DE2839640A1

DE2839640A1 - Schmelzverbindungselement, dessen herstellung und dessen verwendung

Info

Publication number: DE2839640A1
Application number: DE19782839640
Authority: DE
Inventors: Alfred Fuller Leatherman; Gordon Eugene Pickett; Clyde Peter Repik
Original assignee: HELLER JUN
Current assignee: HELLER JUN
Priority date: 1977-09-13
Filing date: 1978-09-12
Publication date: 1979-03-22
Also published as: AU3951678A; GB2004497A; FR2402690A1; FR2402690B1; IT1106900B; GB2061815A; GB2061814A; DE2839640C2; AU2308384A; CA1125155A; FR2433564B1; AU555459B2; JPS5840488B2; IT7851036A0; GB2061814B; FR2433564A1; JPS54141880A; GB2004497B; GB2061815B

Description

PATENTANWÄLTE A. GRUMECKER

H. KlNKELDEY W. STOCKMAIR

OK-INa-ZSaE(CALTECH

K. SCHUMANN

_ο DR BSI NAT. - DlPL-FHYS

P. H. JAKOB

DIFL-ING.

G. BEZOLD

S MÜNCHEN 22

MAXIMIUANSTRASSE 43

Schmelzverbindungs element _s dessen Herstellung und dessen Verwendung

Die Erfindung bezieht sich auf einen festen thermoplastischen Elastomerbindefilm zum Schmelzverbinden von plastischen Elementen.bzw. Kunststoffelementen.

Polyvinylchlorid und dgl. wird leicht durch Klebemittel oder thermisch angebunden. Andere Stoffe wie etwa Polycarbonate, Polypropylen und dgl. sind schwer zu verbinden. Polycarbonate können mittels Ultraschall-oder Drehschweißen verbunden werden, doch führt dies im allgemeinen zu einer Yersprödung des Polycarbonats. Polycarbonat kann mit bestimmten Oberflächen wie etwa Glas nicht verbunden werden.

Blockcopolymergefuge der Phillips Petroleum Company und Shell Oil Company, werden in MODEHBT PLASTICS ENCYCLOPEDIA,

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Ausgabe 1975 - 1976 erörtert. Diese flüssigen Klebemittel schaffen jedoch nicht die thermische Hitzesiegelverbindung der vorliegenden Erfindung, erfordern einen iDrocknungssciceitt und besitzen andere Beschränkungen.

Verschiedene thermische Verbindungsmethoden für Polyäthylene und dgl. mit einem Bindemittel,- sind beispielsweise in den USA-Patentschriften 3 461 014 und 3 574 031 beschrieben«, Die USA-Patentschrift 3 242 038 beschreibt ein Biocopolymeres zum Verbinden plastischer Elemente durch 30 Minuten' langes Erhitzen der Gesamtanordnung. Elemente aus Polycarbonaten, Polypropylen und dgl., sind durch eine direkte thermische Schweißung miteinander verbunden xrorden, wo eine Schweißunggeriqger Festigkeit annehmbar ist, doch auf vielen Anwendungsgebieten ist das Schmelzen des Materials nicht erwünscht. Wie oben bemerkt, schaffen bestimmte Kunststoffe wie etwa Polycarbonate, Polypropylen und dgl., auch besondere Bindeschwierigkeiten, wenn ein zwischengelegtes Bindemittel angewandt wird. Im allgemeinen ist eine Bindung der Elemente an Glas und dgl. nicht tunlich gewesen.

Diese Erfindung richtet sich auf die Verwendung eines Blockelastomerelementes mit eingeschlossenen, wärmedurchdringenden~· Partikeln, zwischen nichtelastomeren:Oberflächen,und eine-~.Se.hme Izverbindung bewirkt: durch Anregen der Partikel mittels eines geeigneten Energiefeldes^;für eine Zeitdauer der Größenordnung von 10 Sekunden oder weniger, um das Element auf die Schmelzverbindungstemperatur zu steigern. Wünschenswerte Verbindungen werden innerhalb des Elementes bzw.. bei einem halbflüssigen oder geschmolzenen Zustand erhalten ohne erforderliches gleichzeitiges Schmelzen der miteinander zu verbindenden Elemente. Das Element ist vorzugsweise ein Copolyester-Blockelastomeres wie etwa ein Elastomeres, welches sich ableitet von Terephthalsäure, Polytet^amethylenätherglycol, und 1.4-Butandiol; oder ein Copolymer-Blockelastomeres wie etwa ein Elastomeres von starren Polystyrolendblocks mit einem Polybutadien-, einem Polyisopren-, einem Äthylen-Butylen- oder einem

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Äthyl en-Propylenkautschuk-Mittelblock; oder ein Radialeopolymeres wie etwa ein Elastomeres aus Polybutadienmittel- und starren Polystyrol-Endblocks. Eine Grundierung wie etwa Phen^ oxyharz wird vorteilhafterweise auf Glas oder dgl., aufgebracht _T um die Haftung eines Copolyester-Elastomerelementes zu steigern.

Ein Bindesteigerungsmaterial wie etwa das Harz einer oder beider Oberflächen, kann dem Element zugesetzt werden.

Für Bindeelemente eines Polycarbonate, Polyvinylchlorids aneinander und an Polyvinylidenchlorid (PVDG) für höchste Festigkeit, verwendet man Copolyester-Elastomerelement, wie es von duPont unter der Warenbezeichnung Hytrel ITr, 4055 und 4056 in den Handel gebracht wird.

Das Doppelolefin-Mittelblockcopolymer-Elastomerelement der Shell Development Company mit dem Handelsnamen Eraton G, schafft ein hochbefriedigendes Mittel zum Binden von Plastikelementen, insbesondere Polypropylen, an Polyäthylen hoher Dichte und '' jeden solchen Materials an sich selbst unter Yerwendung gerade einer einzigen Materialschicht. Rs wurde auch gefunden, daß Kraton 3000 hoch schlagfeste Polystyrolelemente miteinander verbindet und zwar mit einer Fahijverbindungsfestig-

P keit der Größenordnung von etwa 35 kg/cm '. Ein "Solprene"-Elastomeres der Phillips Petroleum Company, welches ein Eadialblock-Copolymeres von Polybutadien-Mittelblocks und Polystyrol-Endblocks ist, bindet ABC-Elemente (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Elemente) aneinander mit einer Uahtverbindungsfestig-

keit von etwa 17 kg/cm .

Das Bindeelement kann hergestellt v/erden durch Schmelzen des Harzes, Einführen der Partikel, und dann Heißpressen des Gemisches zu einem Film oder Blatt. Das heiße Material kann auch zur Bildung eines Blattes exfcrudiert oder kalandert werden. In der Hitze., und besonders durch die hit ze er zeugenden Partikel hervorgehoben, wird normalerweise eine Oxydation eines

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dünnen Harzes herbeigeführt. Tatsächlich wurde jedoch festgestellt, daß das Elastomerharz nicht bemerkenswert oxydiert. Der Zusatz eines chemischen Oxydationsverzögerers, xcLe er etwa in Hytrel 4056 gebraucht wird, verbessert die Bindeeigenschaft und scheint die obige Analyse zu stützen.

Die Eigenschaft der Elastomeren, kombiniert mit der Fähigkeit} eine Schmelzbindetemperatur zu gebrauchen, welche im allgemeinen geringer ist als die übliche Schmelzbindetemperatur des nichtelastomeren Elementes bzw^ der nichtelastomeren Elemente, scheint ein bemerkenswerter Faktor in der optimalen Struktur und den Verfahren der Erfindung zu sein, und trägt insbesondere zu den. einzigartigen und unerwarteten Bindefestigkeiten bei, welche durch die Kombination des elastomeren Bindeelement es und der zu verbindenden nichtelastomeren Elemente erziele werden.

Fig. 1 ist eine schematische Teilansicht, welche einen Anfangsschritt beim erfindungsgemäßen Verfahren zeigt;

Fig. 2 zeigt einen nachfolgenden Schritt;

Fig. 3 zeigt ein Verbinden mit einer Induktionsheizeinheit; .

Fig. 4- zeigt die fertig verbundene Anordnung; Fig. 5 zeigt ein Testen der Bindungen; und Fig. 6 veranschaulicht eine bisherige Bindung *

In Fig. 1 besitzen die erste und die zweite thermoplastische, nichtelastoBiere Schicht 1 bzw. 2 sich überlappende Verbindungszwischenflächenteile 3 und 4-, Ein neuartiges Verbindungsele- · ment 5 aus elastomerem Material ist dazwischengelegt. Die Schichten 1 und 2 können typischerweise Polycarbonate,

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Polypropylen und Polyäthylen hoher Dichte sowie auch andere sein.

Der Ausdruck "Elastomer"-element wird hier gebraucht, um diejenige Klasse thermoplastischen Materials zu definieren, welche die Eigenschaften hoher Elastizität .bzw- des "Gedächtnisses" besitzt und Copolymere und ierpolymere enthält.

Zu Elastomeren für das Element 5 zählen allgemein: ein Copolyester-Blockelastomeres, ^reiches sich von Terephthalsäure, Polytetramethylenätherglycol und 1.4-Butandiol ableitet und von E.I. ö/uPont de Eemours & Company, Ine« unter der Handelsbezeichnung Hytrel in den Handel gebracht wird 5 ein Copolymer-Radialblockelastomeres aus Polystyrol und Polybutadien, weiches von Phillips Petroleum Company unter der Handelsbezeichnung Solprene Piastomers in den Handel gebracht wird, ein Blockcopolymeres aus starren PolystyrdErEndblocks und Mittelblocks aus Polybutadien, Polyisopren, Äthylen-Butylen bzw. Äthylen-Propylen, welches von Shell Development Company in den Handel gebracht wird und es wurde gefunden, daß insbesondere die beiden letzteren Mittelblocktypen an Elastomeren, Vielehe die Handelbezeichnung Eraton G tragen, einzigartige Bindefestigkeiten schaffen, wenn sie erfindungsgemäß verwen- . det werden. Das Elastomerelement 5 "und die nichtelastomeren Elemente 1 und 2 werden für optimale Ergebnisse, wie hier beschrieben, in Beziehung gebracht. Das Element 5 besitzt Wärmequell ep artikel 6j welche in geeigneter Weise einverleibt sind. Die Partikel 6 sprechen vorzugsweise an auf ein hochfrequentes PeId magnetischer Energie unter Bildung einzelner Wärmequellen für rasches Erhitzen der Oberflächen auf eine Bindetemperatur in einer Zeit der Größenordnung von iO Sekunden oder weniger.

Beispielsxireise können verschiedene Partikel durch geeignete magnetische und elektrische Hochfrequenzwechselfeider aktiviert; werden. Getrennte Partikel können natürlich auf andere Felder

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ansprechbar sein wie etifa auf ein Strahlungsfeld. Auf Infrarotstrahlung spricht Ruß an.

Die Partikel 6 "bestehen vorzugsweise aus feinen Partikeln ferromagnetischen nichtleitfähigen Metalloxyds, nämlich aus Gamma-Fe^O^, Fe^O. und deren Gemischen, welche auf die Anwendung des hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes ansprechend sind, wie dies eingehend in der vorerwähnten USA-Patentschrift 3 574- 031 beschrieben ist. Gamma-FepQ₇ wurde als besonders geeignet befunden- Die Partikel 6 können in Mengen von weniger als 2 bis zu mehr als ^O Gew.~%, bezogen auf das thermoplastische Material, einverleibt werden, xrobei Mengen von 10 bis 30 Gew.-% typisch sind. Die einzigartige Fähigkeit der vorerwähnten Oxyde besteht in ihrem Vermögen, ihre wärme er zeugen-

de Eigenschaft selbst dann beizubehalten, wenn sie auf Abmessungen im Submikrongebiet zerkleinert sind» Partikel einer Größe von so klein wie 0,01 Mikron können verwendet werden, obgleich typischerweise die Partikel im Bereich bis zu 20 Mikron liegen und in einigen Fällen sogar noch größer sein können.

Die Verwendung der Partikel geringerer Größe erleichtert das Einverleiben in ein dünnes Bindeelement mit den Vorteilen des raschen Erhitzens des ansprechendes Stoffes im Bindeelement .auf die Schmelztemperatur ohne gleichzeitiges vollständiges Schmelzen.der Kunststoffelemente 1 und 2. Die Dispergierung des ansprechenden Stoffes im thermoplastischen Material als Ergebnis des Verbindens, ändert die chemischen bzw. physikalischen Eigenschaften des thermoplastischen Materials nicht merkbar.

Gemäß bekannter Technologie kann eine Wendel 7 verx^endet werden, wie dies schematisch in Fig. 3 gezeigt ist. Die Wendel 7 wird mit dem Strom der Energiequelle 8 hochfrequenten Wechselstromes betrieben. Die Hochfrequenzquelle 8 kann typischerweise in einem Frequenzbereich von 0,4 bis 5000 _mHz arbeiten,

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wobei ein Frecjuenzbereich von 2 bis 30 -JiHz für die herkömmliche Haarnade!wendel, xdLe sie schematisch in i'ig. 3 gezeigt ist, typisch ist. Kupfer- oder andere Platten 9 und 10 können an der Wendel 7 angelötet oder in anderer Weise befestigt sein und sind in einer Einheit etwa 6,35 Bim breit und einige cm lang. Wie schematisch durch die Kraftpfeile 11 und 12 gezeigt, üben die Wendel und die Platten 9 und 10 einen Druck während des Erhitzens aus.

Eine gute thermische Bindung macht es erforderlich, daß das Element 5 in einen erxireichten bzw« viskosen Zustand umgewandelt wird. Jedoch muß das Element 5 seine Stellung beibehalten.'

In dem Arbeitsgang, welcher in jedem der besonderen hier erörterten Beispiele befolgt wird, wurde das Bindeelement 5 S^e~ bildet durch Dispergieren von im wesentlichen 20 Gew.-% magnetischen Eisenoxyds (FepO-.) in dem ausgewählten elastomeren Harz, und dann Heißpressen des die Partikel tragenden Harzes auf eine Dicke von im wesentliehen 0,20 bis 0,25 ™&» Die Elemente 1 und 2 waren flache Stücke von etwa 2,5 cm Breite mal

p 10 bis 13 cm Länge. Es xiurde ein Bindeelement 5 von 6,5 cm (1 inch ) verwendet. Eine Zugmaschine 1;i (Figo 5) ergriff die freien Enden 14- und 15 in den Backen 16, um die Elemente 1 und 2 zur Trennung y.u spz^eizen und s:;ar mit der erforderlichen Kraft, welche durch die Zugmaschine angezeigt wurde.

Polycarbonat-, Polyvinylchlorid- und PVDC-Elemente werden mit einer Verbindung hoher Festigkeit verbunden, indem man für das Element 5 ein thermoplastisches Copopyester-Elastomeres verwendet, Tirelches sich von Terephthalsäure, Po3.ytetrameth.yienätherglycol und 1.4-Butandiol ableitet, v/ie es von E.I. duPont de Hemours & Company, Inc., Wilmington, Del. 19898, hergestellt und unter der Warenbezeichnung Hy tr el in den Handel gebracht wird.

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Das Copolyesterelastomere ist in Form von Stückchen "und Pulver verfügbar "und kann leicht verformt -und gestaltet werden. Das Material kann leicht zu einem dünnen, festen Bindeelement 5 gestaltet werden. Um heim Binden von Polycarbonaten optimal hochfeste Verbindungen zu erhalten, wurde"das Copolyester-Elastomerelement 5 rasch erhitzt, um es zu schmelzen und das Element in einen hochviskosen Zustand zu "bringen, ohne nachweisbares Schmelzen der zu verbindenden Elemente, und zwar wie folgt:

Tabelle I - Ablöse-Bindeergebnisse ·

Elemente 2, Dicke	1 und	Bindemittel Element 5	Hytrel	4-055	leizdauer	Sek»	Ablö se~Binde- festigkeit 2,5 cm Breite
1,587 mm.	PC an	PC	Hytrel	4055	1	Sek.	56,70 kg
3,175 mm	PG an	PC	Hytrel	4055	1	Sek.	73,48 kg
1,587 mm 2,718 mm	PC an PTC		Hytrel	4055	1	Sek.	62,60 kg
2,718 mm PYG	PVC an		1	70,31 kg

luft zylinder übten einen Druck auf die Zwischenfläohe aus und der Hochfrequenzgenerator (R-P Generator) arbeitete im Bereich •von 2 bis 7 mHz. Der Generator konnte einen Strom 'von einigen 100 A liefern. Die sich ergebenden Bindungsstärken sind unerwartet hoch. Beispielsweise liegen druckempfindliche Klebebindungen beim Ablösen im allgemeinen in der Größenordnung von 3,63 kg je 2,54 cm (8pounds per inch) Breite, während bei der ähnlichen Polyäthylenbindungsschicht, wie sie'in der USA-Patentschrift 3 574 031 vorgeschlagen wird, 40,82 kg als Bindung hoher Qualität angesehen wird.

Ferner hat bisher die direkte Verbindung von Polycarbonat-. materialien bedeutende Probleme aufgeworfen: . j So schafft herkömmliches Drehschweißen, Ultraschallschweißen und dgl. oft eine Yersprödung der Elemente. Wenn ein gesondertes Wärme-

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quellenmaterial zum Polycarbonat hinzugesetzt wird, um ein Bindeelement zu bilden, welches dann direkt thermisch verbunden xfird wie in Fig. 3 gezeigt, so kann unter Testbedingungen eine Spannung an der Eante des Bindebezirkes auftreten wie bei 17 in Fig. 6 gezeigt, xiras zu einem Versagen führt. Das Versagen tritt auf an der Eante der Bindung und hat ein Aussehen, als ob ein Schnitt in das Element vollzogen wurde,, Das Bindeelement erscheint in dem Bezirk nicht» "Überraschenderweise ist mit dem Copolyester-Elastoiaerbindeelement 5 ein solches Yersagen nicht aufgetreten, selbst obgleich die Bindetemperatur sich dem Schmelzpunkt des Polycarbonates nähert.

Es wurden auch ähnliche Tests unter Verwendung eines thermoplastischen Kautschuks x-jie etwa TPS-Material von Uniroyal Inc. durchgeführt, welches eher ein Olefin ist als ein molekulares Blockelastoiaeres, um 1,587 mm und 3₅175 ™a dickes Poly-, propylen an sich selbst zu binden«, Es ergab sich eine Ablöse-Bindefestigkeit von 16,78 kg. Dies ist eine sehr niedrige Festigkeit im Vergleich zu derjenigen, welche in Tabelle I angegeben ist. Jedoch wurde das Polypropylen leicht und direkt gebunden, wohingegen ein solches Material sonst, beispielsweise mit Klebemitteln, im allgemeinen nur mit wesentlicher Schwierigkeit gebunden wird. Unter diesem Gesichtspunkt ist Polypropylen unter Verwendung eines Gemisches aus TPR-Elastomerem und Polypropylen auch an sich selbst gebunden worden. Die Ergebnisse zeigten eine Verbesserung über das gerade TPR-Elastomerelement 5, wie etwa hinsichtlich der Ablösefestigkeit.

Insbesondere wurde festgestellt, daß Polypropylen und Polyäthylen hoher Dichte mit hochfester Schmelzverbindung verbunden werden können unter Verwendung eines Block-Copolymer— Elastomeren, in welchem starre Endblocks aus Polystyrol kombiniert sind mit Mittelblocks aus JLthylen-Butylen- _; ..'.·' oder Äthylen-Propylen-Kautsshuk. Ein solches Material _ '.steht -" zum Verarbeiten zu einem Bindeelement 5 von der Shell Develop- . ment Company in fester Form unter der Viarenbezeichnung Eraton G -

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zur Verfügung.

Ein Eraton G-Harz wurde während des Mahlens auf einer Heißwalzenmühle geschmolzen und im Harz wurden 20 Gew.-% ansprechende !PegO^-Partikel dispergiert. Das Gemisch wurde entnommen und in Blattform von 0,20 bis 0,25 mm Dicke heiß gepreßt. Die Hytrel-Bindeelemente, welche in Tabelle I gebraucht wurden, wurden in ähnlicher Weise gebildet. Es wurden verschiedene Kraton G—Qualitäten verwendet, wobei Kraton G 2705 etwas bessere Bindungen ergibt als G 7827«. Typische Beispiele von Bindungen mit Kraton G als Bindeelement 5 sind die folgenden:

Tabelle II - Ablöse-Bindeergebnisse

Elemente 1 und
2, Dicke

Bindemittel Element 5

Heizdauer

Ablöse-Bindefestigkeit 2,5 cm Breite

1,587 mm PP an PP Kraton G 2705

0,610 mm HDPE an Kraton G 2705 HDPE

0,508 mm HDPE an Kraton G 2705 HDPE

0,508 mm HDPE an Kraton G 2705 1,587 mm PP

0,508 mm-HDPE HDPE

Kraton G 7827 *) Substrat brach an der Bindung

1 Sek. 19,50 kg

1,5 Sek. 24,49 kg

1,5 Sek. 19,05 kg

1,5 Sek. 19,96'kg"

2,0 Sek., 7,7"! kg

Eine leicht bessere Bindung wird wiederum erhalten, mit den verschiedenartigen Materialien. Jedoch mag dieses zurückzuführen sein auf verschiedene praktische Gründe, die man in der normalen !Funktion der Binde- und Testgänge bzw. -arbeiten findet. Jedoch sind die Ergebnisse im allgemeinen höchst bemerkenswert im Hinblick auf die große Schwierigkeit, welche solche nichtelastomeren thermoplastischen Materialien in der

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vergangenen Bindepraxis geboten haben. Obgleich, die Bindefestigkeit nicht ao groß ist wie diejenige, welche man beim Hitzeversiegeln der herkömmlicheren thermoplastischen Kunststoffe wie etwa Polyäthylen findet, ist eine 22,68 kg-Bindung im allgemeinen ausreichend, um eine Abtrennung von Hand zu verhindern. Ferner kann mit dem erfindungsgemäß verwendeten Elastomeren einer doppelten lüttelblockstrulctur, die Bindung unter Verwendung einer herkömmlichen Druckverbindungsvorrichtung, wie sie vorstehend erörtert wurde, wiederholt werden. Es wurde auch ein Olefin-Elas tomer es TPR 1900 verwendet, um zxiei HDPE-Elemente miteinander zu verbinden, was jedoch nur eine !Festigkeit von 5»90 kg beim Ablösen ergab.

Zusätzlich zu den obigen Ausführungsformen wurde Kraton 30000 verxrendet, um ein Paar sich überlappender Polystyrolstreifen hoher Schlagfestigkeit zu verbinden. Die Streifen waren etwa 2,5 cm bx'eit und 1,587 mm dick. Ein Bindeelement aus Kraton 3000 von 6,5 cm² (1 inch²)und 0,2032 rs, welches mit 30 Gew.-% !ferrioxid (Fe^O^) beladen war, wurde zwischen die sich überlappenden Enden der Streifen gebracht und die Anordnung wurde auf Verschmelzungstemperatur erhitzt. Die Bindung itfurde getestet durch Ziehen der Streifen in der Ebene und es wurde eine Fahtfestigkeit von etwa 35 kg/cm¹" gefunden. Ein Binde-*- element aus Solprene-Elastomerem wurde in. ähnlicher Weise angewandt, um ein Paar ABS-Streifen zu binden und es ergab sich eine Eahtfestigkeit von etwa 17 kg/cm «

Es können auch andere Heizarten angewandt werden, ebenso'an-, dere Partikel, welche auf Induktionserwärmung, dielektrische Erxrärmung oder sogar auf Stralilungserwärmung ansprechen. Die Wärme kann auch in Heta 11partikeln durch induzierte Wirbelströme erzeugt werden.

Zu dielektrischen Partikeln zählen unter anderen halogenierte Polymere wie die Polymeren tmd Copolymeren von Vinylchlorid,

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Vinylfluorid, Vinylidenchlorid_:und Vinylidenfluorid soxcle die Polycarbonate, Polyurethane, Polyacetale und Cellulosederivate. Die verschiedenen Elastomeren wie etwa das elastomere · Hytrel, können auch ohne das Erfordernis hinzugesetzter Partikel als Bindeelement gebraucht werden, indem mau eine geeignete dielektrische Heizvorrichtung oder Mikrowellenquelle genügend hoher Frequenz anwendet, etwa in der Größenordnung von 4-1 mHz. Die Elastomeren Hytrel zeigen ferner einen höheren dielektrischen Verlust als "beispielsweise Polycarbonat und daher könnte im Hytrel die erforderliche Schmelztemperatur erzeugt werden, ohne das zu verbindende Polycarbonat-Element zu schmelzen.

Strahlungsenergie wie etwa Infrarot energie, kann ebenfalls bei der Durchführung der Erfindung angewandt werden und zwar mit oder ohne Bußpartikel als ansprechende Partikel 5 zur Konzentrierung von Wärme innerhalb des Bindeelementes« Eine elektrische Lampe und ein Reflektor zum Fokussieren der Energie auf das Element 5, mag die Energiequelle zum Erhitzen des Elementes liefern, welches rasch schmilzt. Bei Strahlungserwärmung muß notwendigerweise zumindest eines der Elemente 1 oder 2 einen wesentlichen Teil der Infrax'otstrahlung durchlassen können, damit diese das Element 5 erreicht. Selbstverständlich können,, zusätzlich zu Energiequellen wie Infrarot und Laser, auch andere Strahlungs energi ear ten zum Erzeugen der Wärme in geeigneten ansprechenden Stoffen, welche so ausgewählt sind, daß sie darauf ansprechen, angewandt werden, wie etwa unter anderen Röntgenstrahlen, Ionenstx^ahlen, Elektronenstrahlen, Ultraschallstrahlen und Kernstrahlung. .

Ein weiteres bemerkenswertes Bindungsergebnis ist erzielt worden unter Vervrendung einer Grundierung zwischen dem Elastomerelement und Glas oder dgl. Durch Aufbringen eines Phenoxyklebemittels als Grundierung, bindet sich somit das Copoly- - ester-Elastomer element an Glas. Durch Verwendung von Mehr- ': fachschichten, können somit Vinylverbindungen, Polycarbonate . f'"-'

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und dgl. fest und direkt mit Glas verbunden werden.

Im elastomeren Bindeelement kann eine untergeordnete Menge der nichtelastomeren Materialien des zu verbindenden Stammelementes einverleibt sein. Jedoch bleibt das Elastomere das grundlegende Bindeelement. Wenn beispielsweise ein Polyäthylen und Polypropylen miteinander verbunden werden sollen, so erzeugt ein 50:50-Gemisch solcher Materialien in einem Bindeelement keine bedeutende bzw. befriedigende Bindung. Der Zusatz sollte daher einen untergeordneten Teil des elastomeren Binde element es bilden."

Innerhalb des breiten Bereiches der Erfindung kann ferner die Wärme innerhalb der zu verbindenden Elemente erzeugt und auf das Bindeelement übertragen werden. Die übertragene Wärme xvürde ausreichend sein, um das Bindeelement auf die Schmelzverbindungstemperatur zu steigern.

Die Erfindung schafft somit eine einzigartige Methode zum Verbinden von Plastikelementen einschließlich solcher Elemente, welche zuvor schwierig verbunden worden sind.

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Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

H. KiNKELDEY

OP PIG.

W. STOCKMAlR

DR-tNG. · AsE [CALTECHJ

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P. H. JAKOB G. BEZOLD

OTT· DlPL-CHEM.

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE OS

12. Sept. 1978 P 13 113

William Charles Heller, Jr.

184-0 North Farwell Avenue, Milwaukee, Wisconsin 53202

Bat entansprüche

Schmelzverbindungselement, gekennz eichnet durch, ein festes Blatt (5) aus einem thermoplastischen Blockelastomeren und feldaktivier-"bare Partikel (6), welche innerhalb des Filmes (5) dispergiert sind und zur Erzeugung einer Schmelzverbindujigstemperatur innerhalb des Blattes auf ein Energief eld ansprechen.

. Element nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet , daß das Elastomerblatt (5) ein Copolyester-Elastomeres, abgeleitet - von Terephthalsäure, Polytetusmäthylenätherglycol und 1.4—Butandiol; ein Block Copolymeres aus starren Polystyrol-Endblocks mit Äthylen-Butylen-Mittelblocks; ein Block Copolymeres aus starren Polystyrol-Endblocks und Ä'thylen-Propylen-Mittelblocks; oder ein Eadialbloclc Copolymeres aus starren Polystyrol-Endblocks und Polybutadien- oder Polyisopren j- Mittelblocks ist.

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TELEFON (Ο9β) 2ί28Β3 TELEX O5-S9S8O TELEGRAMME MONAPAT TSLEKOPIERER

ORIGINAL INSPECTED

3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Partikel (6) Fe_?(X, Ee-^(K, oder ein Gemisch dieser Substanzen sind.

4-. Verfahren zur Herstellung des Verbindungselementes nach Anspruch 1 bis 3) dadurch gekennzeichnet, daß man eine Masse aus thermoplastischem Blockelastomerem bereitstellt, daß man innerhalb der Masse Partikel dispergiert, welche innerhalb der gesamten Masse feldaktivierte Wärmequellen darstellen, und daß man die Masse zu einem dünnen, festen !Film verformt, wobei die Partikel im I¹Um eingebettet sind.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Partikel Ee-CU, Ee₇CL, oder ein Gemisch dieser Substanzen sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das elastomere Material ein Copolyester-Elastomeres, hergeleitet von Terephthalsäure, Polytetramethylenätherglycöl, 1.4-Butandiol; ein Block Copolymeres aus starren Polystyrol-Endblocks mit Äthylen-Butylen-Mittelblocks, ein Block Copolymeres mit starren Polystyrol-Endblocks und Äthyl en-Propyl en-Mittelblocks; oder ein .Eadialblock Copolymeres aus starren Polystyrol-Endblocks und Polybutadien- oder Polyisopren-Mittelblocks ist.

7- Verwendung des Verbindungselementes nach Anspruch 1 bis 3 zvan Schmelzverbinden benachbarter thermoplastirscher nichtelastomerer Oberflächen, dadurch gekennzeichnet , daß man ein thermoplastisches blockelastomeres Material mit einem energieakti vierbar en partikelförmigen Material mischt, welches in Gegenwart eines Energiefeldes Wärme erzeugt;

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daß man das Gemisch aus Blockelastomerem und Partikeln zwischen die nichtelastomeren Oberflächen "bringt, um eine gestapelte Anordnung zu "bilden, "bei welcher diese Oberflächen in inniger Berührung mit dem lelastomereriS· Material stehen; und daß man die gestapelte Anordnung dem Energiefeld für weniger als 10 Sekunden unterwirft, um die Temperatur des Elastomergemisch.es auf die Schmelzverbindungstemperatur zu steigern«

8. Verwendung nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet , daß man das Gemisch aus blockelastomerem Material und partikelförmigem Material zu einem dünnen, festen, filmätonlichen Element verformt, bevor man es zwischen die nichtelastomeren Oberflächen legt. '

9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8₅ dadurch

. gekennzeichnet, daß man das Feld erzeugt zur Steigerung des zwischengelegten Gemisches auf die Schmelztemperatur zur Bildung eines hochviskosen elastomeren Bindeelementes, wobei die Temperatur geringer ist als die Schmelztemperatur der nichtelastomeren, miteinander zu verbindenden Oberflächen«

10. Verwendung na"c"h Anspruch 7 Ms 9, d a d vl r c h gekennzeichnet , daß man als energieaktivierbares Material Ee₀O^, 3?e.,0i. oder ein Gemisch dieser Substanzen verwendet und man als Energiefeld ein hochfrequentes magnetisches Feld anlegt.

11. Vervrendung nach Anspruch 7 his 10, dadurch gekennzeichnet , daß man als blockelastomeres Material ein Copolyester Elastomeres, abgeleitet von Terephthalsäure, Polytetramethylenätherglycol und 1.4-Butandiol; ein Block Copolymeres aus starren Polystyrol-Endblocks mit Äthylen-Butylen

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Mittelblocks; ein Block Copolymeres aus starren Poly styrol-Endblocks und Ä'thylen-Propylen-Mittelblocks j oder ein Eadialblock Copolymeres aus starren Polystyrol-Endblocks und Polybutadien- oder Polysporen- bzw. Polyisopreü-Mittelblocks verwendet.

12. Vervrendung nach. Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die thermoplastischen nichtelastomeren Oberflächen Polycarbonat, Polyvinylchlorid oder Polyvinylidenchlorid sind, und daß das elastomere Material ein Copolyester aus Terephthalsäure, Po lyt etr ame thy lenäther glycol und 1.4—Butandiol ist.

13· Vervrendung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die thermoplastischen nichtelastomeren Oberflächen Polypropylen oder Polyäthylen hoher Dichte sind und daß das elastomere Material ein Block Copolymeres aus starren Po.lystyrol-Endblocks mit doppelten Äthylen-" Butylen-Mittelblocks ist.

Verwendung des Verbindungselementes nach Anspruch 1 bis 3 zum Verbinden eines Plastikelementes bzw. Kunststoffelementes mit einem ITichtplastikelement über einen Teil einer Zwischenfläche, dadurch gekennz ei chnet, daß man einen Grundierungsüberzug eines Phenoxyharzes auf das Uichtplastikelement aufbringt; daß man einen thermoplastischen blockelastomeren Film zwischen das überzogene Hichtplastikelement und das Plastik— element legt, um eine gestapelte Anordnung zu bilden; und daß man die Anordnung auf mindestens eine Temperatur erhitzt, bei welcher der elastomere KLIm in einen geschmolzenen Zustand umgewandelt wird.

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15· Verwendung nach. Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet , daß das Eichtplastikelement Glas ist.

16. Verwendung nach Anspruch 15} dadurch gekennzeichnet , daß das Plastikelement aus Polyvinylchlorid, Polycarbonat oder Polyvinylidenchlorid gebildet ist.

17» Verwendung des Verbindungselement es nach Anspruch 1 bis 3 zum Schmelzverbinden eines thermoplastischen Elementes mit einem anderen Element, wobei zumindest das eine Element aus Polypropylen besteht und das andere Element Polypropylen oder ein Polyäthylen hoherjDichte ist > über eine Zwischenflächen-Verbindungsregion, dadurch gekennzeichnet , daß man ein festes thermoplastisches elastomeres-Block-Copolymeres aus starren Polystyrol-Endblocks und doppelten Mittelblocks aus Äthylen-Butylen bzw. Ithylen-Propylen zwischen die Zwischenfl'ächen-Verbindungsregion der Elemente fliegt; daß man die Zwischenflächen-Region rasch erhitzt und das thermoplastische elastomere Material für eine Zeitdauer der Größenordnung von Sekunden in einenhitzeerweichten Bindezustand umwandelt; und daß man dann die Zwischenflächen-Region unter Bildung einer Schmelz verbindung zwischen dem elastomeren Material und den thermoplastischen Elementen abkühlt.

18. Verwendung nach Anspruch 17 »dadurch gekennzeichnet , daß der Erhitzungsschritt darin besteht, daß man die Hitze innerhalb der Zwischenflächen-Verbindungsregion zum raschen Erwärmen des Block-Copolymeren erzeugt.

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19· Verwendung nach Anspruch 17, dadurch, gekennzeichnet , daß der Schritt des Erhitzens darin besteht, daß man die Hitze lediglich innerhalb des Block-Copolymeren erzeugt.

20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet 5 daß die Stufe des Erhitz ens für die Größenordnung von. 2 Sekunden geschaffen wird.

21- Verwendung des Verbindungselement es nach Anspruch bis 3 zum Schmelz-verbinden thermoplastischer Elemente, von denen zumindest eines Polycarbonat ist und das andere Polycarbonat, Polyvinylchlorid oder Polyvinylidenchlorid ist, über eine Zwischenflächen-Verbindungsregion, dadurch gekennzeichnet , daß man unter Bildung einer gestapelten Anordnung einen festen thermoplastischen elastomeren Block-Copolyester aus Terephthalsäure, Polytetrametylenatherglycol und 1 «4—Butandiol zwischen die Zxfischenflächen-Verbindungsregion legt; daß man diese Zwischenflächen-Region erhitzt und das thermoplastische block-elastomere Material für eine Zeitdauer der Größenordnung von Sekunden in einen geschmolzenen Zustand verwandelt; und daß man anschließend die Zwischenflächen-Region zur Bildung einer Sehmelzverbindung zwischen dem elastomeren Block-Copolyester und den Elementen abkühlt.

22. Verwendung nach Anspruch 21, da durch gekennzeichnet , daß der Schritt d&s Erwärmens darin besteht, daß man die Wärme zum raschen Erhitzen des Block-Copol/aeren innerhalb der Zwischenflachen-Verbindungsregioii erzeugt.

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23. Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Schritt des Erwärmens darin besteht, daß man die Wärme lediglich innerhalb des Block-Copolymeren erzeugt.

24. Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erwärmens für die Größenordnung von 2 Sekunden geschaffen wird.

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