[发明专利]将聚合物工件联接至其它部件

说明书

技术领域

本发明涉及将形状记忆聚合物工件的表面联接至第二工件的互补面对表面。

背景技术

存在许多制造出的物品，在其制造过程中会将聚合物部件联接至另一部件。例如，有时需要将塑料衬里、条带或面板附接到冲压金属面板上。在这种情况下，聚合物部件和金属面板被放置或组装成表面与表面接触并且实施附接或联接操作。

机械紧固件通常被用于这种联接工艺中。这就需要在附接操作中清查所述紧固件并对它们进行处理。在其它应用中，粘结剂已被用于将一个或多个聚合物部件附接到金属表面上。但粘结剂连结需要施加粘结剂剂型并且设置或连结所施加的粘结剂材料以便进行连结。对于许多这种聚合物-金属组件而言，机械或粘结剂附接的成本和加工复杂性是优选的或可被容忍的。但更简单且不那么昂贵的附接方法可使得能够进行其它产品应用，其中聚合物部件被联接至第二工件如板片或条带。

发明内容

本说明书披露了一种用于将聚合物部件或工件附接到第二工件上的联接工艺。所述聚合物部件具有适当的形状记忆性质，正如将要描述地那样，以便进行所述附接。这种聚合物组合物通常被称作形状记忆聚合物(SMP)。在对所述联接工艺做出说明之前，对适用于所述联接工艺中的形状记忆聚合物进行描述可能是有所帮助的。

形状记忆聚合物是那些聚合物分子的组合物，所述组合物在其温度升高至高于特征温度时其弹性模量会呈现出显著且可逆转的变化，所述特征温度已公知地被称作转变温度(Ts)。实现这种温度升高的手段有时被称作形状记忆材料的“激活”。当形状记忆聚合物的温度升高至高于其Ts时，其弹性模量通常显著降低十倍或百倍或更多倍。一种类型的形状记忆聚合物是包括相对较硬的晶体嵌段(crystallinesegment)(或微相(micro phase))和相对较软的非晶嵌段(或微相)的半晶体共聚物族。在这种情况下，共聚物的Ts是软的非晶相的玻璃转变温度(Tg)。软的非晶相嵌段是形状记忆聚合物的更低温度的软化相，且当材料的温度高于其Ts时，由于非晶相产生了从玻璃态向橡胶态的转变，因此使得共聚物的弹性模量急剧下降。已公知地还存在其它类型的形状记忆聚合物，其中Ts对应于聚合物的其中一个相的熔化。尽管本说明书中说明的实施例集中在上述类型的形状记忆聚合物上，但本发明可毫不费力地延伸保护其它类型的形状记忆聚合物。

在高于硬嵌段的熔点(Tm)的温度下通过热机械加工使得由上述形状记忆聚合物制成的部件获得了永久形状。随后冷却至低于T_s的温度导致产生了刚性的聚合物(例如，E＝800MPa，其中E是在相对较冷的温度下的聚合物材料的弹性模量)。材料在介于Ts与Tm之间的温度范围内作为软聚合物(例如E＝4MPa)存在，由此使得在该实例中弹性模量降低了两百倍。当材料在该温度范围内高于Ts的温度下时，其可易于变形为不同的暂时形状。典型的形状记忆聚合物在其软化状态下的弹性伸长率(或伸展范围)为约100％至300％，而不会产生永久变形。如果聚合物并未产生劣化(例如由于塑性屈服、加热超出其氧化温度等)，则可通过在没有外部载荷的情况下在高于软相的Ts的温度下对所述聚合物进行长时间均热处理(soaking)而回复原始的永久形状。通过这种方式可回复达200％-300％的应变。材料已公知地受到数百次加热循环而产生变形从而设定暂时形状和/或受到加热以便回复永久形状。

本发明的联接工艺利用了形状记忆聚合物的软聚合物状态的更低的弹性模量与刚性聚合物状态的更高的模量之间的适当差异，从而首先在所述聚合物工件与所述第二工件之间建立起软连接且随后保持坚固连接。一个或多个通孔或盲孔被用于所述第二工件中以便附接所述聚合物部件。所述第二部件可由具有适当刚度的任何材料制成以便完成联接工艺。在许多情况下，所述第二工件将为金属工件且将会结合将形状记忆聚合物部件联接至金属部件而对本发明的实施方式进行描述。