CN102027279A - 使用热固化粘合剂的管材连接 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将第一管材连接至第二管材的方法，利用填充管材间重叠区域中的间隙的粘合剂，使所述管材在重叠区域互相连接。所述方法的特征在于：a)将粘合剂施加到至少一个所述管材的重叠区域，并且选择这样的粘合剂，在施加到重叠区域上之后和在连接管材之前，所述粘合剂在低于30℃的温度下为固态，且在没有热活化的情况下不会固化；b)将在重叠区域具有粘合剂的管材推到另一管材之上或其内部，c)使用可加热夹具使管材在重叠区域相对彼此固定，所述夹具设计为其能够在所述区域加热管材，d)通过在可加热夹具的辅助下加热重叠区域，使粘合剂热活化，以使所述粘合剂固化并在所述重叠区域连接两管材，以及e)一旦粘合剂固化就移开可加热夹具。本发明还涉及一种用于生产制冷器的方法和涉及包括相应连接的管材段的制冷器。

Description

使用热固化粘合剂的管材连接

本发明涉及一种利用热固化粘合剂连接管材的方法。特别地，该方法可用于制冷器的生产，用于冷却介质的管道通过根据本发明的方法连接在一起。术语″生产″在这里还包括借助于根据本发明的方法步骤修理使用过的制冷器。在这里，至少一个待粘附性结合的管材端在其重叠区域利用固态的且优选在室温下为非粘性的、以及在没有热活化的情况下不固化的粘合剂涂覆。该粘合剂优选在热活化下不可逆地膨胀，以致于其将粘附性结合的管件彼此挤压在一起。热活化优选通过可加热夹具进行，用其固定待连接管件直到粘合剂固化。用粘合剂预涂覆的管件可在粘合剂层不损失其功能的情况下被发送和储存。

在制冷器的生产中，冷却介质管道件必须连接在一起。传统家用制冷器中包括约6至8个这样的接头，例如在来自和传到压缩机以及来自和传到换热器的转换中。目前，该管材一般被铜焊在一起。这意味着在所有情况下，至少一个待连接管材必须由铜组成，而不是较廉价的铝，这是因为两个铝管不能被永久地铜焊在一起。使用更昂贵的铜的需要增加了冷却介质管道系统的成本。铜焊是一种要求熟练技巧的方法步骤，这需要受到适当训练的人员。

每个管件也可以在它们的重叠区域粘附性结合在一起。然而，在这种情况下，产生了如何施加和固化粘合剂的问题。不过，在现有技术中已知一些粘附性结合冷却介质用管材的方法。特别地，这在与用于制冷器的换热器的生产有关的问题中提出。

在这方面的一个例子是文献JP 2006/194543，其描述了一种由通过垂直于管件延伸的散热片连接在一起的金属管件组成的换热器。相邻金属管的开口端通过U形的端管连接在一起，为达到该目的，使用液态的热固性粘合剂。JP 2006/138468描述了一种特定地用于连接铝和铜管的类似方法。

图1更确切地显示了如何利用金属管(1)连接U形端管(3)。在该实施方式中，金属管(1)的端部件(4)张大。U形端管被插入金属管的这些张大的端部件(4)中，粘合剂(5)被引入张大的端部件(4)和U形端管(3)之间出现的间隙中。根据图1所摘自的文献GB2008462，显然这发生在即将连接两部件之前。热固化环氧树脂粘合剂典型地用作粘合剂。在这种情况下，金属管(1)和U形端管(3)都由铝组成。为了改善粘着强度和防蚀保护，另外提出在应用粘合剂之前使铝表面经受转化处理，以避免无法控制的氧化物形成。

在换热器或制冷器的生产区域内施加液态粘合剂一般具有如下缺点，即，为了该目的，必须提供特殊的应用系统。应用系统的故障会导致利用粘合剂的工作区和工件的污染。粘附性结合的换热器的热固化可通过将装配的换热器置于烘箱中来实现。由于在粘合剂热固化需要的温度下将引起的破坏，这不能应用于完全装配的包括压缩机、塑料部件等的制冷器的完整管道系统。

本发明提出了该问题的解决方法。

在第一综合方面，本发明涉及一种连接第一管材和第二管材的方法，使用填充所述管材间重叠区域中间隙的粘合剂，使所述管材在重叠区域被连接在一起，其中：

a)将粘合剂施加到至少一个管材的重叠区域上，选择这样的粘合剂，在施加到重叠区域上之后和在连接所述管材之前，所述粘合剂在低于30℃的温度下为固态且在没有热活化的情况下不固化，

b)将具有施加在重叠区域的粘合剂的管材置于另一管材之上或插入其中，

c)使用可加热夹具将所述管材在重叠区域相对彼此固定，所述夹具设计为使得其能够在重叠区域加热管材，

d)通过借助于所述可加热夹具而加热所述重叠区域，使所述粘合剂热活化，以使其固化并在所述重叠区域连接两管材，以及

e)一旦粘合剂固化就移开所述可加热夹具。

相对于上述现有技术，区别在于，在即将装配所述管材之前不是以液态形式将所述粘合剂置于所述两个管件的重叠区域中，并且当连接这些部件时所述粘合剂也不是液态的。相反，在连接两个管件之前，当所述管材置于待与其连接的管材上或插入其中时，粘合剂以固态且优选非粘性的形式施加在至少一个管材的重叠区域上。

利用这种方法，可在管件的生产处施加粘合剂，并且发送和储存预涂覆粘合剂的管材部件。因此粘合剂可在管材部件制造厂场所集中施加，并且不再必须在完整制冷器的制造处分散地施加。然而，或者，需要的管件也可以被切割至一定尺寸，并且在制冷器的制造处于高温下将粘合剂施加到重叠区域。在冷却至室温时粘合剂固化，使得可处理提供有粘合剂的管件，而不会导致所述粘合剂的无意散播或污染环境。

在这里，粘合剂应为″固态″的特征应该是指其至少表现出这样的粘度，即，使得其在重力影响下不流动以及在管件的正常处理过程中，例如包装和发送，或同样在管道系统的装配过程中不变形。

在室温下(22℃)，该粘合剂优选不仅为这里定义的″固态″，并且也是非粘性的。″非粘性″的特征是指，当用手指触碰时，不感觉到粘合剂发粘，并且其不粘附在包装材料或其它预涂覆管件上。这种特征和前述的特征是指，利用粘合剂预涂覆的管件可以独立包装或者作为批量包装产品发送。

所述粘合剂必须至少是可涂开的，以施加到管件上。这可以通过，例如，加热在低于30℃的温度下为固态的粘合剂，使其达到可涂开并可通过例如喷嘴挤出而施加的程度来实现。在冷却至低于30℃的温度时，该粘合剂再次采取以上定义的固态。当然，在可热活化粘合剂的情况下，施加温度不能高于活化温度。此外，该粘合剂可以作为含有水或溶剂的可涂开的糊剂施加。在水或溶剂蒸发后，其变成所期望的固态。

粘合剂的固化由热活化引发，这意味着加热至至少50℃。实际需要的最低温度取决于粘合剂的组成。低于活化温度，粘合剂不固化，以使其在预涂覆管件的运输或储存期间不会失去其附着强度。

根据本发明的方法适用于制冷器工业中制造的用于冷却介质的金属管的常见金属。特别是铜或铜合金和铝或铝合金。这里下列材料的组合是可能的：

a)由铜或铜合金组成的第一和第二管材，

b)由铝或铝合金组成的第一和第二管材，

c)由铜或铜合金组成的一个管材，以及由铝或铝合金组成的另一管材。

在这里，为本发明的目的，供选择的b)是优选的，因为与目前的现有技术不同，其使得可利用特别便宜的用于冷却介质的管道系统生产制冷器。

如果至少一个管材由铝或铝合金组成，后者可以在施加粘合剂之前，至少在重叠区域进行化学表面处理。详细内容可见引用文献GB2008462的说明。然而，代替其中优选使用的铬酸盐处理，基于环境考虑优选无铬转换法，例如利用元素B、Si、Ti、Zr中至少一种的络合氟化物的酸性水溶液处理铝表面。例如，在EP 754251或其引言中引用的现有技术中提出的方法可用于这一目的。

优选两个待连接的管材中之一在重叠区域张大，以使得两个管的端部在重叠区域可以相对于彼此推送。这使得可有两种不同的将粘合剂施加至两个管材的重叠区域的方法。图2显示了一种供选择的方案，其中粘合剂被施加到两个管材之一的张大的重叠区域的内壁上，并且以内套的方式位于其上。图3显示一个供选择的实施方式。在这种情况下，粘合剂以外套的方式施加到两个管材之一的非张大重叠区域上，然后所述管材可与粘合剂层一起被插入另一管材的张大的重叠区域中。显然，也可以用粘合剂涂覆一个管材内部的张大的重叠区域和第二管材外部的非张大的重叠区域。然而，这导致复杂的工艺，并且至少在单组分粘合剂的情况下没有提供任何益处。然而，如果将一种组分施加到一个管材的张大的重叠区域的内壁上，并且将第二组分施加到非张大的管材的重叠区域的外壁上，该实施方式可用于两组分粘合剂。在热活化时，两种组分液化、混合并一起反应，从而使粘合剂固化。

显然，如果使用不同直径的管材，其相对于彼此调整以使得一个管材能被推到另一个上，那么使在重叠区域待粘附性结合的两个管材端部之一张大则是不必要的。随后，类似地应用前述段落中描述的在重叠区域利用粘合剂涂覆一个或两个管材的不同方式。

图2和3显示的实施方式中，一个管材的重叠区域被圆柱状地张大且待被插入其中的第二管材的重叠区域为未整形的。然而，其他实施方式也是可能的。例如，一个管材的重叠区域可以被成圆锥形地张大，且第二管材的重叠区域可以相应的方式成圆锥形地变小。

可加热夹具优选为可电加热的。″夹具″在这里是指任何可开启和闭合，且在闭合状态下，将两个管材在待连接的端部机械地固定在一起。术语″爪″、″夹子″、″套″等可被认为是基于这一目的的″夹具″的同义词。对于所有这些来说，重要的是夹具能被安装在待连接管材的重叠区域中，能够将两个管材固定在一起直到粘合剂固化，且能随后被再次移开。因此，术语″夹具″在下面是指任何用于结合或连接管道的可加热装置。

可加热夹具优选包括两个半圆形夹爪，其弯曲曲线与待连接管材的形状和直径相适应。此外，可加热夹具优选包括弹性部件，诸如将夹爪保持在一起的弹簧。该部件或该弹簧相对于待连接的管材挤压夹爪，并机械地固定它们，而不需要任何其他的外力。为了安装和拆卸所述夹具，弹性部件或弹簧被压缩或拉伸以打开夹爪。所述弹性部件还可以预张夹爪以使得夹爪提供快速连接，并且当彼此钩住时将管材部件夹在一起。此外，该夹爪自身可以是弹性构造，以使得当夹爪朝向彼此旋转时，一个夹爪的凸出部分能够锁入第二夹爪的凹处内。

作为通过弹力将夹爪保持在一起的替代方式，一旦它们被置于管材上，它们还能够以另一种方式被压在一起，例如通过螺纹连接或通过施加弹性带。然而，这比利用弹性部件更复杂，因此是不太优选的。

作为选择，利用可加热单部件夹具连接将待连接的管件固定在一起，所述可加热的单部件夹具连接在闭合状态下稳固地包围管端部，但可在其自身回复力的反向，沿平行于管件的纵缝打开。为了固定管件，施加力打开该夹具部件，置于所述管件周围，并使得其可由于自身的回复力再次闭合。一旦粘合剂固化，通过施加力使夹具部件再打开。

可加热夹具优选含有用于加热目的的电阻加热元件。例如，这可含有电阻丝或由电阻丝构成。还可使用由碳纤维组成的加热电阻器。为了这一目的，尤其可使用无纺布或织造碳织物。这好处在于，施加的电压几乎完全且均一地转变为在整个区域上的热量。不同于电阻丝，由于电流随后通过其他纤维流动，局部损坏不会使织造或无纺织物丧失其功能。

加热待连接管材和重叠区域中的粘合剂层至固化温度需要一定的最小时间周期。在实践中，这总共5分钟左右。为了快速生产工序，优选地选择粘合剂，使得一旦达到固化温度，它在至多15分钟内固化至可以移开夹具的程度。因此，在实践的工序中，优选将加热的夹具保留在管材的重叠区域上保持5至15分钟的时间。

在固化中粘合剂必须至少达到的温度取决于其化学组成。其应为至少50℃，以使得粘合剂在热的环境条件下不过早地固化。粘合剂优选具有至少70℃，特别是至少80℃的固化温度。然而，为了防止对管材料造成可能的热损伤，固化需要的温度不应超过150℃，特别是130℃，以限制用于加热的能量输入，并使得所述的至多15分钟的快速作业周期成为可能。

如上面已经强调的，根据本发明的方法特别可用于生产制冷器，以制造用于冷却介质的管道系统。因此，根据本发明的待连接的管材优选包括用于输送制冷器的冷却介质的管材。这里的″制冷器″是指包括待被冷却的内部物的任何设备，由换热器通过冷却介质从制冷器的内部物除去热量，并且在制冷器外部由另外的换热器释放到周围环境中。如已知的，在制冷器内部和外部的换热器中的冷却介质间的温度梯度由压缩机和蒸发器产生。因此，为发明的目的，术语″制冷器″还包括诸如，例如卧式冻结柜、立式冻结柜等的装置。

在优选实施方式中，使用在热活化时或热活化之后其体积增加至少0.5％，优选至少1％，但优选至多最高达50％，特别是至多最高达25％的粘合剂。这是指，除了出现根据其热膨胀系数的正常的和可逆的热膨胀之外，与室温下(22℃)的初始体积相比，该粘合剂在加热至活化温度时经历不可逆的体积增加，使得在冷却回到室温后，其比之前大0.5至50％，优选1至25％。因此，所述膨胀的程度与瞬时加热至活化温度前后的室温下的粘合剂体积有关。

为此，粘合剂优选含有物理或化学作用的发泡剂，其自身在粘合剂活化时活化，且通过气体的形成或膨胀，增加了粘合剂的体积。在物理作用的发泡剂中，体积的增加是加热填充有气体或可蒸发液体的中空微球的物理后果。在化学发泡剂中，化学反应消除了造成粘合剂体积增加的气体。

由于活化后体积增加，施加力将利用粘合剂在重叠区域预涂覆的管材精确装配和/或插入另一个管材中或置于另一个管材上是不必要的。而是在粘合剂与另一个管材的壁之间可留有气隙，因此有利于两个管材部件装配在一起。由于体积增加，粘合剂活化后填充该气隙，并且从而以这种方式摩擦地连接两个管材部件。

适合的发泡剂是现有技术中已知的，例如通过分解放出气体的″化学发泡剂″或″物理发泡剂″，即，膨胀中空球。描述的第一种发泡剂的例子为偶氮二异丁腈、偶氮二甲酰胺、二亚硝基戊撑四胺、4，4’-氧双(苯磺酸酰肼)、二苯砜-3，3’-二磺基酰肼、苯-1，3-二磺基酰肼、p-甲苯磺酰氨基脲。然而，特别优选基于聚偏二氯乙烯共聚物或丙烯腈/(甲基)丙烯酸酯共聚物的可膨胀的中空塑性微球。这些是市售可得到的，例如由Pierce&Stevens或Casco Nobel以″Dualite″或″Expancel″的名字得到。

在上述实施方式中，使用在活化后膨胀的粘合剂，在活化过程中或活化后液化所述粘合剂以完全填充两个管材之间的粘合接头是不必要的。然而，在一个供选择的实施方式中，有可能无需使用发泡剂，并且使用在活化步骤中，在没有发生任何超出正常热膨胀的体积增加的情况下首先(即，在固化之前)熔融或液化的粘合剂。因此粘合剂在装配过程中仍为固态。在待连接部件装配在一起之后熔融或液化导致该粘合剂通过毛细管力桥接所述粘合剂接头。然后，其在这种状态下固化，使得在两个管材之间生成摩擦接头。熔融或液化作为在借助于加热的夹具而输入的热的结果而出现。如果使用两组分粘合剂，这种方法是优选的，其中一种组分被施加在一个管材的内壁上，以及其中的第二组分被施加在第二管材的外壁上。然而，在这种情况下，同样两种组分中的至少一种可含有发泡剂，以使得其在加热至活化温度时膨胀。

根据本发明的方法可利用基于聚氨基甲酸酯、环氧树脂或丙烯酸酯的粘合剂来进行，术语“丙烯酸酯”包括诸如甲基丙烯酸酯的取代的丙烯酸酯。

可用于本发明的目的的粘合剂的例子是所谓″反应性热熔粘合剂″。这些在熔融状态是可涂开的，以使得其可以在不激发固化机制的情况下，以这种状态被置于重叠区域的管材上。而激发固化机制需要加热至较高的活化温度，在该温度下，反应性粘合剂组分(例如具有环氧基或异氰酸酯基的预聚物)的潜伏性固化剂被活化。

适合的反应性热熔粘合剂的例子为在EP 354498A2中更详细地描述的。所述粘合剂含有树脂组分、用于所述树脂组分的至少一种可热活化的潜伏性固化剂以及任选的加速剂、填料、触变性助剂和其他的传统添加剂，可通过使室温下的环氧树脂固体、室温下的环氧树脂液体与具有氨基端基的直链聚氧化丙烯反应而得到树脂组分。环氧树脂的用量使得相对于具有氨基端基的聚氧化丙烯，保证环氧基相对氨基过量。例如，双氰胺适合用作潜伏性固化剂。参考引用的文献以得到更多详情。这种反应性热熔粘合剂的更具体的实施方式在WO93/00381中公开。这些也适合于本发明的目的。

也可使用如在例如WO 00/37554中更详细地描述的环氧树脂结构粘合剂。这些包括含有a)具有至少-30℃或更低的玻璃转化温度和对环氧化物具有反应性的基团的共聚物，或这种共聚物与聚环氧化物的反应产物，b)聚氨基甲酸酯预聚物与多酚或氨基酚的反应产物，以及c)至少一种环氧树脂的组合物。为了使这些组合物为热固性的，其另外还含有选自双氰胺、胍胺、胍、氨基胍、固体芳族二胺和/或固化促进剂的潜伏性固化剂。其可另外含有增塑剂、反应稀释剂、流变助剂、填料、润湿剂和/或抗氧化剂和/或稳定剂。参考引用的文献以得到更多详情和具体的实施例。

此外，具有下列组成的环氧基热固性热熔粘合剂可用于根据本发明的方法(量以重量份计)：

上述例举的热活化粘合剂体系可在有或者没有如上面所进一步描述的发泡剂情况下配制，这取决于是否期望粘合剂在热活化时或之后体积增加。

本发明进一步的方面涉及生产包括输送冷却介质的管材的制冷器的方法，这些管材至少部分地利用根据本发明的上述方法连接在一起。与根据本发明的方法有关的术语″制冷器″的意思已经在上面进一步解释。

此外，本发明涉及包括用于输送冷却介质的、仅由铝或铝合金组成的、并且已经利用根据本发明的上述方法的连接在一起的管材的制冷器。上面进一步给出的关于术语″制冷器″的解释的说明仍然适用。这种制冷器的特殊特征是用于输送冷却介质的、仅由铝或铝合金组成的管材，而且有可能无需使用更昂贵的铜管材。

因此，上述发明特别使得可更有效地生产制冷器，而且另外还使仅使用廉价的铝作为管道材料成为可能。

附图说明：

图1：通过弯曲端管(3)连接两个换热器管(1)的例子。该换热器管在与端管的重叠区域(4)中张大。得到的间隙利用粘合剂(5)填充。

图2：本发明的一个实施方式，其中第一管材(1)在重叠区域(4)张大。以套的方式用粘合剂在端部外部涂覆第二管材(2)，所述端部是待推入第一管材的重叠区域中的端部。

图3：本发明一个供选择的实施方式的代表。在这种情况下，第一管材(1)在重叠区域未张大。而是第二管材(2)在其重叠区域(4)张大，重叠区域用粘合剂(5)内部涂覆。

Claims (11)

1.一种连接第一管材和第二管材的方法，使用填充所述管材间重叠区域中的间隙的粘合剂，使所述管材在所述重叠区域连接在一起，其中：

a)将粘合剂施加到至少一个所述管材的重叠区域上，选择这样的粘合剂，使得在施加到所述重叠区域上之后和在连接所述管材之前，所述粘合剂在低于30℃的温度下为固态且在没有热活化的情况下不固化，

b)将具有施加在所述重叠区域的粘合剂的管材置于另一管材之上或插入其中，

c)使用可加热夹具使所述管材在所述重叠区域相对彼此固定，所述夹具设计为使得其能够在所述重叠区域加热所述管材，

d)通过借助于所述可加热夹具而加热所述重叠区域，使所述粘合剂热活化，以使其固化并在所述重叠区域连接两管材，和

e)一旦所述粘合剂固化就移开所述可加热夹具。

2.根据权利要求1的方法，其中第一和第二管材的材料对应于下列组合之一：

2a)由铜或铜合金组成的第一和第二管材，

2b)由铝或铝合金组成的第一和第二管材，

2c)一个管材由铜或铜合金组成，和另一管材由铝或铝合金组成。

3.根据权利要求2的方法，其中至少一个管材由铝或铝合金组成，并且在施加所述粘合剂之前，所述管材至少在重叠区域经受化学表面处理。

4.根据权利要求1至3中一项或多项的方法，其中所述可加热夹具是可电加热的。

5.根据权利要求1至4中一项或多项的方法，其中所述可加热夹具包括两个半圆形夹爪和用于将所述夹爪保持在一起的弹性部件。

6.根据权利要求1至5中一项或多项的方法，其中使加热的夹具在所述管材的重叠区域上保留5至15分钟的时间。

7.根据权利要求1至6中一项或多项的方法，其中所述管材是用于输送制冷器冷却介质的管材。

8.根据权利要求1至7中一项或多项的方法，其中使用在热活化时其体积不可逆地增加至少0.5％的粘合剂。

9.根据权利要求1至8中一项或多项的方法，其中使用聚氨基甲酸酯树脂粘合剂、环氧树脂粘合剂或丙烯酸酯粘合剂。

10.一种生产包括用于输送冷却介质的管材的制冷器的方法，其中利用权利要求1至9中一项或多项的方法将用于输送冷却介质的管材连接在一起。

11.根据权利要求1至9中一项或多项的方法，其中在生产所述管件处施加所述粘合剂，并将用所述粘合剂预涂覆的管材部件发送或储存。

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