生产基础材料上的粘附元件的方法

专利名称：生产基础材料上的粘附元件的方法
技术领域：
本发明涉及通过将至少一种塑性材料导入至少一种成形元件来生产基础材料上的粘附元件的方法。
专利WO 94/23610A1公开了一种制造粘附闭合件的方法，其中，预制的基础件具有多个柄(stem)，柄与基础件适宜结合成一体。作为以这种方法制造的粘附闭合件的一种可能的应用，特别公开用于婴儿尿布或医院病服的粘附闭合的形成。为了制造能够使用于这种服装制品的粘附闭合的粘附闭合件，每平方厘米需要相当大数目的互锁手段；因为用来形成现有技术的互锁手段的成型辊必须具有相对应数目的腔穴，而腔穴仅能通过重击产生，因此导致相对高的制造成本。以这种方式制造的粘附闭合件具有在垂直方向上凸出的柄，柄一体地布置在膜状基础材料上，在柄的活动端配有顶侧扩张(head-sideflare)，并产生与对应的绒头织物或毛绒材料形成相互作用的可分离式粘附闭合，其中，绒头织物或毛绒材料与柄材料的顶侧扩张的下侧(underside)机械地互锁。在德语国家中，这些闭合系统通常以注册商标Kletten粘附闭合(维可罗型扣件)做广告。Kletten粘附闭合系统的缺点是为了有效粘附，因此系统必须与对应的闭合件(绒头织物或毛绒织物)一直相互作用以形成实际的粘附闭合；通过一闭合件的顶侧端(head-side ends)啮合位于顶侧端和另一闭合件的柄之间的空间，现代的闭合系统当前也能够同样地使顶闭合部彼此连接以形成粘附闭合，并且对比柄顶部呈放射状扩张，其边缘面彼此相向，因而彼此互锁，这些闭合系统也做成可分离的。
此外，现有技术披露了制造有原纤维组织的聚丙烯或聚乙烯膜(DE 198 37 498 A1，US 6,432,347 B1)的方法，该方法通过技术或设备上的特殊方法使用现有的工厂设备(用于平膜、吹制膜或冷却滚轴工艺用途的膜挤压装置)，无需分成条状就能够对膜进行复杂的伸展、形成原纤维以及缠绕，因而能生产具有各种宽度和大长度的网状膜。以这种已知方法进行的单轴伸展的结果是提高了分子纤维定向作用，并且能够用这样的方法制造织物，该织物被用作土工织物或在建筑物中用于加固。此外，在德国专利文件1 175 385以及美国专利6,432,347中，描述了通过使用旋流喷嘴和具有高压脉冲的喷水式喷射器使膜材料纤维化，以这种方式获得具有改进热力和声音绝缘特性的改进的滤过材料或膜状材料。
为了获得关于粘附闭合件的结合技术的新效果，对于粘附闭合件后来公开的DE 10325 372 A1提议，粘附闭合材料的柄的至少一部分活动端需配有许多单个的纤维，选取各个纤维直径为非常细，这样在每条单个纤维的活动端上，仅很小的接触面可使用，例如0.2-0.5μm。在最佳实施例中，单个的纤维连接的柄结构的厚度范围也可以在纳米范围，例如100-400nm。这些数量级用于与对应零件(表面)的相互作用是足够的，其通过所谓的范德瓦尔斯力，使粘附闭合件固定在零件(表面)上。
范德瓦尔斯力是存在于分子之间的力，为惰性原子和饱和分子之间形成的弱结合力，并称作范德瓦尔斯力。尽管在原子的相互作用中仅产生所谓的分散力，但在分子中产生的相互作用或可能出现的永久偶极矩(定向效应)作为额外的引力是活跃的。应当指出，许多作者认为范德瓦尔斯力是分子之间的力的同义词，但是范德瓦尔斯力大多数被定义为带能量的中性分子之间的非常广范围的引力，其以分子距离的6次方下降。这种力能够在例如分子点阵晶、包含化合物、分子化合物的主客关系中有效观察到，以及在胶体化学、界面和表面化学的现象中有效观察到(比较RMPPS CHEMIE LEXIKON，第八版，Frankh’sche Verlagshandlung Stuttgart)。
为了得到这些单个的纤维，在条状基础件上，首先，凸出的圆柱形柄由塑性材料制造，并且通过丝网、砑光方法或通过免模具的雾滴应用方法，从成型辊方法得到，接下来，柄端被化学地、机械地或电力地分成单个的细丝或单个的纤维。以这种方法得到的粘附闭合件或粘附元件可发现其在自然界中相似的物，例如由于壁虎脚的构造，使得壁虎能够在天花板上爬行，或者沿玻璃表面垂直移动。在壁虎脚上数千的鬃毛以技术语言称作“刚毛”，而与活动鬃毛端邻接的单个的纤维或单个的细丝称作“纤毛”。
因此，WO 01/49776 A1提议从活性物体提取刚毛元件以构造粘附闭合件，并将其与作为基础的承载件结合，将具有吸移技术的成形方法以及现代压力方法确定为置换生产方法(replacement production processes)。类似地，WO 03/095190 A1提议通过将第一成形模板一致地连接到用于成型纤毛的第二成形模板来预制刚毛元件。除了模子拆除问题，指示模板技术、以及其他与壁虎脚爪构造的仿真限制有关的指示方法仅适用于在实验室实现的框架中。在采用这些方法的大规模工业中应用范德瓦尔斯力于粘附闭合件或粘附件是不可能的。
源于现有技术，本发明的目的是为了进一步改善已知的基于范德瓦尔斯力粘附的粘附元件的制造方法，从而经济地大规模工业制造粘附元件，并且大量地完善粘附动作。本目的可由具有权利要求1全部特征的方法来实现。
采用本发明所要求的方法能够生产具有扩口(flared ends)的、通过指示范德瓦尔斯力来实现粘附的粘附元件，因此，根据存在于自然界的制约力，壁虎脚的非常优异的粘附值作为生物力学模型得以实现，且无需纤维化粘附柄。对于闭合技术领域中普通技术人员来说，抛弃必须完全仿生的方法，主要通过范德瓦尔斯力实现非常优异的粘附特性是很令人惊讶，在这里，无需纤维化的柄端具有扩口表面。
这种粘附件能够非常经济地进行大规模工业制造，并且能够从根本上可分离地连接到任何表面(基础)，例如，为了以这种方式将具有粘附元件的本体件(body part)连接到车架，或以这种方式通过指示范德瓦尔斯力使粘附元件与其扩口表面直接相互作用，无需其他连接器即可将图画或显示屏悬挂在墙上。
如果使用本发明所要求的方法制造的粘附元件用于服装业，则无需在服装部分上进行另外的改变，特别是在服装部分上无需毛绒或绒头织物，以这样的方式确保与其他传统的粘附闭合件(纽扣或挂钩)的互锁。确切地说，通过活动扩口，具有粘附元件的闭合件能够通过活动扩口与服装织物材料相互作用以产生连接。已经发现，为了从表面分离粘附元件，粘附元件最佳适宜以90度角剥离表面，为了以这种方式释放通过范德瓦尔斯力的互锁，并能够再次从任何自然的表面移除该闭合，取决于此闭合系统的构造，这些结合与释放过程能够重复发生几千次是适宜的。
为了制造闭合或适宜的结合，将具有不同柄形的粘附元件的活动扩口的粘附元件平放在表面上是足够的。最好提供对粘附元件的长度进行选择，这样对于每个柄均可通过其柄的活动端终止于普通的平面中，由于范德瓦尔斯力仅在极短距离内起作用，因此适宜规定从单个柄的扩口的活动接触端到指定表面的距离是基本恒定的。为了防止粘附元件扭结从产生接触的表面脱离，粘附元件具有相对固有硬度；但是为了确保好的释放行为，规定通过扩口到柄的过渡区域的直径相应减小使扩口以这种方式连接到柄。这样，在过渡点形成了一种接合，因此，具有柄的条状基础件被剥离，并且通过各自的接合，静止的粘附表面端头部在展开运动的方向上进行剥离运动。
如果每平方厘米基础材料具有大约16,000个粘附元件，那么粘附效果非常好，单个的粘附元件，特别是高度，仅具有大约100μm或更小的尺寸，扩口顶端的直径大约60μm或更小。
本发明中所要求的方法的其他优选实施例是其他从属要求的主题。
下面根据示意图而非比例图，通过使用本发明的方法得到的粘附元件对本发明所要求的方法进行详细说明。


图1显示了执行本发明所要求的方法的装置的侧视图；图2显示了根据图1的穿过模腔的高度放大的纵截面；图3显示了使用本发明所要求的方法制造的并位于基底材料上的高度放大的粘附元件。
为了实现本发明的目的，图3所显示的粘附元件的初始产品可使用例如DE 100 39937 A1所述的方法得到。
图1示意性的显示了执行本发明所要求的方法的装置的部件，喷嘴头1作为塑性或液性和触变塑性物质的供给工具，将塑性或液性和触变塑性物质以带状供给到压力工具和成型工具之间的间隙处，带宽度对应于所要制造的粘附元件部件的宽度。如图1所示，压力工具是压辊，成型工具是以5标记的成型辊。两辊以图1的弯箭头7和9所示的旋转方向上驱动，以便在它们之间形成输送间隙，塑性带通过该间隙沿传输方向被输送，同时在作为成形区域的间隙内，塑性带被成形为作为粘附闭合元件基础材料的基底10，并且，通过成型辊5的成形元件，基底10在贴紧成型辊5一侧获得形成粘附元件所需的成形。
为了这个目的，成型辊5在外围上具有带单个模腔12的格筛11。作为示例，图2放大的显示了这种用作成形元件的一个模腔。从图2的视图方向，塑性材料的流入方向位于压力轧辊3从顶部到底部的区域。进一步的，简略地说，模腔12规则地分布在带有格筛11的成型辊15的外围，分布方式和数目可选，但是筛上每平方毫米分布超过10,000个这种模腔12是适宜的，已经证明，每平方厘米分布16,000个模腔12尤其有利于制造粘附元件。又，图2显示了单个地使用的模腔12的纵截面，与纵截面相对的界壁13具有平滑地凸起的形状14。不言而喻，与模腔12的旋转对称结构有关的两个界壁12是终端成形壁15的基础件，其中终端成形壁15为成型辊5的格筛材料11的边界。通过这些模腔12，有可能制造出呈柄部17形态的粘附元件，柄部17具有如扩口一样的顶部16。
进一步的，如图2所示，所形成的各个形状14在顶部16方向的曲率大于基部18方向的曲率，其中，柄部17通过基部18连接到基底10。朝顶部16方向从柄部17的纵向方向看，如果形状14在中间处以上，优选的是在上部三分之一处具有更大的曲率，就尤其有利，这已经被证明。
为了获得双曲面形式的具有旋转对称结构的所述模腔12，已经证明电涂层方法尤其是电镀铂方法是有效的，首先，圆柱形模腔(图中未示)涂上一层涂层材料或者对其镀铂直到形成凸起的形状14。进一步的，可选地，可通过激光方法或蚀刻方法从筛或固体格栅材料形成凸起的形状14。
图3所示的粘附件能够通过上述方法和装置获得。对称结构直接由图2所示的模腔12制造生成。不采用图1所示的装置，压辊3用修复工具(doctor tool)(图中未示)代替，修复工具以修复方法将塑性材料直接输入到模腔12。圆柱形筛结构也能够形成在两个圆柱形主动辊(图中未示)之间进行外围运行的条带，然后接下来将塑性材料修复到条带表面。如果塑性材料被交联，一旦粘附元件从模腔12移除，热源或紫外线光(UVlignt)(图中未示)能使其重交联。这种重交联是常规的，因此这里不再详述。但是在成形方法中适宜借助具有采用指示手段产生交联的穿孔条带，至少直接在模腔12的一侧。
为了获得范德瓦尔斯力的最佳值，如顶部16一样的自由扩展顶端应当向外平直运行。因为个别模腔12被成型辊5密封在内部，在这方面，不能排除成形方法中密封的空气将凹形气室压入自由顶部端。为了阻止这种情况，规定在成型辊5内具有允许空气逃逸的方法或在模腔内吸入空气的方法，例如通过真空或类似方法。但是在后一种情况下，需要相应的触发装置以指导的方式引入真空处理，以及阻止平坦顶部端在成型辊5的方向上凸起，而自由顶部的轻微凸起弯曲是无害的。柄部和顶部构造的横截面如图2所示。塑性材料移入模腔12并停止移动，在那里形成顶部的平坦外侧。在这方面，塑性材料在模具内发生自身硬化，接下来以预硬化状态，或者已经多半硬化状态从模腔12移出，不管怎样，仅到模具移出过程中不受不利影响的程度。由于旋转双曲面的形成，中间收缩能够继续，从而对于更进一步的变窄处，形成柄部17和顶部16之间的一种接合点。如已经提及的，这种铰接有利于范德瓦尔斯闭合系统的工作。
合适的塑性材料是无机和有机的弹性体，特别是乙烯聚合物硅氧烷和附加交联硅高分子弹性体，也可以是二元系(binary systems)和丙烯酸脂(acrylates)形式。使用橡胶材料也是可能的。
当使用的塑性材料是触变的，这种工艺尤其具有优势。从发明意义上说，触变行为意味着在剪切负荷阶段减小结构厚度，以及在随后的静止阶段时或多或少快速而完整的重建恢复。故障/建立循环是完全可逆的过程，并且触变行为可定义为时间依赖行为。进一步的，已经证明，在旋转粘度计测量的粘性达到7000到15000mPas时的塑性材料尤其具有优势，但是在剪切速率10l/sec时，大约10000mPas的粘性值是适宜的。从自洁式表面的意义上看，已经证明，使用具有大于60度接触角的塑性材料具有优势，由于它们的用于水润湿的表面能量。在某些情况下，这种表面能量也能够被随后的涂层工艺进一步改变。
为了展示获得的粘附元件材料的尺寸(高度)关系，在图3中，X指示对应于大约100μm尺寸的长度。下面给出粘附元件的几何大小，图3中没有直接反映出更好说明的指示数量级，在这方面仅基本表示粘附元件材料的结构。在本发明所要求的粘附元件材料的最佳实施例中，在基础材料10的一平方厘米区域内有超过16,000个粘附元件。从基底10的上部到位于平坦顶部上部的粘附元件的终端，每个粘附元件的高度大约是100μm；这对应于图3所示的X的数量等级。平坦顶部上部的直径大约50μm，沿着到柄部17(接合点)顶端的方向，直径减小到大约30μm。在这方面，顶部16和柄部17之间形成侧陷槽而不是过渡区。顶部16的高度大约10μm，顶部16向柄部17的顶端的径向凸起的尺寸大约10μm。相互邻接的相对的顶部16边界之间的距离大约30μm到40μm。柄部17的直径大约20μm到35μm。这些尺寸关系仅是示意性的，可以在尺寸指示框架内改变，不管怎样，相对于柄部17，必须确保，顶部16具有平坦或轻微凸起的表面，如果粘附元件部件与任何类型表面接触时这样的表面能够使范德瓦尔斯力发生作用。对于能够以大技术规模制造的粘附元件部件，由于粘附元件的纳米构造，粘附元件不再能够被肉眼检测，而且令人惊讶的是，由于粘附元件的结构，通过范德瓦尔斯力出现了非常可靠的可分离粘附。
顶部横截面和柄部横截面都能够是角形的，尤其是具有六边形横截面形状，并且每个粘附元件的纵横比(aspect ratio)适宜在1∶3和1∶5之间。通过本发明要求的方法，借助范德瓦尔斯力，闭合特性的粘附元件能够经济以及可靠的在工业上大规模地制造。
权利要求
1.一种通过将至少一种塑性材料导入至少一种成形元件(12)来生产基础材料(10)上的粘附元件的方法，其特征在于用该方法形成的带扩口的粘附元件具有主要通过范德瓦尔斯力实现的粘附性。
2.如权利要求1所述的方法，其中，塑性材料可以是无机和有机的弹性体，特别是乙烯聚合物硅氧烷和附加交联硅高分子弹性体，也可以是二元系和丙烯酸脂形式。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在使用时的塑性材料是触变的，旋转粘度计测量的粘性为7,000到15,000mPas，但是在剪切速率101/sec时大约10,000mPas的黏性值是适宜的。
4.如权利要求1到3中任何之一所述的方法，其中，用作各个成形元件的圆筒筛或条形筛(11)具有每平方厘米至少10,000个模腔(12)，而最好是每平方厘米16,000个模腔。
5.如权利要求4所述的方法，其中，各个模腔(12)以双曲面方式制造。
6.如权利要求1到5中任何之一所述的方法，其中，由于用于水润湿的表面能量，塑性材料具有至少大于60度的接触角，大于70度的接触角是适宜的。
7.如权利要求1到6中任何之一所述的方法，其中，粘附元件的扩口基本上制成平坦的或轻微凸起的。
8.如权利要求1到7中任何之一所述的方法，其中，由柄部(17)形成的各个粘附元件的高度从50μm到150μm，大约90μm是适宜的，并且直径从10μm到40μm，大约30μm是适宜的，以及，作为柄部(17)上的顶部(18)的扩口的直径从15μm到70μm，大约50μm是适宜的。
9.如权利要求1到8中任何之一所述的方法，其中，作为交联塑性材料，其与粘附元件或在粘附元件预制后进行重交联，例如用紫外线光(UV light)重交联。
全文摘要
本发明涉及一种通过将至少一种塑性材料导入至少一种成形元件(12)来生产基础材料(10)上的粘附元件的方法。通过生产带扩口的、主要通过范德瓦尔斯力实现粘附的粘附元件，获得具有生物力学模拟壁虎脚的极好的粘附性能，且无需不得不像自然界中一样分离刚毛纤维。
文档编号B29D5/00GK1925766SQ200480042392
公开日2007年3月7日 申请日期2004年3月20日 优先权日2004年3月12日
发明者扬·图马 申请人:戈特利布捆扎机械有限公司