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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.
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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).
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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.
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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.
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Der größte Mangel dieser Methoden besteht darin, dass die resultierende
Bindung keine strukturelle stoffliche Einheit zwischen dem zu verbindenden Material
und der Verbundzone ergibt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ultraschallheizverfahren haben sich bisher mit Erfolg bei nichtstarren
Formen der vorgenannten Kunststoffe nicht einsetzen lassen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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).
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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.
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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.
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, 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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Patentansprüche