DE2352550A1

DE2352550A1 - Selbstsiegelndes verbund-bindemittel zur indirekten kunststoffschweissung, verfahren zu seiner herstellung und seine anwendung

Info

Publication number: DE2352550A1
Application number: DE19732352550
Authority: DE
Inventors: Alfred Fuller Leatherman
Original assignee: HELLER JUN WILLIAM CHARLES
Current assignee: HELLER JUN WILLIAM CHARLES
Priority date: 1972-10-20
Filing date: 1973-10-19
Publication date: 1974-05-02
Also published as: JPS4974769A; GB1449666A; IT997887B; US3900360A; CA1013218A; AU6072473A; FR2203708B1; DE2352550C2; JPS5438634B2; FR2203708A1

Description

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^Rs'-^: M 04 403 Dr.H/si.

In dor AnSv/ofl fci'.le- angaben

Zuschrift bifte nadi:

Hünchen

19. Oktober 1973 '

William Charles Heller_s Jr₉,. 1340 North Farvell Avenue Milwaukeeο Wisconsin 53202 /USA

Seibstsiegelndes Verbund-Bindemittel zur indirekten Kunststoff schweißung » .Verfahren gu seiner Herstellung und seine Anwendung.

In den letzten Jahren führte die Kenntnis der Strukturverhältnisse von plastischen Materialien und die Einführung neuer Polymerisationsverfahren und neuer Monoaerer zu einer großen Zahl verschiedener Kunststoffe mit einem weiten Eigenschafts" bereich«, Kunststoffe können mit idealen Eigenschaften für eine spezifische Anwendung hergestellt werdem. Kunststoffe können ζ-.B." hart oder weich sein? starr oder flexibel₉-'gummiartig, lederartig oder glasartig? porös oder nicht porös; transparent oder eingefärbt; hitzehärtbar oder thermoplastisch. Diese verschiedenen Eigenschaften rühren von den Unterschieden der chemischen Zusammensetzung, der Struktur, des Molekulargewichts und anderer struktureller Aspekte von Kunststoffen her.

In. vielen Fällen sind Kunststoffe mit verschiedenen Eigenschaften in einem einzigen Kunststoffgegenstand zusammengefaßt, um

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die notwendigen Eigenschaft©» und eine Verbilligung dieses Gegenstandes zu gewährleisten., Z»B_O kann eine Kunststoff verpackung ein transparentes starres Fenster aus PoXyjietliylmethacrylat aufweisen» das in ein landHrehsichtiges kräftiges Gehäuse aus'wiedergewonnenem Polyvinylchlorid eingesetzt ist_o .* Das erste Material ist _ durchsichtig" aber teuer» Das letzters _ ist billig, weist aber nicht die notwendige, Transparenz auf. -Durch die Verwendung der st/ei irersciiiedenen Kunststoffe wirü eine preisgünstige, mit Fenster versehene Verpackung gesclia.f» fen» Auf einem anderen Anwendungsgebiet kann es erwünscht sein. eine Polypropylenfolie mit Haltern zu versehen,, !fahrend der Folienherstellung könnten die Halter spritsgegossen werden s aber ein solches Verfahren hinterläßt Bindrücke an der den Haltern gegenüber liegenden Seite der Folie«, Weiterhin, könnte 'gin Halter aus Polypropylen nieht die notwendig© mechanische Festigkeit aufweisen_β Es ist daher· vorteilhaft_g eines. Nylonhalter an der Polypropylenfolie zu befestigen_o B@i anderen Anwendungen können Teile @in@s Gegenstandes porös sein, während andere Teile nicht porös sind»

Die HerstelluBg solcher Gegenstand© wird durch zahlreiche bekannte Verfahren erreicht» wie durch Kleben «ad durch mechanisches Verbinden ι ein bevorzugtes Verfahren zum Verbinden von Kunststoff gegenständen benutzt die thermischen Eigenschaften der Kunststoffe _r um den Verbussd zn bewirken» Z_eB_ffl können die .angrenzenden Teile zweier Kunststoffgegenstand© auf .Schmelztemperatur erhitzt und dann zusammengepreßt werden,; um sie zu verschweißen.

Jedoch verursachen' die verschiedenen Strukturen und Eigenschäften der Kunststoffe häufig eine gewisse thermische Verbund-Unverträglichkeit zwischen den Materialien, die eine zufriedenstellende Heißverschweißung verhindert. Dieses Phänomen bereitet Unannehmlichkeiten bei der Herstellung von Gegenständen aus verschiedenen Kunststoffen; mit zunehmender Zahl der verschiedenen Eigenschaften und Strukturen von Kunststoffen nimmt die Bedeutung dieses Problems zu. Außerdem kazm in

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Fällen, in denen eine verwendbare Schweißung erreicht wurde, diese Versiegelung später, ZjB₀ durch Temperatur- oder Qxydationseinflüsse, denen die Gegenstände ausgesetzt werden, wieder unwirksam werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Mittel und Verfahren für den Wärmeverbund von Kunststoffen oder kunststoffüberzogenen Teilen zu schaffen, die eine gewisse gegenseitige Verbundunverträglichkeit aufweisen.

Die vorliegende Erfindung schlägt die Verwendung eines zusammengesetzten oder Verbund-Bindemittel mit ausreichender Verträglichkeit zu jedem der Teile zur Heißversiegelung zwischen dem Verbund-Bindemittel und jedem der Teile und so zwischen den beiden Teilen vor.

Weiter richtet sich die Erfindung auf ein Verbund-Bindemittel und die Anwendung desselben zur Herstellung einer hochfesten' Verbindung von Kunststoffen verschiedener Eigenschaften und Strukturen auf schnelle und preiswerte Weise.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verbund-Bindemittels mit einer inneren Kohäsionsfestigkeit, das die bekannten Möglichkeiten zur Verbindung ungleicher Kunststoffe übertrifft.

Das erfindungsgemäße. Verbund-Bindemittel weist eine geschichtete Struktur auf, die mit der einen Schicht Verbundfähigkeit mit dein einen Kunststoff teil und mit einer zweiten Schicht Verbunäfähigkeit mit dem anderen Kunststoffteil zeigt. Eine Schicht- ist mit jeder Seite einer Mittelschicht verbunden, die aus einem integrierten Gefüge von Fäden oder-Fasern,besteht . Die Verbindung der Schichten mit den Fäden oder Fasern wird durch die teilweise oder vollständige Einbettung von Faserteilen erreicht, die an der Oberfläche des Gefüges in den Materialschichten liegen. .

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Das Verbund-Bindemittel enthält auch ein erwärmbares Aufnahmematerial, das auf eine ausgewählte indirekt angewandte Energieform, wie auf ein elektrisches oder magnetisches Wechselfeld anspricht, das zumindest in einer der Materialschichten zur Erhitzung des Verbund-Bindemittels auf Heißversiegelungsteinperaturen dispergiert ist«

Das erfindungsgemäße Verbund-Bindemittel kann zum Verbinden von Kunststoff oder kunststoffbezogenen Teilen verwendet werden , wenn das Verbund-Bindemittel zwischengelagert wird. Das Verbund-Bindemittel ist so gelagert, daß die Schichten an die Teile grenzen, mit denen sie Verbundverträgiichkeit haben. Das Verbund-Bindemittel wird dann der gewählten indirekt angewandten Energie ausgesetzt«, um es und die angrenzenden Teile auf Heißversielgelungstemperaturen zu erhitzen und eine Heißverschweißung zwischen den beiden verschiedenen Kunststoffteilen und dem Verbund-Bindemittel und somit zwischen den beiden Kunststoff teilen zu bewirken.

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbund-Bindemittels schließt folgendes eins

Die Bereitstellung einer Materialschicht mit Verbundverträglichkeit mit einem thermisch verbindbaren Kunststoff ,oder kunststoffüberzogenen Teil und die Bereitstellung einer zweiten Schicht, die eine Verbundfähigkeit mit dem anderen thermisch verbindbaren Kunststoff oder Kunststoffteil zeigt _f Dispergieren des Wärmeentwicklers in der einen oder in beiden Materialschichten und Aufbringen übt ScMchten auf den faserigen Träger. Dies wird erreicht durch Erllitzen der ersten Materialschicht bis zum Erweichen, Eindrücken des faserigen Trägers in eine exponierte Oberfläche der ersten Materialschicht und Aufbringen der zweiten Materialschicht auf den faserigen Träger in geschmolzener oder flüssiger Form.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines thermoplastischen Gegenstands, der mit dem erfindungs-

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gemäßen Verbund-Bindemittel nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde ;

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines teilweise geschnittenen erfindungsgemaßen Verbund-Bindemittels;

Fig. 3 stellt einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie 5-3 der Fig. 1 dar;

Fig. 4a sind Teilquerschnitte des thermoplastischen Gegen^f Standes der Fig. 1 zur Wiedergabe des erfindungsgemaßen Verbund-Bindemittels nach den. Fig. 2 und 3;

Fig. 5 ' ist ein Blockdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Verbund-Bindemittels illustriert;

Fig. 6 ist ein Teilschnitt einer anderen Ausführungsform für die Anwendung des Verbund-Bindemittels;

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Fig. 1 zeigt den mehrteiligen Kunststoffgegenstand 10. Zum Gegenstand 10 gehört die Folie 12 die aus Polypropylen besteht. Der Gegenstand 10 enthält auch einen Halter 14 in Form einer Öse. Der Halter 14 besteht z.B. aus einem hochfesten Kunststoff wie Nylon.

Die Aufgabe 'besteht darin, die Polypropylenfolie 12 mit dem Nylonhalter 14 zu verbinden. ¥egen der Unterschiede der Struktur \xn& der Eigenschaften von Polypropylen und Nylon v/ar es früher schwer, eine Verbindung zwischen den beiden Teilen mit der nötigen Festigkeit und den anderen nötigen Eigenschaften zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird das Verbund-Bindemittel 20 angewendet, um die Folie 12. mit dem Halter 14 zu verschweißen. Das Verbund-Rindemittel 20 ist in Einzelheiten in Fig. 2 und 3 abgebildet. Das Verbund-Bindemittel 20 hat eine Mehrschichtenstruktur. Nach den Abbildungen besteht die Bodenschicht 22 aus einem thermoplastischen Material, das eine große Verbundverträglichkeit mit dem Polypropylenmaterial der Folie 12 zeigt. Solche Verträglichkeit besteht in gegenseitiger Vermischbarkeit, Ähnlichkeit ..in den Heißversiegelungstemperaturen und anderen ähnlichen Eigenschaften. Z.B. kann die Schicht 22 aus einem Polypropylen sein, das ähnliche oder diesselben Eigenschaften wie das Material der Folie 12 aufweist.

Die obere Schicht 24 des Verbund-Bindemittels ist aus einem thermoplastischen Material hergestellt, das eine hohe Verbundfähigkeit mit dem Nylon der Halter 14 zeigt, z.B. kann die Schicht 24 aus einem Nylonmaterial gebildet sein, das ähnliche oder gleiche Eigenschaften wie das Material des Halters 14 aufweist.

Zwisehen ö.en Schichten 22 und 24 ist ein Mittel zur Haftung an dem Verbund-Bindemittel 20 vorgesehen. Dieses Mittel besteht in einem offenen Gewebe 26 von hohen Zugfestigkeits-

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eigenschaften im Bezug auf die Schichten 22 und 24. Das Gewebe 26 wird beispielsweise aus Fäden 27 aus Glasfasern 29 hergestellt. Die Schichten 22 und 24 haften an den Fäden 27 durch die größere oder geringere Einbettung der Fasern und Fäden des Gewebes 26 in den Schichten, An gewissen Punkten, wie den Kreuzungspunkten der Fäden können die Fäden 27 vollständig in die Schichten eingetaucht sein. Die Tiefe der Einbettung der Fäden in die Schichten hängt von vielen Faktoren ab, z.B. der Viscosität der Materialien zur Aufbringungszeit auf das Gewebe, der Oberflächenspannung und Kapillaraktivitäten der Materialien, der Anwesenheit von Netzmitteln auf den Fäden, von der Form, mit welcher die Materialien auf das Gewebe gebracht werden, von dem angewendeten Druck auf das Verbundmittel bei der Herstellung. Die Gewebeart, die Maschenweite zwischen den Fäden, die Dicke der Fäden im Vergleich zur Maschenweite und die zur Herstellung der Gewebe verwendete Webeart bestimmen auch die Tiefe der Einbettung.

Es wurde gefunden, daß die Lücken des Gewebes 26 mit den Schichtert-unverbunden Meiben, während die Kreuzpunkte der Fäden in die Schichten eintauchen. ¥eiter wurde gefunden, daß in vielen Verbund-Bindemitteln die Schichten, nicht völlig das Gewebe durchdringen, sondern der Abb. 3 entsprechend angeordnet sind. Die Anordnungsweise hängt von den genannten Faktoren ab. In vielen Fällen ist es bevorzugt, die räumliche Anordnung der Schichten derart zu gestalten, daß Teile der Fäden 27, die nicht mit. den Schichten 22 und 24 in Kontakt sind, sich frei biegen können,-und damit das Verbund-Bindemittel 20 biegsam ajaehen. Wegen der Biegsamkeit, die durch die ungebundenen Teile der Fäden zwischen den Schichten verursacht wird, bewirkt eine Biegung des Materials keine untragbare Spannung der Schicht-Gewebeverbindung und verstärkt somit das Verbund-Bindemittel. In anderen Fällen werden bevorzugt die Leerräume der Schichten 22 und 24 auf ein Minimum reduziert oder die Schichten 22 und 24 miteinander in Kontakt gebracht, um das Verbund-Bindemittel steifer zu machen und um eine zusätzliche Verstärkung einer zwi schenschiclitlichen Bindung zu. erhalten.

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Erwünschtenfalls können auch die Fäden 27 des Gewebes 26 mit dem Kunststoff der Schichten 22 und 24 vor dem Weben überzogen werden, um den Fluß der Schichten um das Gewebe zu erleichtern. Z.B. kann vor der Herstellung des Gewebes 26 der Schuß mit dein Polypropylen der Schicht 22 überzogen werden, während die Kette mit dem Nylon der Schicht 27 überzogen ist. Das Material 26 ..wird dann gewoben und zwisehen die Schichten 22 und 24 eingebracht.

Eine oder beide Schichten 22 und 24 enthalten ein besonderes wärmeerzeugendes Material, das durch eine ausgewählte Art von indirekt aufgebrachter Energie zum Heizen des Verbund-Bindemittels 20 auf die Heißsiegeltemperatur erwärmbar ist. Der Ausdruck "indirekt aufgebracht" bedeutet₉ daß die für die Einführung der Wärme verantwortliche Energie durch ein Feld und nicht direkt, z.B. 'mit einer heißen Platte, übertragen wird. Vorzugsweise ist das Feld ein Hoehfrequenzwechsel- ⁿ stromfeld oder ein magnetisches Feld.

Der geeignete Wärmeentwickler, im folgenden Susceptor 28 genannt, wird in die Schicht oder in.die Schichten in einer Menge eingebracht, die ausreicht," um die erwünschte Heizwirkung zu erreichen. Das sind vorzugsweise 10 bis 30 Gewichtsprozent bezüglich des Materials der Schicht- oder Schichten; der Bereich kann sich aber von 3 bis 50*-% erstrecken. Der Susceptor 28 kann auf die indirekte Energieaufbringung in Form eines Hochfrequenzraagnetwechselfeldes ansprechen, wobei der Susceptor 28 dann aus feinen Teilchen eines Metailoxydes, wieFe^O^, ¥<*£>.? und CrOg bestehen kann. Für Zwecke &er Er-.•Ünfiung ist ^--FepO, besonders geeignet. Die besondere Eignung der vorstehenden Susceptormaterialien beruht auf deren Fähigkeit auch noch in einer Submicronkorngröße Wärme zu entwickeln. Die Verwendung von so kleinen Teilchen erleichtert die Dispersion in den Materialschichten und ändert nicht wesentlich die anderen FJigenschaften der Materia] schichten, wie deren Stärke oder die Bindeeigenschaften. Es sind Teil-

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chengrößen bis zu 0,01 Micron verwendet worden.

In Fällen, in denen das thermoplastische Material der Schichten 22 und 24 -verschiedene Heißversiegelungstemperatureh aufweist, wird das Problem des Überhitzens des Materials mit der niedereren Heißversiegelungstemperatur gelöst, indem der Susc.eptor 28 nur in dem Material mit der höheren Heißversiegelungstemperatur dispergiert wird_o In dem vorstehend gegebenen Beispiel zeigt das Nylonmaterial der Schicht 24 eine höhere Versiegelungstemperatur als das Polypropylenmaterial der Schicht 225 sodaß der Susceptor 28 in der Schicht 24 dispergiert wird.

Um den Gegenstand 10 herzustellen, werden die Folie 12 und der Halter 14 so angeordnet_s daß die zu versiegelnden Oberflächen sich gegenüberliegen. Das beschriebene Verbund-Bindemittel 20 wird zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen eingeschoben, wie es in Fig. 4a angedeutet ist, wobei' die Schicht 24 dem Halter 14 und die Schicht 22 der Folie 12 zugekehrt ist.

Die miteinander zu verschweißenden.Oberflächen der Folie 12 und des Halters 14 werden mit dem Verbimd-Bindeinittel 20 in

Vorrichtung Berührung gebracht. Dann wird eineVzum Anlegen eines Wechselstromfeldcs in die Nachbarschaft des Verbund-Bindemittels gebracht. Diese Vorrichtung kann z.B. eine flache Spirale 30 (Abbο 4b) sein. Die Spirale 30 wird durch ein Hochfrequenzwechselstromfeld aus der Quelle 32 erregt. Die B'requenz des magnetischen Feldes, das durch die Spule 30 aufgebaut wird, liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 0,4 und 6 Megahertz; eine brauchbare Wärmeentwicklung wird auch bei höheren Frequenzen bis zu 30 Megahertz für eine übliche Spule erreicht,

Durch das Hochfreqiienzima^rietfeld der Spule 30 wird der Susceptor 20 erhitzt und erhitzt-die Schicht 24 und sowie, durch Wärmeleitung die Schicht 22; Das Erhitzen dieser Schicht verursacht eine Temperaturerhöhung der Folie 12 und des Halters <\'\ auf den Heißversiogclungspunkt. Wenn die Folie Ί2 und der

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Halter 14 die Heißversiegelungstemperatur erreicht haben, erfolgt eine Bindung zwischen der Folie 12 und der Schicht 22 sowie zwischen dem Halter 14 und der Schicht 24. Diese Verbindung kann durch Druck unterstützt werden, der in Richtung des Pfeiles 34 gegen die Werkstückteile ausgeübt wird. (Abb.4b)

Die Erhitzung des Susceptors 28 kann schnell erfolgen; eine Zehntel Sekunde ist üblich, wenn beide Schichten 22 und 24 den Susceptor 28 enthalten» Wenn der Susceptor nur in einer der Schichten 22 oder 24 enthalten ist, benötigt die Erhitzung üblicherweise etwas langer, z.B. 2 Sekunden« -Wenn die erwünschte Heißversiegelung erreicht ist, wird das magnetische Feld der Spule 30 durch Abschalten der Spule 30 von der Stromquelle oder durch Entfernen der Spule aus der Nachbarschaft des Verbundbindemittels 20 entfernt.. Wegen der schnellen Erhitzung des Susceptors 28 und der schnellen Bildung der Heißversiegelung bleiben die Folie 12 und der Halter 14 in ihrer Gesamtmasse kühl, . was die Abkühlung der Versiegelungsgegend und die Vervollständigung der Heißversiegelung unterstützt. Es kann notwendig oder wünschenswert sein«, ein Kühlmittel durch dio Kühlanlage 36 in der Spule 30 umzuwälzen j, nn die · Verbundgegend abzukühlen.

In dem fertigen Verbundstück garantiert die Verbimdverträglichkeit zwischen Folie 12 und der Schicht 22 sowie zwischen dera Halter- Vi und der Schicht 24 eine besondere Festigkeit zwischen diesen Teilen» Bas Gevrebe 26 verstärkt das Verbund-Bindemittel 2O₉ um dem Bindemittel selbst eine entsprechende Festigkeit zu verleihen.

Ein.Verfahren zur Herstellung des Verbund-Bindemittels 20 ist in dem Schaubild nach Fig, 5 wiedergegeben; es begannt mit der Dispersion des Susceptor 28 in einer oder in beiden Schichten 22 und 24. Diese Dispersion kann verschiedentlich erreicht werden. Z.B. kann das trockene granulierte Schichtmaterial auf erwärmten Walzen mit dem Susceptor 28 vermählen v/erden. Das Produkt kann dann auf den Walzen dünn in Schichtforra suLgc-

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walzt werden.

Bei einem anderen Verfahrensschritt kann das Schichtmaterial wie vorstehend hergestellt, dann -unterteilt und in einer Schneckenpresse mit vorgegebenen Mengen eines unbeladenen Materials vermischt werden, um die fertige Schicht herzustellen.

Eine der Schichten 22 oder 24 kann dann zum Erweichunspunkt erhitzt werden. Wenn die Schicht mit dem Susceptor 28 erhitzt werden soll, so kann dies durch ein schwaches Magnetfeld erfolgen. Die Schicht kann auch durch eine Heizplatte oder auf andere Weise erwärmt werden»

Das-Gewebe 26 wird auf die aufgeweichte Oberfläche der erhitzten Material schicht aufgebracht» Das Gewebe 26 kann vorher Eit den vorstehend genannten Materialsehichtsn überzogen worden sein. Ee'steht das Gewebe aus Glasfasern, so kann die Verbindung des Schichtmaterials durch die Zugabe von Silan (Arainopropyltriathoxy ^f.lan) zu den Glasfasern erleichtert werden. Es wurde auch gefunden, daß die Verbindung des Gewebes 26 mit den Schichten durch das Aufrauhen der Gewebe-Oberfläche., z.Bο mit Sandpapier, verbessert werden kann« Entsprechend dem'Erweichunsgrad kanSföas Gewebe 26 teilweise in die 'Schicht durch sein eigenes Gewicht einsinken lassen, um die erwünschte Verbindung mit der Schicht zu erreichen* Venn die erwünschte Haftung auf diese Weise nicht erreicht wird, kann das Gewebe 26 in die Schicht durch Anwendung eines gleichmäßigen Druckes auf die Oberfläche der Schicht gepreßt werden.

Die zweite Schicht, z.B. die Schicht "24, wird dann auf die verbleibende Oberfläche des Gewebes 26 aufgebracht. Dies kann auf dieselbe Weise geschehen wie die Aufbringung der Schicht 22 oder in irgend einer anderen, mit den mechanischen und therniischen Eigenschaften der Materialschichten verträglichen Weise. Man kann ein Spritz- oder Preßilberzugverfahren anwen-

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den. Auch ein Überziehen durch Anstreichen, durch Sprühen u. dergl. ist .möglich.

In Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Polypropylen-Nylon-Beispiel kann das Verbund-Bindemittel durch Erhitzen einer Polypropylenfolie und Aufpressen des Gewebes in die aufgeweichte Oberfläche hergestellt werden. Das Nylonmaterial kann dann geschmolzen \ferden und auf die freie Oberfläche des Gewebes aufgebracht werden. Das Nylonmaterial kann auch durch Behandlung der freien Oberfläche des Gewebes mit einer Lösung von .KyIon in einem Lösungsmittel aufgebracht werden. Das letztere gewährt ein besseres Eindringen des Nylonmaterials in das Gewebe, aber die Festigkeit des resultierenden Verbund-Bindemittels ist nicht ganz so hoch, wie wenn das Nylonmaterial geschmolzen und, dann auf. das Gewebe aufgebracht wird.

Der gewünschte Abstand der Schichten zueinander kann auf ver~ ι schiedene Weise kontrolliert v/erden. Mit festem Schichtmaterial kann der Einbettungsgrad des Gewebes 26, durch die Temperatur, auf die das Schichtmaterial erhitzt wird, reguliert werden, sowie durch den angewendeten Druck, um das Gewebe in die Materialschicht zu pressen, und durch andere Verfahrenskriterien. Mit flüssigen Schichtmaterialien kann der Durchdringungsgrad durch die Viscosität derselben oder durch die Gewebeart usw. kontrolliert werden.

Wenn das erhaltene Verbund-Bindemittel 20 zu dick ist oder die Hohlräume in den Schichten größer als erwünscht sind, kann das Verbundinaterial auf eine geringere und gleichmässigere Dicke heiß gepreßt werden. Das fertige Verbund-Bindemittel 20 wird dann in die erwünschte Form geschnitten (Rechtecke der Abb. 1 und 4).

Um die Bindung der Schichten 22 und 24 zu den Werkstücken 12 und 14 zu verstärken, sollten die Fäden 27 nicht die äußere

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Oberfläche des Verbund-Bindemittels 20 durchdringen. Beide Außenflächen des Verbund-Bindemittels 20 sollten frei vom Gewebe 26 sein.

Es ist selbstverständlich,, daß verschiedene Variationen-der vorstehend beschriebenen Erfindung möglich sind. Die genaue Formulierung der Schichten 22 und 24 kann entsprechend den verschiedenen Verbundanwendungen gewählt werden» Die Formulierung kann unter anderem verschiedene Kombinationen des ABS (Acrylnitril- Butadien- Styrol ), von Acetalen, von Acrylharzen, Allylharzen und -monomeren» von Zellulose, von chlorierten PoIyäthern, von fluorierten Kunststoffen, NyIon, Polycarbonaten, Polyestern, Polyäthylen, Polytetrafluoroäthylen₉ Polypropylen, Polyurethanen, Polybutylen_f und Vinylpolymeren und Copolymeren enthalten»

Bei gewissen Anwendungen'ist es wünschenswert ein Gewebe 26 zu verwenden, das aus einer Mehrzahl von unverwobenen, parallel laufenden und sich überlappenden Fäden besteht, z.B. aus einem vorgesponnen_ oder gewirkten Material, statt eines gewebten Fabrikats 26 „

Eine oder beide Schichten 22 und 24 können so eingefärbt sein, daß das Verbund-Bindemittel dieselbe Farbe wie die zu verbindenden Werkstücke hat oder die Verbundstelle durch ihre Farbe von den Werkstückteilen unterschieden werden kann. Das Einfärben einer oder beider Schichten 22 und 24 kann als Anzeige für die Orientierung der Schichten und ihre Verbundverträglichkeitseigenschaften dienen.

In gewissen Fällen ist es vorteilhaft-, einen dielektrisch aufheizbaren Susceptor zu verwenden. Zu diesem Zeck wird ein Material gewählt mit hohen dielektrischen Verlusten z.B. Polymere und Kopolymere des Vinylchiοrides, Vinylfluorid, Vinylidenchlorid und Vinylidenfluorid. Polyvinylchlorid ist in dieser Hinsicht besonders zu bevorzugen.

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• Um das elektrische Wechselstromfeid zu erzeugen, das die Wärme in dem dielektrisch aufheizbaren Susceptor, der sich in einem solchen Verbundbindemittel befindet, entwickelt, kann zwischen zwei plattenähnlichen Elektroden 40 eine Hoch- frequenzquelle 42 angeschlossen werden (Abb. 6).

In einigen Fällen können sich die Material schichten 22 und 24 selbst aufheizen, wenn sie indirekt angewendeter Energie ausgesetzt werden« Dies macht die Verteilung eines getrennten Susceptors in den Schichten überflüssig» Z.B. kann eine der Schichten, wenn sie aus den vorstehend genannten Vinyl- oder Vinylidenverbindungen besteht, durch ein elektrisches Wechselfeld erhitzt werden.

PatentansBrüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verbundbinderaittel zum Verbinden eines ersten thermisch verbindbaren Körpers rait einem zweiten , die beide zumindest eine gewisse gegenseitige Verbundunverträglichkeit anfvjeisen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer im allgemeinen geschichteten Gesamtstruktur besteht,

einer ersten Materialschicht mit einer thermischen Verbund** verträglichkeit mit dem ersten Körper; einer zweiten Materialschicht, die eine Verbundverträglichkeit mit dem zweiten Körper aufweist, wobei zumindest eine der beiden Schichten durch Anwendung einer ausgewählten Form einer indirekt angewandten Energie auf Heißversiegelungstemperaturen erhitzbar ist und mit einem fasrigen Gefüge von Fäden zwischen den beiden Schichten die mit den Fäden zur Schaffung einer inneren Haftung des Verbundbindemittels sind.

2. Verbundbindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fasrige Gefüge aus vielen ineinandergreifenden Fäden besteht, die mit den beiden Schichten verbunden sind, und ein Paar gegenüberliegender Oberflächen aufweist,"entlang denen Teile.der Fäden frei- ;liegen und Fadenteile zumindestens teilweise in den 'Schichten für .eine innere Kohäsionsfestigkeit zum Ver-,bundbindemittel eingebettet sind.

3. Verbundbindemittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden so angeordnet sind, daß Lücken verbleiben und Schichten in den Lücken des Gefü-■ges eingebunden sind.

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BAD

4. Verbundbindeinittel nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Fasergefüge aus einem Gewebe bestellt.

5. Verbundbindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuraindestens eine der beiden Materialschi'chten auf Heißversiegelungstemperatur erhitzbar ist, wenn sie einem magnetischem Wechselfeld ausgesetzt wird.

6. Verbundbjndemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens eine der beiden Materialschichten auf Heißversicgelungstemperatur erhitzbar ist, wenn sie einem elektrischem Wechselfeld ausgesetzt wird.

7* Verbundbindemittel nach Anspruch 1, dadurch g e kennz e i chnet, daß zumindestens eine der beiden Materialschichten einen aus Teilchen bestehenden Suceptor in Dispersion enthält, der durch Anlegen indirekt angev/endeter Energie erhitzbar ist.

8. Verbundbindeinittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Susceptor bei Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes erwärmbar ist.

9. Verbundbindemittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Susceptor bis zu 50 % der Materialschicht ausmacht.

10. Verbundbinderaittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Susceptor bis zu 30 Gew.-?o des Materials ausmacht.

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11. Verbuiidbindcmit-tol nach Anspruch 10, dadurch g e kennz e i chnet, daß der Susceptor aus ferromagnetischen Teilchen wie y- - FepO,, Fe^O^, und CrOp, besteht.

12. Verbundbindemittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Susceptor aus V" - Fe₂O^- Teilchen besteht.·

13· Verbundbindemittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Susceptor eine Minimumteilchengröße von 0,01 Mikron aufweist.

14. Verbundbindemittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Susceptor durch Anlegen eines elektrischen Hochfrequenzfeldes erhitzbar ist.

15. Verbundbindemittel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Susceptor aus Polymeren und Copolymeren drs Vinylchlorides, Vinylfluorides, Vinylidenchlorides und Vinylidenfluorides besteht .

16. Verbundbindemittel nach· Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Materialschichten eine unterschiedliche Heißversiegelungstemperatur aufweisen und der Susceptor in der Materialschicht mit der höheren Heißversiegelungstemperatur d'ispergiert ist.

17. Verbundbindemittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Faser^efUge aus vielen Fäden besteht, die mit dem Material der ersten bzw. der zweiten Schicht überzogen sind.

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18. Verbundbirdemittel nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß das Fasergefüge ein Gewebe ist, das zumindestens aus einem Paar von wiederholt ineinandergreifenden Fadenclementen besteht, von denen eines mit dem Material der ersten Schicht und das andere mit dem Material der zv/eiten Schicht überzogen ist,

19. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbindemittels von hoher innerer Haftfestigkeit zum Verbinden eines ersten thermisch verbindbaren Körpers mit einem zweiten solchen Körper, die boiäe zuraindeotens eine gewisse gegenseitige Verbundunverträglichkeit aufweisen, bestehend aus zwei Faterialschichten, die eine Verbundverträglichkeit ,ieweüs mit dem einen der Körper aufweist, v/ob ei ziv.ninclsstenr» eine ei sr beiden Materialschichten auf Fe ißver siegelt.· ngstomperaturen erhiizbar ist, v^enn sie einer besonderen Fom einer indirekten Energie ausgesetzt wird,, g e ken η ze ichnet durch folgende Verfahrensstufen:

Beschaffung eines zusammengehörigen Fasergefüge-s von Fäden, deren voneinander wegweisende Oberflächen teilweise freiliegen,

Aufbringen ö.eT ersten Haterialschichfc auf das Gefüge derart, daß d.ie Fäden zumindest teilweise in die erste Schicht eingebettet sind:

und.

Aufbringen der zweiten Mater.ialcchicht derart, daf3 die Fäden zumindest teilweise in der zweiten Schicht eingebettet sind.

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BAD OWGtNAL

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch ρ e k e η η zeichnet, daß i* äe« das Auflegen der Schichten auf das Fascrgefüpce derart erfolgt, daß die Schichten voneinander getrennt s.ind.

21. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß das Auf'.!open der Schichten auf das Fasergefüfe derart erfolgt, daß die Schichten miteinander in Verbindung stehen.

22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflegen der Schichten derart erfolgt, daß zumindestens eine der Materialschichten in flüssiger Form aufgebracht wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung des Eindringgrades der flüssiren Materialschichtin das Fasergefüge zusätzlich die Viscosität'der flüssigen Materialschichten kontrolliert wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß beide Materialien in flüssiger Form aufgebracht werden.

25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das fasrige Gefüge in die freiliegende Oberfläche des einen im allgemeinen festen Schichtinaterials eingepreßt und das andere Material in "flüssiger Form aufgebracht wird.

26. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß auf eine erste Materialschicht

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mit einer freien Oberfläche.die eine Oberfläche eines integrierten Fasergefüges von Fäden aufgedrückt wird und die andere Oberfläche des Gefüges in eine Oberfläche der zweiten Materialschicht eingepresst wird.

27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Materialschicht vor dem Eindrücken des Fasergefüges verweicht wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Materialschicht des Verbundbindemittels erhitzbar ist, wenn sie indirekt aufgebrachter Energie ausgesetzt wird, wobei die Erweichung der ersten Materialschicht dadurch erfolgt, daß sie dieser Energie ausgesetzt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der zweiten Materialschicht ein Druck senkrecht zum Verbundbindemittel aufgebracht wird.

30. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst wenigstens eine der . Materialschichten hergestellt und zu ihr ein teilchenförmiger Susceptor dispergiert wird, der durch die indirekte Energieanwendung erhitzbar ist.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein teilchenförmiger Susceptor in der Schicht dispergiert wird, der durch ein magnetisches Wechselfeld erhitzbar ist.

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32. Verfahren nach Anspruch 251, dadurch gekennzeichnet, daß ein Susceptor aus ferromagneti schen Teilchen wie ^- - Fe₂O^, Fe₃O^, und Cr0'₂ in dem Schichtmaterial dispergiert wird.

-33· Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß ^ - Fe₂Oy - Teilchen in dem Schichtaaterial dispergiert werden.

34. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 50 Gew. - % des Suszeptors in dem Schichtmaterial dispergiert werden.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch g e k e η η -. zeichnet, daß Ms zu 30 Gew. - % des Suszeptors bezogen auf das Schichtmaterial dispergiert werden.

36. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst ein dielektrisch heizbarer, teilchenförmiger Suszeptor aus Polymeren und Kopolymeren des Vinylchlorides, Vinylfluorides, Vinylidenchlorides, und Vinylidenfluorides in dem Schichtmaterial dispergiert wird»

37.· Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e k e η η ζ e ic hn e t, jiaß mindestens eine der beiden Schichten aus einer heizbaren Substanz besteht, die beim Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes-.sich dielektrisch aufheizt.

38« Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Schichtmaterial eine verschieden Helßversiegelungsteraperatur aufweist und der teilchenförmig-e Susceptor

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in der Materialschicht äispergiert wird, die die höhere Heißversiegelungstemperatur aufweist.

39. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e k e η η zeichnet, daß zur Aufnahme der ersten und zweiten Materialschicht ein gewebeartiges Fasergefüge verwendet wird.

40. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasergefüge mit dem Material der ersten und ZA^eiten Schicht überzogen wird, bevor die Materialschicht auf das Gefilde aufgebracht wird.

41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fedeneleraent mit dem Material der ersten Schicht und ein anderes Fadenelement mit dem Material der zweiten Schicht überzogen wird, und daß diese Fadenelemente zu einem Gefüge verwebt werden.

42. Verfahren zum Verbund eines ersten thermisch verbindbaren Körpers nit einem zweiten , die beide zumindestens eine gewisse gegenseitige Verbundunverträfrlichkeit aufweisen, mittels eines Verbundbindemittels, $ bei dem eine erste und zweite Materialßchicht über ein mittiges faserförraiges ßefüge Integral verbunden sind, und eine Verbundfähigkeit mit den ersten und zweiten Körpern aufweisen, wobei das Verbundbinderaittel durch indirekte Energieanv/endung erhitzbar ist, gekennzeichnet durch folgende Stufen;

Anordnen des ersten und zweiten Körpers derart, daß miteinander zu verbindejide Teile sich "berührenj

Einfügen des Verbundbindemittels zwischen die Körper

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BAD OmGtNAL,

derart j daß die Materialschichten, den Körpern benachbart mit denen sie eine Verburidverträglichkeit aufweisen;

indirekte Energieaufbringung auf das Verbundbindemittel zum Erhitzen der Materialschichten und der benachbarten Teile der Körper auf Heißversiegelungstemperatüren

und

Zusammenbringen des ersten und zweiten Körpers mit dem Verbundbindemittel zur Heißversiegelung mit der ersten bzw. zweiten Materialschichte

43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch g e k e η η zeichnet, daß auf den Bereich der Heißversiegelung zumindestens anschließend an die Anwendung der gewünschten Energieeinwirkung auf das Verbundbindemittel senkrechter Druck ausgeübt wird«

44. Verfahren nach Anspruch 42 _s gekennzeichnet durch Kühlung des "ersten und zweiten Körpers und des Verbundbindemittels zur Vervollständigung der Heißversiegelung.

45° Verfahren nach Anspruch 42, dadurch g e k e n'n.-zei chnety daß das Verbundbindemittel durch ein magnetisches Wechselfeld erhitzbar ist imd das A^rerkleben durch Anwendung eines magnetischen Wechselfeldes erfolgt.

46. Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundbindemittel einem magnetischen. Wechselgeld mit einer Frequenz von 0_$4 bis 6 Megahertz ausgesetzt wird.

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47. Verfahren Bach .Anspruch 42 _P dadurch g e k e η η -zeichnet, daß das Verbundbindemittel in einen elektrischen Wechsel!eld erhjtzbar ist und r.ur Verklebung einen elektrischen Wechself old auster,et^t v/.ird.

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