CN1104323C - 通过高频焊接初始或完全熔融含聚酯成型结构件的方法及这类聚酯的应用 - Google Patents

通过高频焊接初始或完全熔融含聚酯成型结构件的方法及这类聚酯的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了改性聚酯，如间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯在高频焊接中的用途。该方法对由该聚酯组成的成型结构件，尤其是片状，膜状，涂层，中空制品或注塑制品，纱线和含此纱线的纺织平面构型物品的初始或完全熔融是有用的。该方法可以用常规高频焊接设备完成。

Description

通过高频焊接初始或完全熔融含聚酯 成型结构件的方法及这类聚酯的应用
本发明涉及通过高频焊接将所选的聚酯初始或完全熔融的方法。
已知成型塑料件可以通过焊接结合在一起。为此可以使用广范围的焊接技术，包括高频焊接(见罗姆普化学百科词典，词条“塑料焊接”第2402页，第9版(Rompp Chemie Lexikon，“Kunststoff-Schweipen”，p.2402，9th edition，G.Thieme Verlag(1990))。
有几篇专利文献涉及到使用焊接技术将成型塑料件，例如，纤维或织物平面构型物品连接到一起。例如，DE-A-3,714,935描述了由具有特殊形状且适于毛发植入的热塑性塑料组成的人造头发。生产该头发的一个加工步骤包括焊接热塑性塑料。在其说明书中提到了各种不同的热塑性塑料，包括聚酯。
DE-A-2,750,593描述了高频熔接热塑性单丝的方法和设备。其中没有具体描述所用的材料。
ES-A-86-07,816描述了聚酰胺织物的高频焊接。
最后，DE-AS-1,704,179描述了一种用可加热且储热的材料将薄膜连接在一起的方法。该文提到了许多合适的塑料，但未包括聚酯。
众所周知，商业上可得到的聚酯，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)不适于高频焊接。例如，在H.Domininghaus编写的教科书塑料及其性质，第3版，VDI出版有限公司(Die Kunststoffe und ihreEigenschaften，3rd edition，VDI Verlag GmbH，Dusseldorf 1988)的第505页中提到PET是不能高频焊接的。
现在已经发现了适于高频焊接技术的，从而使加工变得简单而且经济的特定的聚酯。
本发明从而提供了一种初始或完全熔融成型结构件的方法，包括：
a)提供由聚酯组成的成型结构件，该聚酯包含至少5mol％式I所示的重复结构单元和/或至少5mol％式II所示的重复结构单元
          -O-OC-Ar1-CO-O-R1-    (I)，和
          -O-OC-R2-CO-O-Ar2-    (II)，
其中，Ar1和Ar2各自独立地代表一个二价的单环或多环芳香基团，其自由价键呈间位排列或相互间呈可比角度，优选1，3-亚苯基，R1是一个二价脂族或脂环族基团，优选具有式-CnH2n-的基团，其中，n是2～6间的一个整数，尤其是亚乙基，或衍生自环己烷二甲醇的基团，和R2是一个二价脂族，脂环族或单环或多环芳香基团，和
b)对成型结构件施以高频电磁辐射，优选在无线电波范围内，其强度及时间至少使成型结构件的一部分初始或完全熔融。
所用成型结构件可以是任何所希望的一维，二维或三维结构件，该结构件至少一部分具有上述定义的改性聚酯以使其可以通过高频焊接得到初始或完全熔融。所述结构件特别是片材，膜材，涂层，中空制品或注塑制品和，特别优选纱线和/或含此纱线的纺织平面构型物品。
此处术语“纱线”应理解成广义的；所述纱线还指纤维纱线或，优选，长丝纱。
本发明方法的一个特别优选的实施方案利用了含有增强纤维(优选增强长丝)和由上述的聚酯组成的低熔点基体纤维，优选基体长丝的杂配纱。
聚酯基体纤维优选是其熔点低于增强长丝的熔点或分解点至少10℃，尤其是至少30℃的纤维。
特别优选使用其增强纤维的初始模量大于50GPa，且其增强纤维优选由玻璃，碳或芳香聚酰胺组成的杂配纱。
另一个特别优选的实施方案使用其增强纤维的初始模量大于10GPa，且由聚酯，尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的杂配纱。
所用改性聚酯本身是已知的。典型的且特别优选的这类聚酯的代表是用间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
本发明的方法特别优选使用含有具有式III和式IV所示的重复结构单元的改性聚对苯二甲酸乙二醇酯的成型结构件
          -O-OC-Ar3-CO-O-R3-    (III)，和
          -O-OC-Ar4-CO-O-R4-    (IV)；
其中，Ar3表示一个二价的单环或多环芳香基团，其自由价键呈对位排列或相互间呈可比平行或同轴排列，优选1，4-亚苯基和/或2，6-亚萘基，R3和R4各自独立地是二价脂族或脂环族基团，尤其是具有式-CnH2n-的基团，其中，n是2～6间的一个整数，尤其是亚乙基，或衍生自环己烷二甲醇的基团，和Ar4是一个二价单环或多环芳香基团，其自由价键相互间呈间位排列或相互间呈可比角度，优选1，3-亚苯基。
上述分子式中的任何双价芳香基团都是其价键相互间呈对位或可比同轴或相互平行排列的二价芳香基团或其价键相互间呈间位或可比角度排列的二价芳香基团。少量其价键呈一定角度排列的芳香基团也可以有呈邻位或可比角度排列的价键。
上述分子式中的其价键相互间呈间位排列或相互间呈可比角度的任何双价芳香基团都是单环或多环芳香烃或可以是单环或多环的杂环芳香基团。杂环芳香基团尤其在其芳香核中具有一个或两个氧原子，氮原子或硫原子。
多环芳香基团可以相互稠合或通过C-C键或通过桥连基团，例如-O-，-CH2-，-S-，-CO-或-SO2-连接。
优选的其价键相互间呈间位排列或相互间呈可比角度的双价芳香基团的例子是其自由价键相互间呈间位排列的单环芳香基团，尤其是1，3-亚苯基，或其价键相互间呈角度的双环稠合芳香基团，尤其是1，6-和2，7-亚萘基，或通过C-C键连接且具有相互间呈角度的键的双环芳香基团，尤其是3，4’-亚联苯基。
上述分子式中的其价键相互间呈对位排列或相互间呈可比同轴排列或相互平行的任何双价芳香基团都是单环或多环芳香烃基团或可以是单环或多环的杂环芳香基团。杂环芳香基团尤其在其芳香核中具有一个或两个氧原子，氮原子或硫原子。
多环芳香基团可以相互稠合或通过C-C键或通过-CO-NH-基团相互呈线型键合。
在同一轴上或平行排列的价键方向相反。方向相反的同轴价键的例子有亚联苯基-4，4’键。方向相反的平行排列的价键的例子有萘-1，5-或-2，6键，然而，萘-1，8键相互平行但其指向相同。
优选的其价键相互间呈对位或可比同轴或相互平行排列的双价芳香基团的例子有其自由价键相互间呈对位排列的单环芳香基团，尤其是1，4-亚苯基，或具有指向相反方向的平行键的双环稠合芳香基团，尤其是1，4-，1，5-和2，6-亚萘基或通过C-C键连接并具有指向相反方向的同轴键的双环芳香基团，尤其是4，4’-亚联苯基。
上述分子式中的任何双价脂族或脂环族基团都是衍生自脂族或脂环族伯，仲或叔醇或衍生自链烷或环烷-二羧酸或其能形成聚酯的衍生物，如甲酯的基团。
优选脂族双价基团具有2～8个碳原子。其例子有亚乙基，1，3-丙二基，1，4-丁二基，1，6-己二基或1，8-辛二基。特别优选亚乙基。
优选具有6个环碳原子的脂环族基团。优选的例子有1，4-环己烷二羟甲基或1，4-环己二基。
所有上面列举的基团可以优选被一个或两个惰性基团取代。其例子有烷基或烷氧基或卤素原子。这些尤其包括具有1～6个碳原子的烷基，这些烷基可以支化或优选直链，且更特别优选甲基或乙基，或其烷基基团中具有1～6个碳原子的烷氧基，该烷氧基可以支化或优选直链，更特别优选甲氧基或乙氧基，或氯或溴。
所有脂环族二羧酸的基团是指通常具有五个碳原子或尤其六个碳原子的环的基团，如1，4-亚环己基。
本发明所用的改性聚酯通常具有特性粘度为至少0.5dl/g，优选0.6～1.5dl/g。特性粘度是在25℃下，在共聚酯的二氯乙酸溶液中测量的。
本发明的方法有可能将高频焊接应用于其它塑料的所有显著优点集中在聚酯上。这些优点包括，例如，工艺快速，省去额外的焊接或粘合介质的可能性以及由于加工过程中电极保持冷却使得对高频焊接的不敏感的焊接配件不存在热应力。
本发明的方法的特别的优点是该方法不要求任何特殊改造的设备。该方法可以在已知的高频焊接的常规设备上完成。
本发明的方法常常利用其频率在10KHz～200MHz范围内，优选在20～200MHz范围内，特别优选在25～72MHz范围内，尤其是在大约27Mhz的高频电磁辐射。
通常，能量密度在约5～100W/cm2范围内变化。
通常焊接时间在1～100秒范围内，优选在10～30秒。
不对焊接部件施加压力就可以完成焊接过程。优选施加额外的压力。
本发明的方法有可能使得由聚酯或由聚酯和其它材料模制件结合，制成成品或完全、部分或以预定的模型的式样初始或完全熔融。
特别优选使用包括这样的改性聚对苯二甲酸乙二醇酯的成型结构件，该聚对苯二甲酸乙二醇酯含有40～95mol％式III所示的重复结构单元和60～5mol％式IV所示的重复结构单元，其中，Ar3是1，4-亚苯基和/或2，6-亚萘基，R3和R4是亚乙基，Ar4是1，3-亚苯基。
本发明的方法的另一个特别优选的实施方案包括固化和/或粘结纺织平面构型物品，尤其是织物、层状织物(Gelegen)、纬编织物、针织物或无纺布。
本发明还涉及用于高频焊接初始或完全熔融的上述聚酯的用途。
下面的实施例用来解释本发明而不是限制本发明。
实施例1：含70％体积的纤维1和30％体积的纤维2的短纤维无纺布[纤维1是具有50％体积聚对苯二甲酸乙二醇酯的芯和50％体积间苯二甲酸(间苯二甲酸的含量以酸组份为基准为40mol％)改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯的皮的皮芯纤维，纤维2是聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维]，在5巴的压力40W/cm2的强度下用高频(27MHz)致密10秒。纤维1的皮部熔融并将剩余的纤维部分粘合到一起。得到好的致密性和固结度。
实施例2：含70％体积的纤维3和30％体积的纤维4的短纤维无纺布[纤维3是间苯二甲酸(间苯二甲酸的含量以酸组份为基准为40mol％)改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯，纤维4是聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维]，在5巴的压力40W/cm2的强度下用高频(27MHz)致密10秒。可以观察到所得片材具有明显较好的粘合和更光洁的表面。纤维3完全熔融并在剩余纤维组份周围形成基体。
实施例3：将两根厚2mm宽20mm的玻璃纤维增强(含50％体积玻璃纤维)的聚酯条相互叠置25mm并用高频焊接将其焊接在一起。由间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的聚酯中间苯二甲酸的含量(以酸组份为基准)为40mol％。检查表明两聚酯条焊接良好。
实施例4：将两根厚2mm宽20mm的玻璃纤维增强(含50％体积玻璃纤维)的聚酯条相互叠置，搭接长度25mm，并用高频焊接将其焊接在一起。由间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的聚酯中间苯二甲酸的含量(以酸组份为基准)为33mol％。检查表明两聚酯条焊接良好。
对比实施例：将两根厚2mm宽20mm的玻璃纤维增强(含50％体积玻璃纤维)的聚酯条相互叠置25mm并用高频焊接将其焊接。所用设备与实施例3和4的相同。聚酯由聚对苯二甲酸乙二醇酯组成。检查表明两聚酯条间完全没有焊接。

Claims (9)

1.一种初始或完全熔融成型结构件的方法，所述成型结构件是纱线和含此纱线的纺织平面构型物品，包括：
a)提供由聚酯组成的成型结构件，该聚酯包含至少5mol％式I所示的重复结构单元和/或至少5mol％式II所示的重复结构单元
           -O-OC-Ar1-CO-O-R1-  (I)，和
           -O-OC-R2-CO-O-Ar2-  (II)，
其中，Ar1和Ar2各自独立地代表一个二价的单环或多环芳香基团，其自由价键呈间位排列或相互间呈可比角度，R1是一个二价脂族或脂环族基团，和R2是一个二价脂族，脂环族或单环或多环芳香基团，和
b)对成型结构件施以高频电磁辐射，其强度及时间至少使部分成型结构件初始或完全熔融，
其中所述纱线是以含有增强纤维和由所述的聚酯组成的低熔点基体纤维的杂配纱的形式提供的。
2.如权利要求1所述的方法，其中成型结构件是含有由权利要求1中所定义的聚酯组成的短纤维或长丝的纱线或成型结构件是含此纱线的纺织平面构型物品。
3.如权利要求1所述的方法，其中聚酯基体纤维的熔点低于增强纤维的熔点或分解点至少30℃。
4.如权利要求1所述的方法，其中增强纤维的初始模量大于50GPa。
5.如权利要求1所述的方法，其中增强纤维的初始模量大于10GPa，且由聚酯组成。
6.如权利要求1所述的方法，其中成型结构件含有具有式III和式IV所示的重复结构单元的改性聚对苯二甲酸乙二醇酯
            -O-OC-Ar3-CO-O-R3-  (III)，和
            -O-OC-Ar4-CO-O-R4-  (IV)，
其中，Ar3表示一个二价的单环或多环芳香基团，其自由价键呈对位排列或相互间呈可比平行或同轴排列，R3和R4各自独立地是一个二价脂族或脂环族基团，和Ar4是一个二价单环或多环芳香基团，其自由价键相互间呈间位排列或相互间呈可比角度。
7.如权利要求6所述的方法，其中成型结构件包含含有40～95mol％权利要求6中所定义的式III所示的重复结构单元和60～5mol％权利要求6中所定义的式IV所示的重复结构单元的改性聚对苯二甲酸乙二醇酯，其中，Ar3是1，4-亚苯基和/或2，6-亚萘基，R3和R4是亚乙基，Ar4是1，3-亚苯基。
8.一种固化和/或粘结纺织平面构型物品的方法，包括：
a)提供含纱线的纺织平面构型物品，所述纱线由聚酯组成，该聚酯包含至少5mol％式I所示的重复结构单元和/或至少5mol％式II所示的重复结构单元
         -O-OC-Ar1-CO-O-R1-  (I)，和
         -O-OC-R2-CO-O-Ar2-  (II)，
其中，Ar1和Ar2各自独立地代表一个二价的单环或多环芳香基团，其自由价键呈间位排列或相互间呈可比角度，R1是一个二价脂族或脂环族基团，和R2是一个二价脂族，脂环族或单环或多环芳香基团，其中所述纱线是以含有增强纤维和由所述的聚酯组成的低熔点基体纤维的杂配纱的形式提供的，和
b)对纺织平面构型物品施以高频电磁辐射，其强度及时间至少使纺织平面构型物品中的部分所述纱线初始或完全熔融。
9.一种聚酯用于通过高频焊接初始或完全熔融的用途，该聚酯包含至少5mol％式I所示的重复结构单元和/或至少5mol％式II所示的重复结构单元
          -O-OC-Ar1-CO-O-R1-  (I)，和
          -O-OC-R2-CO-O-Ar2-  (II)，
其中，Ar1和Ar2各自独立地代表一个二价的单环或多环芳香基团，其自由价键呈间位排列或相互间呈可比角度，R1是一个二价脂族或脂环族基团，和R2是一个二价脂族，脂环族或单环或多环芳香基团。
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