政府權利

按照海軍部給予馬薩諸塞大學的授權號N66001-08-C-2054，美國政府對本發(fā)明具有一定的權利。

發(fā)明的技術領域

本發(fā)明總體地涉及用于承重的設計、裝置、材料和方法。更具體地，本發(fā)明涉及提供高負載、易剝離(release)和適于在各種應用中延長/重復使用的粘合裝置的設計、裝置、體系、材料和制造方法。

發(fā)明背景

通常會尋找可以支撐高負載的粘合材料。壓敏型粘合劑(PSA)是自粘合劑，其在施加壓力時形成粘合以使粘合劑與被粘物結合在一起。通常，不需要溶劑、水或熱來激活或刺激粘合劑來進行。常規(guī)的PSA已經發(fā)現(xiàn)用于壓敏型膠帶、標簽、便簽本、汽車內飾和各種各樣的其他產品中。科學界已經持續(xù)努力來形成和生產模擬自然界動物(如，壁虎)性能的合成材料和裝置。

PSA通常依賴于普遍存在的表面力相互作用，如范德華力，以在界面上轉移應力。壓敏型粘合劑可以粘附在表面上，因為粘合劑柔軟得足以在被粘物上流動或潤濕被粘物。當應力施加于界面的粘合時，粘合劑需要足夠硬，以抵抗流動。PSA呈現(xiàn)出粘彈(粘性和彈性)特性，這兩者可用于形成適當?shù)恼澈稀?/p>

目前，主要從軟的、粘彈性的聚合物材料(例如，涂層)制得PSA，其可以單獨使用或結合基材(如硬膜或織物)一起使用。為了控制粘合的水平，PSA通過依賴于彈性和粘彈性成分二者的復雜制劑來精密地平衡材料形成界面(或“潤濕表面”)和一旦形成界面抵抗分離的能力，從而改變了它們的本體性質。(Benedek等編輯，2009Handbook of Pressure Sensitive Adhesives and Products Series，CRC Press:Boca Raton；Pocius，2002，Adhesion and Adhesives Technology:An Introduction，Hanser Publ:Munich；Crosby等，1999J.Poly.Sci.Part B:Polym.Phys.37，24，3455-3472；Creton，2003“Materials Science of Adhesives:How to Bond Things Together.”，MRS Bulletin 28,6,419-421；Creton，2003“Pressure-sensitive adhesives:An introductory course.”，MRS Bulletin 28，6，434-439；Creton等2007“Sticky Feet:From Animals to Materials”，MRS Bulletin 32，6，所有頁數(shù)；Chan等2007“Designing Model Systems for Enhanced Adhesion.”，MRS Bulletin 32，6，496-503；Boesel等2010Advanced Materials 22，19，2125-2137.)

在PSA設計的各個方面中，三個因素通常是相關的并且被強調：(1)常規(guī)PSA是粘彈性的，使得聚合物涂層容易與粗糙表面相符，同時消散保形需要的機械能(即，壓力)；(2)用于強PSA材料的測量值是粘著能，其是PSA/基底界面分離過程中消散的總能量；(3)由于用于生產高水平粘性粘著性的不可逆(即，無彈性)材料工藝，高粘性PSA通常不會有助于多次負載應用。

為了開發(fā)克服常規(guī)PSA的一些缺點的粘合材料體系，大量研究已經聚焦于類壁虎(gecko-like)的粘合體系的開發(fā)。下表中提供了常規(guī)PSA和理想的類壁虎的粘合劑二者的一些關鍵屬性：

此外，壁虎的粘合表面和自然界中類似實例通常描述為“干的”，即，粘合不依賴于液體相互作用、類似環(huán)氧樹脂的液體-至-固體轉變，粘合表面也沒有感覺到類似常規(guī)粘彈性粘合劑那樣的“發(fā)粘”觸感。盡管這樣的屬性是已知的并且呈現(xiàn)在自然界中，但允許良好控制特性的主要設計因素或機理是未知的并且仍然是目前全世界研究項目的主題。據我們所知，尚未證實類壁虎粘合劑的合成類似物的開發(fā)，特別是以宏觀長度尺度來使用的。

對可以用于容易粘附并支撐高負載且提供簡單、非損害性剝離和重復使用并同時生產成本效率合算的粘合體系的設計、體系、裝置、材料和相關制造方法存在顯著和不斷上升的需求。

發(fā)明概述

本發(fā)明提供了可用于粘附各種表面并且允許承受顯著重量的獨特的可剝離粘合裝置。本文公開的材料、設計、體系以及相關的制造和生產方法提供了具有高負載能力、可再使用、易剝離和適用于延長和重復使用的粘合裝置?？梢詫⒈疚墓_的粘附墊設計成例如適合多種應用，如家用承重架和支架、用于室內和室外攀爬裝置的組件、用于運輸?shù)慕M件、運動設備、標簽和廣告張貼畫、汽車內飾、永久性或可逆的緊固件以及用于工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療或軍事設施的裝置和器件。

在一個方面中，本發(fā)明總體地涉及一種可剝離的表面粘合裝置。該裝置包括粘合墊和連接至粘合墊的系接(tether)組件。該粘合墊包括：具有高面內硬度的平面背襯層；和在至少一側上具有用于粘附目標表面的粘合表面的彈性材料平面層，其中在至少與所述粘合表面相反的側上，將所述彈性材料浸漬到所述背襯層上。在某些優(yōu)選實施方式中，該裝置還包含用于承重的支撐組件。該支撐組件可連接到系接組件，用于將物體連接到所述裝置。

在另一個方面中，本發(fā)明總體地涉及一種可剝離的表面粘合裝置。該裝置包括：包含彈性材料以及在一側上具有用于粘合到目標表面上的粘合表面和另一側上具有高面內硬度背襯層的平面層，其中所述彈性材料浸漬到織物背襯層中；和可連接到所述背襯層的支撐組件，用于將物體連接至裝置。背襯層的一部分延伸超出彈性材料層，以形成未浸漬有彈性材料的背襯層區(qū)域，并且支撐組件部件在背襯層未浸漬有彈性材料的區(qū)域連接至所述背襯層。

在再另一個方面中，本發(fā)明總體地涉及一種可剝離、可再使用的表面粘合裝置。該裝置包括粘合墊，該粘合墊具有彈性材料的平面層，其在一側上具有用于粘合至目標表面的粘合表面；和具有高面內硬度的平面背襯層，其中所述背襯層在與光滑粘合表面相反的側上浸漬至彈性材料層上。該裝置還包括基本上在粘合墊的中心處連接到粘合墊的系接組件，并且允許調節(jié)系接組件和粘合墊之間的角度為約0°至約359°。

在再另一個方面中，本發(fā)明總體地涉及一種可剝離的表面粘合裝置。該裝置包括粘合墊，其具有彈性材料的平面層，其在用于粘合至目標表面的一側上具有在顯微鏡下光滑或圖案化的粘合表面；和具有高面內硬度的平面背襯層，其中背襯層在與光滑粘合表面相反的側上浸漬到彈性材料層上。該裝置還包括連接至粘合墊的系接組件；和用于承重的支撐組件。支撐組件可連接至系接組件，用于將物體連接至裝置。

在再另一個方面中，本發(fā)明總體地涉及一種用于在表面上可剝離地支撐重量的方法。該方法包括：(a)提供可剝離的表面粘合裝置，該裝置具有粘合墊，其包含在用于粘合至目標表面的一側上具有在顯微鏡下光滑的粘合表面的彈性材料的平面層；和具有高面內硬度的平面織物背襯層，其中在與光滑表面相反的側上，織物背襯層浸漬到彈性材料層上；連接至粘合墊的織物系接組件；以及可連接至織物系接組件的用于承重的支撐組件，用于將物體連接至裝置上；和(b)將重量連接至支撐組件上。

在再另一個方面中，本發(fā)明涉及一種制備可剝離的表面粘合裝置的方法。該方法包括：(a)提供彈性材料；(b)提供織物背襯片；(c)固化彈性材料，以將彈性材料浸漬到至少一部分織物背襯片內，以形成具有彈性材料層的墊，該彈性材料層具有光滑粘合表面；(d)將重量支撐組件連接至織物背襯片。彈性材料具有約0.05Mpa至約50Mpa的彈性，并且彈性材料層具有約0.0001cm至約0.1cm的厚度。

在再另一個方面中，本發(fā)明總體地涉及一種制備可剝離的表面粘合裝置的方法。該方法包括：(a)提供織物背襯片，在其一側上放置基底層；(b)在織物背襯片的另一側上，提供隔片限定的成型區(qū)域；(c)將彈性材料加入至織物背襯片的隔片限定的成型區(qū)域內；(d)用具有顯微鏡下光滑或圖案化的表面的頂覆蓋層覆蓋彈性材料；(e)對頂覆蓋層施加壓力，使得頂墊與彈性材料之間形成緊密的界面；(f)固化彈性材料，以將彈性材料浸漬到至少一部分織物背襯片內，以形成具有彈性材料層的墊，所述彈性材料層具有顯微鏡下光滑或圖案化的粘合表面；和(g)將重量支撐組件連接至織物背襯片。彈性材料具有約0.05Mpa至約50Mpa的彈性，并且彈性材料層具有約0.0001cm至約0.1cm的厚度。

本申請還涉及以下項目：

1.一種可剝離的表面粘合裝置，其包含：

粘合墊，其包含：

具有高面內硬度的平面背襯層；

彈性材料的平面層，其在至少一側上具有用于粘合至目標表面的粘合表面，其中在至少與所述粘合表面相反的側上，所述彈性材料浸漬到所述背襯層上；和

連接至所述粘合墊的系接組件。

2.項目1的可剝離的表面粘合裝置，還包含用于承載負載的支撐組件，所述支撐組件可連接至系接組件，用于將物體連接至所述裝置。

3.項目1的可剝離的表面粘合裝置，其中所述粘合墊包含：

彈性材料的平面層，其在一側上具有用于粘合至目標表面的粘合表面；和

具有高面內硬度的平面背襯層，其中在與所述粘合表面相反的側上，所述背襯層浸漬到所述彈性材料層上。

4.項目1的可剝離的表面粘合裝置，其中所述粘合表面在顯微鏡下是光滑的。

5.項目1的可剝離的表面粘合裝置，其中所述粘合表面在顯微鏡下是圖案化的。

6.項目1的可剝離的表面粘合裝置，其中所述背襯層是織物背襯層。

7.項目4的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約0.01cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.0001cm的厚度。

8.項目4的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約0.2cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.5cm的厚度。

9.項目8的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約0.5cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.2cm的厚度。

10.項目9的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約1.0cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.1cm的厚度。

11.項目10的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約5.0cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.05cm的厚度。

12.項目11的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約10cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.02cm的厚度。

13.項目12的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約100cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.01cm的厚度。

14.項目13的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有約0.01cm²至約1000cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的約0.0001cm至約0.5cm的厚度。

15.項目6的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約0.05MPa至約50MPa的彈性。

16.項目15的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約0.05MPa至約30MPa的彈性。

17.項目16的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約0.05MPa至約10MPa的彈性。

18.項目15的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約1MPa至約50MPa的彈性。

19.項目18的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約1MPa至約30MPa的彈性。

20.項目19的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約1MPa至約10MPa的彈性。

21.項目6的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料包含基于硅氧烷的彈性體。

22.項目6的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料包含基于尿烷的彈性體。

23.項目6的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料包含基于丙烯酸酯的彈性體。

24.項目21的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

25.項目22的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料包含由端羥基的聚乙二醇與基于脂肪族或芳香族的多異氰酸酯的聚合制備的聚氨酯。

26.項目6的可剝離的表面粘合裝置，其中所述織物背襯層的材料包含天然織物材料或合成織物材料。

27.項目26的可剝離的表面粘合裝置，其中所述天然織物材料選自棉、大麻、羊毛、絲、竹纖維、纖維素、黃麻或鳳梨麻。

28.項目26的可剝離的表面粘合裝置，其中所述合成織物材料是聚酯、斯潘德克斯彈性纖維、尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維聚芳酰胺混合物、碳纖維玄武巖混合物、玻璃纖維、碳纖維、或玻璃纖維混合物的織物。

29.項目26的可剝離的表面粘合裝置，其中所述織物背襯層的材料包含選自尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維、和聚芳酰胺混合物的材料。

30.項目6的可剝離的表面粘合裝置，其具有100cm²或更大的粘合表面積并且能夠承載至少1200N/100cm²粘合表面積的重量。

31.項目30的可剝離的表面粘合裝置，其具有100cm²或更大的粘合表面積并且能夠承載至少3150N/100cm²粘合表面積的重量。

32.項目6的可剝離的表面粘合裝置，其具有1cm²或更大的粘合表面積并且能夠承載至少12N/1cm²粘合表面積的重量。

33.項目32的可剝離的表面粘合裝置，其具有1cm²或更大的粘合表面積并且能夠承載至少31.5N/1cm²粘合表面積的重量。

34.項目1的可剝離的表面粘合裝置，其中系接組件是織物材料。

35.項目34的可剝離的表面粘合裝置，其中所述織物材料是選自聚酯、斯潘德克斯彈性纖維、尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維聚芳酰胺混合物、碳纖維玄武巖混合物、玻璃纖維、碳纖維、或玻璃纖維混合物的合成織物。

36.項目1的可剝離的表面粘合裝置，其中所述系接組件是非織物材料。

37.項目36的可剝離的表面粘合裝置，其中所述非織物材料選自繩、繩纜、纖維、塑料片、管、桿、金屬箔、鏈。

38.項目1的可剝離的表面粘合裝置，其中所述系接組件是皮革材料。

39.一種可剝離的表面粘合裝置，其包含：

包含彈性材料的平面層，所述平面層在一側上具有用于粘合至目標表面的粘合表面，而在另一側上具有高面內硬度的背襯層，其中所述彈性材料浸漬到所述背襯層中；和

可連接至所述背襯層的支撐組件，用于將物體連接至所述裝置，

其中所述背襯層的一部分延伸超過所述彈性材料層，以形成未浸漬有所述彈性材料的所述背襯層的區(qū)域，并且其中所述支撐組件在所述背襯層未浸漬有所述彈性材料的這樣的區(qū)域處連接至所述背襯層。

40.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述粘合表面在顯微鏡下是光滑的。

41.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述粘合表面在顯微鏡下是圖案化的。

42.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述背襯層是織物背襯層。

43.項目42的可剝離的表面粘合裝置，其中所述織物背襯層是合成材料，所述合成材料選自聚酯、斯潘德克斯彈性纖維、尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維聚芳酰胺混合物、碳纖維玄武巖混合物、玻璃纖維、碳纖維、或玻璃纖維混合物的合成織物。

44.項目42的可剝離的表面粘合裝置，其中所述織物背襯層是選自天然織物的非合成織物材料，所述天然織物選自棉、大麻、羊毛、絲、竹纖維、纖維素、黃麻、和鳳梨麻。

45.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述背襯層是非織物背襯層。

46.項目45的可剝離的表面粘合裝置，其中所述非織物背襯層包含選自皮革、金屬箔、塑料片、陶瓷膜或復合有機或無機基材的材料。

47.項目46的可剝離的表面粘合裝置，其中所述非織物材料是皮革材料。

48.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料層具有基本上圓的外邊緣。

49.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料層具有基本上矩形的外邊緣。

50.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料層具有基本上不規(guī)則的外邊緣。

51.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料層具有基本上橢圓形的外邊緣。

52.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料層包含兩個或更多個分開的較小的彈性材料層單元。

53.項目40的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約0.2cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.5cm的厚度。

54.項目53的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約0.5cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.2cm的厚度。

55.項目54的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約1.0cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.1cm的厚度。

56.項目55的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約5.0cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.05cm的厚度。

57.項目56的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約10cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.02cm的厚度。

58.項目57的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約100cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.01cm的厚度。

59.項目40的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有約0.01cm²至約1000cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的約0.001cm至約0.5cm的厚度。

60.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約0.05MPa至約50MPa的彈性。

61.項目60的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約0.05MPa至約30MPa的彈性。

62.項目61的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約0.05MPa至約10MPa的彈性。

63.項目62的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約1MPa至約50MPa的彈性。

64.項目63的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約1MPa至約30MPa的彈性。

65.項目64的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約1MPa至約10MPa的彈性。

66.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料包含基于硅氧烷的彈性體。

67.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料包含基于尿烷的彈性體。

68.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料包含基于丙烯酸酯的彈性體。

69.項目66的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

70.項目66的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料是嵌段共聚物彈性體。

71.項目66的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料是天然橡膠。

72.項目67的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料包含由端羥基的聚乙二醇與基于脂肪族或芳香族的多異氰酸酯聚合制備的聚氨酯。

73.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其中所述織物背襯層的材料選自尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維和聚芳酰胺混合物。

74.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其具有100cm²或更大的粘合表面積并且能夠承載至少1200N/100cm²粘合表面積的重量。

75.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其具有100cm²或更大的粘合表面積并且能夠承載至少3150N/100cm²粘合表面積的重量。

76.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其具有1cm²或更大的粘合表面積并且能夠承載至少12N/1cm²粘合表面積的重量。

77.項目39的可剝離的表面粘合裝置，其具有1cm²或更大的粘合表面積并且能夠承載至少31.5N/1cm²粘合表面積的重量。

78.一種可剝離的、可重復使用的表面粘合裝置，其包含：

粘合墊，其包含：

彈性材料的平面層，其在一側上具有用于粘合至目標表面的粘合表面；和

具有高面內硬度的平面背襯層，其中在與所述粘合表面相反的側上，所述背襯層浸漬到所述彈性材料層上；

基本上遠離邊緣在所述粘合墊的中心處連接至所述粘合墊的系接組件，并且允許調節(jié)所述系接組件和所述粘合墊之間的角度為約0°至約359°。

79.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中所述系接組件基本上在所述粘合墊的中心處連接至所述粘合墊。

80.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中所述粘合表面在顯微鏡下是光滑的。

81.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中所述粘合表面在顯微鏡下是圖案化的。

82.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中在所述平面織物系接組件和所述粘合墊之間的可調節(jié)角為約0°至約90°。

83.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中在所述平面織物系接組件和所述粘合墊之間的可調節(jié)角為約90°至約120°。

84.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中在所述平面織物系接組件和所述粘合墊之間的可調節(jié)角為約120°至約360°。

85.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有基本上圓的外邊緣。

86.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有基本上矩形的外邊緣。

87.項目80的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約0.5cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.2cm的厚度。

88.項目87的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約1.0cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.1cm的厚度。

89.項目88的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約5.0cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.05cm的厚度。

90.項目89的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約10cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.02cm的厚度。

91.項目90的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有大于約100cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.01cm的厚度。

92.項目80的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料的平面層具有約10cm²至約100cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的約0.01cm至約0.05cm的厚度。

93.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約0.05MPa至約50MPa的彈性。

94.項目93的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約0.05MPa至約30MPa的彈性。

95.項目94的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約0.05MPa至約10MPa的彈性。

96.項目95的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約1MPa至約50MPa的彈性。

97.項目96的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約1MPa至約30MPa的彈性。

98.項目97的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料具有約1MPa至約10MPa的彈性。

99.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料選自基于硅氧烷的彈性體、基于尿烷的彈性體和基于丙烯酸酯的彈性體。

100.項目99的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

101.項目99的可剝離的表面粘合裝置，其中所述彈性材料包含由端羥基的聚乙二醇與基于脂肪族或芳香族的多異氰酸酯聚合制備的聚氨酯。

102.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中所述平面背襯層是織物層，并且其中所述系接組件是織物材料。

103.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中所述平面背襯層不是織物層，并且其中所述系接組件不是織物材料。

104.項目102的可剝離的表面粘合裝置，其中所述織物背襯層的材料選自尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維和聚芳酰胺混合物。

105.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中所述粘合表面積為100cm²或更大并且能夠承載至少1200N/100cm²粘合表面積的重量。

106.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其中所述粘合表面積為1cm²或更大并且能夠承載大于12.0N/1cm²粘合表面積的重量。

107.項目78的可剝離的表面粘合裝置，其還包含支撐組件。

108.一種可剝離的表面粘合裝置，其包含：

粘合墊，其包含：

彈性材料的平面層，其在一側上具有用于粘合至目標表面的顯微鏡下光滑或圖案化的粘合表面；和

具有高面內硬度的平面織物背襯層，其中在與所述粘合表面相反的側上，所述背襯層浸漬到所述彈性材料層上；

連接至所述粘合墊的系接組件；和

用于承載負載的支撐組件，所述支撐組件可連接至所述系接組件，用于將物體連接至所述裝置。

109.一種在表面上可剝離地支撐重量的方法，其包括：

提供可剝離的表面粘合裝置，其包含

粘合墊，所述粘合墊包含彈性材料的平面層，其在一側上具有用于粘合至目標表面的顯微鏡下光滑的粘合表面；和具有高面內硬度的平面織物背襯層，其中在與光滑表面相反的側上，所述織物背襯層浸漬到彈性材料層上；

連接至所述粘合墊的織物系接組件；和

用于承載負載的支撐組件，其可連接至所述織物系接組件，用于將物體連接至所述裝置；和

將重量連接至所述支撐組件。

110.項目109的方法，其中所述彈性材料的平面層具有至少約0.2cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的不超過約0.5cm的厚度。

111.項目109的方法，其中所述彈性材料具有約0.05MPa至約50MPa的彈性。

112.項目109的方法，其中所述彈性材料選自基于硅氧烷的彈性體、基于尿烷的彈性體和基于丙烯酸酯的彈性體。

113.項目109的方法，其中所述織物背襯層的材料選自尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維和聚芳酰胺混合物。

114.項目109的方法，能夠承載至少1200N/100cm²粘合表面積的重量。

115.項目109的方法，其中所述目標表面是玻璃、金屬、木材、塑料、紙、紙板、或混凝土的表面。

116.一種制備可剝離的表面粘合裝置的方法，其包括：

提供彈性材料；

提供織物背襯片；

固化所述彈性材料以將所述彈性材料浸漬到所述織物背襯片的至少一部分內，以形成具有所述彈性材料層的墊，所述彈性材料層具有光滑粘合表面；

將重量支撐組件連接至所述織物背襯片，

其中所述彈性材料具有約0.05Mpa至約50Mpa的彈性，并且所述彈性材料層具有約0.01cm至約0.05cm的厚度。

117.項目116的方法，其中所述彈性材料的平面層具有至少約0.2cm²的光滑粘合表面積和具有基本上均勻的小于約0.5cm的厚度。

118.項目116的方法，其中所述彈性材料具有約0.05MPa至約50MPa的彈性。

119.項目116的方法，其中所述彈性材料選自基于硅氧烷的彈性體、基于尿烷的彈性體和基于丙烯酸酯的彈性體。

120.項目116的方法，其中所述織物背襯層的材料選自尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維、和聚芳酰胺混合物。

121.項目116的方法，能夠承載至少1200N/100cm²粘合表面積的重量。

122.項目116的方法，其中固化所述彈性材料包括將所述彈性材料加熱至高于室溫的溫度。

123.一種制備可剝離的表面粘合裝置的方法，其包括：

提供織物背襯片，在其一側上放置基底層；

在所述織物背襯片的另一側上，提供隔片限定的成型區(qū)域；

將彈性材料加入到所述織物背襯片的隔片限定的成型區(qū)域中；

用具有顯微鏡下光滑或圖案化的表面的頂覆蓋層覆蓋所述彈性材料；

對所述頂覆蓋層施加壓力，形成所述頂墊和所述彈性材料之間緊密的界面；

固化所述彈性材料以將所述彈性材料浸漬到所述織物背襯片的至少一部分內，以形成具有所述彈性材料層的墊，所述彈性材料層具有顯微鏡下光滑或圖案化的粘合表面；和

將重量支撐組件連接至所述織物背襯層，

其中所述彈性材料具有約0.05Mpa至約50Mpa的彈性，并且所述彈性材料層具有約0.01cm至約0.05cm的厚度。

124.項目123的方法，其中所述基底層包含聚四氟乙烯。

125.項目123的方法，其中所述彈性材料包含固化成彈性體的預聚物材料。

126.項目123的方法，其中所述頂覆蓋層包含聚二甲基硅氧烷。

127.項目123的方法，其還包括在所述頂覆蓋層上放置玻璃板，其中所述壓力相對所述玻璃板進行施加。

128.項目125的方法，其中所述預聚物材料包含端羥基的聚乙二醇與基于脂肪族或芳香族的多異氰酸酯。

129.項目123的方法，其中所述頂覆蓋層具有顯微鏡下光滑的表面，用于與所述彈性材料接觸。

130.項目123的方法，其中所述頂覆蓋層具有顯微鏡下圖案化的表面，用于與所述彈性材料接觸。

附圖簡述

圖1顯示了本發(fā)明示例性實施方式的示意圖。

圖2顯示了某些設計因素和示意圖。

圖3顯示了示例性制作方法的示意圖。

圖4顯示了本發(fā)明用于墊-系接組件連接的各種實施方式的示意圖。

圖5顯示了用于表征“T-墊”結構在純剪切載荷下負載的最大力的示例性的力vs.位移測量值。

圖6顯示了示例性的對于各種“T-墊”構造、活壁虎和非織物背襯的聚合物涂層負載的最大剪切力作為通過面內柔量歸一化的界面面積的平方根的函數(shù)。

圖7顯示了對于各種“T-墊”構造的示例性的每單位寬度的破壞力(failure force)作為剝離角的函數(shù)。

圖8顯示了在各種表面上支撐負載的完整“T-墊”結構的某些實例。

圖9圖示說明了根據本發(fā)明的粘合墊制作的示例性實施方式。

圖10顯示了織物粘合的示例性圖象。(A)尼龍織物PDMS粘合，(B)碳纖維/Kevlar平紋織物PDMS粘合；和(C)單向碳纖維聚氨酯粘合。

圖11顯示了對于聚氨酯實例的模量相對頻率的示例性曲線。

圖12顯示了對于制作根據本發(fā)明的粘合墊的模制技術的實施方式的示意圖。

圖13顯示了受控位移測試的示例性結果(載荷相對延伸作圖)。

圖14顯示了聚氨酯粘合墊經受周期負載的重復性的示例性結果。

圖15顯示了用聚氨酯粘合支撐136kg的靜態(tài)負載測試。

圖16顯示了使用各種基底的聚氨酯粘合的示例性負載數(shù)據。

圖17顯示了在(A)支撐42”平板電視的中心負載的PDMS粘合墊和(B)干式墻上支撐帽衫的中心負載的聚氨酯粘合墊上進行的靜態(tài)負載測試。

圖18(A)顯示了高性能和易剝離粘合墊的負載角度依賴性的示意圖。(B)顯示了與單厚板粘合墊相比，中心負載墊的角度依賴性的示例性結果，其中中心負載的墊在全部各種負載角下都保持高破壞力，同時仍然易于剝離。

發(fā)明詳述

本發(fā)明是部分基于新的設計、體系、裝置以及相關材料和制作方法的發(fā)現(xiàn)，其使大的接觸表面、高負載容量、易剝離、延長使用和重復使用成為可能。更具體地，本發(fā)明提供了一種獨特的、之前未知的粘合體系的方法，其不同于常規(guī)PSA體系以及最近開發(fā)的類壁虎粘合劑。

本發(fā)明不同于PSA領域的現(xiàn)有技術，至少是因為本發(fā)明不是如PSA那樣依賴于粘彈性來實現(xiàn)性能控制。本發(fā)明的設計和體系使得分離時間和能量最小化，同時保持支撐極端高重量負載的能力?？梢酝ㄟ^組合軟彈性層的特性和織物層的“覆蓋”特征來設計大面積的界面接觸。此外，彈性設計提供了用于重復連接和分離周期的機制，而沒有降低粘合界面的載重能力。

與開發(fā)壁虎類型粘合劑的現(xiàn)有技術相反，本文公開的設計、體系和方法不需要使用表面纖維狀結構來獲得所需屬性。按照本文公開的原理，可以模擬自然界中常見實例的腳趾和腿結構的工程設計，如垂直爬行中的壁虎。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術之間的其他關鍵差異特別涉及連續(xù)連接處的旋轉自由度的特定設計、垂直于彈性材料表面的具有低抗彎剛度的負載方向的硬度規(guī)格、以及在“預負載”需要的接近零(指的是建立用于支撐給定負載的粘合劑/基底界面所需力的量)的法向和剪切負載方向下獲得高容量負載支持的能力。

在本發(fā)明的一個方法中，本文公開的粘合墊體系使用了“干”粘合墊結構，有時候稱為“T-墊”，其一個實例是圖示于圖1中。正確地設計的T-墊裝置可以在剪切、法向和多模式(即，剝離)負載下支撐高負載，同時在特定設計的剝離策略下需要最小的力和能量來用于剝離(或分離)。

粘合裝置的基礎結構稱為“墊”，其隨后連接至系接組件(例如，合成織物系接組件)，其可以稱作“腱(tendon)”。系接組件應當沿著負載的主軸維持高的硬度。腱和墊之間的連接具有預先限定的尺寸、方向和空間位置，根據特定的需求，可以進行改變以控制剝離策略以及提供剪切和法向負載的容許平衡。

該方法代表了聚合物材料的粘合屬性和通過旋轉自由度的適當守恒、垂直于粘合界面的低撓曲模量和承重方向的高硬度整合的機械設計的獨特組合。發(fā)明人已經開發(fā)了比例關系來提供用于理解在一系列尺寸尺度和幾何學上的材料裝置的粘合性能的框架(圖2)。該比例關系表明界面的粘合能力(Fc)由三個簡單的參數(shù)控制，這取決于界面的幾何形狀和材料特性二者。為了設計可以粘附到各種基底的可逆粘合劑，界面相互作用(Gc)應當取決于非特異性的范德華力，使得Gc成為無效的控制參數(shù)。因此，為了測量用于粘合材料的Fc，材料體系必須不能只依賴于接觸面積(A)或體系柔量(C)，而是必須產生提高A/C比例的屬性。這提出了一個挑戰(zhàn)：材料必須是柔軟的，以提高真實接觸，而又必須是硬的，以獲得高負載。軟材料能夠形成大尺度接觸但負載時具有高柔性，而硬材料不能形成大范圍的接觸；兩種情況導致對A/C比例的無效。本發(fā)明提供了一種用于最大化A/C的機制，并且最重要地，對不同的應用調整這個控制參數(shù)。按照圖3中圖示的，高效且有效的制作方法可以用于制作T-墊。該方法涉及將彈性的彈性體的薄層整合至織物的表面中。

系接組件(腱)可以通過任何合適的方法連接至墊，如常規(guī)的縫制、縫合或膠粘，這可以容易地控制連接的尺寸、方向和空間位置。連接應當提供充分的負載分配和負載能力，其可以通過縫合模式、寬度和長度來控制。合適的縫合模式包括直線縫合、Z字形縫合、多Z字形縫合、緞紋縫合、蜂巢式縫合、階梯式縫合、雙鎖縫縫合和交叉縫合。

例如，特別有利的系接組件-墊連接是直線縫合，其以墊的一個軸為中心并且延伸至垂直于第二個墊軸的大約2/3弦長的長度。系接組件-墊連接應當保持旋轉自由度，同時在負載方向保持高硬度。系接組件-墊連接應當優(yōu)選沿著連接的整個長度保持相等的負載分配。在足夠遠離系接組件-墊連接的距離處，將系接組件整合至具有高抗彎剛度和面內硬度的承載材料中。該剛性終端材料有時候也成為“骨架”(“支撐組件”)。系接組件-骨架之間的連接應當優(yōu)選是連續(xù)的，以確保沿著連接長度的相等的負載分配。

本發(fā)明包括如下設計：其中一個T-墊結構可以單獨使用或結合一列T-墊結構或部件(稱為“T-表面”)使用，其可以用自由旋轉的接頭來安裝至例如在一個或多個方向可以是剛性的支撐基底。對于某些應用，例如，也可以使用大的承重擱架，用于系接組件至粘合墊的多個連接點。

圖4顯示了用于系接組件-墊連接的各種T-墊構造的示意圖。骨架連接未顯示。單個厚板連接構成了連續(xù)的粘合墊和支撐背襯，然后可以將其分成許多離散的粘合墊和支撐背襯，其中將多個腱用于形成不同的構造(例如，梯度長度系列構造)。遠離邊緣的腱連接和中心負載的墊構造構成了粘合墊和支撐背襯，其中平面系接組件基本上在中心連接至粘合墊，其中在T-墊的情況中，連接的長度可以等于寬度，或在中心負載墊的情況中，連接的長度等于一些部分或寬度。在兩種情況中，連接粘合墊的系接組件使得可以調節(jié)平面系接組件和粘合墊之間的角度為約0°至約359°。

可以用于粘合墊中的彈性材料包括基于硅氧烷的彈性體、基于尿烷的彈性體和基于丙烯酸酯的彈性體。聚二甲基硅氧烷(PMDS)屬于一組聚合有機硅化合物，其通常稱為聚硅氧烷。PDMS，廣泛用于基于硅的有機聚合物中，具有優(yōu)選的流變學(或流動)特性。PDMS通常是惰性的、無毒且不可燃的。

可以用于粘合墊的其他彈性材料包括聚氨酯，其是通過尿烷(氨基甲酸酯)鍵共價連接的有機單體的聚合物。

通過將異氰酸酯基團-N＝C＝O與羥基-OH反應來產生尿烷鍵。在催化劑和其他添加劑的存在下，通過多異氰酸酯與多醇(多元醇)的加聚反應來產生聚氨酯。在這種情況下，多異氰酸酯是具有兩個或更多個異氰酸酯官能團R-(N＝C＝O)_n≥2的分子，而多元醇是具有兩個或更多個羥基官能團R’-(OH)_n≥2的分子。反應產物是含有尿烷鍵的聚合物-RNHCOOR’-。聚氨酯單體(“預-聚合物”)的實例包括端羥基的分子，如聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇或雙酚A(含羥基單體)和基于脂肪族或芳香族的異氰酸酯，如亞甲基聯(lián)苯二異氰酸酯、甲苯聯(lián)苯二氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯或從這些單體中的多種的組合產生的多異氰酸酯(例如，三分子亞甲基聯(lián)苯二異氰酸酯形成含有三個異氰酸酯官能團的三聚體)。

在一個方面中，本發(fā)明總體地涉及可剝離的表面粘合裝置。該裝置包括粘合墊和連接至粘合墊的系接組件。粘合墊包括：具有高面內硬度的平面背襯層；和彈性材料的平面層，其在至少一側上具有用于粘合目標表面的粘合表面，其中在至少與粘合表面相反的側上，彈性材料浸漬在背襯層上。在某些優(yōu)選實施方式中，該裝置還包含用于承受負載的支撐組件。支撐組件可連接至系接組件，用于將物品連接至裝置。

注意在本文中所用的術語“背襯”包括但不限于如下的情況：其中所涉及的層或材料是裝置結構的背面(或最后)層。根據本發(fā)明，背襯層可以是結構排列的內層或組件。

在某些實施方式中，粘合墊包括：彈性材料的平面層，其在一側上具有用于粘合至目標表面的粘合表面；和具有高面內硬度的平面背襯層，其中與粘合表面相反的側上，背襯層浸漬到在彈性材料層上。

在某些實施方式中，粘合表面在顯微鏡下是光滑的。在某些實施方式中，粘合表面在顯微鏡下是圖案化的。

在某些實施方式中，背襯層是織物背襯層。

在某些實施方式中，彈性材料具有約0.01cm²至約1,000cm²的粘合表面積(例如，約0.01cm²、0.05cm²、0.1cm²、0.5cm²、1cm²、2cm²、5cm²、10cm²、20cm²、50cm²、100cm²、200cm²、500cm²、1,000cm²)和基本上均勻的約0.001cm至約0.1cm的厚度。在某些實施方式中，彈性材料的平面層具有大于約0.01cm²的光滑粘合表面積并且具有基本上均勻的小于約0.001cm的厚度。在某些實施方式中，彈性材料的平面層具有大于約0.05cm²的光滑粘合表面積并且具有基本上均勻的小于約0.005cm的厚度。在某些實施方式中，彈性材料的平面層具有大于約0.1cm²的光滑粘合表面積并且具有基本上均勻的小于約0.01cm的厚度。在某些實施方式中，彈性材料的平面層具有大于約0.2cm²的光滑粘合表面積并且具有基本上均勻的小于約0.5cm的厚度。在某些實施方式中，彈性材料的平面層具有大于約0.5cm²的光滑粘合表面積并且具有基本上均勻的小于約0.2cm的厚度。在某些實施方式中，彈性材料的平面層具有大于約1.0cm²的光滑粘合表面積并且具有基本上均勻的小于約0.1cm的厚度。在某些實施方式中，彈性材料的平面層具有大于約5.0cm²的光滑粘合表面積并且具有基本上均勻的小于約0.05cm的厚度。在某些實施方式中，彈性材料的平面層具有大于約10cm²的光滑粘合表面積并且具有基本上均勻的小于約0.02cm的厚度。在某些實施方式中，彈性材料的平面層具有大于約100cm²的光滑粘合表面積并且具有基本上均勻的小于約0.01cm的厚度。在某些實施方式中，彈性材料的平面層具有約10cm²至約100cm²的光滑粘合表面積并且具有基本上均勻的約0.01cm至約0.05cm的厚度。在某些實施方式中，彈性材料的平面層具有約1,000cm²至約100cm²的光滑粘合表面積并且具有基本上均勻的約0.5cm至約0.05cm的厚度。

在某些實施方式中，彈性材料具有約0.05MPa至約50MPa的彈性。在某些實施方式中，彈性材料具有約0.05MPa至約30Mpa的彈性。在某些實施方式中，彈性材料具有約0.05MPa至約10Mpa的彈性。在某些實施方式中，彈性材料具有約1MPa至約50Mpa的彈性。在某些實施方式中，彈性材料具有約1MPa至約30Mpa的彈性。在某些實施方式中，彈性材料具有約1MPa至約10Mpa的彈性。

在某些實施方式中，彈性材料包括基于硅氧烷的彈性體。在某些實施方式中，彈性材料包括基于尿烷的彈性體。在某些實施方式中，彈性材料包括基于丙烯酸酯的彈性體。在某些優(yōu)選實施方式中，彈性材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在某些實施方式中，彈性材料包括例如由端羥基的聚乙二醇與基于脂肪族或芳香族的多異氰酸酯的聚合制備的聚氨酯?？梢允褂萌魏魏线m的材料，包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯彈性體和其他熱可逆的嵌段共聚物彈性體；液晶彈性體；天然橡膠。

在某些實施方式中，織物背襯層材料包括天然織物材料或合成織物材料。在某些實施方式中，織物背襯層材料包括天然織物材料，如棉、大麻、羊毛、絲、竹纖維、纖維素、黃麻或鳳梨麻。在某些實施方式中，織物背襯層材料包括聚酯、斯潘德克斯彈性纖維、尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維和聚芳酰胺混合物(hybrid)、碳纖維玄武巖混合物、玻璃纖維、或玻璃纖維混合物的合成織物。在某些優(yōu)選實施方式中，織物背襯層材料包含選自尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維和聚芳酰胺混合物的材料。

在某些實施方式中，裝置具有100cm²或更大的粘合表面積，并且能夠承受至少1200N/100cm²粘合表面積的重量。在某些實施方式中，裝置具有100cm²或更大的粘合表面積，并且能夠承受至少3150N/100cm²粘合表面積的重量。在某些實施方式中，裝置具有1cm²或更大的粘合表面積，并且能夠承受至少12.0N/1cm²粘合表面積的重量。在某些實施方式中，裝置具有1cm²或更大的粘合表面積，并且能夠承受至少31.5N/1cm²粘合表面積的重量。

在某些實施方式中，系接組件是織物材料，例如，選自合成織物，如聚酯、斯潘德克斯彈性纖維、尼龍、碳纖維、聚芳酰胺、碳纖維聚芳酰胺混合物、碳纖維玄武巖混合物、玻璃纖維、碳纖維、或玻璃纖維混合物，和天然織物，包括棉、大麻、羊毛、絲、竹纖維、纖維素、黃麻、和鳳梨麻。在某些實施方式中，系接組件是非織物材料，例如，選自皮革、金屬片、塑料片或無紡布織物。在一些實施方式中，該材料由勾花網(chain link mesh)制得。

在另一個方面中，本發(fā)明總體地涉及可剝離的表面粘合裝置。該裝置包括：包含彈性材料并且在一側上具有用于粘合至目標表面的粘合表面和在另一側上具有高面內硬度的背襯層的平面層，其中彈性材料浸漬到背襯層中；和可連接至背襯層的支撐組件，用于將物體連接至裝置。背襯層的一部分延伸超過彈性材料層，以形成未浸漬有彈性材料的背襯層區(qū)域，并且支撐組件在這種未浸漬有彈性材料的背襯層區(qū)域上連接至背襯層。

在某些實施方式中，彈性材料可以延伸超過墊“背側”上的織物層。該設計可能有助于建立均勻的接觸而不會犧牲裝置的硬度，所述裝置的硬度直接與粘合裝置的負載力相關。

在再另一個方面中，本發(fā)明總體地涉及可剝離的、可再使用的表面粘合裝置。該裝置包括粘合墊，其具有：彈性材料的平面層，其在一側上具有用于粘合至目標表面的粘合表面；和具有高面內硬度的平面背襯層，其中在與光滑粘合表面相反的側上，背襯層浸漬到彈性材料層上。該裝置還包括連接至粘合墊的系接組件，其基本上在粘合墊的中心并且允許調節(jié)平面系接組件和粘合墊之間的角度為約0°至約359°。

在某些實施方式中，系接組件和粘合墊之間的可調節(jié)角范圍從約0°至約90°，例如，15°、30°、45°或60°。在某些其他實施方式中，系接組件和粘合墊之間的可調節(jié)角范圍從約90°至約120°，例如，95°、110°、110°或115°。在某些其他實施方式中，系接組件和粘合墊之間的可調節(jié)角范圍為約120°至約360°，例如，150°、180°、210°、270°或300°。

在再另一個方面中，本發(fā)明總體地涉及可剝離的表面粘合裝置。該裝置包括粘合墊，其具有彈性材料的平面層，其在用于粘合至目標表面的一側上具有在顯微鏡下光滑或圖案化的粘合表面；和具有高面內硬度的平面背襯層，其中背襯層在與粘合表面相反的側上浸漬到彈性材料層上。該裝置還包括連接至粘合墊的系接組件；和用于承載負載的支撐組件，支撐組件可連接至系接組件，用于將物體連接至裝置。

在再另一個方面中，本發(fā)明總體地涉及一種在表面上可剝離地支撐重量的方法。該方法包括：(a)提供可剝離的表面粘合裝置，該裝置具有粘合墊，其包含其在用于粘合至目標表面一側上具有在顯微鏡下光滑的粘合表面的彈性材料的平面層；和具有高面內硬度的平面織物背襯層，其中織物背襯層在與光滑表面相反的側上浸漬至彈性材料層上；連接至粘合墊的織物系接組件；以及可連接至織物系接組件的用于承載負載的支撐組件，用于將物體連接至裝置；和(b)將重量連接至支撐組件。

在再另一個方面中，本發(fā)明涉及一種制備可剝離的表面粘合裝置的方法。該方法包括：(a)提供彈性材料；(b)提供織物背襯片；(c)固化彈性材料，以將彈性材料浸漬到至少一部分織物背襯內，以形成具有彈性材料層的墊，該彈性材料層具有光滑的粘合表面；(d)將重量支撐組件連接至織物背襯片。彈性材料具有約0.05Mpa至約50Mpa的彈性，并且彈性材料層具有約0.0001cm至約0.1cm的厚度。

在再另一個方面中，本發(fā)明總體地涉及一種制備可剝離的表面粘合裝置的方法。該方法包括：(a)提供織物背襯片，在其一側上放置基底層；(b)在織物背襯片的另一側上，提供隔片限定的成型區(qū)域；(c)將彈性材料加入織物背襯片的隔片限定的成型區(qū)域中；(d)用具有顯微鏡下光滑或圖案化的表面的頂覆蓋層覆蓋彈性材料；(e)對頂覆蓋層施加壓力，使得頂墊與彈性材料之間形成緊密的界面；(f)固化彈性材料，以將彈性材料浸漬到至少一部分織物背襯層中，以形成具有彈性材料層的墊，所述彈性材料層具有顯微鏡下光滑或圖案化的粘合表面；和(g)將重量支撐組件連接至織物背襯層。彈性材料具有約0.05Mpa至約50Mpa的彈性，并且彈性材料層具有約0.0001cm至約0.1cm的厚度。

在某些實施方式中，在有意義的操作溫度下，儲能模量與損耗彈性模量的比例至少大于約10(例如，大于15、20或50)。

彈性材料層可以按照特定應用需要而具有任何大小和形狀，例如，可以具有基本上圓的外邊緣，基本上矩形的外邊緣、基本上橢圓形的外邊緣或基本上不規(guī)則的外邊緣。

如本文所述，在一些實施方式中，彈性材料層包括兩個、三個、四個或更多個分開的較小的彈性材料層單元或結構。目標表面可以是任何合適的表面，包括玻璃、金屬、木材、塑料、紙、紙板或混凝土的表面。

已經在純剪切和法向負載方向以及受控剝離角下證明了負載的可重復連接和剝離，具有我們已知的任何現(xiàn)有產品無法比較的性能量級。例如，實驗裝置能夠使用16平方英寸的T-墊支撐重達707磅的負載(44psi)，而只需要最小的力來脫離，在相同墊上重復多次循環(huán)的性能，具有可忽略的性能退化。此外，可以使用肥皂和水或顆粒轉移材料(如，粘彈性的丙烯酸膠帶)容易地清潔粘合墊結構?？梢愿鶕疚墓_的原理來設計剝離機制，以適合特定的應用。

本發(fā)明整合的粘合墊方法提供了用于各種各樣應用的強有力的平臺。例如，這些結構可以用于支撐用于書本、陳列和電子設備(電視、電腦、立體聲系統(tǒng)、監(jiān)控器、屏幕)等的支架；懸掛結構；汽車內飾；等等。此外，本設計可以用于幫助在由各種材料(如，玻璃、金屬、木材和干式墻)制成的垂直表面或懸垂物上進行攀爬。

實施例

力vs.位移測試

圖5顯示了用于表征T-墊結構在純剪切負載下負載的最大力的示例性力vs.位移測量值。(織物背襯層不同。所有結果是16英寸²墊，具有在圖例中標記為“t”的不同的厚度)。實驗在單個實驗室連接幾何結構中在Instron測試儀上進行，其中連接在粘合墊和光滑干凈的玻璃基底之間進行。控制延伸為10mm/min，并且在整個測試過程中測量負載。最大負載對應于臨界破壞負載，如所示的，這將根據織物背襯層而不同。

圖6顯示了各種T-墊構造、自然數(shù)據(其包括活壁虎和用于壁虎、甲殼蟲、蜘蛛、蟋蟀和蒼蠅的各種連接裝置)、和非織物背襯層聚合物涂層所支撐的最大剪切力，作為通過面內柔量歸一化化的界面面積平方根的函數(shù)。趨勢線按照預測的縮放比例關系，證明了可預測地調節(jié)最大剪切力性能的能力。

破壞力測試

圖7顯示了對于不同T-墊構造，每單位寬度的破壞力作為剝離角的函數(shù)(每個粘合墊的總接觸面積為10.8cm²，并且中心負載的墊連接為2/3寬度)。證明了調節(jié)易于剝離的臨界角的能力。在Instron 5500R上，以10mm/min，在干凈的玻璃上進行了剝離實驗，并且施加的負載和基底之間的角度在0°和90°之間改變。

圖8顯示了一些簡單的在各種表面上支撐負載的完整T-墊結構的實例。所有實施例中使用了相同的尼龍織物PDMS粘合(A＝16英寸²，具有1mm的厚度)墊結構。

PDMS粘合墊的制作

圖9圖示說明了PDMS粘合墊制作的實施方式。(A)為了制備PDMS粘合劑，使用載玻片制作模具。將未固化的、脫氣的PDMS低聚物和固化劑(Dow Corning Sylgard 184^TM)以10:1(w/w)的比例倒入模具中。將模具進行構造，使得其厚度大于織物的粗糙度，其允許在制造后對粘合劑進行光滑表面整理。倒入脫氣的PDMS，并且允許鋪展至模具中之后，在施加織物之前，在70℃下進行了6-8分鐘預固化，以在隨后的固化過程中幫助支撐織物。(B)然后將織物置于模具上，允許未固化的PDMS浸漬織物，然后在室溫下固化3天?？椢镉蓡纹瑯嫵?，其被切割使得寬度重疊模具的邊緣以提供支撐，并且長度足夠長，以覆蓋模具并且形成“腱”結構。腱也可以用彈性體浸漬，以提供相等的負載分配。

在另一個實施方式中，將織物設計成中心負載的墊，使得織物腱縫合至粘合墊織物的中心。在這個設計中，腱結構也用PDMS浸漬，以確?？椢镌陔S后的負載施加過程中不會松開。這通過在腱和粘合墊之間放置一個隔片來實現(xiàn)，然后鋪展PDMS通過腱，接著在浸漬的腱的頂部放置覆蓋隔片。(C)PDMS固化后，從模具取出織物粘合劑，并且通過機械切割成合適尺寸。使用氰基丙烯酸酯粘合劑，將由2 1/8”厚的塑料片組成的剛性載片(“骨架”)連接到腱的底部，隨后允許其固化6小時。

圖10顯示了以下的示例性圖像：(A)尼龍織物PDMS粘合劑的照片，(B)碳纖維/Kevlar平織織物PDMS粘合劑，和(C)單向碳纖維聚氨酯粘合劑。中間欄顯示了面向上的粘合側的側剖面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，而右欄顯示了光滑的粘合表面。光學照片中的標尺為5cm，而SEM圖像中的所有標尺為500μm。

聚氨酯粘合劑

通過添加1:1比例的端羥基聚乙二醇、聚丙二醇、和/或聚丁二醇的官能團與基于脂肪族或芳香族的多異氰酸酯來合成聚氨酯粘合劑。在本申請中還利用了聚氨酯的商業(yè)試劑盒。

圖11顯示了以聚氨酯為實例的模量相對頻率的曲線。儲能模量比損耗模量高約一個數(shù)量級，顯示出樣品主要具有類固體、彈性特性。模量在兩個數(shù)量級的頻率中還略有改變。

圖12圖示說明了通過模制技術用聚氨酯形成墊的模制技術的實施方式。在聚四氟乙烯基底頂部放置用于粘合背襯層的纖維。將低密度聚乙烯(LDPE)隔片放置在纖維頂部，使允許控制聚氨酯(PU)厚度，并且將未固化的PU預聚合物倒入模具中。然后將具有玻璃板的聚二甲基硅氧烷墊放置在頂部，并且最后體系負重45磅重量。

利用這種模制技術，可以獲得光滑的粘合表面(利用光滑的PDMS頂層)或表面特征(利用圖案化的PDMS頂層)?？梢酝ㄟ^改變LDPE隔片的厚度來改變粘合劑的厚度?？梢愿淖冞@種方法，以使用刮刀系統(tǒng)來工作，這將允許大量生產粘合墊。

負載測試

使用Instron受控位移測試來測試樣品粘合墊。將機械夾子連接至Instron 5500R，一塊玻璃連接至十字頭上的夾子，并且將粘合墊固定在底部夾子上。然后將粘合墊粘合至玻璃上，并且使用10mm/min的位移，直至粘合劑從玻璃上脫離。該測試重復多次，以測定平均破壞力，并且證明可重復使用性。圖13顯示了存在初始負載狀態(tài)，并且通過找到該線條的斜率，可以找到控制粘合劑總載荷的粘合體系的硬度。這些聚氨酯粘合劑的硬度(并且因此總載荷)高于之前記錄的硬度值。在該曲線的峰處是總載荷(對于該樣品為～2950N)。在該峰后，粘合劑從玻璃上剝離，導致記錄的負載下降。該測試可以重復，并且我們已經顯示出超過100次測試循環(huán)的可再現(xiàn)性(圖14)。

對這些聚氨酯粘合劑還進行了靜態(tài)負載測試。通過鏈條將含有136kg質量的棒連接至粘合墊，并且還通過滑輪系統(tǒng)來支撐。使用滑輪系統(tǒng)，升高重物直至粘合劑可以粘附到玻璃被粘物機構。然后降低滑輪系統(tǒng)，直至總負載由粘合劑支撐。這些測試的某些結果顯示于圖15中，其中該測試通過在玻璃表面上支撐136kg來進行。

如圖16中所示，這些聚氨酯粘合劑可以用于各種基底上。與之前的負載測試相似地進行了這些結果，然而，或用新材料替代窗玻璃板，或將新材料粘合到玻璃板表面。圖17顯示了在(A)支撐42”平板電視的16英寸²中心負載的PDMS粘合墊和(B)在干式墻上支撐帽衫的中心負載的聚氨酯粘合墊上進行的靜態(tài)負載測試。圖18(A)顯示了高負載和易剝離粘合墊的負載角依賴性的圖示說明。(B)顯示了與單厚板粘合墊相比，中心負載墊的角依賴性的結果，其中中心負載墊在整個各種負載角保持高破壞力，同時仍然允許易剝離。

參考文獻的并入

在本公開內容中參考和引用了其他文獻，如專利、專利申請、專利公開、雜志、書、論文、網絡內容。因此所有這些文獻為了所有目的以其整體通過引用并入本文。

等同體

代表性實施例旨在幫助說明本發(fā)明，并不旨在，也不應當將其解釋為限制本發(fā)明的范圍。實際上，從本文件的全部內容，包括實施例和包括在本文中的科學和專利文獻的引用，本領域技術人員將清楚除了本文顯示和描述的那些以外的本發(fā)明的各種改變及其許多進一步的實施方式。實施例含有適于以各種實施方式及其等同體實施本發(fā)明的重要的其他信息、范例和指導。