ES2893839T3 - Objeto con adherencia regulable - Google Patents

Abstract

Objeto con al menos una superficie con adherencia en seco regulable, comprendiendo esta superficie al menos una aleación con memoria de forma que está revestida al menos parcialmente con al menos un elastómero, caracterizado por que la al menos una aleación con memoria de forma puede formar una estructura superficial que modifica el área de la superficie disponible para la adherencia en seco, formándose la estructura superficial mediante elevaciones o reducciones, caracterizado por que la estructura superficial reversible es una microestructura que presenta al menos una dimensión por debajo de 500 μm en relación con su extensión paralela a la superficie del objeto y se forma una estructura superficial con una altura de más de 0,5 μm, y el revestimiento a partir de al menos un elastómero presenta un grosor de menos de 15 μm en su punto más grueso, y la aleación con memoria de forma es una aleación con memoria de forma de níquel-titanio.

Description

DESCRIPCIÓN

Objeto con adherencia regulable

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un objeto con al menos una superficie con adherencia en seco regulable. Estado de la técnica

La unión de diferentes superficies mediante adherencia juega un gran papel para la formación de uniones de material. En este caso constituye un problema que las uniones se puedan desprender de nuevo solo con dificultad. Esto está vinculado frecuentemente a la disolución o destrucción de la capa adhesiva.

Otra posibilidad es la unión de superficies a través de su adhesividad en seco. En el ámbito de este documento, se entiende por adhesividad en seco la formación de fuerzas adhesivas entre superficies sin sustancias adherentes, como pegamentos. Tales uniones por adherencia se distinguen por que se pueden eliminar de nuevo sin residuos.

Tales sistemas adhesivos se basan frecuentemente en una estructuración de la superficie. Sin embargo, en este caso se debe diferenciar entre sistemas que requieren una contraestructura especial, como por ejemplo ganchos y ojales, y sistemas que pueden formar fuerzas de adherencia con cualquier superficie.

Tales sistemas adhesivos son conocidos, a modo de ejemplo, también por la naturaleza, por ejemplo, en piernas de salamanquesas o insectos. Se supone que en tales sistemas las fuerzas adhesivas se basan en fuerzas de van-der-Waals. En estos sistemas, la estructuración de la superficie en el contacto conduce a un gran aumento del área de contacto y con ello también de la intensidad de las fuerzas de adherencia formadas en el contacto. En el caso de adhesividad en seco, la intensidad de la adherencia entre dos superficies depende de la superficie disponible para la adherencia. Por lo tanto, dos superficies planas se adhieren entre sí claramente mejor que una superficie plana y una rugosa o no plana. En general se considera que dos superficies se adhieren tanto mejor cuanto mayor es la superficie disponible para la adherencia.

Sin embargo, esta superficie no es modificable por regla general, de modo que la fuerza de adherencia de una superficie no es modificable por regla general.

Sin embargo, por el estado de la técnica son conocidos materiales que pueden adoptar diferentes formas en función de influencias externas. Como tales materiales son conocidas en especial las aleaciones con memoria de forma (shape memory alloys, SMAs).

Las aleaciones con memoria de forma pueden experimentar una modificación de su estructura cristalina sin modificación de su composición, pudiéndose desencadenar esta modificación de la estructura cristalina por vía térmica o mecánica. En la mayor parte de los casos, la modificación se desencadena térmicamente, es decir, la aleación con memoria de forma modifica su estructura al alcanzar una determinada temperatura.

La fase de alta temperatura de una aleación con memoria de forma se denomina habitualmente fase de austenita y la fase de baja temperatura se denomina fase de martensita. Las propiedades especiales de las aleaciones con memoria de forma se basan en que ambas fases también se pueden transformar una en otra de manera reversible. En este caso se diferencia entre dos posibilidades diferentes. Si se enfría un objeto de austenita en una determinada forma por debajo de la temperatura de transformación, este se transforma en un objeto de martensita de la misma forma. Después se convierte este objeto en una segunda forma, no sobrepasándose la extensión crítica de martensita (en función de la aleación empleada, en la mayor parte de los casos aproximadamente 5-7 %). Si este objeto se calienta sobre la temperatura de transformación, este se transforma de nuevo en austenita y en este caso adopta de nuevo la primera forma original. Este proceso se puede repetir varias veces. Sin embargo, el objeto de austenita obtenido no se transforma en la segunda forma sin nueva deformación en el enfriamiento por debajo de la temperatura de transformación. Esta se puede obtener solo mediante nueva deformación del objeto. Por lo tanto, este efecto también se denomina “efecto de memoria de forma unidireccional. Se puede conseguir otro comportamiento si el material con memoria de forma se deforma plásticamente o se trata termomecánicamente. Ambos procesos provocan una microestructura en el material, que conduce a que se presente tanto una memoria para la forma del objeto de austenita como también para el objeto de martensita. De este modo, también en el enfriamiento y en la transformación de austenita en martensita se puede provocar una modificación de forma de las estructuras en la superficie. Este proceso es reversible, de modo que, mediante calentamiento y enfriamiento se puede cambiar entre ambas formas. Este efecto se denomina “efecto de memoria de forma bidireccional”.

En este caso se debe considerar que la transformación de martensita en austenita no debe tener lugar a la misma temperatura que la transformación de austenita en martensita. Habitualmente se produce una histéresis. Además, la transformación tiene lugar en un intervalo de temperaturas. Las temperaturas de transformación se denominan temperatura inicial de martensita (Ms) y temperatura final de martensita (Mf), así como temperatura inicial de austensita (As) y temperatura final de austensita (Af). En este caso, las mayúsculas designan el respectivo producto de transformación. Esto significa que, si se enfría austenita, la temperatura Ms representa la temperatura a la que esta comienza a transformarse en martensita. La Figura 1 muestra un diagrama correspondiente. Por lo tanto, habitualmente se considera la relación Mf<Ms<As<Af. Las temperaturas pueden variar si la aleación con memoria de forma está sometida a una tensión. Esto puede aumentar o reducir las temperaturas de transformación. El documento 102010034954 A1 muestra una variante especial de este efecto reversible, donde se muestra la formación reversible de elevaciones sobre una superficie para el almacenamiento de informaciones.

También es conocido el empleo de aleaciones con memoria de forma para uniones adhesivas (por ejemplo US 6,773,535). Sin embargo, en este caso se utiliza la deformación de un componente a partir de aleación con memoria de forma para el debilitamiento de la unión adhesiva.

El documento US 2011/0300358 A1 emplea una aleación con memoria de forma en un compuesto constituido por placas de fibra de carbono para la flexión dependiente de la temperatura.

El documento US 2008/0202637 A1 describe una estructuración de superficie de una aleación con memoria de forma para mejorar la unión entre un polímero y la aleación.

La producción de estructuras de superficie regulables en el intervalo de micrómetros es conocida desde hace poco tiempo. De este modo, el documento DE 10 2010 034 954 A1 describe la producción de depresiones o elevaciones regulables de manera reversible. Estas se utilizan para el almacenamiento de informaciones sobre las superficies, que deben aparecer en el calentamiento.

No se conoce una utilización de la adherencia regulable de superficies mediante aleaciones con memoria de forma.

Tarea Es tarea de la invención poner a disposición un objeto que presente una adherencia en seco regulable. Solución

Esta tarea se soluciona mediante las invenciones con las características de las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones subordinadas se caracterizan perfeccionamientos ventajosos de las invenciones. Por consiguiente, el texto de todas las reivindicaciones se considera contenido de esta descripción mediante referencia.

La tarea se mediante un objeto con al menos una superficie con adherencia en seco regulable, comprendiendo esta superficie al menos una aleación con memoria de forma, que está revestida al menos parcialmente con al menos un elastómero, caracterizado por que la al menos una aleación con memoria de forma puede formar una estructura superficial que modifica el área de la superficie disponible para la adherencia en seco, formándose la estructura superficial mediante elevaciones o reducciones, caracterizado por que la estructura superficial reversible es una microestructura que presenta al menos una dimensión por debajo de 500 pm en relación con su extensión paralela a la superficie del objeto, y se forma una estructura superficial con una altura de más de 0,5 pm, y el revestimiento de al menos un elastómero presenta un grosor de menos de 15 pm en su punto más grueso. Mediante la formación de la estructura superficial se modifica la superficie del objeto. De este modo se modifica el área de la superficie disponible para la adherencia.

En el caso de la adherencia se trata de una adhesividad en seco de la superficie. No se emplean pegamentos. En el caso de la aleación con memoria de superficie (SMA) se trata de una aleación de níquel-titano con memoria de forma, que es apropiada para la formación de una estructura superficial.

En este caso, entretanto son conocidas aleaciones para un gran intervalo de temperaturas. De este modo, son conocidas aleaciones con temperaturas de transformación entre -200 y 200°C. La temperatura de transformación se sitúa habitualmente entre 20°C y 100°C:

La aleación con memoria de forma también puede ser también ferromagnética. En este caso, a través de la proporción de níquel respecto a titanio se puede aumentar o reducir la temperatura de transformación. Para una aleación de NiTi con memoria de forma equimolar (+/- 1 % en moles desviación de 1:1), la temperatura a la que tiene lugar una transformación de austenita en martensita asciende aproximadamente a 35°C (Ms 40°C; Mf 25°C; As 54°C; Af 76°C).

La aleación con memoria de forma está revestida con elastómeros al menos parcialmente. Por regla general, una aleación con memoria de forma tiene una mala capacidad de adherencia. Esto significa que, sin un revestimiento polimérico, solo se puede conseguir una adherencia insuficiente con otra superficie (área coincidente). Esto se puede mejorar claramente mediante la aplicación de un polímero apropiado. En este caso, en la adherencia, al menos una parte del revestimiento polimérico debe entrar en contacto con el área coincidente.

El empleo de una capa polimérica tiene también la ventaja de poder encontrar fácilmente la fuerza de adherencia para una determinada superficie de ensayo, o bien cuerpo de ensayo. En el caso de una estructura superficial dada, el comportamiento de adherencia de polímeros se puede adaptar a un área coincidente. De este modo se pueden analizar fácilmente muchos polímeros.

De modo preferente, los polímeros son suficientemente elásticos, de modo que pueden transmitir la estructura superficial de la aleación con memoria de forma a la superficie del revestimiento. La formación de la estructura superficial no debe dañar el revestimiento polimérico. Tampoco se debe modificar la estructura del revestimiento a las temperaturas empleadas.

El polímero presenta preferentemente un módulo de elasticidad menor que 100 MPa, de modo especialmente preferente menor que 10 MPa.

La temperatura de transición vítrea del polímero se sitúa preferentemente por debajo de la temperatura de transformación de la aleación con memoria de forma, preferentemente por debajo de Mf. La temperatura de descomposición del polímero se debe situar por encima de Af.

En este caso son apropiados todos los polímeros que presentan una adherencia con el área coincidente deseada y pueden actuar de este modo como agente adhesivo para adhesividad en seco.

El al menos un polímero es un elastómero, en especial cauchos o compuestos similares a caucho. La siguiente lista proporciona un resumen de polímeros apropiados. Las abreviaturas se indican según la norma DIN/ISO 1629. Grupo M

Pertenecen al grupo M cauchos con una cadena saturada de tipo polimetileno.

ACM Copolímeros a partir de acrilato de etilo u otros acrilatos con una proporción reducida de un monómero, que facilita la vulcanización.

AEM Caucho de etileno-acrilato.

ANM Copolímeros de acrilato de etilo u otros acrilatos y acrilonitrilo.

CM Polietileno clorado

CSM Polietileno clorosulfonado.

EPDM Terpolímeros de etileno, propileno y un dieno con una parte insaturada de dieno en la cadena lateral. EPM Copolímeros de etileno-propileno.

FPM Cauchos con grupos flúor, fluoralquilo o fluoralcoxi en la cadena polimérica.

Grupo O

A este grupo pertenecen cauchos con oxígeno en la cadena polimérica.

CO Policlorometiloxirano (cauchos de epiclorhidrina).

ECO Copolímeros de óxido de etileno (oxirano) y clorometiloxirano (epiclorhidrina).

GPO Copolímeros de óxido de propileno y alilglicidéter.

Grupo R

El grupo R está caracterizado por que, antes de la letra “R” (= rubber), se añade(n) una o varias abreviaturas del o de los monómero(s) a partir del cual (de los cuales) se produjo el caucho. La letra situada inmediatamente antes de la “R” caracteriza la diolefina a partir de la cual se produjo el caucho. Una letra (o varias letras) antes de la letra de diolefina caracterizan el o los comonómero(s). Para el grupo R se emplea la siguiente clasificación.

ABR Cauchos de acrilato-butadieno.

BR Cauchos de butadieno.

CR Cauchos de cloropreno.

IIR Cauchos de isobuteno-isopreno.

IR Cauchos de isopreno, sintéticos.

NBR Cauchos de acrilonitrilo-butadieno.

NCR Cauchos de acrilonitrilo-cloropreno.

NR Cauchos de isopreno (cauchos naturales).

PBR Cauchos de vinilpiridina-butadieno.

SBR Cauchos de estireno-butadieno.

SCR Cauchos de estireno-cloropreno.

SIR Cauchos de estireno-isopreno.

NIR Cauchos de acrilonitrilo-isopreno.

PSBR Cauchos de vinilpiridina-estireno-butadieno.

Los cauchos que contienen grupos carboxilo se caracterizan mediante la letra “X”:

XSBR Cauchos de estireno-butadieno que contienen grupos carboxilo.

XNBR Cauchos de acrilonitrilo-butadieno.

que contienen grupos carboxilo.

Los cauchos con halógeno en la cadena polimérica se clasifican como sigue:

BIIR Cauchos de bromo-isobuteno-isopreno.

CIIR Cauchos de cloro-isopreno.

Grupo Q

El grupo Q se caracteriza por que el nombre de los sustituyentes en la cadena polimérica se sitúa antes de la denominación de silicona.

MFQ Cauchos de silicona con grupos metilo y flúor en la cadena polimérica.

MPQ Cauchos de silicona con grupos metilo y fenilo en la cadena polimérica.

MPVQ Cauchos de silicona con grupos metilo, fenilo y vinilo en la cadena polimérica.

MNQ Cauchos de silicona exclusivamente con grupos metilo en la cadena polimérica, como polidimetil-siloxano. MQ Caucho de silicona metil-polisiloxano.

MVQ Cauchos de silicona con grupos metilo y vinilo en la cadena polimérica.

Grupo U

Al grupo U pertenecen cauchos con carbono, oxígeno y nitrógeno en la cadena polimérica.

AFMU Terpolímeros de tetrafluoretileno, trifluornitrosometano y ácido nitroso-perfluorbutírico.

AU Caucho de poliesteruretano.

EU Cauchos de polieteruretano.

Además, también son apropiados los cauchos NBR con grupos vinilo, carboxilo y amina terminales no indicados en la anterior lista o acetatos de etilenvinilo (EVA).

El especialista conoce posibilidades para adaptar la elasticidad de los polímeros citados anteriormente a los requisitos de la invención.

Son polímeros preferentes compuestos de silicio del grupo Q modificados orgánicamente, preferentemente siliconas como polidimetilsiloxano o polivinilsiloxano.

Como polímeros orgánicos también se pueden emplear poliisocianatos, poliepóxidos, poli(met)acrilatos, poliésteres o cloruro de polivinilo.

Los poli(met)acrilatos pueden ser (met)acrilatos de poliéster, poliéter, carbonato, epoxi o uretano polimerizados. El revestimiento polimérico se puede aplicar sobre la aleación con memoria de forma de cualquier modo, a modo de ejemplo mediante pulverización, racleado, inmersión o centrifugado. La producción del revestimiento polimérico también puede comprender polimerización y/o endurecimiento del revestimiento.

Puede ser necesario tratar previamente la aleación con memoria de forma, por ejemplo tratamiento de plasma. El revestimiento puede comprender asimismo varias capas y/o polímeros, a modo de ejemplo para mejorar la adherencia sobre la aleación con memoria de forma. También se pueden aplicar revestimientos inorgánicos, por ejemplo, capas metálicas finas.

El revestimiento polimérico también puede contener otros componentes, a modo de ejemplo pigmentos, nanopartículas, partículas magnéticas.

Puede ser necesario adaptar el polímero y/o la estructura superficial a la superficie respecto a la adherencia en seco deseada, en especial respecto al área coincidente a la que se adhiere la superficie. Superficies coincidentes preferentes presentan un módulo de elasticidad más elevado que el revestimiento polimérico. De este modo se garantiza que resulte una modificación de la superficie disponible para la adherencia en la formación de la estructura superficial. El área coincidente puede compensar la modificación que resulta de la formación de la estructura superficial. Por lo tanto, tras formación de la estructura superficial, una menor o una mayor superficie del área coincidente está en contacto con el revestimiento polimérico. Esto modifica la adherencia entre el objeto y el área coincidente.

Ya que la fuerza de adherencia depende del área de contacto entre capa de polímero y área coincidente, el área coincidente se puede configurar especialmente para maximizar el área de contacto con el revestimiento polimérico. A modo de ejemplo, esta puede estar estructurada especialmente. No obstante, también puede ser lisa, en especial si el revestimiento polimérico es igualmente liso.

El área coincidente puede estar constituida por cualquier material. Se puede tratar de materiales orgánicos o inorgánicos, a modo de ejemplo materiales sintéticos, metales, aleaciones o materiales oxídicos como cerámicas o vidrios.

La aleación con memoria de forma puede formar una estructura superficial que modifica el área disponible para la adherencia. En este caso, la aleación con memoria de forma desarrolla elevaciones o reducciones. De este modo se eleva o se reduce la superficie del objeto en estos puntos. Las elevaciones y reducciones se transmiten también a través de la capa polimérica en el caso de lugares revestidos. Ya que la superficie del objeto se modifica mediante la estructura de la superficie, se dispone de un área diferente para la adherencia a un área coincidente. En el caso de un área coincidente plana y una superficie plana del objeto, la formación de la estructura superficial conduce a que una menor área esté en contacto con el área coincidente. Esto reduce correspondientemente la adherencia entre el objeto y el área coincidente. La formación de la estructura superficial reduce preferentemente el área disponible para la adherencia. En contrapartida a las estructuras de salamanquesa, en este caso, la adherencia se reduce mediante la estructuración de la superficie. Esto se ilustra también en la Figura 2.

Solo en el caso de estructura superficial configurada, también es posible que el área para la adherencia sea máxima si el área coincidente está formada correspondientemente a la estructura superficial.

La formación de la estructura superficial también puede consistir en que una estructura existente desaparezca.

La estructura superficial puede presentar cualquier tipo de configuración. Se puede tratar de elevaciones o reducciones que presenten cualquier forma. De este modo, se puede tratar de estructuras con área básica circular, rectangular, lineal o ramificada. Esta puede estar dispuesta sobre la superficie de manera regular o irregular. Las elevaciones pueden presentar conformación semiesférica, esférica o piramidal.

Estructura superficial significa que solo en la superficie de la aleación con memoria de forma, o bien de la capa polimérica aplicada sobre esta, se produce la formación de una estructura. Otras zonas del objeto permanecen inalteradas. En especial no se produce ninguna otra modificación macroscópica de la aleación con memoria de forma. Naturalmente, esto no excluye que se produzcan modificaciones, como por ejemplo transformaciones de cristal en el plano cristalino también dentro de la aleación con memoria de forma, que no tienen, no obstante, una influencia macroscópica. En especial no se produce una flexión o modificación de tamaño de la aleación con memoria de forma fuera de la estructura superficial.

En el caso de la estructura superficial se trata de una microestructura. Esto significa que la estructura presenta al menos una dimensión por debajo de 500 gm en relación con su extensión paralela a la superficie del objeto. Esto significa que la mínima extensión lateral de la estructura asciende a menos de 500 gm. Preferentemente, la mínima extensión lateral de la estructura superficial asciende a menos de 300 gm, de modo especialmente preferente menos de 200 gm, de modo muy especialmente preferente menos de 100 gm.

La altura, o bien la profundidad de la estructura superficial formada, respecto a la superficie de la aleación con memoria de forma depende del procedimiento de producción empleado. En este caso, la altura de la estructura superficial formada asciende a más de 0,5 gm, de modo especialmente preferente más de 0,8 gm. Este requerimiento resulta del hecho que, por una parte, se necesite un cierto grosor de capa polimérica para generar propiedades adhesivas y, por otra parte, las estructuras no deban ser más reducidas que el grosor de capa para provocar una modificación del área de contacto.

La altura de la estructura superficial formada se puede determinada mediante el procedimiento de producción. La estructura superficial también puede estar constituida por características estructurales individuales, como elevaciones redondas o lineales. Estas están distanciadas preferentemente al menos 1 gm, de modo especialmente preferente al menos 30 gm.

Los datos se refieren a la superficie del objeto con el revestimiento polimérico.

Las dimensiones de la estructura superficial se pueden medir con microscopía electrónica de barrido, interferometría de luz blanca, microscopía óptica confocal o AFM.

Las dimensiones aquí indicadas se midieron con interferometría de luz blanca.

El grosor del revestimiento a partir de al menos un polímero se debe adaptar a la estructura superficial formada. Para un óptimo entre regulabilidad y adherencia, el revestimiento presenta un grosor de menos de 15 gm, de modo especialmente preferente menos de 10 gm en su punto más grueso. De este modo se asegura que, en el caso de una microestructura, las modificaciones estructurales de la aleación con memoria de forma se puedan determinar también en la superficie del revestimiento. Para una modificación de los valores absolutos de adherencia se puede variar el grosor de capa.

El grosor de capa óptimo también depende de la altura, o bien profundidad máxima de la estructura superficial formada. La proporción entre grosor del revestimiento polimérico y la altura, o bien profundidad máxima de la estructura superficial asciende preferentemente a menos de 50:1, de modo especialmente preferente 30:1, de modo muy especialmente preferente menos de 10:1.

La aleación con memoria de forma puede formar la estructura superficial de manera reversible o irreversible. Esto depende del tipo de tratamiento previo de la aleación con memoria de forma. Preferentemente, la aleación con memoria de forma puede formar la estructura superficial reversiblemente. De este modo se puede regular la adherencia de la superficie de manera reversible.

La formación de la estructura superficial se desencadena preferentemente por vía térmica. En este caso, la aleación con memoria de forma presenta una primera estructura a una primera temperatura y una segunda estructura a una segunda temperatura. Ambas estructuras se pueden transformar una en otra a través de la correspondiente temperatura. Esto se puede efectuar de manera reversible o irreversible, preferentemente de manera reversible.

La primera temperatura se sitúa preferentemente por debajo de Mf y la segunda temperatura se sitúa por encima de Af. No obstante, por debajo de la temperatura de curado del efecto de memoria de forma reversible. De este modo se garantiza una transformación completa de la aleación con memoria de forma.

Para la temperatura necesaria para la transformación, el objeto se puede calentar o enfriar a esta temperatura. En este caso, el propio objeto puede contener medios para el enfriamiento o el calentamiento. Estos pueden ser dispositivos de calefacción, pero también componentes calentables, por ejemplo capas o partículas calentables por inducción que son, por ejemplo, ferromagnéticas.

En un perfeccionamiento de la invención, la primera estructura de la aleación con memoria de forma es una estructura plana. La estructura superficial se forma preferentemente mediante elevaciones y/o reducciones. Estas representan la segunda estructura.

La superficie de la aleación con memoria de forma está revestida al menos parcialmente con al menos un polímero. Preferentemente está revestida al menos la zona que forma la estructura superficial.

En otra forma de realización de la invención, la superficie está completamente revestida con el polímero.

La estructura superficial se puede obtener de diferentes maneras. La estructura superficial se obtiene preferentemente mediante deformaciones plásticas como estampado o rayado de la superficie de la aleación con memoria de forma en estado martensítico, pero de modo especialmente preferente mediante indentación. Tras una planarización de la superficie deformada plásticamente con anterioridad, en el calentamiento se produce la formación de estructuras en puntos deformados previamente. Estas estructuras se forman de nuevo en el enfriamiento. La forma de las estructuras se puede controlar mediante el tipo de deformación plástica. De este modo se pueden emplear indentadores cónicos, piramidales o esféricos. Esto conduce a elevaciones individuales que se asemejan a la forma del indentador original en su forma. Arañazos alargados en la superficie conducen a elevaciones alargadas como estructura superficial. Correspondientemente, también se pueden grabar patrones más complejos en la superficie. Se pueden obtener estructuras superficiales completamente reversibles con indentadores esféricos.

Las estructuras también se pueden obtener mediante indentación por choque con láser (en inglés Laser Shock Indentation).

La invención se refiere también al empleo del objeto según la invención para la producción de una unión adhesiva en seco separable.

El objeto según la invención se puede emplear en muchos sectores. También puede ser parte de un objeto mayor. Tal adherencia controlable es importante para todas las uniones que se deben separar en determinadas condiciones. Estas pueden ser, a modo de ejemplo, componentes que se deben desprender a determinadas temperaturas. También pueden ser pinzas regulables.

No obstante, el objeto de la invención también se puede emplear en otros sectores en los que sean significativas superficies regulables independientemente de su fuerza de adherencia. Estos pueden ser, a modo de ejemplo, también aplicaciones médicas. Esto puede incluir también la capacidad de crecimiento de células o tejidos. Las superficies regulables también pueden jugar un papel en aplicaciones tribológicas. De este modo, la fricción de la superficie se modifica en función de la estructura superficial. De este modo, el objeto según la invención puede formar una estructura superficial, por ejemplo, calentado mediante calor de fricción.

Otras particularidades y características resultan de la siguiente descripción de

Ejemplos de realización preferentes en combinación con las reivindicaciones subordinadas. A este respecto, las respectivas características se pueden realizar por separado o conjuntamente en combinación entre sí. Las posibilidades de solucionar la tarea no están limitadas a los ejemplos de realización. De este modo, por ejemplo, los datos de intervalo comprenden siempre todos los valores intermedios -no citados- y todos los intervalos parciales concebibles.

Los ejemplos de realización se representan esquemáticamente en las figuras. En este caso, las mismas cifras de referencia en las figuras individuales designan elementos iguales o con la misma función, o bien correspondientes entre sí respecto a sus funciones.

Fig. 1 una medición por DSC (calorimetría diferencial dinámica; Differential Scanning Calorimetry) de la transformación de fases de una aleación de NiTi;

Fig. 2 representación esquemática del empleo de una superficie con adherencia regulable;

Fig. 3 ejemplos de estructuras superficiales;

Fig. 4 modificación de la fuerza de adherencia en función de la temperatura para PDMS puro (respectivamente columna izquierda) y NiTi revestido con PDMS (6-8 gm de grosor; respectivamente columna derecha); Fig. 5 modificación de la adherencia para una muestra con elevaciones individuales como estructura superficial; Fig. 6 modificación de la adherencia para dos muestras con elevaciones individuales a distancia de 450 gm (muestra 40; respectivamente columna derecha) y 750 gm (muestra 50; respectivamente columna izquierda); Fig. 7 modificación de la adherencia de una muestra con elevaciones individuales (muestra 20; respectivamente columna izquierda) y líneas (muestra 60; respectivamente columna derecha);

Fig. 8 imágenes de microscopio óptico de diferentes muestras de la Figura 9 en frío (a, c) y a 84°C (b, d). La Figura 1 muestra la característica de transformación para una aleación de NiTi con 50,3 % at de níquel por medio de un análisis por calorimetría diferencial. A partir del diagrama se pueden leer las temperaturas iniciales y finales para la respectiva transformación. En el calentamiento, la transformación en austenita comienza a aproximadamente 54°C (As) y termina en aproximadamente 76°C (Af). En el enfriamiento, la transformación en martensita comienza a aproximadamente 40°C (Ms) y termina a aproximadamente 25°C (Mf).

En la Figura 2 se muestra una secuencia de empleo de una superficie con adherencia regulable. En el caso mostrado en la figura, la superficie de la aleación con memoria de forma (201) está completamente revestida con una capa polimérica (203). En la primera estructura de la aleación con memoria de forma mostrada en el paso A se presenta una superficie plana. El objeto se aplica con la superficie sobre un área coincidente (205) y se produce una adherencia entre el área coincidente (205) y la capa polimérica (203) (paso B). Ya que ambas superficies son planas, el área que se encuentra disponible para la adherencia es máxima. Ahora se convierte la aleación con memoria de forma en la segunda forma (paso C). Esto se efectúa habitualmente mediante calentamiento a una temperatura por encima de la temperatura de transformación de la aleación con memoria de forma. Se produce la formación de la estructura superficial (207) de la aleación con memoria de forma. La capa polimérica (203) sobre la aleación con memoria de forma se estructura igualmente mediante la formación de la estructura superficial (207). La estructura superficial en el ejemplo mostrado es la formación de elevaciones. De este modo, la superficie del objeto ya no es plana y el área disponible para la adherencia con el cuerpo de ensayo, o bien la superficie de ensayo (205), es más reducida. Este es el caso en especial si el área coincidente (205) no puede compensar la modificación de superficie al ser demasiado rígida. Debido al área más reducida se reduce la adherencia entre el cuerpo de ensayo (205) y el objeto. El objeto se puede desprender del área coincidente (205) con menor fuerza (paso D). Si la aleación con memoria de forma se puede convertir en la primera forma, se alcanza de nuevo la fuerza de adherencia original. Por consiguiente, por medio de un estímulo térmico se puede controlar la adhesividad de esta superficie.

La Figura 3 muestra ejemplos de estructuras superficiales. Las zonas negras son zonas que pueden formar elevaciones o reducciones. La estructura superficial está constituida preferentemente por una variedad de elementos estructurales. De este modo se puede obtener una mayor modificación del área de contacto. La distancia óptima de las estructuras individuales depende del revestimiento polimérico y el área coincidente. Se cortaron las muestras de una aleación de NiTi (Memry, Bethel, Connecticut, Tabla 1) a un tamaño de 3x7 mm. Para la eliminación de la capa de deformación mecánica se efectuó el pulido electroquímico de la superficie de la muestra. Tras el pulido se enfrió la muestra en nitrógeno líquido (-196°C) para asegurar la presencia de una fase martensítica completa.

Para la generación de estructuras superficiales regulables térmicamente se introdujeron impresiones en la superficie por medio de un indentador. A tal efecto se seleccionó un cuerpo de ensayo con una geometría esférica (rubí; 300 gm de diámetro) y una fuerza de 10 N. Las impresiones se introdujeron en una matriz de 32x65 en la superficie (durómetro tipo V-100_C1, Leco Instrumente, Monchengladbach con indentador Vickers de diamante, Ahotec, Remscheid, Alemania). En este caso, la distancia entre dos puntos medios de las impresiones se situaba en 200 gm.

Se introdujeron estructuras superficiales lineales en la superficie por medio de rayado. A tal efecto se introdujeron los arañazos en la superficie con una fuerza constante de 2 N a una distancia lineal de 60 gm (probador de microarañazos; CSEM DT 322-01). A tal efecto se empleó una punta de indentador cónica con un radio de punta de 5 gm y un ángulo de apertura de 90°.

Para obtener una superficie de partida plana se planarizaron las deformaciones a continuación. A tal efecto, se pulieron las muestras hasta el fondo de las impresiones, o bien los arañazos. Sobre la superficie de NiTi planarizada se aplicó polidimetilsiloxano (Sylgard 184, Dow Corning) en proporción 10:1 de base respecto a reticulante con un centrífuga de barnizado. A tal efecto se vertió en primer lugar el PDMS sobre el bloque de NiTi y se centrifugó a 5000 rpm durante 800 s, o bien 200 s. Ambos tiempos proporcionaron revestimientos similares. A continuación se secó la muestra revestida durante 48 horas en el horno a 40°C y se determinó el grosor de capa aplicado por medio de interferometría de luz blanca.

Adicionalmente se produjeron aún muestras en las que se produjo la estructura con un indentador Vickers (10 N; 32x65), empleándose asimismo otro tiempo para el centrifugado. La Tabla 2 muestra un resumen. En el caso del indentador Vickers se indentaron las muestras a -502C.

Se caracterizó el comportamiento de adhesión de la aleación con memoria de forma con la capa de PDMS. En este caso se analizó el comportamiento de desprendimiento de la superficie polimérica del cuerpo de ensayo de vidrio y se midieron las fuerzas adhesivas que se presentaban en este caso.

Para la medición de la adherencia se llevaron las muestras de NiTi/PDMS a una placa de calefacción y se pusieron estas en contacto con un cuerpo de ensayo de vidrio. Si se ha alcanzado una fuerza de precarga determinada, la muestra y el cuerpo de ensayo se separan de nuevo. Se miden las fuerzas que se producen en este caso. Para la medición de la fuerza se pegó el cuerpo de ensayo de vidrio a un muelle de vidrio con constante elástica conocida y se determinó su desviación mediante interferometría. Como cuerpos de ensayo se emplearon una superficie de vidrio plana con un área de 2 mm2 y una bola de vidrio con un diámetro de 4 mm. Para la comparabilidad de los resultados de medición se calculó el factor de influencia del área de contacto.

Las mediciones se realizaron a diferentes temperaturas. La temperatura se controló por medio de un elemento de calefacción controlado por tensión, que se encontraba bajo la muestra de NiTi. Mediante la estructura de la placa de calefacción hay un offset de elemento de calefacción respecto a la muestra de aproximadamente 20°C. Las mediciones se repitieron respectivamente 15 veces. Para mostrar que la fuerza de adherencia descendía de nuevo a la medida inicial tras un claro descenso en el calentamiento se midió de nuevo la muestra tras el enfriamiento.

Ya que en esta medición se modifica la temperatura y la formación de estructuras, a continuación, se analizó aún la influencia de la modificación de temperatura sobre las propiedades del material. A tal efecto se efectuó otra medición de adherencia con una muestra de PDMS pura y una muestra de NiTi/PDMS no tratada con grosor de capa casi idéntico al de la muestra de NiTi/PDMS con estructuración superficial reversible. Para ambas muestras se midió la fuerza de adherencia en el calentamiento de temperatura ambiente (RT) a 100°C con una amplitud de paso de 20°C durante respectivamente 15 ciclos de medición (Figura 4). Se pudo determinar un lento descenso de la fuerza de adherencia con temperatura creciente.

En el caso de una muestra con capa polimérica, pero con estructuración superficial irreversible no se pudo medir una modificación de la adherencia.

La Figura 5 muestra la medición de la adherencia dependiente de la temperatura para una muestra con elevaciones individuales (muestra 30). Hasta 70°C, la adherencia desciende solo aproximadamente en 27 %. A 80°C, la fuerza de adherencia se reduce de 2700 pN a 400 pN (descenso del 85 %). En el caso de nuevo enfriamiento se produce casi completamente de nuevo la fuerza de adherencia original (3700 pN).

En muestras comparativas con un grosor de capa de 33 pm de PDMS no se pudo determinar un descenso tan claro de la fuerza de adherencia. Con este grosor de capa de PDMS, la estructura superficial de la aleación con memoria de forma ya no parece transmitirse a la superficie del objeto.

La Figura 6 muestra la influencia de la distancia de las elevaciones. En este caso se muestra una dependencia del descenso de la fuerza de adherencia de respecto a la distancia las elevaciones. De este modo, la fuerza de adherencia a 450 pm de distancia aumenta más intensamente que a una mayor distancia y también que a una menor distancia de 200 pm. Para medir una influencia de la elevación, al menos una elevación debe entrar en contacto con el cuerpo de ensayo. Si el cuerpo de ensayo se encaja entre estructuras adyacentes debido a su geometría, la influencia de las elevaciones sobre la adherencia es entonces reducida.

La Figura 7 muestra el descenso de la adherencia en comparación de elevaciones individuales a distancia de 200 pm y líneas a distancia de 200 pm.

La Figura 8 muestra imágenes de microscopio óptico de las estructuras superficiales con elevaciones circulares y lineales a temperatura ambiente (a, c) y a 84°C (b, d). La formación de la estructura superficial a través del revestimiento de PDMS se puede identificar claramente. En el caso de líneas se obtiene un patrón lineal con una diferencia de alturas de 0,9 (+/- 0,15) pm. El descenso de la adherencia ascendía al 74 % de 7,63 (+/- 0,15) mN a 2,33 (+/- 0,13) mN. La adherencia se puede restablecer al 83 % tras el enfriamiento.

Tabla 1

Tabla 2

Signos de referencia

201 Aleación con memoria de forma

203 Capa polimérica

205 Área coincidente

207 Estructura superficial

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. - Objeto con al menos una superficie con adherencia en seco regulable, comprendiendo esta superficie al menos una aleación con memoria de forma que está revestida al menos parcialmente con al menos un elastómero, caracterizado por que la al menos una aleación con memoria de forma puede formar una estructura superficial que modifica el área de la superficie disponible para la adherencia en seco, formándose la estructura superficial mediante elevaciones o reducciones, caracterizado por que la estructura superficial reversible es una microestructura que presenta al menos una dimensión por debajo de 500 gm en relación con su extensión paralela a la superficie del objeto y se forma una estructura superficial con una altura de más de 0,5 gm, y el revestimiento a partir de al menos un elastómero presenta un grosor de menos de 15 gm en su punto más grueso, y la aleación con memoria de forma es una aleación con memoria de forma de níquel-titanio.

2. - Objeto según la reivindicación 1, caracterizado por que la estructura superficial formada reduce el área de la superficie disponible para la adherencia.

3. - Objeto según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que la aleación con memoria de forma presenta una primera estructura a una primera temperatura y forma la estructura superficial a una segunda temperatura.

4. - Objeto según la reivindicación 3, caracterizado por que la primera estructura de la superficie es una estructura plana.

5. - Objeto según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la superficie está completamente revestida con el elastómero.

6.- Empleo de un objeto según una de las reivindicaciones 1 a 5 para la producción de una unión adhesiva en seco separable.