CN104981336A - 在基板上挤制材料带的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种针对精确堆积的挤出方法和装置，通常指少量的挤出物(4)粘结在基板(1)上，包括一个位于基板(1)附件的挤出机(2)，一股热气体(6)吹在挤出机(2)和基板(1)之间的挤出物(1)上，用以保持挤出物(4)和基板(1)之间的粘接性能。

Description

在基板上挤制材料带的方法和设备

本发明涉及挤出方法和设备的改进。本发明尤其涉及具有相对较低的融化温度的材料的挤出和特殊的热能材料，例如在挤出温度之上可热硬化或可发泡。本发明还涉及挤出技术，包括少量材料的精密和间歇性挤出，比如材料的样式或薄带，其中挤出控制量是至关重要的。本发明尤其涉及材料的在一系列基板上的挤出，比如在一装配线内，它被设计用于补偿不同基板的尺寸的变化波动，尽管其目标是使它们完全一样，其中会引起挤出物的不良冷却，降低了它和基板的粘结能力。

虽然不限于如此，本发明尤其涉及机器人应用中的针对一系列基板的结构性胶黏剂，比如部件，例如大量生产的汽车零部件，比如面板。就像自动生产一系列理论上可互换的零件产品，带有胶黏剂的部件用于汽车装配过程。在此过程中，可能会要求胶黏剂以特殊样式或排列在元件上，这样做导致一旦已经确定的样式或胶黏剂的排列被设置在一个元件上就必须停止挤出，并去除元件所带有的胶黏剂，替换另一个元件再重复此循环。此过程会一直重复直到达到带有样式或胶黏剂排列的元件基板的所需数量。在某一应用中，可能需要不连续的样式或排列，在此情况下，可能需要在单个部件上进行间歇性挤出。典型的挤出物的厚度可达0.25mm至1cm，为了制造不间断产品，仍凭基板尺寸的变化波动，必须增加挤出模型与基板表面的距离。

此过程的问题是很难保持挤出物的尺寸和形状，也难以保留基板上挤出物的位置，一旦它堆积在其上。因此，必须使用更大量的材料以确保有充足的材料来完成预计效果。本发明因此涉及基板上材料的细小公差的挤出，提供了一种经济的吸引人的方法。

此外在一些方法中，结构胶黏剂必须被使用在面板边缘的一个精确的位置和精确的尺寸，以形成面板和其他结构件之剑的带状物。使用在基板上的胶黏剂的位置和数量因此是确切的。然而，尽管生产的面板规定为基板相同尺寸可有几毫米的波动，此波动会干扰到胶黏剂的堆积，也会影响到使用胶黏剂的数量。此外，需要规定挤出物和基板直接的缝隙，它会导致挤出物在接触基板前的不良冷却。在机器人应用的情况下，这些变化波动的结果和对机器人行为重复性能的需求，需要一个系统来校正和调节基板上胶黏剂堆积位置。

已知的在基板上挤出材料。例如美国专利公布号2006/0127584涉及胶黏剂功能材料来移动基板的机器人应用，比如汽车覆盖件，施放一股热空气至移动的基板上，在胶黏剂使用前，对它相应在基板上的位置进行预加热。PCT公布号为WO 2012/130224涉及一种针对基板的热激活边缘涂层的应用，用热空气预加热一种已成型的边缘涂层带状材料，以激活胶黏剂从而对预加热部分进行挤压，因此激活的材料沿着边缘，以致所述带材提供最终的胶粘带。热空气朝向边缘涂层材料的表面上从而边缘粘结。美国专利4222812描述了一个相似的技术。

然而本发明涉及热流动材料在基板上的直接应用，通过增强连续基板上的堆积精确度，本发明确保使用材料的需求量以提供每个基板的可靠常维数，并与基板充分粘结，以允许存放或搬运已涂层的基板，同时不破坏涂层或涂层和基板的结合力。在一优选实施例中，热流动材料在熔融温度之上具热功能性的，在此温度下它挤出在基板上，同时在此实施例中，本发明涉及提供针对基板优质胶黏剂，但没有规定当功能材料激活时的最终粘结带。

PCT公布号WO 2012/104071提供一种改进的迷你挤出机，其内部布置适用于增强挤出物的均匀性。本发明尤其有用，在所描述的挤出物系统和WO2012/104071中阐述的内容一起使用时。其中所述的迷你挤出机描述的是一个机器人挤出机能对一系列基板中的一块连续或间歇形式的基板，施放小而精确并且恒量可流动熔融材料。

发明内容

本发明因此提供了一种针对基板的热流动胶黏剂和/或密封胶材料的应用方法，它包括从一个模具外表面挤出热流动材料，其距离从基板表面起算，足以确保没有相互作用或影响在所述挤出模具和基板之间，被移动相对于每个热流动材料存放位置在基板表面，和一吹出气体的温度在范围40℃至150℃，压力在范围0.1Mpa至0.8Mpa，在热流动材料一侧远离基板。

挤出模具和基板表面之间的距离取决于基板种类和挤出物的厚度，但它最好至少为0.5mm以确保模具不会触碰到基板。气体应是惰性的对于热流动材料和适宜空气。挤出操作最好由迷你挤出机执行。

优选的，热气体吹到热流动材料上，被吹到热的流动材料的温度范围在40℃至110℃，更优选的80℃至100℃，接触挤出物当它离开挤出模具，它堆积在基板上。在挤出机喷嘴和基板之间存在缝隙，以允许基板的维度公差和合格的挤出物堆积。间隙尺寸取决于挤出物的种类和尺寸。本发明尤其涉及薄的挤出物，其厚度在0.2mm至1cm，尤其在0.3mm至0.6mm，更好在约0.4mm。间隙应足够大以避免挤出物和基板接触，取决于挤出物的种类和尺寸。发现热气体和热流动材料的结合温度和外部压力可提高基板和材料的结合力，并允许材料在基板表面上形成精确的堆积尺寸和形状。也降低了基板公差变化波动的影响，导致一些基板比其他基板更接近挤出模型，会导致在不同的基板上的不良不同的堆积。

可流动熔融材料可能是一串胶黏剂，也可被迷你挤出机喷出，或制成胶带，迷你挤出机是优选的。当它挤出并离开挤出机的碰嘴时是粘的，它充分融化并具有粘性以致它粘结在基板表面。

热气体碰嘴口指向挤出物朝向基板适用在挤出物压力，优选的，气体吹出压力在0.2Mpa至0.3Mpa(2至3bar)。气体温度帮助保持胶黏剂的粘性力，在离开喷嘴和材料与基板结合的这段时期。应用在挤出物上的压力足以压它至基板上以创造接触和粘附在基板上，但足够低的时候挤出物是畸形的。这使得胶黏剂挤出物在Z方向的精确位置进行调整。在Y方向的挤出物位置，一个自动化系统可修正机器人关于基片的位置，比如感应基板边缘位置。挤出物可能是连续或间歇性材料带，或大量材料取决于基板的种类和应用。

当机器人系统比如一个机器人迷你挤出机被使用时，自动化系统可以包括捕获器，比如一种激光捕获器，它可以调整机器人位置和挤出模具的位置。优选的实施例，修正直接被应用在调整机械装置在机器人手臂末端。这种修正可以允许挤出模具的喷嘴根据基板边缘的位置在Y方向上以毫米的形式移动(如图1所示)。

在本发明的一个优选实施例中，流动的热功能材料放置在基板上，其温度在材料功能温度下。材料供给给一个挤出机，材料在挤出机枪管前面位置开始冷却，材料加热到熔融温度以上并在材料功能温度以下在挤出机枪管后面位置，熔融材料被挤出，同时热气体喷嘴，温度在材料功能温度以下，吹在挤出的熔融材料上并挤压熔融材料至基板上，它和基板粘结并冷却以提供所需的基板上的热功能材料的样式。优选的，挤出机中材料的停留时间少于10分钟，更优选的是少于5分钟。在另一优选材料中，基板上的一次冷却和粘结在基板上，没有粘性接触以致运输和存放带有材料的基板，在没有不良灰尘和杂质的情况下。

此外，正如WO 2012/104071描述的，优选的，挤出物压缩比是指挤出物末端的通道深度除以进料区通道的深度，应保持低，为的是缩小挤出机内材料的剪切力。过度剪切会造成挤出机内材料的应力导致材料粘结能力和功能不完全。优选的压缩比在范围1.5至2。进一步优选实施例中，挤出物的长径比是24或更低，优选的在24至16之间，更优选的在20至16之间。它可以减少挤出机内材料的停留时间。也优选的，挤出机螺杆运行转速在每分钟10至50之间。

挤出机前面位置的材料最好是冷却的，优选地在挤出机的基板区域以根据控制率加热，也同样应用在挤出模具。在优选的实施例中，加热区内的温度是逐渐增加的，比如通过规定加热器为复数。不同区域内温度的选择取决于材料的种类。冷却也可以通过输送冷却液，比如水，设置在挤出机前面区域周围，优选的冷却液温度在其离开冷却区域最好的是15℃，优选的范围是5℃至15℃。冷却区沿挤出机轴心最好的长度取决于材料的重量，然而，我们优选的长度是从2至5倍挤出机枪管体的直径。

材料从前面冷却区域经过，在挤出机枪管的下一个区域内加热至其熔融温度，应用在挤出机枪管内加热区的温度取决于材料的种类。剩余的枪管可以被不同加热，以致逐步达到材料所需的挤出温度。典型的挤出温度的范围在60℃至120℃。例如第一加热区域的温度范围可为20℃至40℃，第二加热区域的温度可为40℃至80℃，最后的加热区域的温度可为80℃至120℃，同时它也可以用在挤出模具中。优选的系统在挤出机枪管内设有三个独立的加热区域，在喷嘴和挤出机模具中设有一个独立的加热系统。

其中本发明涉及材料间歇性挤出，挤出机螺旋循环方向是可逆的，优选的当它挤出时是颠倒的，可逆性帮助挤出物形成一条整洁的切割边缘，导致挤出物在已应用的基板上轮廓分明。螺旋可逆与基板上的挤出物是同步的，以确保产生所需的样式或排列。其中，不连续的样式必须由螺旋颠倒，接收一次或多次在单个基板上的应用。作为选择，挤出机模具内设有一个出口，也可以关闭它来停止挤出，就像德国专利号DE 102008018881公开的一样。

挤出机的驱动的表现根据提供的间歇挤出和低熔融功能材料的应用情况而定，比如挤出挤螺杆可以颠倒用以停止给挤出模具进料，另一个例子，吸收材料以使得挤出物切割边缘整洁。

在另一实施例中，挤出机用于基板上的材料薄带，在挤出机螺杆末端和基板直接设有缝隙，基础器运行以致间隙在所需挤出端部迅速填充，材料可被吸回入间隙，当挤出临时中止。作为选择，挤出的停止和重新开始可以视情况而定。

挤出模具的种类取决于所需挤出物的形式。然而，优选的，在材料薄带或宽带应用中，加热的薄槽模具是优选的。模具可以按安装在任何角度来满足应用需要，它可以倾向于向下的角度较挤出机枪管，优选的模具设有一个加热元件。

挤出模具优选的是一个单独部件和其加热系统。模具种类取决于挤出物所需形状，但本发明对挤出薄带或宽带材料尤其有用。

在压力下的热气体向挤出物表面上，远离基板，可应用在模具邻近固定的喷射，它们可与挤出模具结合。热气体优选温度取决于正在挤出材料的种类。

本发明对热功能材料的挤出尤其有用。热功能材料是受热后存放在基板上的材料，其温度比存放温度高。例如，它们的加热温度比挤出温度高是具有发泡生长性能，比如挤出温度，热气体温度应小于功能温度，挤出物长度受热气体影响，应该没有热功能发生。热功能的例子是产生宽带的材料发泡和/或粘结性能增加，在汽车e外套防腐涂层处理。热空气因此增强热功能材料与基板的粘结性，此外，控制和稳定的基板上挤出物尺寸和形状，但不影响材料的热功能。

本发明的技术可使用在任何基板，然而，对基板上材料样式或排列尤其有用，比如汽车仪表盘组件。为提供所需的材料样式或排列，挤出物可移动至已决定的基板表面，基板可移动至对应的挤出模具。整个过程可有机器人控制，当基板静止时机器人可以支持或移动挤出机，当挤出机静止时机器人可以移动基板。

运动方式可编辑为直线，以提供所需的基板上的挤出物样式和排列。基板上的样式和排列可连续或间歇的，挤出机可设置用于停止和开始挤出多于一个的单个基板。这对结构连接的电焊和结构粘结特别有用，形成的电焊没有粘结应用。每个实施例中，优选的是材料往下挤出在基板的表面。

相应的操作顺序，基板可放置在模具支座下方，挤出模具可开头接触基板，然后移开，以提供适当的间隙，此时同吹出的热气体挤出，基板和/或模具相对移动，以提供所需基板上挤出物的样式和排列，其可以是连续的也可以是间歇的。当样式和排列完成，挤出机螺杆自动颠倒以停止挤出，在基板上形成一个整洁的样式和排列。带有挤出物的基板可移动或替换下一个基板，重复改循环在新的基板上形成堆积。此过程可为自动的，也可由机器人操作，重复直至生产完所需的部件(涂层基板)的数量。此方法对规定的热功能自动化部件尤其有用，它可实现功能以在部件见形成宽带，在汽车装配过程中生产密封袋，其温度可参考油漆烘烤和防腐涂层烘烤。

除此之外，热气体吹在基板的挤出物上，基板自身可进行预处理比如加热，红外线或等离子处理以进一步加强对基板挤出的粘结性能。

本发明的挤出技术可适用于任何材料的挤出。然而尤其对温度低于功能激活的热功能材料的挤出特别有用，尤其是基于粘结系统的环氧树脂。热功能可为发泡，交联或固化及其二者组合。材料在受热下发泡，它会代表性地包括一个吹风部件，产生所需功能激活温度的气体。

本发明的技术可用于材料在某一温度下挤和压到基板上并粘附在基板上，但低于这温度吹风机使其激活。类似的，材料是可硬化的，硬化由材料配方内的固化助剂引起，该技术可用于材料在某一温度下挤出并粘附在基板上，但低于此温度固化助剂则会使其激活。该技术可用于具有相似的发泡和固化高温的材料种类。

本发明因此对规定的基板上的功能材料的样式和排列的后处理功能反应特别有用。例如用于包括规定的结构型胶黏剂在汽车零部件上，比如生产的车门或车上和车身顶盖和法兰边缘。结构型胶黏剂包括交联助剂，它由热激活，它可以在安放位置进行发泡。另一实施例是它可创造令人满意的发泡，比如隔音板或密封板。在此情况下，所需发泡材料的样式和排列可用于未发泡但准备发泡的情况在后续的自动化汽车装配工序。该技术同样对其他行业有用，比如飞机、铁路、家具、建筑行业等。

本发明热流动材料的应用可为粘结材料、密封材料、膨胀材料、结构材料、焊接材料、透焊材料、喷漆材料或者其他流动材料。在一高度优选实施例中，热流动材料可被以相反的方法处理附加材料，促进并允许形成A级喷漆表面，或其他等级喷漆或处理表面，在流动材料上。在另一实施例中，热流动材料可为导电的、绝缘的、透明的或者其他一部分或全部有利性能。

优选的，热流动材料的应用，比如在第一物质中加入一个或多个混合物(例如，未发泡，具有特定横截面轮廓，未固化的，或其他方式)，随后是刺激物如热、化学制剂、或另一合适刺激物以引导或激活流动材料转变(可逆或不可逆)为第二物质(例如，发泡到不同的截面轮廓，固化或以其他方式)。热流动材料可激活展示多种性能，比如吸声，减震，耐腐蚀性，粘合性，密封性，强度，刚度，以提高接收材料的部件性能。或者，所述热流动材料应用时，与下面的部件结合以增强一个或多个相关性能。

根据本发明的一个实施例，流动材料可具热功能。优选的热功能材料是一种可膨胀聚合物或化合物，能激活发泡或流动或其他状态改变当暴露在典型自动汽车喷涂加工时的热加工时，比如底漆和油漆的干燥步骤。一种优选的材料是烯族聚合物泡沫，由其是一种乙烯基聚合物。例如，聚合物泡沫基于乙烯共聚物或三元共聚物。有选的聚合物包括乙酸聚合物，弹性像EPDM，或者其他混合剂。优选的发泡材料包括热流动材料包括由L&L产品,欧洲,的以下指定型号，L-2105,L-2100,L-7005or L-2018,L-7100,L-7101,L-7102,L-7108,L-7101,L-7110,L-7700,L-2410,L-2411,L-2412,L-4201,L-4141,L-2806,L-2810,L-4161,L-2820。这些材料展示出以下性能，包括吸声，减震，密封性，耐腐蚀性等。

或者，热流动材料可为一种环氧树脂热功能材料，具有典型的遇热发泡特性在一种e-涂层或其他汽车喷漆工序中。由于可膨胀材料受热，它扩张，交联，结构粘结邻近表面。优选的构想是一种环氧基材料，包括聚合物改性剂如乙烯共聚物或三元共聚物，可从L&L产品,欧洲,得到，包括如下型号，L-5204,L-5206,L-5207,L-5208,L-5222,L-5235,L-5236,L-5244,L-5505,L-5510,L-5520,L-5540,L5573,XP-5254,XP-5800。这些材料展示出高强度和硬度，它们可以促进粘附，刚性和其它有价值的物理和化学特性和性质。

当声学阻尼特性需要，可以预期的是，本发明可以利用配制的发泡材料在激活后有助于减少振动和噪音。在这方面，加强和振动阻尼的组件可以增加刚度，以降低传输，阻挡或吸收噪音，通过使用声学产品。

通过增加车辆的部件的刚度和硬度，总噪声的幅度和频率，车辆运作过程和传播中的震动。

其它本发明熔融流动材料可包括，苯酚/甲醛材料，苯氧基材料，和聚氨酯。

在热功能的应用中，热扩散材料被使用，涉及材料的选择和制剂d考虑是激活温度，例如膨胀，可能的固化材料,会发生。例如，材料不应在室温得到，或在其他生产线的环境温度，在一实施例中，材料通过设备被挤出到基板上，然后运到车辆制造商为集成产品。在一优选实施例，熔融流动材料在较高的加工温度中被激活，如在汽车装配厂时，当材料在高温下沿着车辆部件加工时或在较高的能量水平进行处理，例如，在e-涂层准备步骤和其他喷漆循环。当遇到e-涂层加工温度时，其范围约为145℃至210℃(约300°F至400°F)，底漆，填料和涂装车间常见的温度约100℃(约200°F)或更高。该材料在这些范围内被激活。如果需要，发泡剂的活化剂可被掺入到组合物中以在所需的温度下发生扩张。

通常，合适的膨胀流动材料的体积膨胀范围从50％至超过2000％，取决于所需发泡功能。结构硬质泡沫具有50％到200％的膨胀等级。声屏障或减振材料的膨胀水平可以高达1500％或更多。在某些实施例中，该材料可以是高膨胀材料，其可膨胀超过1500％，更优选的是超过2000％。

正如特别讨论的汽车制作，通常本发明的流动材料的激活和流动温度在汽车喷漆循环中是令人满意的。在激活前，然而，通常优选的流动材料以固体形式出现的，事实上它在接近室温时是非粘性，(例如，约5℃至50℃之间)，同时在中级温度且未激活时表现出轻微的流动特性和粘性(例如，约50℃和120℃之间)，所以材料可以被加热到中级温度，以允许材料流动并粘附到基板上。

为了形成熔融流动材料展示所需特性，优选材料配方包含一种窄分子量分布的基体树脂。分子量分布优选为基体树脂聚合物的70wt％，每个包括10,000原子质量单位(amu)，更优选的是基础树脂中聚合物的80wt％与5000amu，更优选的是基础树脂中聚合物的90wt％与1000amu。优选的，所述基础树脂包含该材料聚合成分的50wt％至100wt％。更优选的所述基础树脂包含该材料聚合成分的60wt％至90wt％.

还可以预期的是熔融流动材料可以制成一个或多个部件，这有助于材料附着于基板上。典型地，加入这种组分以实现流动材料和污染物(例如，油和润滑剂)，其可以在基板表面上，其中流动材料可以被使用。

在一个实施例中，熔融流动材料包括一种或多种增溶剂，这有助于熔融流动材料中在基板表面上增溶污物。这种增溶剂的实例包括烃类(例如，烃加工油)，邻苯二甲酸酯增塑剂，液态聚烯烃或类似物。优选的，当使用时，这样的增溶剂约在流动材料的1至30wt％，更优选的约为流动材料的5至20wt％。

在另一个实施例中，熔融流动材料包括一种或多种极性组分，它有助于流动材料在基板上的粘附力。优选地，这样的部件具有相对低的熔点(例如，大约50℃和100℃之间)。这种部件的实例包括氧化或以其他方式功能化蜡类，石油树脂，树脂酯，环氧树脂或它们的组合。优选的，在使用时，这类极性组分是约流动材料的1至30wt％，更优选的约流动材料的2至15wt％。

在又一实施例中，流动材料包括一种或多种组分，例如那些用粘结剂改进的蜡类，如一种酸酐基团。优选的，在使用时，这种改性的组分是约流动材料的1至30wt％，更优选的约流动材料的5至20wt％。

因此本发明能增强够被挤出材料的温度控制，整套挤出生产可很好的保证基板的生产而不需要停工一端时间。

在共享的实施例中，本发明因此允许机器人生产的一系列汽车零部件设有精确位于组件上的带状或热功能材料样式，足以保证和组件很好的结合，它可以在一个位置上生产，在另一位置上进行汽车装配，随后材料在基板上热激活。

附图说明：

图1所示的是本发明的挤出系统和图2所示的是利用本发明所述方法设有一个挤出带的基板。

图1所示的是一系列基板(1)，正在从图的左侧向右侧移动。基板移动从而定位下方的迷你挤出机(2)的喷嘴(3)，其中一条材料(4)被挤出。热空气(6)从挤出物(4)的热鼓风机(5)吹出。材料(4)的宽度(d)，在所需温度的热空气(6)下加到基板(1)上，如图2所示产生在基板(1)上的薄带形挤出物(4)。

图1也阐明了本申请所述的X、Y和Z方向。

Claims (18)

1.一种针对基板的热流动粘结材料的应用方法，它包括从模具挤出热流动材料，相对移动的基板为的是在基板表面放置热流动材料，气体温度为40℃至150℃并以压力范围1至8bars(0.1Mpa至0.8Mpa)吹在远离基板的热流动材料一侧上，挤出机的模具和基板表面之间的距离避免它们相互影响。

2.根据权利要求1所述的方法，所述距离大于0.5mm。

3.根据权利要求2所述的方法，所述挤出机模具和基板直接距离为0.5mm至2cm。

4.根据上述任意一项权利要求的方法，所述热气体的吹出温度范围在40℃至110℃。

5.根据上述任意一项权利要求的方法，所述气体的吹出压力的范围在0.2至0.3Mpa。

6.根据上述任意一项权利要求的方法，所述气体被吹到热流动材料，因为它离开挤出机的模具也因为它是在基板上沉积。

7.根据上述任意一项权利要求的方法，所述热气体是空气。

8.根据上述任意一项权利要求的方法，所述挤出机是机器人迷你挤出机。

9.根据上述任意一项权利要求的方法，所述材料是热功能材料，并沉积在基板上，温度在材料激活温度之下。

10.根据上述任意一项权利要求的方法，所述挤出材料的温度范围在60℃至120℃。

11.根据上述任意一项权利要求的方法，所述挤出是间歇的。

12.根据上述任意一项权利要求的方法，所述热气体从挤出模具邻近并与挤出模具结合的喷嘴喷出。

13.根据上述任意一项权利要求的方法，所述热流动粘结应用在一系列基板上从而位于邻近的挤出机模具。

14.一种使热流动粘结材料应用到一系列基板的设备，它包括一个挤出机用于将热流动材料从模具挤出，基板到挤出机的直线距离大于0.5mm，相对移动模具和基板以在基板表面上沉积热流动材料，一个或多个气体喷嘴，气体温度为40℃至150℃并以压力范围1至8bars(0.1Mpa至0.8Mpa)吹在远离基板的热流动材料一侧上，挤出机的模具和基板表面之间的距离避免它们相互影响。

15.根据权利要求14所述的设备，所述热气体的吹出温度范围在40℃至110℃。

16.根据权利要求14或15所述的设备，所述气体的吹出压力的范围在0.2至0.3Mpa。

17.根据权利要求14至16所述的设备，设置气体喷嘴以吹气在热流动材料上，因为它离开挤出机的模具也和因为它是在基板上沉积。

18.根据权利要求14至17所述的设备，所述挤出机是机器人迷你挤出机。