專利名稱：具有可選擇性紋理化表面的制品和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示例性實(shí)施方案涉及具有可紋理化表面的制品，更特別涉及具有包含活化條件響應(yīng)材料的可紋理化表面的制品，再更特別涉及具有包含響應(yīng)水分含量或外加剪切力的變化的活化條件響應(yīng)材料的可紋理化表面的制品。
背景技術(shù)：
許多制品具有存在不合意響應(yīng)的表面，如暴露在提高的水分含量下時(shí)，如在它們變濕或以其它方式暴露在提高的水分含量下時(shí)，滑動(dòng)摩擦系數(shù)降低。一個(gè)實(shí)例包括用于各種用途的輪胎，其中胎面遇濕降低相對(duì)于輪胎行駛表面的滑動(dòng)摩擦系數(shù)并可能造成不合意的輪胎性能，如增加的停車距離或降低的轉(zhuǎn)彎性能。其它實(shí)例包括車輛中使用的各種制品， 包括門內(nèi)襯、不滑表面鑲飾、地板、床墊、踏板、踏板套或墊、方向盤、方向盤套等以及非車輛制品，包括各種地板覆蓋物、門內(nèi)襯、不滑表面鑲飾、地板、床墊、覆蓋物和墊子中所用的不滑表面，其中所述表面遇濕通常降低滑動(dòng)摩擦系數(shù)并可能使該表面不合意地易滑。在這些制品中，響應(yīng)它們的濕度條件變化的制品表面滑動(dòng)摩擦系數(shù)變化通常不受控制，因此會(huì)希望提供具有響應(yīng)表面的濕度條件變化的可選擇性控制的摩擦性能的表面， 例如通過響應(yīng)表面處的水分含量提高而保持預(yù)定摩擦水平。因此，希望提供具有可選擇性控制地響應(yīng)表面濕度條件變化的表面的制品。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，提供包含可選擇性紋理化表面的制品。該制品具有可選擇性紋理化表面，所述可選擇性紋理化表面具有與第一活化條件相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理和與第二活化條件相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理，其中第一表面紋理不同于第二表面紋理。該制品還包括包含活性材料、干凝膠、觸變材料或剪切增稠材料的活化條件響應(yīng)材料。在另一示例性實(shí)施方案中，提供包含濕活化的、可選擇性紋理化的表面的制品。該制品具有濕活化的、可選擇性紋理化表面，所述可選擇性紋理化表面具有與該表面附近的第一水分含量相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理和與該表面附近的第二水分含量相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理，其中第一表面紋理不同于第二表面紋理。該制品還包括有效地與所述可選擇性紋理化表面相關(guān)聯(lián)的活性材料，該活性材料具有與第一水分含量相關(guān)聯(lián)的第一條件和與第二水分含量相關(guān)聯(lián)的第二條件，其中第一條件經(jīng)構(gòu)造以選擇性提供第一表面紋理且第二條件經(jīng)構(gòu)造以提供第二表面紋理。在另一示例性實(shí)施方案中，提供制造包含可紋理化表面的制品的方法。該方法包括由有效地與所述可選擇性紋理化表面相關(guān)聯(lián)并經(jīng)構(gòu)造以在第一活化條件中提供第一表面紋理和在第二活化條件中提供第二表面紋理的包含活性材料、觸變材料或剪切增稠材料或其組合的活化條件響應(yīng)材料形成具有可選擇性紋理化表面的制品，所述可選擇性紋理化表面具有與第一活化條件相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理和與第二活化條件相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理，其中第一表面紋理不同于第二表面紋理。該方法還包括使所述可選擇性紋理化表面暴露在第一活化條件或第二條件之一下以提供第一表面紋理或第二表面紋理之一。本發(fā)明進(jìn)一步體現(xiàn)在如下方案中
1.包含可選擇性紋理化表面的制品，其包含
具有可選擇性紋理化表面的制品，所述可選擇性紋理化表面具有與第一活化條件相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理和與第二活化條件相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理，其中第一表面紋理不同于第二表面紋理；和
包含活性材料、干凝膠、觸變材料或剪切增稠材料或其組合的活化條件響應(yīng)材料，其有效地與所述可選擇性紋理化表面相關(guān)聯(lián)并經(jīng)構(gòu)造以選擇性地在第一活化條件中提供第一表面紋理和在第二活化條件中提供第二表面紋理。2.方案1的制品，其中該活化條件響應(yīng)材料包含對(duì)包括流體含量變化的活化條件作出響應(yīng)的活性材料。3.方案2的制品，其中該流體包含水分，且其中該活性材料具有與第一水分含量相關(guān)聯(lián)的第一條件和與第二水分含量相關(guān)聯(lián)的第二條件，其中將第一水分含量設(shè)置成提供第一表面紋理和將第二水分含量設(shè)置成提供第二表面紋理。4.方案3的制品，其中第一表面紋理或第二表面紋理包含所述可選擇性紋理化表面的宏觀方面或微觀方面。5.方案3的制品，其中第一表面紋理大于第二表面紋理且第一水分含量大于第二水分含量。6.方案3的制品，其中第一表面紋理大于第二表面紋理且第一水分含量小于第二水分含量。7.方案3的制品，其中所述可紋理化表面包含所述活性材料。8.方案7的制品，其中該活性材料包含形狀記憶聚合物。9.方案1的制品，其中所述可紋理化表面包含透濕層且所述活化條件響應(yīng)材料有效地與該透濕層相關(guān)聯(lián)。10.方案9的制品，其中所述活化條件響應(yīng)材料與該透濕層有效接觸。11.方案9的制品，其中所述活化條件響應(yīng)材料包含形狀記憶聚合物或干凝膠或
其組合。12.方案1的制品，其中所述活化條件響應(yīng)材料包含對(duì)包括對(duì)該材料施加的剪切應(yīng)力的變化的活化條件作出響應(yīng)的觸變材料或剪切增稠流體。13.方案12的制品，其中所述活化條件響應(yīng)材料包含觸變材料且該觸變材料具有與第一剪切應(yīng)力相關(guān)聯(lián)的第一條件和與第二剪切應(yīng)力相關(guān)聯(lián)的第二條件，其中第一條件經(jīng)構(gòu)造以提供第一表面紋理且第二條件經(jīng)構(gòu)造以提供第二表面紋理。14.方案13的制品，其中所述可紋理化表面包含彈性撓性層且所述觸變材料有效地與該彈性撓性層相關(guān)聯(lián)。15.方案14的制品，其中所述觸變材料包含與該彈性撓性層有效接觸的層。16.方案15的制品，進(jìn)一步包含剛性背襯元件，其中所述觸變材料層位于該剛性背襯元件上。17.包含濕活化的、可選擇性紋理化的表面的制品，其包含
具有可選擇性紋理化表面的制品，所述可選擇性紋理化表面具有與該表面附近的第一水分含量相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理和與該表面附近的第二水分含量相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理， 其中第一表面紋理不同于第二表面紋理；和
有效地與所述可選擇性紋理化表面相關(guān)聯(lián)的活性材料，該活性材料具有與第一水分含量相關(guān)聯(lián)的第一條件和與第二水分含量相關(guān)聯(lián)的第二條件，其中將第一條件經(jīng)構(gòu)造以選擇性提供第一表面紋理且第二條件經(jīng)構(gòu)造以提供第二表面紋理。18.方案17的制品，其中該制品是輪胎且該可紋理化表面包含胎面。19.制造包含可選擇性紋理化表面的制品的方法，包括
由有效地與所述可選擇性紋理化表面相關(guān)聯(lián)并經(jīng)構(gòu)造以在第一活化條件中提供第一表面紋理和在第二活化條件中提供第二表面紋理的包含活性材料、干凝膠、觸變材料或剪切增稠材料或其組合的活化條件響應(yīng)材料形成具有所述可選擇性紋理化表面的制品，所述可選擇性紋理化表面具有與第一活化條件相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理和與第二活化條件相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理，其中第一表面紋理不同于第二表面紋理；和
使所述可選擇性紋理化表面暴露在第一活化條件或第二活化條件之一下以提供第一表面紋理或第二表面紋理之一。20.方案19的方法，進(jìn)一步包括
暴露該制品，其中使所述可選擇性紋理化表面暴露在第一活化條件或第二活化條件的另一者下以提供第一表面紋理或第二表面紋理的另一者。聯(lián)系附圖考慮時(shí)，由本發(fā)明的下列詳述容易看出本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)僅作為實(shí)例出現(xiàn)在下列實(shí)施方案詳述中，該詳述參照附圖，其中
圖1A-1D是如本文中公開的可選擇性紋理化制品及其制造和使用方法的示例性實(shí)施方案的橫截面示意圖2A-2D是如本文中公開的可選擇性紋理化制品及其制造和使用方法的第二示例性實(shí)施方案的橫截面示意圖3A-3C是如本文中公開的可選擇性紋理化制品及其制造和使用方法的第三示例性實(shí)施方案的橫截面示意圖4是具有設(shè)置成主動(dòng)可選擇性紋理化的可選擇性紋理化表面的制品的一個(gè)示例性實(shí)施方案；和
圖5是使用如本文中公開的可選擇性紋理化制品的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)DIA至1D，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案，提供包括可選擇性紋理化表面20并包含主體12的制品10，以及制造和使用制品12的方法。制品10可以是任何合適的制品10，其中希望提供如本文所述的可選擇性紋理化表面20。將可選擇性紋理化表面20 設(shè)置成選擇性地從第一表面紋理30 (圖1C)變成第二表面紋理40 (圖1D)。表面紋理的選擇性改變可用于選擇表面20在各種用途中的性質(zhì)和性能特征。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，這可包括響應(yīng)從第一活化條件32和相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理30變成第二活化條件42和相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理40而使得滑動(dòng)摩擦系數(shù)的選擇性提高或降低。在另一些示例性實(shí)施方案中，這可包括響應(yīng)從第一活化條件32和相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理30 (圖1C)變成第二活化條件42和相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理40 (圖1D)而使得表面20的牽引特性，或更籠統(tǒng)地，表面20靠著與其接觸的配合表面或介質(zhì)(例如流體)的力傳送特性的選擇性提高或降低。制品10的一個(gè)實(shí)例包括用于各種用途的輪胎，其中胎面遇濕造成表面紋理改變和提高相對(duì)于輪胎在其上行駛的表面的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，并提供性能優(yōu)點(diǎn)，如降低的停車距離或提高的轉(zhuǎn)彎性能。制品10的其它實(shí)例包括各種車輛中使用的各種制品，包括門內(nèi)襯、不滑表面鑲飾、地板、床墊、踏板、踏板套或墊、方向盤、方向盤套等，以及非車輛制品，包括各種地板覆蓋物、門內(nèi)襯、不滑表面鑲飾、地板、床墊、覆蓋物和墊子中，所用的不滑表面20，其中該表面遇濕造成表面紋理改變并提高滑動(dòng)摩擦系數(shù)以使該表面較不滑。將可選擇性紋理化表面20設(shè)置成提供如圖IC中所示的與第一活化條件32相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理30，其中第一活化條件32是表面20暴露在降低的水分含量下(例如其中表面20干燥)。還將可選擇性紋理化表面20設(shè)置成提供如圖ID中所示的與第二活化條件42相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理40，其中第二活化條件42是表面20暴露在提高的水分含量下 (例如其中表面20濕或暴露在高濕環(huán)境中)。提高的濕度可以是暴露在液態(tài)水中或該表面附近環(huán)境的水分含量提高，例如，高濕條件，的形式。在這種實(shí)例中，第二表面紋理40由于在表面20上形成的多個(gè)凸起22而大于第一表面紋理30。在第二活化條件42中，凸起22從表面20上凸起并提供提高的表面紋理化，而在第一活化條件32中，表面20具有減少量的紋理化，這是因?yàn)橥蛊?2不存在或尺寸減小(未顯示)。第一表面紋理30不同于第二表面紋理40。差異可包括宏觀差異或方面，例如可紋理化表面20的體積、輪廓或形狀，或其可包括微觀差異或方面，例如，表面粗糙度、孔隙率或微觀形貌、輪廓或形狀特征，或其可包括宏觀和微觀差異的組合。紋理化的這種改變可例如用于提高或降低可紋理化表面和與其接觸的物體之間界面處的滑動(dòng)摩擦系數(shù)。另一實(shí)施方案包括在亞表面層中并入觸變流體膜以使該表面可逆依循局部對(duì)該表面施加應(yīng)力的物體一一如緊握方向盤的手——的形狀，以提高兩者之間的抓握/剪切力。應(yīng)用和實(shí)施方案包括，但不限于，用于被動(dòng)降低濕表面，如地板或其它光滑表面的地板覆蓋物或剎車、氣動(dòng)或其它踏板等，的滑溜性的濕活化SMP紋理化；各種把手， 如網(wǎng)球拍把手，的濕和熱活化紋理化；方向盤或其它與人接觸表面的濕活化紋理化(例如來自手的水分)或剪切力活化紋理化；輪胎表面濕時(shí)的自動(dòng)紋理化；和使用濕傳感器引發(fā)紋理化，無論是用SMP還是非-SMP途徑進(jìn)行。也考慮相反實(shí)施方案，其中濕活化用于隨著所述可選擇性紋理化表面20處存在的水分含量提高而降低表面紋理的量級(jí)并由此提高表面清潔性的容易程度。參照?qǐng)D1A-3C，制品10還包括活化條件響應(yīng)材料50。該活化條件響應(yīng)材料有效地與可紋理化表面20相關(guān)聯(lián)并設(shè)置成在第一活化條件32中提供第一表面紋理30和在第二活化條件42中提供第二表面紋理40。紋理的改變可以可逆(雙向紋理化)或不可逆(單向紋理化)?；罨瘲l件響應(yīng)材料50可包括任何合適的條件響應(yīng)材料50并可設(shè)置成響應(yīng)設(shè)計(jì)成提供可紋理化表面20中的變化的任何合適的活化條件，或響應(yīng)多個(gè)活化條件。合適的活化條件響應(yīng)材料包括活性材料52，如形狀記憶聚合物(SMP)材料53、干凝膠材料M、觸變材料56或剪切增稠材料58或其組合?；罨瘲l件響應(yīng)材料50可以使用或利用各種單向機(jī)制或可逆的雙向機(jī)制以提供表面紋理的改變。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，活化條件響應(yīng)材料 50可包括活性材料52，包括利用由某些種類的形狀記憶聚合物(SMP)表現(xiàn)出的不可逆或可逆濕活化形狀記憶效應(yīng)的SMP材料53，其中已通過合適的成形方法訓(xùn)練的部分SMP提供由可紋理化表面20暴露的水分含量變化活化的尺寸變化。在另一示例性實(shí)施方案中，活化條件響應(yīng)材料50可包括提供流體(例如水)活化的可逆尺寸變化，例如分別在吸收和損失流體時(shí)的膨脹和收縮，的干凝膠以提供可紋理化表面20的可逆紋理化。在又一示例性實(shí)施方案中，活化條件響應(yīng)材料50可包括利用響應(yīng)外加應(yīng)力的材料粘度變化的觸變材料56或剪切增稠(或稀化)材料58 (例如剪切增稠流體58)，其中施加到可紋理化表面20上的應(yīng)力的施加和移除可用于改變其紋理。
活化條件響應(yīng)材料50可以如上述實(shí)施例中那樣被動(dòng)地，或主動(dòng)響應(yīng)指示第一和第二條件32、42的傳感信號(hào)60 (圖4)而提供對(duì)第一活化條件32和第二活化條件42的響應(yīng)。傳感信號(hào)60可以由活化條件響應(yīng)材料50直接提供，或任選通過使用可有效檢測(cè)第一活化條件32和第二活化條件42的適當(dāng)傳感器68提供。如圖4中所示，當(dāng)主動(dòng)提供對(duì)這些條件的響應(yīng)時(shí)，可以通過控制器62，如微電腦基控制器，控制活化條件響應(yīng)材料50的響應(yīng)和變化，以提供設(shè)置成產(chǎn)生活化所述活化條件響應(yīng)材料50所需的活化條件的活化信號(hào)64。 在一些實(shí)施方案中，可以在活化條件響應(yīng)材料50中僅通過活化信號(hào)64產(chǎn)生活化條件，如可直接通過活化信號(hào)64，包括各種電信號(hào)，而活化的活性材料。在另一些實(shí)施方案中，可任選在活化條件響應(yīng)材料50中通過活化信號(hào)64和活化裝置66，如用于熱響應(yīng)材料的加熱器或設(shè)置成為響應(yīng)電場(chǎng)或磁場(chǎng)的材料產(chǎn)生電場(chǎng)或磁場(chǎng)的裝置，來產(chǎn)生活化條件。在一個(gè)實(shí)例中， 活化條件響應(yīng)材料50可用于直接生成指示第一濕或應(yīng)力條件32或第二濕或應(yīng)力條件42 或兩者的傳感信號(hào)60，控制器62可用于使用信號(hào)60主動(dòng)和直接控制活化條件響應(yīng)材料50 以提供第一表面紋理30或第二表面紋理40。在另一實(shí)例中，有效地與活化條件響應(yīng)材料 50連接的傳感器68可用于間接生成指示第一濕或應(yīng)力條件32或第二濕或應(yīng)力條件42或兩者的信號(hào)60，控制器62可用于使用信號(hào)60控制活化裝置66以活化所述活化條件響應(yīng)材料50，從而提供第一表面紋理30或第二表面紋理40。
本文所用的術(shù)語“活性材料”是指表現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)的材料。具體而言，在假塑性變形后，它們可以通過適當(dāng)活化而恢復(fù)至它們的原始形狀。由此，形狀記憶材料可以被動(dòng)或主動(dòng)響應(yīng)活化條件(包括活化信號(hào)，更特別是包括使該材料暴露在合適的流體中的活化條件，更特別是包括使該材料暴露在水分下的活化條件)而變成預(yù)定形狀。正是這些性質(zhì)有利地提供可紋理化表面20。合適的形狀記憶材料包括，但不限于，各種SMP材料，更特別地，各種流體活化的SMP材料，包括濕活化的SMP材料。
“形狀記憶聚合物”通常是指在施加活化信號(hào)時(shí)主動(dòng)地或響應(yīng)環(huán)境條件(例如水分含量)的變化被動(dòng)地表現(xiàn)出性質(zhì)，如彈性模量、形狀、尺寸、形狀取向或包含至少一個(gè)前述性質(zhì)的組合，的變化的聚合材料。在被動(dòng)活化體系中，該形狀記憶聚合物可包括任何合適的 SMP，特別是流體活化的SMP，更特別是濕活化的SMP，其中SMP暴露在合適的流體，如水中， 被動(dòng)造成性質(zhì)變化。選擇SMP和流體以提供所需性質(zhì)變化，如本文所述的那些。在主動(dòng)活化體系中，來自控制器62的流體活化信號(hào)，如指示該材料暴露在合適的或預(yù)定流體中的信號(hào)，可用于控制該活性材料的活化。在這些體系中，可以選擇SMP為熱響應(yīng)的(即由熱活化信號(hào)或響應(yīng)熱條件變化，如溫度變化，造成性質(zhì)變化)或光響應(yīng)的(即由基于光的活化信號(hào)或響應(yīng)照明條件變化，如入射光的波長(zhǎng)或強(qiáng)度變化，造成性質(zhì)變化)或任何其它合適的SMP 性質(zhì)變化機(jī)制?？梢皂憫?yīng)傳感信號(hào)60提供活化信號(hào)64，所述傳感信號(hào)60對(duì)活性材料(例如 SMP)暴露在預(yù)定流體中作出響應(yīng)。這可包括對(duì)流體的任何性質(zhì)作出響應(yīng)的傳感信號(hào)。在水的情況下，這種性質(zhì)可包括濕度、水蒸氣壓力或液態(tài)水的存在或?qū)λ嚓P(guān)條件的變化(如水的存在與否或水的相對(duì)量或相的變化或包含前述至少一種的組合)的另一響應(yīng)。
通常，SMP是包含至少兩個(gè)不同單元(它們可以被描述為規(guī)定SMP內(nèi)的不同鏈段， 各鏈段對(duì)SMP整體性質(zhì)的貢獻(xiàn)不同)的相偏析共聚物。本文所用的術(shù)語“鏈段”是指相同或類似單體或低聚物單元的嵌段、接枝或序列，其共聚形成SMP。各鏈段可以是結(jié)晶或非晶的， 并分別具有相應(yīng)的熔點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。為方便起見，術(shù)語“熱轉(zhuǎn)變溫度”在本文中用于統(tǒng)指Tg或熔點(diǎn)(Tm)，具體取決于該鏈段是非晶鏈段還是結(jié)晶鏈段。對(duì)包含(η個(gè))鏈段的SMP而言，SMP被說成具有硬鏈段和(η-1)軟鏈段，其中硬鏈段具有比任何軟鏈段高的熱轉(zhuǎn)變溫度。因此，SMP具有(η個(gè))熱轉(zhuǎn)變溫度(Tteans)。硬鏈段的熱轉(zhuǎn)變溫度被稱作“最后轉(zhuǎn)變溫度”，所謂“最軟”鏈段的最低熱轉(zhuǎn)變溫度被稱作“第一轉(zhuǎn)變溫度”。重要的是指出，如果 SMP具有以相同熱轉(zhuǎn)變溫度(這也是最后轉(zhuǎn)變溫度)為特征的多個(gè)鏈段，則該SMP被說成具有多個(gè)硬鏈段。
當(dāng)在最后轉(zhuǎn)變溫度以上加熱該SMP材料時(shí)，可賦予該材料永久形狀。可以通過隨后將該材料冷卻至低于該溫度來固定或記憶該SMP材料的永久形狀。本文所用的術(shù)語“原始形狀”、“之前規(guī)定的形狀”和“永久形狀”在描述SMP材料時(shí)是同義的并意在可互換使用。 可以通過將該材料加熱至高于任何軟鏈段的熱轉(zhuǎn)變溫度但低于最后轉(zhuǎn)變溫度的溫度、施加外應(yīng)力或載荷以使該SMP材料變形和隨后在保持該變形外應(yīng)力或載荷的同時(shí)冷卻至低于軟鏈段的特定熱轉(zhuǎn)變溫度來固定臨時(shí)形狀。這示意性圖解在圖IA和IB中，其中在模具80 中模制SMP材料53以制造前體制品10’，其包括具有前體可紋理化表面20’的前體主體 12’，該表面如圖IA中所示具有前體凸起22’。前體凸起22’可具有任何合適的凸起形式或形狀，包括離散的圓形(或其它形狀)隆起、或細(xì)長(zhǎng)脊等。圖IA的模制原樣的形狀可隨后用如圖IB中所示的加熱的壓板90 (—個(gè)或多個(gè))壓制以形成制品10的永久形狀，其中可紋理化表面20平坦并代表在第一活化條件32，如代表水蒸汽形式的環(huán)境大氣濕度的第一水分含量，中的第一表面紋理30，其中可紋理化表面20基本平坦。在暴露在第二活化條件 42，如暴露在如本文中所述包含液態(tài)水的水分中時(shí)，可紋理化表面20呈現(xiàn)模制原樣的構(gòu)造且第二表面紋理40包括凸起22。
可以在濕響應(yīng)SMP材料中通過使特定官能團(tuán)或部分暴露在水分(例如濕氣、水、水蒸汽等)下以有效吸收特定量的水分、對(duì)該濕響應(yīng)SMP材料施加載荷或應(yīng)力和隨后仍在負(fù)荷下除去所述特定量的水分來固定臨時(shí)形狀。為恢復(fù)原始形狀，可以使該濕響應(yīng)SMP材料暴露在水分下(同時(shí)載荷移除)?？梢酝ㄟ^在除去應(yīng)力或載荷的情況下使該材料暴露在流體 (例如水分)中或在高于軟鏈段的特定熱轉(zhuǎn)變溫度但低于最后轉(zhuǎn)變溫度加熱該材料，恢復(fù)永久形狀。因此，應(yīng)該清楚的是，通過合并多個(gè)軟鏈段，可能表現(xiàn)出多個(gè)臨時(shí)形狀，在具有多個(gè)硬鏈段時(shí)，可能表現(xiàn)出多個(gè)永久形狀。類似地使用成層或復(fù)合法，多種SMP材料的組合將表現(xiàn)出在多個(gè)臨時(shí)和永久形狀之間的轉(zhuǎn)變。
對(duì)僅有兩個(gè)鏈段的SMP材料而言，形狀記憶聚合物的臨時(shí)形狀在第一轉(zhuǎn)變溫度固定或/和沒有暴露在水分下，接著在負(fù)荷的同時(shí)冷卻該材料，以鎖定臨時(shí)形狀。只要該SMP 材料保持低于第一轉(zhuǎn)變溫度或/和沒有暴露在水分下，就保持該臨時(shí)形狀。在使SMP材料暴露在流體下，更特別暴露在水分下或再使其達(dá)到高于第一轉(zhuǎn)變溫度(即溫度活化)時(shí)，在載荷移除的情況下恢復(fù)永久形狀。重復(fù)加熱、成型和冷卻步驟可反復(fù)重設(shè)臨時(shí)形狀。
大多數(shù)SMP材料表現(xiàn)出“單向”效應(yīng)，其中該材料表現(xiàn)出一個(gè)永久形狀。在沒有應(yīng)力或載荷的情況下在高于軟鏈段熱轉(zhuǎn)變溫度加熱該形狀記憶聚合物時(shí)，實(shí)現(xiàn)永久形狀；在不使用外力時(shí)，該形狀不會(huì)恢復(fù)回臨時(shí)形狀。
或者，可以制備一些形狀記憶聚合物組合物以表現(xiàn)出“雙向”效應(yīng)，其中該SMP材料表現(xiàn)出兩個(gè)永久形狀。這些體系包括至少兩種聚合物組分。例如，一種組分可以是第一交聯(lián)聚合物，而另一組分是不同的交聯(lián)聚合物。這些組分通過層技術(shù)合并，或是互穿網(wǎng)絡(luò)， 其中這兩種聚合物組分是交聯(lián)的，但不與彼此交聯(lián)。
可以通過暴露在任何合適的流體下，更特別暴露在水分下，再更特別通過有效降低它們的??；來活化該SMP材料。對(duì)于市售聚氨酯，包括包含碳納米管的聚氨酯復(fù)合材料，已表明通過降低Tteans來間接活化該形狀記憶效應(yīng)。通過用于熱誘發(fā)的形狀記憶聚合物的常規(guī)方法擬就(program)臨時(shí)形狀。當(dāng)浸在水中時(shí)，水分?jǐn)U散到聚合物樣品中并充當(dāng)增塑劑， 導(dǎo)致經(jīng)擬就的形狀得以恢復(fù)。在基于聚氨酯的聚合物和復(fù)合材料中，通過浸在水中來降低 Tg，例如從35°C降至低于環(huán)境溫度。已經(jīng)表明，Tg的降低取決于水分吸收，這又取決于浸漬時(shí)間。在依賴于時(shí)間的浸漬研究中，已經(jīng)表明，可以在0 - 4. 5重量％之間調(diào)節(jié)吸水，這伴隨著0K°至35Κ°之間的Tg降低。由于在240小時(shí)后實(shí)現(xiàn)的最大吸水為大約4.5重量％，這種形狀記憶聚合物仍必須被理解為是聚合物而非水凝膠。在聚醚氨基甲酸乙酯聚倍半硅氧烷嵌段共聚物中已實(shí)現(xiàn)對(duì)水活化的形狀記憶聚合物的不同策略。在此，低分子量聚(乙二醇) 或PEG已用作聚醚鏈段。在浸在水中時(shí)，PEG鏈段溶解，導(dǎo)致1消失和恢復(fù)永久形狀。參見 "Shape Memory Polymers 〃，Materials Today,第 10 卷，No. 4，第 20- 頁，2007 年 4月。
在使用熱響應(yīng)SMP材料的主動(dòng)活化體系的情況下，通過改變溫度，該形狀記憶聚合物沿著第一永久形狀或第二永久形狀的方向改變其形狀。這些永久形狀各自屬于SMP的一種組分。總體形狀的溫度依賴性由一種組分(“組分A”)的機(jī)械性質(zhì)幾乎獨(dú)立于相關(guān)溫度區(qū)間中的溫度的事實(shí)造成。另一組分(“組分B”)的機(jī)械性質(zhì)在相關(guān)溫度區(qū)間中是溫度依賴性的。在一個(gè)實(shí)施方案中，組分B在低溫下變得比組分A強(qiáng)，而組分A在高溫下更強(qiáng)并決定實(shí)際形狀?？梢酝ㄟ^固定組分A的永久形狀(“第一永久形狀”)、使雙向記憶裝置變形成組分B的永久形狀(“第二永久形狀”)和在施加應(yīng)力的同時(shí)固定組分B的永久形狀來制備該裝置。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可以以許多不同形式和形狀設(shè)置SMP材料。設(shè)計(jì)該聚合物本身的組成和結(jié)構(gòu)允許為所需用途選擇特定溫度。例如，根據(jù)特定用途，最后轉(zhuǎn)變溫度可以為大約0°c至大約300°C或更高。形狀恢復(fù)溫度(即軟鏈段熱轉(zhuǎn)變溫度)可以大于或等于大約_30°C。另一形狀恢復(fù)溫度可以大于或等于大約40°C。另一形狀恢復(fù)溫度可以大于或等于大約100°C。另一形狀恢復(fù)溫度可以小于或等于大約250°C。另一形狀恢復(fù)溫度可以小于或等于大約200°C。最后，另一形狀恢復(fù)溫度可以小于或等于大約150°C。
任選地，可以選擇該SMP材料以提供應(yīng)力誘發(fā)的屈服，這可直接(即不在高于其熱轉(zhuǎn)變溫度加熱SMP材料以使其“軟化”)用于使該墊料依循給定表面。SMP材料在這種情況下可承受的最大應(yīng)變?cè)谝恍?shí)施方案中與該材料在高于其熱轉(zhuǎn)變溫度變形時(shí)的情況相當(dāng)。
盡管已參考和將進(jìn)一步參考熱響應(yīng)SMP材料，但本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本公開會(huì)認(rèn)識(shí)到，除了或取代熱響應(yīng)SMP材料，可容易地使用光響應(yīng)SMP材料和通過其它方法活化的 SMP材料。例如，代替使用熱，可以在光響應(yīng)SMP材料中通過用有效形成特定交聯(lián)的特定波長(zhǎng)的光照射該光響應(yīng)SMP材料(在負(fù)荷的同時(shí))和隨后仍在負(fù)荷的同時(shí)停止照射來固定臨時(shí)形狀。為恢復(fù)原始形狀，可以用有效裂解該特定交聯(lián)的相同或不同的特定波長(zhǎng)的光照射該光響應(yīng)SMP材料(載荷移除了)。
這說明，可以選擇SMP材料以提供寬范圍的被動(dòng)環(huán)境條件或主動(dòng)誘發(fā)條件，它們可用作第一條件32以獲得第一表面紋理30和用作第二條件42以獲得第二表面紋理40。
無論SMP材料的特定類型如何，合適的形狀記憶聚合物可以是熱塑性塑料、熱固性-熱塑性共聚物、互穿網(wǎng)絡(luò)、半-互穿網(wǎng)絡(luò)或混合網(wǎng)絡(luò)。該SMP材料“單元”或“鏈段”可以是單聚合物或聚合物共混物。該聚合物可以是含側(cè)鏈或樹枝狀結(jié)構(gòu)構(gòu)件的線型或支化彈性體。適用于形成形狀記憶聚合物的聚合物組分包括，但不限于，聚磷腈、聚(乙烯醇)、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯酰胺、聚(氨基酸)、聚酐、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚烯、聚丙烯酰胺、聚烷撐二醇、聚環(huán)氧烷、聚對(duì)苯二甲酸亞烷基酯、聚原酸酯、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚鹵乙烯、聚酯、聚交酯、聚乙交酯、聚硅氧烷、聚氨酯、聚醚、聚醚酰胺、聚醚酯及其共聚物。合適的聚丙烯酸酯的實(shí)例包括聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸丁酯)、 聚(甲基丙烯酸異丁酯)、聚(甲基丙烯酸己酯)、聚(甲基丙烯酸異癸酯)、聚(甲基丙烯酸十二烷基酯)、聚(甲基丙烯酸苯基酯)、聚(丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸異丙酯)、聚(丙烯酸異丁酯)和聚(丙烯酸十八烷基酯)。其它合適的聚合物的實(shí)例包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯酚、聚乙烯基吡咯烷酮、氯化聚丁烯、聚(十八烷基乙烯基醚)、聚(乙烯乙酸乙烯酯)、聚乙烯、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、聚乙烯/尼龍(接枝共聚物)、聚己內(nèi)酯-聚酰胺(嵌段共聚物)、聚(己內(nèi)酯)二甲基丙烯酸酯-丙烯酸正丁酯、聚(降冰片烯基-多面體低聚倍半硅氧烷)、聚氯乙烯、氨基甲酸乙酯/ 丁二烯共聚物、含聚氨酯的嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物等。在合意的是SMP的濕活化的一個(gè)示例性實(shí)施方案中，可以使用各種聚氨酯作為活化條件響應(yīng)材料50。用于形成上述SMP中的各種鏈段的聚合物可購得或可使用常規(guī)化學(xué)方法合成。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易使用已知化學(xué)方法和加工技術(shù)制備該聚合物而無需過度實(shí)驗(yàn)。
參照?qǐng)D2A-2D，包括可選擇性紋理化表面20的制品10包含主體12，圖2C和2D。 主體12包括容納活化條件響應(yīng)材料50的凹穴14，也可包括各自容納活化條件響應(yīng)材料50 的多個(gè)凹穴14。合適的活化條件響應(yīng)材料50 (或多種材料50)經(jīng)構(gòu)造以在暴露在合適的活化流體51中時(shí)提供體積變化，優(yōu)選實(shí)質(zhì)體積變化。彈性流體可透膜16經(jīng)構(gòu)造以允許所需活化流體51進(jìn)出凹穴14以接觸活化條件響應(yīng)材料50且活化條件響應(yīng)材料50有效地與該透濕層相關(guān)聯(lián)以在膨脹時(shí)該材料抵住彈性膜16，由此使該膜彈性變形和提供凸起22。因此，在其中可紋理化表面20尚未暴露在活化流體51中的第一活化條件32中，提供第一表面紋理30，其中可紋理化表面20如圖2C中所示基本平坦。在其中可紋理化表面20已暴露在活化流體51中的第二活化條件42中，提供第二表面紋理40，其中可紋理化表面20如圖2D中所示包括凸起22。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，活化條件響應(yīng)材料50包括干凝膠材料M且活化流體51是有機(jī)或無機(jī)液體，例如液體水形式的水分?？梢允褂萌魏魏线m的干凝膠，包括具有大約25%的孔隙率和大約150 - 900平方米/克的表面積和大約1-10納米的孔尺寸的那些。在另一示例性實(shí)施方案中，活化條件響應(yīng)材料50包括SMP材料53，將其模制以從凹穴14中提供至少一個(gè)前體凸起22’(圖2A)并隨后例如通過使用加熱壓板90 (或如圖IB中所示的兩個(gè)相對(duì)壓板90)壓制來成型以用主體12的表面13提供基本平坦表面(圖2B)，于是將流體可透膜層16通過粘合到表面13上來并入主體12中(圖2C)。
參照?qǐng)D3A-3C，包括可選擇性紋理化表面20的制品10包含主體12。主體12包括剛性背襯114。剛性背襯可包括任何合適的剛性背襯材料，包括各種金屬、聚合物、陶瓷或復(fù)合材料或其組合?；罨瘲l件響應(yīng)材料50的層115如圖3A中所示位于剛性背襯114的外表面116上。層115可具有任何合適的厚度(t)以提供所需的如本文所述使可紋理化表面 20紋理化的能力。外表面116上方的厚度(t)可以恒定或可變。活化條件響應(yīng)材料50可包括對(duì)包含對(duì)該材料施加的剪切應(yīng)力變化的活化條件做成響應(yīng)的觸變材料56或剪切增稠 (或稀化)流體58。如圖;3B中所示在活化條件響應(yīng)材料50的層115上布置彈性撓性或可變形層118并連接到背襯114的上表面121上。彈性撓性層118可包括任何合適的彈性撓性材料117，包括各種金屬、聚合物、陶瓷或復(fù)合材料或其組合。這代表第一活化條件32和第一表面紋理30，其中可紋理化表面20如圖;3B中所示基本平坦。合適的活化條件響應(yīng)材料50經(jīng)構(gòu)造以在如圖3C中所示由物體120施加合適的剪切應(yīng)力119時(shí)提供形狀變化。在施加剪切應(yīng)力119時(shí)，可紋理化表面20暴露在第二活化條件42下并呈現(xiàn)具有凹進(jìn)23的第二表面紋理40。由于觸變材料56或剪切增稠流體58的性質(zhì)，可紋理化表面20的響應(yīng)可以是時(shí)間相關(guān)的?？梢杂扇魏魏线m的物體120，包括制品、機(jī)械或人類使用者、施加剪切應(yīng)力119。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，制品10是平片且該物體是壓板120。在另一示例性實(shí)施方案中，制品10是方向盤且該物體是壓住方向盤的人類使用者的手的手指121。在釋放剪切應(yīng)力119后，彈性撓性層118施加法向力和剪切力的組合，它們經(jīng)構(gòu)造以使制品10逐漸恢復(fù)至第一活化條件和圖3B中圖解的構(gòu)造；因此，可紋理化表面20是可逆的?？梢酝ㄟ^任何合適的布置方式將彈性撓性層118置于層115上，包括將其連接到主體12的一部分， 如上表面121上。
參照?qǐng)D5，描述使用包括可選擇性紋理化表面20的制品12的方法200。方法200 包括由有效地與所述可選擇性紋理化表面20相關(guān)聯(lián)并經(jīng)構(gòu)造以在第一活化條件32中提供第一表面紋理30和在第二活化條件42中提供第二表面紋理40的活化條件響應(yīng)材料50， 包含活性材料52、干凝膠材料M、觸變材料56或剪切增稠材料58或其組合，形成210具有可選擇性紋理化表面20的制品12，所述可選擇性紋理化表面20如本文所述具有與第一活化條件32相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理30和與第二活化條件42相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理40，其中第一表面紋理30不同于第二表面紋理40。方法200還包括使所述可選擇性紋理化表面 20暴露220在第一活化條件32或第二條件42之一下以分別提供第一表面紋理30或第二表面紋理40之一。方法200還可以包括暴露230制品12，其中使所述可選擇性紋理化表面 20暴露在第一活化條件32或第二活化條件42另一者下以提供第一表面紋理30或第二表面紋理40的另一者。
盡管已參照示例性實(shí)施方案描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，可以在不背離本發(fā)明范圍的情況下作出各種變動(dòng)和用等效物取代其要素。此外，可以在不背離其基本范圍的情況下作出許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，無意將本發(fā)明限于作為本發(fā)明的最佳實(shí)施方式公開的具體實(shí)施方案，本發(fā)明包括落在本申請(qǐng)范圍內(nèi)的所有實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.包含可選擇性紋理化表面的制品，其包含具有可選擇性紋理化表面的制品，所述可選擇性紋理化表面具有與第一活化條件相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理和與第二活化條件相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理，其中第一表面紋理不同于第二表面紋理；和包含活性材料、干凝膠、觸變材料或剪切增稠材料或其組合的活化條件響應(yīng)材料，其有效地與所述可選擇性紋理化表面相關(guān)聯(lián)并經(jīng)構(gòu)造以選擇性地在第一活化條件中提供第一表面紋理和在第二活化條件中提供第二表面紋理。
2.權(quán)利要求1的制品，其中該活化條件響應(yīng)材料包含對(duì)包括流體含量變化的活化條件作出響應(yīng)的活性材料。
3.權(quán)利要求2的制品，其中該流體包含水分，且其中該活性材料具有與第一水分含量相關(guān)聯(lián)的第一條件和與第二水分含量相關(guān)聯(lián)的第二條件，其中將第一水分含量設(shè)置成提供第一表面紋理和將第二水分含量設(shè)置成提供第二表面紋理。
4.權(quán)利要求3的制品，其中第一表面紋理或第二表面紋理包含所述可選擇性紋理化表面的宏觀方面或微觀方面。
5.權(quán)利要求1的制品，其中所述可紋理化表面包含透濕層且所述活化條件響應(yīng)材料有效地與該透濕層相關(guān)聯(lián)。
6.權(quán)利要求5的制品，其中所述活化條件響應(yīng)材料包含形狀記憶聚合物或干凝膠或其組合。
7.包含濕活化的、可選擇性紋理化的表面的制品，其包含具有可選擇性紋理化表面的制品，所述可選擇性紋理化表面具有與該表面附近的第一水分含量相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理和與該表面附近的第二水分含量相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理， 其中第一表面紋理不同于第二表面紋理；和有效地與所述可選擇性紋理化表面相關(guān)聯(lián)的活性材料，該活性材料具有與第一水分含量相關(guān)聯(lián)的第一條件和與第二水分含量相關(guān)聯(lián)的第二條件，其中將第一條件經(jīng)構(gòu)造以選擇性提供第一表面紋理且第二條件經(jīng)構(gòu)造以提供第二表面紋理。
8.權(quán)利要求7的制品，其中該制品是輪胎且該可紋理化表面包含胎面。
9.制造包含可選擇性紋理化表面的制品的方法，包括由有效地與所述可選擇性紋理化表面相關(guān)聯(lián)并經(jīng)構(gòu)造以在第一活化條件中提供第一表面紋理和在第二活化條件中提供第二表面紋理的包含活性材料、干凝膠、觸變材料或剪切增稠材料或其組合的活化條件響應(yīng)材料形成具有所述可選擇性紋理化表面的制品，所述可選擇性紋理化表面具有與第一活化條件相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理和與第二活化條件相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理，其中第一表面紋理不同于第二表面紋理；和使所述可選擇性紋理化表面暴露在第一活化條件或第二活化條件之一下以提供第一表面紋理或第二表面紋理之一。
10.權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括暴露該制品，其中使所述可選擇性紋理化表面暴露在第一活化條件或第二活化條件的另一者下以提供第一表面紋理或第二表面紋理的另一者。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有可選擇性紋理化表面的制品和使用方法。具體而言，提供具有可紋理化表面，即可以不可逆或可逆構(gòu)造其紋理的表面的制品。該制品包括可選擇性紋理化表面，所述可紋理化表面具有與第一活化條件相關(guān)聯(lián)的第一表面紋理和與第二活化條件相關(guān)聯(lián)的第二表面紋理，其中第一表面紋理不同于第二表面紋理。該制品還包括包含活性材料或觸變材料或其組合的活化條件響應(yīng)材料，其有效地與所述可紋理化表面相關(guān)聯(lián)并經(jīng)構(gòu)造以在第一活化條件中提供第一表面紋理和在第二活化條件中提供第二表面紋理。
文檔編號(hào)F16S5/00GK102537646SQ20111038967
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者L. 布勞恩 A., L. 約翰森 N. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司