DE1479212A1 - Verfahren zum Verbinden von thermoplastischem Material - Google Patents

Verfahren zum Verbinden von thermoplastischem Material

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DE1479212A1
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Description

  • Verfahren zum Verbinden von thermoplastischem Material Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer hohen Kräften widerstehenden Verbindung, insbesondere zwischen starren Teilen aus unbehandeltem thermoplastischem Material.
  • Formkörper aus Kunststoffmaterial musse hAufig in komplizierter Gestalt und grossen Ausmaßen hergestellt werden, und daraus hat sich in den vergangenen Jahren die Arbeitsweise entwickelt, dass solche GegenstAnde vielfach in TeilstUcken geformt werden, die anschliessend vermittels irgendeiner der bekannten Verbindungs-oder Schweiß-Verfahren miteinander vereinigt werden. Zum Verbinden von thermoplastischem Material, wie beispielsweise Polyolefinen, sind verschiedene Methoden bekannt : (i) Man kann handelsübliche Klebstoffe anwenden ; (ii) man kann heiße Schmelzmassen zum Verkleben verwenden ; und (iii) man kann mittels Reibung versiegeln (spin welding).
  • Man hat früher verschiedentlich versucht, die FugeflSchen von thermoplastischem Material in der Weise zu verbinden, dass man das thermoplastische Material selbst in der N§he der FUgeflache oder auf diesen selbst zum Schmelzen und zur gegenseitigen Vereinigung brachte, und zwar mittels elektromagnetischer Methoden, einschliesslich Mikrowellenbestrahlung und dielektrischer oder induktiver Heizung sowie mittels ErwSrmung durch Ultraschall.
  • Wenn man gebräuchliche Klebemittel, beispielsweise Kitte auf Basis von Silikonen, Epoxydharzen oder Kautschuk und dergleichen einsetzt, um die Fügeflächen von Kunststoffhalbzeug zu verbinden, dann müssen die zu verklebenden Flächen zuvor sorgfältig konditioniert werden, damit eine wirksame Bindung zustande kommt. Dazu gehört die Säurewäsche, das Abflammen oder eine Oxydationsbehandlung mit heisser Luft, und selbst wenn solche Oberflächenvorbehandlungen vorgenommen werden, können keine Verbindungen erhalten werden, die gegen Scherspannungen und gegen Schalleinwirkungen beständig sind. Reibungsschweißen lässt sich nur zur Verbindung von runden Werkstücken einsetzen, und heißschmelzende Kittmassen ergeben Bindungen, die nur geringe Scherfestigkeit haben, und kalten Fluß zeigen. Alle diese Verbindungsmethoden sind aufwendig und erfordern relativ lange Arbeitszeiten, wenn die Fügeflächen vorbehandelt werden musse, insbesondere dann, wenn die FUgeflächen so geformt sind, dass man nicht mittels automatischer Verfahren arbeiten kann.
  • Der größte Mangel dieser Methoden besteht darin, dass die resultierende Bindung keine strukturelle stoffliche Einheit zwischen dem zu verbindenden Material und der Verbundzone ergibt.
  • Da man mittels elektromagnetischer Heizung besonders feste Strukturbindungen bei Kunststoffmaterial, insbesondere bei grossen WerkstUcken herstellen kann, hat sich diese Methode zur Verbindung solcher Materialien eingebürgert. Auch mittels Verschweißen unter Ultraschalleinwirkung lassen sich GefUgeverbindungen erzielen.
  • Wenn man Verbindungsmethoden auf BasisvDn elektromagnetischer Wirkung oder Beachallung anwendet, so hat man ausser der besonders festen Verbindung noch folgende Vorteile : (i) Man kann ohne Lösungsmittel arbeiten ; ii) es fallen die aufwendigen Vorbehandlungen der Fugeflächen fort ; (iii) die Verbindungsstelle erhärtet ("setting") augenblicklich in wenigen Sekunden ; (iv) die Handhabung und Verbindung der Teile kann automatisch erfolgen ; und (v) es lassen sich vielgestaltige Kunststoff-Formkörper herstellen, die man nicht in einer einzigen Form bilden kann.
  • Die mittels elektromagnetischen und Ultraschallmethoden hergestellte Verbindung ist eine Versiegelung durch Ubergangsverbindung des Kunststoffmaterials an den anliegenden Flächen oder der anliegenden Fllahen selbst und einer dazwischen liegenden Dichtungeschicht, die ineinander Ubergehen und eine einheitliche Struktur ausbilden, die an den Verbindungsstellen eine ebenso grosse oder höhere Festigkeit hat als das verbundene Kunststoffmaterial.
  • Bei den Ultraschall-Methoden zum Verbinden und Verschweißen nutzt man die akustischen Eigenschaften des zu verbindenden Materials. Elektrische Energienhoher Frequenzen (im Mittelfrequenzbereich) werden in mechanische Vibrationen oder Impulse umgewandelt, die auf die zu verschweif3enden Teile {ibertragen, gekuppelt werden (gewöhnlich mittels eines Armes oder eines Resonantsmechanismus). Die Vibrationserregung wandert durch die Teile bis zu der Verbindungslinie, und dort wird die mechanische oder akustische Energie in Form von W§rme dissipiert. Die erzeugte Wärme ist so gros. dass die Temperatur des Kunststoffes an den BerUhrungsflKchen augenblicklich bis auf Schmelztemperatur ansteigt, wkhrend die übrige Masse der Teile vergleichsweise kUhl bleibt. Nachdem das Schmelzen erfolgt ist, wird die Ultraschallenergie abgeschaltet und die Teile werden kurze Zeit mechanisch in der fUr die Verbindung gewunschten Lage gehalten, damit die Dichtung sich verfestigen kann.
  • Wenn beabsichtigt ist, mittels Ultraschall zu schweißen, so musse einige Grundvoraussetzungen beachtet werden. Die wichtigste Voraussetzung ist, dass das Material fUr eine solche Methode geeignet ist. Wenn man Material in Hdnden hat, das Vibrationserregungen nur schlecht weiterleitet, so ist die Verschweißungsmöglichkeit begrenzt. Weiterhin ist die Form der Verbindungsstelle hinsichtlich der zu erzielenden Festigkeit der Verbindung von Bedeutung. Im Idealfall sollte bei dieser Verfahrensmethode eine Verbindungsstelle vorliegen, bei der die anfKngllche Kontaktfläche schmal ist. Mit dieser Methode lassen sich feste Bindungen mit Nylon, Polypropylenen, Polygthylenen und Acetaten sehr viel weniger gut erreichen als mit Polystyrolen und Polycarbonaten. Die erstgenannten Materialien leiten Vibrationserregungen relativ schlecht.
  • Ultraschallheizverfahren haben sich bisher mit Erfolg bei nichtstarren Formen der vorgenannten Kunststoffe nicht einsetzen lassen.
  • Wie zuvor erwähnt, kann man elektromagnetisches Aufheizen und Verbinden mittels drei verschiedener Grundarten der Wärmeentwicklung durchführen, und zwar : (i) Mikrowellenerzeugung ; (ii) dielektrische Heizung ; und (iii) magnetische Induktion.
  • In Kurzwellendfen wird eine elektromagnetische Energiequelle hoher Frequenz verwendet. Die Kurzwellenfrequenzen liegen in einem Bereich in der Nähe des Infrarotbereiches im elektromagnetischen Spektrum. Die Wellen werden aus einer Magnetfeldrdhre in einen hohlen Raum erzeugt. Die Strahlung wird von den verschiedenen nichtleitenden Kunststoffmaterialien in unterschiedlichem MaBe absorbiert. So absorbieren z. B. Polykthylen und Polypropylen sehr wenig der Strahlung, wChrend -als Vergleich gesehen-gewisse organische und anorganische FUllstoffe ganz betrSchtlich mehr von solcher Strahlung absorbieren.
  • Bei der dielektrischen Heizmethode zur Verbindung von Kunststoffmaterialien nutzt man die normalen nichtleitenden Eigenschaften solcher Materialien aus, d. h. man bedient sich der W§rme, die beim Dissipieren der Energie frei wird, die bei dem schnellen Wechsel der Polarisation der MolekUle infolge eines elektromagnetischen Feldes hoher Frequenz entsteht. Dielektrische Heizquellen sind kurz gesagt Wechselstromgeneratoren, die im Megahertz-Bereich arbeiten. Das zu erhitzende WerkstUck wirkt als kapazitive Fläche. Polare Kunststoffe (wie beispielsweise Polyvinylahlorid) sind Materialien, die dielektrisch aufgeheizt werden können.
  • Beachtenswerte Faktoren fUr die Form der dielektrischen Heizquelle fUr ein spezielles zu erhitzendes Material sind das Ausmaß der Polarisation, die elektrische Frequenz und das angelegte Elektrodenpotential. thnliah jedoch nicht identisch gleich wie dielektrische Heizvorrichtungen arbeiten Induktionsheizungen. Es bestehen die folgenden Untersehiede : (i) Anstelle der dielektrischen Eigenschaften werden die magnetischen Eigenschaften eingesetzt ; (ii) anstelle der Elektroden oder Platten werden Spulen zum Kuppeln der Ladung eingesetzt ; und (iii) Induktionsheizungen liefern maximalen Strom an die Verbrauchsstelle. Bei der Induktion wird die Wärme durch Entstehen und Auseinanderfallen eines elektrischen Feldes um einen Leiter erzeugt, der als e Wechselstromquelle wirkt. In Praxis wird ein solches Feld im allgemeinen in der Weise aufgebaut, dass eine stromdurchflossene Spule in geeigneter Weise angeordnet wird. Wenn ein anderes elektrisch leitendes Material der Einwirkung der Feldlinien ausgesetzt wird, so kann ein Induktionsstrom auftreten. Solche Induktionsströme können mit periodischen Schwingungen oder als Wirbelströme ("eddy"currents) entstehen. Durch diese Ströme entsteht Wärme. Wenn man Materialien dabei verwendet, die sowohl magnetisierbar als auch leitend sind, so erfolgt die Wgrmeentwicklung schneller als bei Materialien, die nur elektrisch leitende Eigenschaften haben.
  • Die infolge der magnetischen Komponente erzeugte Wärme ist das Ergebnis der Hysterese bzw. der Arbeit, die bei der Rotation der magnetisierbaren MolekUle und als Ergebnis des Wirbelstromflusses auftritt. Polyolefine und sonstige Kunststoffe sind von Natur aus weder magnetisch noch elektrisch leitend. Daher kann in diesem Material als solchem keine W§rme infolge Induktion entstehen.
  • Es hat sich erwiesen, dass die Verwendung von elektromagnetischer Induktionsheizung zum Verbinden von thermoplastischen Formkörpern mdglich ist, weil solche Kunststoffe im Inneren und an der Oberfläche elektromagnetisch transparent sind, d. h. wenn man elektromagnetische Strahlung in bestimmten Frequenzbereichen aufbringt und in und um das Material leitet, so wird das Material davon nicht beeinflusst. Wenn man Materialien mit ausgewShlter elektromagnetischer AbsorptionsfGhigkeit miteinsetzt : (i) zwischen die zu verbindenden Flächen des Kunststoffes legt ; (ii) in den Kunststoffmaterialien in der Nähe der zu verbindenden Fügeflächen einbringt ; oder (iii) in einer den zu verbindenden Flächen entsprechend geformten unabhSngigen Verbindungsschicht oder Dichtungsscheibe einlegt, dann geht die elektromagnetische Energie durch die anliegenden Kunststoff-Formkörper (die kein solches energieabsorbierendes Material sind und enthalten) hindurch und wird in der Verbindungszone mittels dieses energieabsorbierenden Materials konzentriert und absorbiert, und dabei wird dieses Material schnell aufgeheizt. Die Hitze geht mittels Wärmeleitung von dem die elektromagnetische Energien absorbierenden Material oder aus der solches energieabsorbierende Material enthaltenden Dichtungssehicht Uber in die anliegenden zu verbindenden Kunststofflächen. Wenn die Temperatur jeder der anliegenden Flächen schnell auf eine solche Höhe angehoben wird, dass der Schmelzpunkt überschritten ist, und wenn dann das elektromagnetische Heizen unterbrochen wird, dann lassen sich die anliegenden Flächen heißverschweißen, ohne dass die Hitze in die umgebenden Teile des Kunststoffes eindringt und darin Abbauerscheinungen hervorruft. Demzufolge bleibt die ursprüngliche Festigkeit und Gefügestruktur der so verbundenen Gegenstände erhalten.
  • Es sind seinerzeit elektromagnetische energieabsorbierende Materialien verschledenen Types bei den Methoden zur elektromagnetischen Heizung eingesetzt worden. Man hat beispielsweise anorganische Oxyde, pulverisierte Metalle und kohlenstoffhaltige Verbindungen in Verbindungsschichten eingebaut und elektromagnetischer Bestrahlung auagesetzt. In jedem Falle hat die verwendete Energiequelle Bedeutung für die Auswahl an energieabsorbierendem Material. Es wurde gefunden, dass der Heizeffekt praktisch vollständig auf denjenigen, der aus der Hysterese-Wirkung entsteht, beschrKnkt bleibt, wenn man das energieabsorbierende Material in feiner Teilchenkomung (entsprechend der Siebnetze mit lichter Maschenweite von 0, 074-0, 049 mm oder enger passierenden Fraktionen), die ferromagnetisohe Eigenschaften haben, einsetzt und diese Teilchen durch nichtleitendes Grundmaterial enthaltende Teilchen wirksam voneinander isollert. Infolge-dessen darf man nicht hoher erhitzen als bis zur"Curie"-Temperatur des ferromagnetischen Materials oder der Temperatur, an der die magnetlsehen Eigenschaften des Materials verschwinden.
  • Es ist sehr wichtig, unter welchen Verfahrensbedingungen man arbeitet, wenn man bei elektromagnetischen Verbindungsverfahren mittels Induktionsheizung arbeitet. Hinsichtlich der Verklebungszone-gleichgUltig ob diese ein Teil der zu verbindenden Gegenstgnde oder der unabhängigen Verbindungsschicht oder Dichtungsscheibe, die zwischen die Fügeflächen der Gegenstände eingelegt sind, zist-musse die folgenden Faktoren beachtet werden : (i) Konzentration des energieabsorbierenden Materials ; (ii) physikalische und chemische Natur des energieabsorbierenden Materials und/oder Mischungen dieses ; (iii) die Stärke der Klebezone oder Verbindungsschicht ; (iv) Material der Matrix der Bindeschicht und Mischungen dieser ; und (v) Form und Gestalt der Klebezone oder der Verbindungsschicht. Andererseits musse auch die Vorrichtungen fUr die Induktionsheizung in geeigneter Weise gestaltet sein, und zwar müssen dabei folgende Punkte beachtet werden : (a) Heizzeit ; (b) Heizintensität ; (c) Frequenz ; und (d) wirksames Kuppeln.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels elektromagnetischer Induktion eine verbesserte unlösbare und feste Verbindung zwischen thermoplastischen Materialien zu schaffen, deren Festigkeit an der Verbindungsstelle gleich oder höher ist als die Festigkeit innerhalb des verbundenen Kunststoffmaterials, und eine SchweiBmasse zu schaffen, die bei elektromagnetischen Verbundverfahren von thermoplastischem Material eingesetzt werden kann und trotz einfacher Handhabung eine ausgezeichnete Bindung des thermoplastischen Materials garantiert, ohne dass aufwendige Vorbehandlungen der FougeflKchen erforderlich sind und ohne dass die Festigkeitseigenschaften des Grundmaterials und die Struktur des Materials während oder-nach dem Verbindungsprozess erniedrigt sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man zwischen zwei gegenUberliegenden FUgeflächen von unbehandelten nichtleitenden thermoplastischen Materialien, wie Polyolefinen, Polystyrolen, Polyamiden oder Acetalen, die mittels einer Zwischenschicht unter Einwirkung von elektromagnetischer Energie verbunden werden sollen, als Zwischenschicht auf der FUgerlSche eine donne Schicht von mit den zu verbindenden Materialien gleichem thermoplastischem Material, das in gleichmässiger Verteilung darin Teilchen vorzugsweise in einer Siebe mit einer Maschenweite von 0, 833 bis 0, 074, insbesondere 0, 400 bis 0, 147 passierenden Durchschnittsgrasse, eines ferromagnetischen Stoffes wie Eisen, Kobalt, Nickel oder einer Nickel-Eisen-oder Nickel-Chrom-Legierung enthält, aufbringt, danach durch Anlegen eines elektromagnetischen Feldes vorzugsweise in einer FeldstSrke von 1 bis 30, insbesondere von 2 bis 5 kw und mit einer Frequenz von etwa 5 bis 30, insbesondere 15 bis 30 Megahertz, induktiv auf eine oberhalb ihres Schmelzpunktes liegende Temperatur erhitzt und nach dem Verschmelzen des umgebenden thermoplastischen Materials nach einer kurzen Erhitzungsdauer, vorteilhaft von weniger als 2 Minuten, insbesondere 1 bis 30 Sekunden, das elektromagnetische Feld abschaltet.
  • Verschiedene Ausführungsmöglichkeiten, MaBnahmen und Vorteile des erfindungsgem#ssen Verfahrens sind aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung ersichtlich. Erfindungsgem§ss wird eine neue Masse, sowie eine neue Arbeitswelse und eine aus verschiedenen Arbeitsstufen kombinierte Verfahrensweise vorgeschlagen, anhand von Beispielen beschrieben und im einzelnen in den nachfolgenden Patentansprüchen beansprucht.
  • Die Anmelderin hat gefunden, dass Teile von festem thermoplastischem Kunststoff wirksam miteinander verbunden können, wenn man elektromagnetlaoh down ganz bestimmte Kittmassen damit verklebt. Die erfindungsgemass werwend ten ganz bestimmten elektromangetischen, energieabsorbierenden Materialien sind Metalle oder Metallegierungen mit ferromagnetischen Eigenschaften, und diese Materialien müssen in einer solchen Teilchengrösse eingesetzt werden, wie sie durch ein Sieb mit einer Maschenweite von etwa 0, 833 bis etwa 0, 074 mm hindurchzugehen vermdgen. Und das Grundmaterial, in dem diese energieabsorbierenden Materialien gleichförmig und voneinander isoliert verteilt sind, muss aus einem dem thermoplastischen Material der zu verbindenden Teile entsprechenden thermoplastischen Material bestehen, und das Verhältnis von energieabsorbierendem Material zu thermoplastischem Material soll in dieser Mischung zwischen etwa 1 bis 2 Gew.-Teilen an energieabsorbierendem Material je 1 Gew.-Teil an thermoplastischem Material betragen.
  • Die erfindungsgemKss verwendete elektromagnetische Kittzusammensetzung kann in Form von extrudierten Streifen oder DrShten oder in Form von geformten Dichtungen oder Gie3folien eingesetzt werden. Sie kann in StUckform oder pelletisiert benutzt werden. Wenn man sie in fltissiger Form verwendet, so kann sie auf die zu verbindenden Oberilächen aufgebtirstet oder aufgesprUht werden oder man kann die OberflKchen durch Tauchen damit Uberziehen.
  • Vorzugsweise verwendet man als elektromagnetische energieabsorbierendes Material ein magnetisierbares Metall, wie Eisen, Kobalt oder Nickel oder eine magnetisierbare Legierung von Kupfer und Eisen oder Nickel und Chrom. Diese Metalle und Legierungen haben hohe Curie-Punkte (etwa 388-lll6°C).
  • Wegen der bevorzugt eingesetzten geringen Teilchengrösse können die speziellen elektromagnetische energieabsorbierenden Materialien erfindungsgemäss wegen der Hysterese und den zwischen den Teilchen verlaufenden Wirbelströmen auf eine solche Temperatur erhitzt werden, die oberhalb der jeweiligen Curie-Temperatur liegt. Darum können beim errindungBgemKssen Verfahren mit einer gegebenen Menge an zur VerfUgung stehender Energie höhere Erhitzungstemperaturen innerhalb einer ganz beachtlich verringerten Zeitspanne erreicht werden, dem Vergleich mit induktiv erhitzten elektromagnetische energieabsorbierenden Teilchen geringeren Durchmessers (etwa in einer Siebe mit einer Maschenweite von 0, 074-0, 040 mm Durchmesser passierenden Teilohengrosse oder geringer).
  • Man kann zwar vollständig ausreichende Bindungen zwischen gleichen thermoplastischen Flächen und der oben angegebenen elektromagnetischen Kittverbindung erzielen, wenn das spezielle energieabsorbierende Material eine Siebe mit einer durchschnittlichen Maschengrbsse von etwa 0, 833 bis 0, 074 mm Maschenweite passierenden Teilohengrosse aufweisen, aber bevorzugt werden solche Stoffe eingesetzt, die eine Siebe mit einer durchschnittlichen Maschenweite von etwa 0, 400 bis 0, 147 mm passierenden durchsehnittlichen Teilchengrosse haben. Bei Einsatz von die bevorzugte Teilchengrosse aufweisenden Substanzen erhält man eine gleichmKssigere Verteilung der einzelnen Auftreffpunkte (targets) der unduzierten elektromagnetischen Energie, und das hat zur Folge, dass das Erhitzen der Verbindungszone schneller und gleichmässiger erfolgt.
  • Die zuvor beschriebenen Klebe-und Kittmassen ergeben, wenn sie wie nachstehend beschrieben verarbeitet werden, eine losungsmittelfreb Verbindung, mit der sich gleiche thermoplastische Werksthoke ohne aufwendige Oberflächenvorbehandlung vereinigen lassen. Die zwischen solchen WerkstUcken hergestellte Verbindung hat eine Festigkeit, die gleich oder größer ist als diejenige des Materials selbst, und die elektromagnetisch induzierte Verbindungsreaktion verlkuft schnell und ist für automatisch arbeitende Herstellungsverfahren und Geste anwendbar. Die Erhitzung ist auf die Verbindungsstelle oder Nahtstelle beschränkt, so dass das Erhitzen des Gesamtkörpers, (wie dies bei der dielektrischen Methode geschieht) vermieden wird, wodurch beträchtliche Energieeinsparung erreicht wird, und ein Austrocknen oder eine sonstige Beeinträchtigung der miteinander verbundenen Gegenstände ausgeschlossen ist. Mit einer bestimmten vorgegebenen Energiemenge ist ausserdem beim Erhitzungsvorgang eine beachtliche Zeit-ersparnis gekoppelt.
  • , Es wurde gefunden, dass man eine konzentrierte und spezifisch beschränkte Erhitzungszone durch Induktionsheizung bei der erfindungsgemässen Verbindung von thermoplastischen Stoffen dann erzielt werden kann, wenn die zuvor beschriebenen elektromagnetischen Klebe-und Kittverbindungen aktiviert und zur Verbindungsbildung mittels eines solchen Induktionsheizungssystem angeregt werden, das in einem Frequenzbereich des elektromagnetischen Feldes von etwa 5 bis etwa 30 Megahertz, insbesondere von etwa 15 bis etwa 30 Megahertz arbeitet und wenn dieses Feld mittels einer 1 bis etwa 30 kw, insbesondere etwa 2 bis 5 kw starken Energiequelle erzeugt wird. Das elektromagnetische Feld wird während einer Zeitspanne von vorzugsweise etwa 2 Minuten auf die zu verbindenden Gegenstände zur Einwirkung gebracht.
  • Wie bereits erwähnt, lässt sich das erfindungsgemKsse elektromagnetische Induktions-Verbindungssystem und die erfindungsgemäss verbesserte elektromagnetische Klebe-und Kittkomposition zur Verbindung von unbehandelten aus thermoplastischem Material geformten Gegenständen einsetzen. Zu den Thermoplasten, die besonders vorteilhaft nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt werden können, zählen die PolyoMefine (PolySthylen und Polypropylen), Polystyrole, Polyamide, wie Nylon, und Acetale, wie Polyoxymethylen, das unter dem Handelsnamen"Delrin"vertrieben wird.
  • Bei8piel 1 Es wurde ein ellipsenförmiger GesohirrwXseher3prUharm (10, 16 cm breit und 40, 64 cm lang) der durch Spritzgießen aus Polypropylen hergestellt worden war, mittels eines elektromagnetischen Kittmittels in Form eines extrudierten Steeifens mit einem ebenfalls in Spritzguß aus Polypropylen hergestellten Hub-Teil verbunden. Das elektromagnetische Kittmittel bestand aus 2 Gew.-Teilen Eisenpulver (in einer Siebe mit einer Maschenweite von 0, 833-0, 175 mm passierenden durchschnittlichen Tellchengrösse) und 1 Gew.-Teil Polypropylen (geliefert von der Firma Hercules Powder Co.). Zur Erzeugung des für die induktive Heizung des Eisenpulvers erforderlichen elektromagnetischen Feldes wurde eine mit 2, 5 Kilowatt und 5 Megahertz arbeitende Induktionsheizung eingesetzt. Der extrudierte Streifen aus elektromagnetischem Kittmittel wurde zwischen der anliegenden Lasche und dem Verbindungsnut der geformten Teile eingelegt, und dann wurde die Induktionsheizung mit den angegebenen StKrken 45 Sekunden lang eingestellt. Nach dem Erhärten zeigte sich, dass die geformten Teile fest miteinander an allen an dem zwischengelegten extrudierten Streifen aus elektromagnetischem Kittmittel anliegenden Flächen verbunden waren.
  • Beispiel 2 Eine schmale zweiteilige aus Polypropylen geformte Injektionsviole wurde mittels eines in Form eines ausgeformten Ringes vorliegenden elektromagnetischen Kittmittels verbunden. Der geformte Kittmittelring bestand aus 2 Gew.-Teilen Eisenpulver (mit einer Siebe von einer lichten Maschenweite zwischen 0, 400 und 0, 147 mm passierenden Teilohengrösse) und einem Gew.-Teil Polypropylen (geliefert durch die Firma Shell Chemical Co.). Zur Erzeugung des fUr die induktive Erhitzung des Eisenpulvers erforderlichen elektromagnetischen Feldes wurde eine Induktionsheizung mit 1, 2 Kilowatt und 25 Megahertz verwendet. Der aus elektromagnetischem Kittmaterial bestehende geformte Ring wurde zwischen die auftreffenden ringförmigen Kanten der Violteile eingelegt, und die Induktionsheizung wurde mit den angezeigten Werten 1, 5 Sekunden lang angestellt. Nachdem Erhärten waren die Viol-Teile zu einer strukturellen Einheit miteinander innerhalb der ringförmigen Zone, die dem zwischengefUgten geformten Kittmittel-Ring anlag, verbunden.
  • Beispiel 3 Es wurde ein elektromagnetisch aktivierbares Kittmittel, das sich ausgezeichnet zum Verbinden von starren Polypropylengebilden eignete, erfindungsgemäss-wie nachstehend angegeben-hergestellt : Es wurden 57 Gew.-Teile Eisenpulver (mit einer Siebe mit der lichten Maschenweite zwischen 0, 400 bis 0, 147 mm passierenden durchschnittlichen Teilchengrdsse) mit 43 Gew-Teilen Propylenpulver (3, 0 SchmelzfluB) innig vermischt. Die Mischung wurde zu Dichtungsscheiben oder Zwischenschichten mit einer Stärke von etwa 0, 762 mm (30 mils) verpresst. Die e Verbindungsreaktion (mittels elektromagnetischer Induktionsheizung) für solche Dichtungsscheiben oder Verbindungsschthten lässt sich in etwa einer Sekunde mittels einer Induktionsheizeinrichtung, die mit 5 Kilowatt-Intensität und 25 Megahertz-Frequenz arbeitet, durchfUhren.
  • Beispiel 4 Es wurde eine elektromagnetisch aktivierbare Klebe-und Kittmanse mit hervorragender Verwendbarkeit zum Verbinden von starren Polyäthylenstrukturen wie folgt erfindungßgem§vB hergestellt : 66, 6 Gew.-Teile Eisenpulver (mit einer Siebe mit lichter Maschenweite von 0, 400 bis 0, 147 mm passierenden durchschnittlichen Teilchengrösse) mit 33, 4 Gew.-Teilen eines Pulvers aus linearem Polyäthylen (9, 0 Schmelzindex) innig vermischt ; die Mischung wurde in Form eines 1, 27 mm breiten Streifens, der eine Dicke von etwa 0, 762 mm hatte, extrudiert. Die Verbindungsreaktion (vermittels elektromagnetischer Induktionsheizung) für einen solchen Streifen aus Verbindungsmaterial kann in etwa 7 Sekunden mittels einer mit 5 Kilowatt und bei einer Frequenz von 25 Megahertz arbeitenden Induktionsheizeinrichtung durchgefuhrt werden.
  • Beispiel 5 Zell-Komponenten einer Autobatterie, die aus Nylon (thermoplastischem Polyamid) geformt waren, wurden unter Verwendung eines elektromagnetischen Klebemittels in Folienform miteinander verbunden. Die Klebefolien waren aus einem innigen Gemisch aus 27 Gew.-Teilen Eisenpulver (mit einer Siebe mit lichter Maschenweite von 0, 400 bis 0, 147 mm passierenden Teilchengrosse) mit 43 Gew.-Teilen eines Nylons (Qualität Zytel-6 1, geliefert von der Firma duPont) gebildet. Die Mischung wurde in Folien-förmige Verbindungsschichten gewünschter Konfiguration verpresst, und diese Folien hatten nach dem Verpressen eine Dicke von 0, 635 mm. Die Verbindungsreaktion (elektromagnetische Induktionserhitzung) fUr solche Verbundschichten, die an geeigneten Stellen zwischen die Batteriekomponenten eingelegt waren, wurde in etwa 2 Minuten vermittels einer ein elektromagnetisches Feld von 1, 2 Kilowatttintensität bei 5 Megahertz-Frequenz erzeugenden Induktionsheizeinrichtung durchgeführt.
  • Beispiel 6 Eistpilcr-K:::n.ntGn,diej.u.'csch-iutenPolystyrol(Hndelsnamen Styrafoim) geformt waren, vurden vermittels eines -n verbunden. Die Klebefolie war aus einer innigen Mischung aus 66, 6 Gew.-Teilen Eisenpulver, mit einer Siebe mit lichter Maschenweite von 0, 400 bis 0, 147 mm passierenden Teilchengrösse) mit 33, 4 Gew.-Teilen Styrol-Pellets (vertrieben von der Firma Koppers Corp.) gebildet. Die Mischung war in folienförmige Verbindungsschichten gewünschter Konfiguration verpresst und diese Folien hatten nach dem Verpressen eine Dicke von 0, 635 mm. Die Verbindungsreaktion (elektromagnetische Induktionsheizung) fUr solche Verbindungssehichten (die an geeigneten Stellenzwischen den Eiszerteiler-Komponenten eingelegt waren) wurde während einer Sekunde mittels einer Induktionsheizeinrichtung, die ein elektrisches Feld von 1, 2 Kilowatt und 5 Megahertz-Frequenz erzeugte, durchgeführt.
  • Beispiel 7 Es wurde wie folgt ein erfindungsgemäss einsetzbares elektromagnetisch aktivierbares Kittmittel mit ausgezeichnetem Gebrauchswert fUr das Verbinden von starren Polyäthylen-Strukturen hergestellt : Dazu wurden 57 Gew.-Teilen Nickelpulver (97, 5 % nit2, 5% Cr mit einer Teilchengrosse von Siebe mit einer lichten Maschenweite von 0, 400 bis 0, 147 mm passierenden durchschnittlichen Teilchengrösse) mit 43 Gew.-Teilen Polyäthylenpulver (9, 0 Schmelzindex) innig vermischt und die Mischung wurde zu Dichtungen oder Zwischenschichten verpresst, die nach dem Verpressen eine Dicke von 0, 762 mm hatten. Die Verbindungsreaktion (vermittels elektromagnetischer Induktionsheizung) für diese Dichtungen oder Zwischenschichten (die zwischen die zu verbindenden Polyäthylen-Strukturen eingelegt waren) kann innerhalb 2 Sekunden vermittels einer induktiven Heizeinrichtung, die ein elektrisches Feld von 1, 2 Kilowatt-Intensität bei 25 Megahertz-Frequenz erzeugt, durchgeführt.
  • Beispiel 8 Ein elektromagnetisch aktivierbares flissiges Klebemittel, das einen hervorragenden Gebrauchswert zum Verbinden von starren Polypropylen-Strukturen und Polypropylen-Folien fUr Verpackungszweoke hat, wurde erfindungsgemäss wie folgt hergestellt : Es wurden 120 Gew.-Teile Eisenpulver (mit einer Siebe mit lichter Maschenweite von 0, 833 bis 0, 175 mm passierender Teilchengrosse) (geliefert von der Firma Hoegannaes Corporation) mit 100. Gew.-Teilen einer 30 % igen Xylol-Lösung von ataktischem Polypropylen (Handelsnamen Epolon D-10) (geliefert von der Firma Tennessee Eastman) innig vermischt. Die Mischung wurde auf die inneren zu verbindenden Flächen aufgebürstete aufgesprUht oder mittels Tauchen oder Drucken aufgezogen.
  • Dieses elektromagnetische flüssige Klebemittel, das eine Dicke anstrichfarbenähnliche Konsistenz hatte, ist als Bindemedium in einigen Sekunden bis weniger als 2 Minuten mittels einer Induktionsheizeinrich tung, die ein elektromagnetisches Feld von 1 bis 5 Kilowatt-Intensitgt bei 5 bis 25 Megahertz Frequenz zu erzeugen vermag, aktivierbar.
  • Beispiele 9 bis 12 Weitere Beispiele fUr elektromagnetisch aktivierbare Klebemittel (die erfindungsgemäss hergestellt und verwendet werden können) sind nachstehend aufgeführt : In jedem der Beispiele war das zu verbindende Material Polypropylen in Form von Probestücken, wie sie für Standard-Dehnungsproben gebräuchlich sind, und diese waren in der Mittel zwischen ihren beiden Enden durchgetrennt und mittels des erfindungsgemgssen Verfahrens zwecks Einsatz bei den PrUfungen wieder verbunden. Die Teatkdrper bestanden aua einem Polypropylen mit der Handelsbezeichnung ProFax brand, das von der Firma Hercules Powder Co. herausgebracht wird.
  • Beispiel 9 Ferromagnetische Teilchen : 67 Gew.-% Ni (50%)/Fe (50%) Pulver (0, 074 mm maschensiebpassierend) Thermoplastisches Grundmaterial : 33 Gew.-% Polypropylen (Handels bezeichnung "W-550", herausgebfacht von der Firma Shell Chemical Co.) Elektromagnetisches Feld : 1, 2 Kilowatt/15 Megahertz Verbindungszeit : 5,2 Sekunden Beispiel 10 Ferromagnetische Teilchen : 50 Gew.-% Ni(50%)/F (50%) Pulver (0,074 lichte Maschenweite passierend) Thermoplastische Grundmasse : 50 Gew.-% Polypropylen (Handelsbezeichnung"Escon 107" geliefert von der Firma Enjay Chemical Co.) Elektromagnetisches Feld : 1, 2 Kilowatt/15 Megahertz Verbindungszeit : 7,0 Sekunden Be biel 11 Ferromagnetische Teilchen 50 Gew.-% Nickelpulver (lichte Maschenweite von 0, 074 mm passierend) Thermoplastische Grundmasse : 50 Gew.-% Polypropylen (Handelsbezeichnung"Escon 107", herausgebracht von der Firma Enjay Chemical Co.) Elektromagnetishhes Feld : 1, 2 Kilowatt/15 Megahertz Verbindungszeit : 4, 5 Sekunden Beispiel 12 Ferromagnetische @eilchen : 50 Gew.-% Ni(97,5 %)/Cr (2,5%) -Pulver (lichte Maschenweite von 0, 400 bis 0, 147 mm passierend) Thermoplastische Grundmasse : 25 Gew.-% Polypropylen (Handelsbezeichnung "Escon 107", hergestellt von der Firma Enjay Chemical Co.) 25 Gew.-% amorphes Polypropylen (Handelsbezeichnung "D-40", hergestellt von der Firma Tennessee Eastman Corp.) Blektromagnetisches Feld. : 1, 2 Kilowatt/15 Megahertz Verbindungszeit Beispiele 13 bis 14 Weitere Beispiele für elektromagnetisch aktivierbare Klebemittel, (hergestellt und verwendet nach dem erfindungsgemässen Verfahren) werden nachstehend angegeben. In Beispiel 13 war das zu verbindende Material Polyäthylen in Form von Profstangen, wie sie bei Standard-Dehnungsprüfungen verwendet werden, die in der Mitte zwischen ihren beiden Enden auseinander getrennt und zwecks DurchfUhrung der Dehnungsprfungen mittels erfindungsgemässen Verfahren wieder verbunden worden waren. Das fUr die PrUfkdrper verwendete PolySthylen hatte die HandelsbezeichnungHi Fax brand"und wurde von der Firma Hercules Powder Co. geliefert. Im Beispiel 14 bestehen die zu verbindenden Teile aus einem thermoplastischen Kunststoff auf der Basis von Polyoxymethylen-Acetal (Handelsnamen "Delrin", hergestellt von der Firma duPont).
  • Beispiel 13 Ferromagnetische Teilchen : 57 Gew.-% Kobaltpulver (lichte Maschenweite von 0, 074 passierend) Thermoplastische Grundmasse : 43 Gew.-« Polyäthylen hoher Dichte (geliefert von der Firma Grace Chemical Co.) Elektromagnetisches Feld : 1, 2 Kilowatt/15 Megahertz Verbindungszeit :'84 Sekunden Beispiel 14 Ferromagnetische Teilchen : 57 Gew.-% Eisenpulver (lichte Maschenweite von 0, 400-0, 147 mm passierend) Thermoplastische Grundmasse : 43 Gew.-% thermoplastisches Polyoxymethylen-Acetal (Handelsbezeichnung"Delrin" ; hergestellt von der Firma duPont) Elektromagnetisches Feld : 1, 2 Kilowatt/20 Megahertz Verbindungszeit : 30 Sekunden Abgesehen von den in den vorstehenden Beispielen beschriebenen Einzelheiten lassen sich die verschiedensten Abänderungen und Modifikationen im Rahmen des fachmännischen Könnens durchfUhren, die ebenfalls der vorliegenden Erfindung zuzuordnen sind.
  • Patentansprüche

Claims (3)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer unlösbaren Verbindung zwischen zwei gegenüberliegenden Fügeflächen von unbehandeltem nichtleitendem thermoplastischem Material, wie Polyolefine, Polystyrole, Polyamide und Acetale, vermittels einer Zwischenschicht, unter Einwirkung von elektromagnetischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass man als Zwischenschicht auf den FUgeflächen eine donne Schicht von mit dem zu verbindenden Material gleichem thermoplastischen Material, das in gleichmassier Verteilung darin Teilchen, vorzugsweise in der Siebe mit einer lichten Maschenweite von 0, 833 bis 0, 074, insbesondere von 0, 400 bis 0, 147 mm passierenden Durchschnittsgrosse, eines ferromagnetischen Stoffes, wie Eisen, Kobalt, Nickel oder einer Nickel-Eisen-oder Niokel-Chrom-Legierung, enthält, aufbringt, dass man danaah durch Anlegen eines elektro magnetischen Feldes in einer Feldstärke von 1 bis 30, insbesondere 2 bis 5 Kilowatt und einer Frequenz von etwa 5 bis 30, insbesondere 15 bis 30 Megahertz, an der Verbindungsstelle die ferromagnetischen Teilchen induktiv auf eine oberhalb ihres Schmelzpunktes liegende Temperatur erhitzt, und dass man nach dem Verschmelzen des umgebenden thermoplastischen Materials nach einer kurzen Erhitzungsdauer, vorteilhaft von weniger als 2 Minuten, insbesondere 1 bis 30 Sekunden, das elektromagnetische Feld abschaltet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Zwischenschicht eine Masse verwendet, in der das Verhältnis von ferromagnetisöhen Teilchen zu thermoplastisaher groundmasse etwa 1 bis 2 Gs*.-Teile ferromagnetisoher Teilchen Je 1 Gew.-Teil thermoplastischer Masse botrigt.
  3. 3. Elektromagnetisch aktivierbare Klebe-und Schweißmasse zum Verbinden von unbehandeltem nichtleitendem thermoplastischem Material aus Polyolefinen, Polystyrolen, Polyamiden und/oder Acetalen, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebemasse aus einer gleichförmigen Mischung eines mit dem zu verschwei3enden thermoplastischen Material vertriglichen Thermoplasten in Pulverform und Teilchen einer ferromagnetischen Substanz, wie Eisen, Kobalt, Nickel, Legierungen von Nickel und Eisen sowie von Nickel und Chrom besteht, die ferromagnetischen Teilchen in einer Siebe mit einer lichten Maschenweite von zwischen etwa 0, 833 bis 0, 074 mm passierenden durchschnittlichen Teilchengrosse vorliegen und das Verhgltnis der Komponenten etwa 1 bis 2 Gew.-Teile an ferromagnetischen Teilchen je 1 Gew.-Teil thermoplastischem Pulver betrugt.
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