfasst und funktionell der selektiv texturierbaren Oberfläche zugeordnet und ausgebildet ist, um die erste Oberflächentextur in dem ersten Aktivierungszustand und die zweite Oberflächentextur in dem zweiten Aktivierungszustand bereitzustellen; und die selektiv texturierbare Oberfläche einem von dem ersten Aktivierungszustand oder dem zweiten Aktivierungszustand ausgesetzt wird, um eine von der ersten Oberflächentextur oder der zweiten Oberflächentextur bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend, dass: der Gegenstand ausgesetzt wird, wobei die selektiv texturierbare Oberfläche dem anderen von dem ersten Aktivierungszustand oder dem zweiten Aktivierungszustand ausgesetzt wird, um die andere von der ersten Oberflächentextur oder der zweiten Oberflächentextur bereitzustellen.