DE1479686A1 - Verfahren zum Binden eines thermoplastischen Koerpers an einen anderen Koerper - Google Patents
Verfahren zum Binden eines thermoplastischen Koerpers an einen anderen KoerperInfo
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
- B29C66/02—Preparation of the material, in the area to be joined, prior to joining or welding
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
- B29C66/05—Particular design of joint configurations
- B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
- B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
- B29C66/112—Single lapped joints
- B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
- B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
- B29C66/43—Joining a relatively small portion of the surface of said articles
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
- B29C66/733—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the optical properties of the material of the parts to be joined, e.g. fluorescence, phosphorescence
- B29C66/7336—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the optical properties of the material of the parts to be joined, e.g. fluorescence, phosphorescence at least one of the parts to be joined being opaque, transparent or translucent to visible light
- B29C66/73365—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the optical properties of the material of the parts to be joined, e.g. fluorescence, phosphorescence at least one of the parts to be joined being opaque, transparent or translucent to visible light at least one of the parts to be joined being transparent or translucent to visible light
- B29C66/73366—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the optical properties of the material of the parts to be joined, e.g. fluorescence, phosphorescence at least one of the parts to be joined being opaque, transparent or translucent to visible light at least one of the parts to be joined being transparent or translucent to visible light both parts to be joined being transparent or translucent to visible light
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- B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
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- B29C66/812—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the composition, by the structure, by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps
- B29C66/8126—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the composition, by the structure, by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps characterised by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps
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- B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
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- B29C65/1638—Laser beams characterised by the way of heating the interface at least passing through one of the parts to be joined, i.e. laser transmission welding focusing the laser beam on the interface
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- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/82—Testing the joint
- B29C65/8207—Testing the joint by mechanical methods
- B29C65/8215—Tensile tests
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- B29C65/82—Testing the joint
- B29C65/8207—Testing the joint by mechanical methods
- B29C65/8223—Peel tests
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- B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
- B29C66/05—Particular design of joint configurations
- B29C66/20—Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines
- B29C66/21—Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being formed by a single dot or dash or by several dots or dashes, i.e. spot joining or spot welding
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- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/71—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined
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- B29C66/812—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the composition, by the structure, by the intensive physical properties or by the optical properties of the material constituting the pressing elements, e.g. constituting the welding jaws or clamps
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- B29C66/96—Measuring or controlling the joining process characterised by the method for implementing the controlling of the joining process
- B29C66/964—Measuring or controlling the joining process characterised by the method for implementing the controlling of the joining process involving trial and error
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- B29K2001/00—Use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives, e.g. viscose, as moulding material
- B29K2001/08—Cellulose derivatives
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- B29K2009/00—Use of rubber derived from conjugated dienes, as moulding material
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Description
HAMIUIO -ATIMTANWK1TI
T/. 12115/65 9/Hir
Dr. Expl.
Bocony Mobil Oil Company, Inc., New York, N.Y. (V.St.A.)
Verfahren zum Binden eines thermoplastischen Körpers an einen anderen Körper·
Die Erfindung bezieht sich auf das Verbinden, Vereinigen oder Verkitten (bonding) von thermoplastischen
iOrmkörpern, insbesondere 3?ilmen, Blättern, Streifen
u.dgl., mittels erregter Strahlung. |
Eine üblicherweise angewendete Methode zum Verbinde .τ?
thermoplastischer Eilnie, z.B. solcher aus Polyolefinen,
wie Polyäthylen, umfaßt die Maßnahmen, die aneinander '
liegenden Filme zwischen die Platten einer erhitzten '
Klammer zu bringen und Druck anzulegen. Es können auch eine erhitzte drehbare Scheibe über die Filme gerollt
und Druck ausgeübt werden, um ein Gebiet zu schmelzen,
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das bein Kühlen eine kontinuierliche Bindung zwischen den
Filmen bildet. In jüngerer Zeit ist Ultraschallenergie zur Bildung von Bindungen benutzt worden, wobei durch*
Ultraschall angeregte und nicht thermisch erhitzte Metallsonden (metal probes) verwendet wurden. Bei diesen Methoden
sind gewisse Mindestwerte bezüglich Temperatur, Druck und Verweilzeit erforderlich, um zv/ei Filme gegebener Zusammensetzung
und Stärke miteinander zu verbinden; demgemäß ist eine genaue Regelung dieser Veränderlichen notwendig.
Weiterhin ist eine genaue Regelung der zugeführten Wärme erforderlich, um sicherzustellen, daß der EiIn auf beiden
Seiten der Bindung über den gesamten Bindungsbereich geschmolzen v/ird. Eine lieilie von Filnen sclirumpf en bein
Erhitzen und die gebundene Struktur zeigt häufig unansehnliche
Faltenbildung und '.Telli^v/ercLen in Gebiet der Bindung.
Weiterhin nuß die erhitzte Metallklammer oder Scheibe der
Gestalt der Filme oder anderen Fonnköz-per, die miteinander
verbunden werden sollen, angepaßt sein, und dies führt dazu, daß ein Abdichten oder Verbinden von konturreichen
Strukturen praktisch kaum- durchführbar ist.
Gemäß der Erfindung werden Polymer-zu-Polynier-Bindungen
zwischen Filmen oder anderer. Fornkörpern unter Verwendung
erregter Emissionsstrahlung gebildet. Es werden keine metallischen Instrumente, die die Bindung bei Berührung
mit den Filmen erzeugen, benutzt und demgemäß sind die
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Schwierigkeiten, die sich aus deren Verwendung ergeben,
beseitigt. Weiterhin kann das Binden sehr rasch erzielt v/erden, beispielsweise kann eine Bindung zwischen einem
Paar geeignet angeordneter Polyäthylenfilme in einer so kurzen Zeitspanne wie 0,0005 Sekunden erzeugt werden; dies
ist, wie nachstehend beschrieben, die Dauer eines einzigen Strahlungeimpulses. Es ist inöglich, die Bindung an der
Grenzfläche, in der die in Eingriff stehenden Oberflächen der beiden Filme aneinander liegen, zu erzeugen und hierdurch
ein unerwünschtes Schmelzen der Körper der Filme zu vermeiden; mit anderen Worten wird also ein Erhitzen
des gesamten Filmes vermieden. Es können sehr konturreiche Strukturen miteinander verbunden werden.
Gemä'i der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen,
bei dem man die thermoplastischen Filme oder anderen Formkörper, die miteinander verbunden werden sollen, so zusammenbringt,
daß mindestens ein Paar ihrer benachbarten Oberflächen in angrenzender oder inniger Berührung sind und
diese Oberflächen deagenäß eine Grenzfläche oder Grenzschicht
bilden. Die Formkörper werden zusaiiu:ieii::epre£t oder in
anderer Weise in Berührung gehalten und über eine hinreichende
Zeit bestrahlt, um ein Erweichen oder Schmelzen
in der GrcuEPCJ.icht au bewirken, indci.i uaii sie in den
Strahlen; a.ii, einer elc-ktrouagnetischen Strahlung bringt,
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die sich aus Wellen oder Strahlen zusammensetzt, welche alle in Phase sind undalle die gleiche Wellenlänge haben.
Die Wellenlänge kann im Bereich von 0,5 oder 0,£j bis
28 oder JO oder mehr Mikron liegen» Die Strahlung hat einen
hohen Energiegehalt im Bereich von einem Bruchteil eines Joule bis 50 oder 100 oder mehr Joule. In der Grenzfläche
oder Grenzschicht wird eine Energiemenge absorbiert, die hinreicht, um die aneinander liegenden Oberflächen miteinander
zu verbinden.
Die Formkörper, die miteinander verbunden werden können, sind vorzugsweise dünne Filme, Blätter, Bahnen,
Gewebe, Streifen, Stränge u.dgl.,und sie können überzogen sein oder nicht. Vorzugsweise haben sie eine Stärke im
Bereich von etwa 0,013 bis 0,25 oder 0,51 mm (0,5 bis 10 oder 20 mils). Größere Stärken sind möglich, Je nach der
Energie/Flächeneinheit, die aus der Strahlungsquelle zur Verfügung steht, wobei größere Energien für dickere Strukturen
brauchbar sind, und .umgekehrt· Mit der in den Beispielen
"beschriebenen Strahlungsquelle sind Stärken im Bereich von etwa 0,25 bis 1,9 mm (10 - 75 mils) geeignet. Insgesamt
können jedoch Strukturen mit einer Stärke bis herauf zu
etwa 25,4 cm (10 inches) gebunden werden. Es ist ersichtlich, daß die beiden !Teile eines Paares gebundener Formkörper
die gleiche oder unterschiedliche Stärken aufweisen können. Dichtere Strukturen oder plastische Formkörper
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begünstigen eine stärke Absorption der Strahlung, und umgekehrt. Es können auch nicht-flache oder nicht-ebene
Formkörper, z.B. durch Spritzen, Gießen oder Spritzguß
hergestellte Produkte, gebunden wenden.
Außer zur Herstellung von Bindungen dient die Erfindung auch zur Bildung von Schichtkörpern aus blatt-
oder tafelförmigen Materialien. Rohrförmige Körper können
aus einzelnen Bögen oder Blättern hergestellt werden, etwa 4(
indem man einen Längsrand eines Blattes über den entgegengesetzten Randteil legt, so daß sich die beiden überlappen,
und hierdurch eine Schleife oder ein Hohr bildet. Eine weitere Anwendung bildet das Binden eines thermoplastischen Films,
Blattes oder anderen Formkörpers an eine geprägte oder gedruckte Bahn oder Unterlage, wie Papier, mit nachfolgendem
Abziehen oder Trennen der beiden Teile, um hierdurch die Prägung oder den Druck auf dem plastischen Blatt zu
bilden. Λ
m Die bevorzugten !Formkörper für die Durchführung ι
der Erfindung sind Filme und demgemäß bezieht sich die
nachstehende Beschreibung insbesondere auf Filme j. es ist
jedoch ersichtlich, daß diese nur als Beispiel gewählt sind.
Es werden drei allgemeine Ausführungsformen beschrieben;
eine betrifft ungeänderte oder unbehandelte Filme, eine bezieht sich auf vorbehandelte Mime, bei denen |
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der gesamte Film eine Änderung erfährt, und eine bezieht
sich auf vorbehandelte Filme, bei denen die Behandlung oder Änderung für -Zwecke der Erfindung so angesehen werden
kann, daß sie nur eine Oberfläche des Filmes beeinflußt. Jede Ausführungsform kann Abwandlungen umfassen.
In einer Ausführungsform können zwei ujibehandelte
thermoplastische Filme in dem Herstellungszußtand miteinander verbunden werden. Das überlappende Gebiet der aneinander
liegenden Filme wird in den Strahlengang gebracht, so daß die Ebene dieses Gebiets lotrecht zu der Längsachse der
Strahlung liegt. Wie nachstehend im einzelnen angegeben ist, wird die Strahlung durch eine Laser-Einrichtung geschaffen
und sie kann die Form einer pulsierenden oder kontinuierlichen Strahlung oder eines pulsierenden oder kontinuierlichen
Strahls oder Strahlenbündels (beam) haben. Der Strahl kann focussiert werden, oder nicht, und durch eine Relativbewegung
der Laserqvielle inbezug auf den Film kann die Grenzschicht des Films in Arbeitsbeziehung mit dem Strahl
gebracht werden. Sofern eine Focussierung Anwendung findet,
kann diese mittels eines geeigneten Linsen- oder Spiegelsystems bewirkt werden. Für das Binden eines Paares unbehandelter
Filme ist es vorteilhaft, insbesondere mit einer Laserquelle der in den Beispielen beschriebenen Art, einen
focussierten Strahl zu benutzen, um die durch Focussierung
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erzeugte erhöhte Intensität und Selektivität zu erhalten. !Eine zweite Ausführungsform umfaßt das Verbinden
eines unbehandelten Films mit einem vorbehandelten Film, wobei die Vorbehandlung ein Strecken des Films in einer
Richtung umfaßt. Das Strecken führt zu einer Änderung in dem ganzen Film, da es bekanntlich die Polymermoleküle
oder -ketten in der Richtung der Achse der Streckung orientiert. Bei Bindung an einen unbehandelten Film kann
der gestreckte Film, wenn er entfernt oder auf der abgelegenen Seite von der Energiequelle angeordnet wird, die
Bildung einer Grenzschicht unterstützen, die eine erhöhte Kapazität zur Absorption von Strahlung sowie die Fähigkeit
zur selektiven Absorption hat. Diese Wirkung kann in der nachstehenden Weise weiter betchriebon werden. Bei gewissen
Laser-Einrichtungen, z.B. der in den Beispielen beschriebenen Einrichtung, ist der Ausgangsstrahl planpolarisiert
(plane polarized) und zumindest bei einigen anderen Einrichtungen kann er planpolarisiert gemacht werden. Wie in
Beispiel 5 erläutert ist, wurde gefunden, daß die Absorptionsselektivität verbessert wird, wenn ein planpolarisierter
Strahl in solcher Weise auf einen gestreckten Film gerichtet
wird, daß c.ie Polarisationsebene rechtwinklig zu der Achse oder Richtung der Streckung liegt. Offensichtlich tritt
eine erhölite Wechselwirkung zwischen den Strahl und dem
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Gestreckten Film als ein Ergebnis der beschriebenen Zuführung des Strahls ein und diese Wirkung wird nicht
erzielt, wenn die Polarisationsebene parallel .zu der Streckrichtung verläuft oder wenn der Film nicht gestreckt
ist.
Die dritte Ausführungsfonn bezieht sich auf Filme,
bei denen gesagt werden kann, daß die Vorbehandlung die Oberfläche des Films beeinflußt und hierdurch die Absorption
einer Grenzschicht, in der eine solche Oberfläche liegt, verbessert. Gemäß dieser Ausführungeform wird eine selektiv
absorbierende Schicht zwischen einem Paar aus Filmen oder anderen Formkörpern, die verbunden werden sollen, erzeugt
oder gebildet oder angeordnet· Es sind verschiedene Abwandlungen ersichtlich, bei einer von diesen wird die
Oberfläche eines Films durch mechanisches Spannen derselben vorbehandelt, etwa durch Ziehen des Films über eine Messerkante oder -schneide, jedoch ohne den Film zu schneiden.
Der Film kann an einen anderen gespannten oder ungespannten Film gebunden werden, wobei dafür gesorgt wird, daß die
gespannten Oberflächen in der Grenzschicht angeordnet sind. Bei einer anderen Abwandlung kann ein unbehandelter
Film zur Erhöhung seiner Oberflächenpolarität behandelt und dann an einen unbehandelten Film gebunden werden. Es
• ..1iv wurde gefunden, daß eine derartige Vorbehandlung eines Films
die Wirkung hat, den Film zu einer selektiven Absorption
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der Strahlung zu befähigen, was zu einer verbesserten und/oder rascheren Bildung der Bindung führt. Ein Beispiel
für diese'Ausführungsform ist ein Film, dessen Oberfläche
einer elektrischen Entladung in Ammoniakgas über einp hinreichende Zeit, um die Polarität der Oberfläche zu
erhöhen, ausgesetzt worden ist. Wenn eine solche Oberfläche
mit einer gleichartigen Oberfläche oder mit einer Oberfläche eines unbeliandelten Films zusammengebracht wird, hat die
sich ergebende Grenzschicht eine erhöhte Kapazität zur Absorption der Strahlung, wodurch die Erzeugung einer
guten .Bindung begünstigt v/irtl. In dieser Verbindung ist
ein Versuch von Interesse, bei dem acht Streifen aus PoI^äthylenfilm auf einer Seite durch elektrische Entladung
in Airaoniakgas behandelt wurden, worauf die Streifen derart
::u einem Stapel geschichtet wurden, daß die behandelten
Oberflächen eines jeden Paares benachbarter Streifen miteinander in Berührung waren. Bei Bestrahlung des Stapels
nit einem pulsierenden Laserstrahl (Impuls von 0,5 Millisekunden
Dauer), der auf eine Seite des Stapels gerichtet wurde, bildeten sich Bindungen nur an den behandelten
C'.jer.i'läcben eines jeden zusammenliegenden Streifenpaares.
Au^er Ammoniak können Dämpfe anderer polarer Verbindungen
;.;oi Lxr elektrischen Entladungsstufe benutzt v/erden, z.B.
u.alo. ep.ierte Kohlenwasserstoffe, wie Chloroform, Alkyl- und
Alkerr/lualo^enide, wie Vinylchlorid, gesättigte und unge-
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sättigte aliphatische Säuren, wie Vinylessigsäure, Crotonsäure,
Buttersäure u.dgl. Andere Arbeitsmethoden zur Erhöhung der Polarität einer Oberfläche umfassen die Behandlung derselben
mit solchen polaritätserhöhenden polaren Verbindungen,
wie Chromsäure (Chrointrioiryd in Schv/ef el säure), Chlor und
Permangansäure. Es ist ersichtlich, daß nach der Behandlung
einer Oberfläche mit einem der vorstehend genannten Mittel jeglicher Überschuß des Behandlungsmittelκ vor der Bestrahlung
entfernt wird. Eine andere Arbeitsraebhode umfaßt eine
Flammenbehandlung der Oberfläche. Der Laserstrahl selbst
kann benutzt v/erden, um eine Oberfläche zur Erhöhung ihrer Polarität vorzubehandeln.
Eine weitere Abwandlung umfaßt das überziehen der Oberfläche eines unbehandelten !iilms mit einer bestinuaten
getrennt zugegebenen Schicht einer polaren Verbindung, z.B. wie sie bei der vorstehenden Ausführuugsform beschrieben
v/urrle, mit nachfolgendem Binden des behandelten Filus an
einen unbehandelten Film. Die Lenge der au.; eine Oberfl Lic. ε
aufgebrachten Verbindung ist ausreichend, im eine deutliche
(distinct) Schicht zu bilden. Ss können gasförmige
polare Verbindungen zwischen einem iilnpaar eingeschlossen
v/erden, um eine Schicht zu bilden. Von weitereu Vorteil
ist die Anwendung· einer Schiebt, die ein polymerisiert ares
Material umfaßt, z.B. ein iilonomeres, Diraeres oder Oligomersε,
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das sandwichartig zwischen zwei Filmen oder andern Formkörpern eingebracht wird; vorzugsweise ist das Monomere
flüssig und, wenn es durch die Wirkung des Strahls polymerisiert ist, mit dem Material der Formkörper verträglich.
Das Monomere oder Dimere kann ein thermoplastisches Material oder, vorausgesetzt, daß es sich in einem wärmeschmelzbaren
Zustand befindet, ein wärmehärtendes Material bilden; nach seiner Polymerisation bildet es eine Bindung zwischen den
Filmen. Die Verwendung eines Monomeren kann z.B. in dieser Weise eine durch Schmelzen und/oder durch chemische
Wirkung erzeugte Dichtung oder Bindung schaffen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Abwandlung werden drei Filme benutzt, und zwar ein in der Mitte angeordneter
vorbehandelter Film, der sandwichartig zwischen zwei Süßeren
unbehandelten Filmen angeordnet ist. In dieser Weise können
zwei Grenzschichten gebildet v;erden. Der in der Mitte angeordnete
Film kann ein orientierter Film sein oder er kann Oberfläclienpolarität auf beiden Seiten oder eine Schicht
einer polaren Verbindung auf beiden Seiten oder einen überzug
eines Llonoiaeren auf beiden Seiten aufweisen.
Es ist ersichtlich, daß· außer den vorgenannten Ausführungsformen andere Ausführungsformen geeignet sind,
bei denen irgendwelche der vorstehend beschriebenen vorbehandelten
Filme mit irgendeinem anderen vorbeb.andd.ten Film,
sei ö.ieser ähnlich oder unähnlich, verbunden werden. Beispiels-
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weise kann ein Film, der zur Erhöhung seiner Oberflächenpolarität
vorbehandelt worden ist, mit einem gleichen Film oder mit einem Film, der durch Strecken vorbehandelt worden
ist, verbunden werden. In ähnlicher Weise kann ein orientierter Film mit einem der anderen vorbehandelten Filme
verbunden v/erden, und so weiter· Eb ist klar, daß die Grenzschicht
derartiger Filmpaare aneinander liegende Oberflächen umfaßt, von denen eine oder beide vorbehandelt worden Bind.
- Alle thermoplastischen Harze sind für das Verfahren gemäß der Erfindung brauchbar. Als Beispiele seien genannt:
Vinylacetatmischpolymerisate, Vinylchloridmischpolymerisate oder ein Gemisch der beiden, chlorierte Gummi, Styrolpolymerisate
und -mischpolymerisate, Celluloseacetat, Oelluloseacetatbutyrat, Oellulöseacetatpropionat, Methylcelluloee",
Vinylbutyrat, Polyäthylen, Polypropylen und andere Polyolefine, Butadienmischpolymerisate, wie Butadien-acrylnitril-
und Butadien-styrol-Mischpolymerisate, Methylmethaerylat,
Vinylidenmischpolymerisat, Vinylacetatpolymerisate, Vinylchlorid-vinylidenchlorid-Mischpolymerisat und Gemische
dieser Substanzen.
Die erregte Strahlung ist, wie bereits erwähnt, die Strahlung, die von einem Laser emittiert wird. Derartige
Strahlung wird auch als Laserenergie bezeichnet und umfaßt, wie angegeben, elektromagnetische Strahlung, deren Wellen-
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oder Strahlenkomponenten alle in Phase sind und die alle die gleiche Wellenlänge haben. Die Wellen werden als
hoch kohärent beschrieben, worunter zu verstehen ist, daß ein hoher Grad an Korrelation zv/ischen ihren Phasen
vorliegt oder daß sie im wesentlichen in Phase sind; sie werden weiter als monochromatisch beschrieben, womit
gemeint ist, daß sie in sehr starker Näherung die gleiche Wellenlänge haben; sie werden weiter als gut colldmiert
(well collimated) beschrieben, was-auf die Tatsache Bezug ■■-nimmt,
daß sie hochgradig parallel sind. Für alle praktischen Zwecke sind die Wellen als in Phase und als von gleicher
Wellenlänge anzuseilen. Wie bereits erwähnt, kann die von einer besonderen Lasereinrichtung emittierte Strahlung
planpolarisiert sein, und wenn nicht, ist sie zumindest in manchen Fällen in der Lage, planpolarisiert zu werden.
Die V/ellenlänge liegt allgemein im Bereich von 0,2 bis JO
oder 40 Mikron und vorzugsweise im Bereich von 0,4· bis 0,8
Llikron, was den sichtbaren Bereich des elektromagnetischen
Spektrums entspricht. Die dem breiten Wellenlängenbereich entsprechenden Frecjuenzen reichen von 1,5 χ 10 ^ bis herab
zu 0,01 χ 10 J oder 0,0075 x 10. ^ Schwingungen je Sekunde,
Die Strahlung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß rjie einen Energiegehalt im Bereich von einem Bruchteil
eines Joul bis 1000 Joul und noch höher hat.
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Jedes Lasermaterial emittiert sein Licht mit einer spezifischen Wellenlänge, die bei oder in liähe der natürlichen
Frequenz neiner besonderen Atomstruktur liegt»
ßo er son; j"b ο ir. c Lc'.^oreinrichtunc; einen Strahl mit einer
besonderen v/o hl definiert en Frequenz, v/ehrend eine andere
Einrichtung, die ein anderes Material "benutzt, einen Strahl
erzeugt, der eine abweichende aber ebenfalls v;oMdefinierte
Frequenz bat. Die Wellenlänge, die Frequenz und die Energie der Strahlung sind demgemäß durch Auswahl einer ^eeigneten
Einrichtung, von denen eine Anzahl erhältlich sind, veränderlich.
Wenn ein konjugiertes organisches iLolelrül
benutzt wird, un den Laserstrahl zu liefern, Ιζε.ηη eine Ar^erunj
der vorgenannten Eif/ennchr.i'ten durch r-ieeijneto Auswahl
der organischen Verbindung ersielt --./erden. Es ist auch
wo'jlich, andere Frequenzen durch t/berlac.'eruriij einer Frequenz
mit einer anderen (Scbwebuncjabilduiijj, beating) au erzeugen,
^ um eine Frequenz herzustellen, die von-den beiden anderen
verschieden ist, und in dieser V/eise lcann es nö'clich sein,
sozusagen Wellenlängen zu sjT-thetisiei-en. Auch l:ar.r. ein
Strahl aus einer kontinuierlichen Wellenquelle unter Verwendung
^eeicneter elektronischer EinricLtuncjen, wie sie
auf dem Fachgebiet bekannt sind, in der Frequenz -jer.nc.ert
v/erden.
Die Strahlung kann pulsierend sein oder in Form einer kontinuierlichen Welle vorliegen. Es sind Impulse
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BAD
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so kurz wie* 20 llano Sekunde η und bo lang wie 1 Millisekunde
aufgezeichnet worden. Geeignete !Einrichtungen zur E?:>zeusung
dieser Strahlungsarten sind erhältlich.
Es sind verschiedene Arten von Lasereinrichtungen bekannt, einschließlich lichtgepumpter Festkörperlaser
(solid state light-pumped lasers), z.B. Rubin oder Glas, Gaslaser, z.B. Ilelium-lTeon, Jlr-JLbleiterlaser, z.B. Galliumarsenid,
Laser, die konjugierte organische Moleküle verwenden, z.B. 3enzol, Toluol oder Naphthalin, und Plastiklaser
(plastic lasers), z.B. Polymethylmethacrylat mit
einem Gehalt an Spuren eines Europiumchelats. Die nachstehende
Aufstellung bildet eine teilweise Liste derartiger E inrichtungeη.
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Kennwerte einiger Laser
GaB | Aktive Zentren |
Gd+++ | Dauer | !Temperatur | |
1 | Gas | üfeon | Eu-Dibensoyl- mstliid |
OW | Raum |
2 | Rubin | Neon | GW | Raum | |
L 3 | OaWO^ | 4*4-4- ♦ 0r+++lonen |
millisec | Raum | |
I! 4 | Gas | Nd+++lonen | OW | 77E | |
5 | Halb leiter |
Os | OW | Raum | |
6 | OaI2 | GaAs | pulsierend | ?7K | |
7 | OaF2 | Dy++ " ; | OW (sonnen gepumpt, sun pumped) |
— | |
8 | CaF2 | IT+++ | pulsierend | - | |
9 | BaF2 | Sm++ | pulsierend | --■"' | |
10 | u+++ ■ | - | - | ||
11 I |
geschmol- Silicium zener Quarz |
pulsierend | Rauia | ||
12 | Glas | pulsierend | Ratci | ||
13 | Alkohol | pulsierend | -12C0C oder tiefer |
||
Ungefähre Wellenlänge, Angströmeinheiten
11 530
6. 328
6 943
10 630
"71-500
8 4-00
23 900
25 | 000 |
7 | 082 |
27 | 000 |
2 4- |
541 bis 130 |
3 125
14· Plastik Eu-Ohelat
"Dulsiereiia
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.■ν
Gemäß de;r $$£Endung ^a-Jj. . e|.n Verfahre» vprgesehen,
bei dem jÄaii,.&|iiie,n ^iie^op^as^iÖPisfii Formkörper, ζ%Β,
einen Film, auf einen and~e;pep-l^iipfcörper schichtet, so daß
sich eine Oberfläche eines jeden Films in Berührung mit
einer Oberfläche des anderen Films befindet, van eine Grenz
schicht zu schaffen, die Formkörper oder Strukturen durch geeignete Einrichtungen, z*B» eine Elamner, Glasplatten,
ein Druekrollenpaar, zwischen dem der ]£ilin hindurchgeht,
oder durch das Gewicht einer der Formkörper zucanraenprert
und dann den Film' über ein gewünschtes Gebiet r.iit der Laser-
strahlung bestrahlt» Vorzugsweise wird die Ebene der Grenzfläche rechtwinklig zu der Achse des Strahles angeordnet.
Sofern eine Fokussierung Anwendung' findet, wird der Strahl
zunächst durch eine geeignete Linse geführt und die Grenzfläche der Filme wird im Strahlenga&g^des fokussieren
Strahls angeordnet; letzterer kann in einem rechten Winkel oder auch in einem spitzen'Winkel inbezug auf die Grenzfläche gerichtet werden, und die fokussierten Strahlen
schneiden sich in der Grenzfläche· Eine Abwandelung; besteht-
darin, zwei oder mehr Strahlen, fokussiert sein köoen, in einem
j die fokussiert od^er nicht
rechten oder spi1?2eii
inbezug auf die Grenzschicht auf letztere zu richten,'
so daß sich die Strahlen an der Grenzfläche schneiden.
^, ■
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41·· ■
•ι, - '■
Einige Ausführungsfce/ijEroieltg 4β? l&fisdun^ sind
in der Zeichnung schematise!* äarge; stellet *··' » 4^
fig,. 1 zeigt eine Lasey-Ein^icfcttfng und einen iaee
in Verbindung mit einer fokussierenäen Linse, sowie
■«
ein '.Stück; eines 3?aai?es arieinand?3? liegender und
zu verbindendem Filme in|
1a zeigt die filme gemäß i%* 1 in ve^|3?Sßerter Darstellung}
....-"."■ ;
ff ig»- 2 zeigt ein anderes 3?41mpäar im Weg eines fokussierten
Strahls. .:.. -
fig» 3 zeigt ein: filmpaar im Straülengang eines nicht-fokussierten
Strahls» wobei der entfemtrer liegende Ulm
orientiert viorden ist}
fig» 4· entspricht der fig· 3\ Kit der Ausnahme, daß
-der Strahi^fokusgiertJ^Bt» . ; .
fig. 5 zeigt zwei paarweise angeordnete ffilme im Weg
des Stra&lit, wobei d4,e aneinaBdTeir liegenden
Oberflächen der Silme zuji Bildui^ einer selektiv
ab$orbierenden Schicht vorbehandelt worden sind.
fig. 6 entspricht der fig, 5y mit der Ausnahme, daß
der Strahl fokussiert ist.
: .7 ^^a^schaulichU eine Arbeitsweise zur Vorbehandlung
einer Oberflgehe des films äurcü. Ziehen desselben
über Messerschneiden» . ., ■!.:'.;'"".s,r
147MII
I1Ig, 8 :©nt-$|tr|Le&t· djgn Fig, 3 und 5, mit, des? Ausnahme, daß
ein lifiianer "filfcm zwischen- tdie, beiden zu verbindenden
■ -ϊϋϊΒ© sÜigelegt igt*,--
!"is·. 9 entspricht der Fig. 8, sie geigt jedoch einen
,;fokussierten Strahl« . .
In der Fig. 1 ist ein Rubin-Laser dargestellt, der einen HubinJsristc.il oder. - stab ,10 umfaßt, der in Arbeitsverbindung
zu einer Xerion-Blitzlampe (Xenon flash lamp) 11 -angeordne^ist $ letztere ist durch eine Leitung 12 mit
einer Kraftquelle, die eine Gruppe von nicht dargestellten Ko.t?.dengat<?3?en uaifaßt, und mit einer Leitung 15, die eur
Erde ^ilirt, verbunden. Beim Auf leuchten der Lampe wird deir
Hubin abgeregt, go daß er einen pulsierenden parallelen
Strahl oder eine erregte Emission erzeugt, welche mit dem Bezugszeichen 1A- angedeutet ist und durch eine biconvexe
Linse 15 geht. Per Strahl ist bei 16 fokussiert und /bildet
ein kleines Gebiet oder einen Punkt 1? auf der planaucen
Grenzfläche 13 der aneinander anliegenden thermoplastischen Filme 19 und 20 j die Grenzfläche/ist rechtwinldig zu der
Aclise dec Str&liles, angeordnet. Bei den Filmen 19 und 20
^cr-lelt es eic", un l:lr.re unbeliandelte Filme aus einem
plr.-ticc^cr- · tericl.,. r.?ie Pol^plthylen. Eine Versiegelung
of.cr ei;.. yer'·"indenes Gebiet "oildet sich bei 17 infolge
Se* - *.'"·! cciic dec ■.-l-r'i-.c'ien Materials in diesen Gebiet. Es ist
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14798··
ersichtlich, daß bei Bewegung der aneinander liegenden
Filme in Richtung des Pfeiles 21 eine Folge von verbundenen
Gebieten oder Stellen durch aufeinanderfolgende Impulse des Strahls gebildet v/erden.
Die Bildung'der verbundenen oder verschmolzenen
Gebiete bei 17 soll nachstehend kurz inbezug auf den Bereich 22 gemäß Fig· 1a» auf den der Strahl fällt und durch
den der Strahl hindurchgeht, betrachtet werden. Es ist ersichtlich,
daß die Temperatur des Gebietes 22 infolge Absorption von Strahlung ansteigt! dasselbe gilt für die
Temperatur des Bereiches der Stelle 17· Da der Strahl sowohl
durch das Gebiet 22 als auch durch den Punkt 17 hindurchgeht,
ist die auf beide Gebiete fallende Strahlung die gleiche; da aber die" Greife des Gebietes bei 17 beträchtlich
kleiner iet als bei 22, ist die bei 17 empfangene Energie
je Flächeneinheit beträchtlich größer, aln sie bei 22 erife
pfangon. wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, bildet
der Strahl oder das Strahlenbündel einen Kegel, der teilweise durch das Gebiet 22 und den Punkt 17 begrenzt ist,
wobei letzterer die größte Energie je Flächeneinheit
j -
empfängt. Demzufolge ist die Temperatur bei 17 größer als
bei 22 und größer als an irgendeiner anderen Stelle des Kegels; demgemäß tritt ein Schmelzen in der Grenzfläche bei
17 ein, aber nicht in dem Gebiet 22. "tfeiteriiin ist der
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Schmelzvorgang auf das Grenzflächengebiet 17 lokalisiert.
Es werden geeignete Vorkehrungen getroffen, um die letztgenannte Erscheinung sicherzustellen, einschließlich der
Auswahl der Laser-Einrichtung, der Linsen und der Stärke des Films 19.
Vorzugsweise sollte der FiIn 19, der sich näher
zur Laserquelle befindet, dicker.sein, als der entferntere
oder abgewandtο Film 13j wenngleich die Stärke des Films
in beträchtlichen Bereichen geändert werden kann, sollte sie vorzugsweise mindestens 6,35 oder 12,7 Qu (1/4- oder
1/2 inch) betragen. Ein günstiger Kegel bildet sich, wenn die Stärke mindestens 3,35 ^n (1/4- inch) beträgt. Die untere
Grouse bezüglich der Stllrke dos Films 19 ist nur durch die
Sugäiiglichkeit einer Linse geeigneter Fokussierungskraft
begrenzt. Ss ist ersichtlich, daß sich der S tr aiii IG hinter
oder rechts von dem Gebiet 17 fortsetzt, von'dort divergiert
und durcL und hinter den FiIn 13 geht. Um die Zeichnung
zu vereinfachen, ist dieser I1 eil des Strahls oder Strahlenbündels -nicht dargestellt.
Eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 1
ist in der Fig. 2 dargestellt, wo "aneinander anliegende
Filne 30 und 31 und insbesondere die Grenzschicht 32
zwischen den Brennpunkt bei 33 und der nicht dargestellten
Laserquelle angeordnet aind. Bei den Filmen handelt eo sich
um klare unbeliandelte thermoplastische Filne, die gemäß der
909828/1315
Darstellung im wesentlichen die gleiche Stärke haben«
Wenn tier Strahl io durch die l?llme geht, bildet ep einen
Kegelstumpf, der teilv/eise durch das Gebiet 34, äas Cl9Le
Basis des Kegels "bildet, und durcli das Gebiet 35 am Kopf
des Stumpfes ber;re*nat ist. An der Grenzfläche 32 1st ein
Gebiet 36 vorhanden. Die von dem Gebiet 3S empfangene
Energie ist die gleiche, v;ie die von dem Gebiot "34 empfangene^
Energie; da jedoch das Gebiet 36 kleiner ist, ist die bei
3G empfangene Energie je 3?le.clieiieinlieit größer als die bei
34 enpfanegene Energie ne !Flächeneinheit, Daher ist die
Temperatur bei 3-5 größer und es tritt ein Schmelzen in
diesera G-renaflächentjebiet ein, Ea ist ersichtlich, daf.
sich die ergebende Biivlunc; über ein /jröi'ieros- Gebiet ersti-ecl;t,
alc; bei I?ic· 1-
Bei de:? Äuoführun^sfoKi oer.i",.'. l'1!^.. 3 trifft ein
-jir-fokussiorter otral-1 Λΰ,- auf ilsn uiLjohano.eltcii jj'iln 4o
eines Filmpa.ar3 40 und LV\ auf, wObei der I?ilH 40 der
Lasercuello auvjcv/andt rind eier "i'ilu 41 von dieser ab gewandt
ist. Der abcjot/andto 31Un ist in einer IlicLtuni; gestreckt,
die durch die Pfeillzöpfe 42 angedeutet ist; diese kommen
durch die Papiorebene und seifen in liichtun^; auf den
Beobachter. Der von dem Rubinlaser emittierte 3t3:alil ist
pls.npolarisiert; vroTcarß.e±ch dies in der Zeichnung nicht
dargestellt ist, liegt die Polarisationsebene recivtjwinklio·
zu der Richtung odex· Oxaentierung des S1IlHiS 41, sq daß eine
909828/1315
, Ί
< 14786M
~ 23 -
Esriselien dom Strahl und der Grenzfläche
stattfindet, die: eine erhöhte Absorption von Strahlung
In der Grenzfläche 4-3 und insbesondere in dem zu verbindenden
oder zu vorsckiielzendeii Gebiet 441- uufaSt; hierdurch wird
die iemperatur dieses Gebiets erhöht und ein Schmelzen
mit hieraus folgender Bildung einer Bindunc bewirkt. Der
Strahl ist als auf die Grenzschicht fallend dargestellt, tun herauszustellen, dak dort eine selektive Absorption
eintritt! ee ist erBichtlicIi, dali sich der Strahl durch
den Film fr1 fortsetzt. Die Darstellung zei[-t, daß die
BindunG über ein zienlicli L,roJ?.es Gebiet HA gebildet wird.
Anotello de« uiibehaiidelten Filiar:· kanu nan auch einen Ifilm
verwendeü, der geetreckt ist, in dera aber die Richtung
der Orientierung von dor dec ersten Filnet verschieden ist.
Mit anderen Worten kommt cc also e.u£ eine Wecaselwirkuns
Bwiechen deia Strahl und der Grc:isschicht, in der eine
Bindung gebildet werden soll, au.
Der Zustand der Rechtwinkliu'keit z\,rischen der
Polarisationsebene des Strahls und der Orientierun^srichtun.·;
dos Eilms kann c.urcL ein !"„lorunssverfahreu (trial
and error) bestintrit werden, eine bevorzugte I.Iethoue besteht
Jedoch darin, einen Polarisator· su vei\.rc:iv'.c:if \;ie das
in Beispiel ;' "üeccLricLcn ist.
909828/13IiSi
«ο
14716··
Die Außführungßform gemäß Fig« 4- unterscheidet sicli von der gemäß Fig. 3 nur darin, daß ein fokussierter
Strahl verwendet wird; dies führt zur Bildung einer Bindung an der Stelle 4-5 in der Grenzschicht 4-3. "
Die Außführuhgsform gemäß Fig. 5 zeigt ein Paar
aneinander liegender Filme 50 und 51» die jeder eine zur
Anlage kommende Oberfläche 52 bzw« 53 haben, welche zur
Bildung einer selektiv absorbierenden Schicht oder "Grenzfläche 5^ vorbehandelt worden ist. Diese Oberflächenvorbehandlung
kann nach irgendeiner der vorausgehend beschriebenen Arbeitsmethoden erfolgen. Eine bequeme und rasche
Vorbehandlung besteht darin, einen physikalischen Zug auf die Oberfläche auszuüben, wie das in der Fig. 7· veranschaulicht
ißt, wo die angelegte Spannung oder Zugbelastung mechanischer Art ist· Bei der dargestellten Ausführungsform
wurde ein Film 50 über eine Mehrzahl von Messerschneiden
gezogen, um einen Zug oder eine Spannung in der Filmoberflache
52 zu erzeugen« Gemäß Fig. 5 fällt dann der nichtfokussierte
Strahl 14 auf die Filme und er wird von der
G-renzBChicht 54» welche die gespannten Oberfläohen. 52 und
umfaßt1 selektiv absorbiert, wodurch, die Temperatur derselben
ansteigt und eine Bindung im Gebiet 55 gebildet wird.
Die Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsfom
gemäß Pig· 5, bei der der Strahl fokuseiert ißt und eine
909828/1316
147t···
- 25 -
'Bindung an der Stelle 57 gebildet wird.
In den Ausführungsformen gemäß den Fig. 5 und 6
kann die Schicht der Grenzfläche 54 auch durch andere der vorausgehend beschriebenen Maßnahmen gebildet werden-,
einschließlich einer Behandlung der Oberflächen der Filme mit einem polaritätserliöhenden Mittel.
Die Fig. 8 zeigt eine andere Abwandlung der Ausführungsform
gemäß Fig. 5i bei der die Vorbehandlung de??
Filme oder aneinander liegenden Oberflächen der Filme clurca Zv/ischenlegen einer selektiv absorbierenden Schicht
-Ul J1Om eines dünnen orientierten thermoplastischen Films
durchgeführt wird. Die Schicht wird zwischen ein Paar
uiibtv.auuoltcr Filme 61, 62 gelegt. Der Strahl 14 ist nichtj.O'-oissiert
und wird selektiv von'dem Film 60 absorbiert, ve.s zu eine::.! Schnei ζ en und zur Erzeugung einer Bindung
i:i Cc η Gebieten 6>
führt. Der FiIn 60 mit den angrenzenden
Obci'i'lj.chci, Ccr Filme 61 vincl 62 bildet die Grenzschicht.
Anstelle eines orientierten dünnen Films 60, der vorzugsweise aus dem gleichen plastischen Material wie die
Filme 61 und 62 besteht, kann ein nicht-orientierter oder vorzugsweise ein orientierter dünner Film aus einem anderen
thermoplastischen Material verwendet werden; wenn beispielsweise
die Filme 61 und 62 aus Polyäthylen bestehen, kann der Film GO aus Polyvinylchlorid bestehen, und seine Stärke
b:?c\uc"-!.t, wie ersichtlich, nur einen Bruchteil von der der
909828/1315
147ft··
Filme 61 und 62 zu betragen.
Die Eic. 9 zeigt eine Abwandlung der Ausführungs-
forin gemäß Pie;· B, bei der ein fokussierter Strahl 16
benutzt wird, um eine Bindung; an den Stellen 64 zu erzeugen.
In den Fig. 3 und 9 kann die selektiv absorbierende Schicht in Form des Films 60 auch eine Schicht einer polaren
Verbindung oder eine Schicht eines polymerisierbaren Materials, z.B. des vorstehend beschriebenen Monomers oder
Dimers, darstellen.
Die Fokussierung bildet auch einen bequemen Weg zur Erhöhung der Intensität des Strahls oder Strahlenbündels,
welche die Verwendung von Einrichtungen ermöglicht, deren.Leistung andernfalls geringer als erwünscht wäre.
Für die Bindung; von klaren unbehandelten thermoplastischen Formkörpern bildet die Fokussierung eine bevorzugte Arbeitsweise.
Beispielsweise wird es beim Verbinden klarer unbehandelter Filme aus Polyolefin mit einen Rubin-Laser von 0,25
Joul Leistung bevorzugt, den Strahl zu fokussieren. Es ist ersichtlich, daß nan, wo immer die Leistung einer gegebenen
Einrichtung für die Erzeugung eine:? Bindung unzureichend
ist, zur Fokussierung greifen oder eine Einrichtung höherer Leistung anwenden kann. Allgemein neigen Einrichtungen
geringerer Leistung, deren Ausgang fokussiert wird, zur Bildung von Bindungen kleineren Gebiets; in manchen Fällen
werden in wesentlichen linienartige Bindungen gebildet und ·
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147t6M
Ale Be Bind für gewisse Zwecke wünschenswert. Für Bindungen
größeren Öebiete» wie Streifen von etwa 6,35 mm (1/4- inch)
Breite ι kann'ein unfokUBsierter Laserstrahl wünschenswert
sein und Geräte mit größerer Leistung bis herauf zu 50 Joul
sind au bevorzugen. Wenn die Energie von einem gegebenen
Gerät so groß iet, daß die Gefahr einer Zerstörung oder
Beschädigung der Struktur besteht, können geeignete Vor-
eichtemaßnahmen ergriffen werden, z.B. die Dämpfung des
Strahle durch Verwendung eines Filters oder die Anwendung θineβ teilweise reflektierenden Spiegels zwischen der
Laserquelle und der plastischen Struktur, v/elcher einen Teil dee Strahle reflektiert und nur einen Teil auf die
Struktur durchläßt, oder die WaJiI einer Einrichtung geringerer
Leistung«
Durch geeignete Auswahl von Linsen ist es möglich,
den Strahl auf eine kleine Stelle zu fokussieren, die einen Durchmesser von we:iigen Llikron, z.B. in der Größe
von 1 biß 5 llikron, hat. Selbst kleinere Durchmesser bis herab su einer Wellenlänge sind möglich und natürlich
können aucli Punkte'oder Flecken Größeren Durchmessers
gebildet v/erden. Die geeignete Grö£e ist vorausgehend bestimmbar.
Eg ist ersichtlich, daß oin gebundenes Gebiet
gebildet wird, wenn die vor. den Gebiet absorbierte Energie ja Fläclic:ic-iav'.e:.i; ausreicht, un ein Schmelzen der Grenzschicht
in den i:v?rc.re stellenden Gebiet herbeizuführen. "·
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147961·
Diese Energie je Flächeneinheit ist veränderlich; eine
geeignete Energiemenge beträgt 0,25 Joule/mm und sie kann zwischen 0,01 und 100 und vorzugsweise zwischen, 0,1 und 2
Joule/mm variieren. Je nach der Laser-Einrichtung können
diese Energien ohne Fokussierung erzielbar sein, es ist jedoch ersichtlich, daß eine Fokussierung Anwendung finden
kann, wenn dies gewünscht wird.
Nachdem man die Größe des gewünschten gebundenen Gebiets oder der gebundenen Stelle gewählt hat, umfaßt die
Arbeitsmethode dann allgemein ein Bewegen des Films relativ zu dem Strahl oder Strahlenbündel, um eine kontinuierliche
Bindung sicherzustellen. Eine kontinuierliche Bindung ist auch mit einem pulsierenden Laserstrahl möglich, sofern,
wie ersichtlich, die Bewegungsgeschwindigkeit des Films auf die Frequenz der Impulse abgestimmt wird. Für eine
Erzeugung mit hoher Geschwindigkeit'wird ein Rubinlaser mit kontinuierlicher Welle bevorzugt. Eine Einrichtung
mit pulsierender Welle eignet sich zur Bildung einer unterbrochenen Bindung, z.B, eine gebundene Länge oder
Strecke, bei der sich die gebundenen Stellen oder Gebiete im Abstand voneinander befinden.
Wie angegeben, wird in den gebundenen Filmen oder anderen Strukturen die Bindung als das Ergebnis eines
Schmelzens der einander berührenden Oberflächen der aneinander anliegenden Formkörper angesehen} es besteht Jedoch auch
909628/1315
die Möglichkeit, daß die Bindung in manchen Pällen mehr
als ein bloßes Schmelzen umfaßt, d.h. die beiden Strukturen können chemisch vereinigt werden.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele weiter veranschaulicht. „
Zwei Stücke ails Polyäthylenfilm, beide von
25,4 χ 50,8 χ 0,46 mm Größe bzw. Stärke (1 by 2 by 0,018
inch in thickness) und einer Dichte von O,929i wurden
übereinander gelegt und zwischen ein Paar durchsichtiger Glasplatten, die jede eine Stärke von 1 mm hatten, geklemmt.
Die Probe wurde dann in den optischen Weg·des Ausgangsstrahls
eines Rubin-Lasers gebracht, so daß die Filmebene rechtwinklig zur Fortpflanzungsrichtung des AusgangsStrahls
lag. Eine Glaslinse mit einer Brennweite von 5 cm wurde zwischen dem Laserkopf und der Probe angeordnet, so daß
der Objektabstand -(Laserkopf bis zur Linse) 14,5 cm betrug und der Bildabstand (Linse bis zur Filmgrenzfläche) 6 cm
betrug. Eine Xenon-Blitzlampe, die angrenzend an den Laserstab in einem elliptisch geformten Heflektorgehäuse
angeordnet v/ar, wurde dann zum Aufleuchten gebracht, indem eine Gruppe von Kondensatoren über die Lampe entladen wurde.
Bor intensive Blitz der Lampe regte wiederum die aktiven e des Lasers an, mit dem Ergebnis, daß dieser einen
909828/1315
pulßierenden Ausgangsstrahl erzeugte, wobei jeder Impuls
0,0005 Sekunden dauerte, und eine Energie von 0,25 Joule hattet Es wurde eine starke Bindung zwischen den Pilmen
in dem bestrahlten, Gebiet erzielt, letzteres umfaßte 2,28 mm . Die Bindungsstärke (oder Abziehfestigkeit) betrug
44,0 g/mm Breite der Versiegelung, bestimmt in einem
Instron-Zugfestigkeitsprüfgerät bei einer Kreuzkopfoder
Abziehgeschwindigkeit (cross-head or peeling-apart
speed) von 5»1 mm/min (0,2 inch per minute).
Zwei Polyäthylenfilme mit einer Dichte von 0,916 und einer Größe von 25,4 χ 50,8 χ 0,05 mm (1 by 2 by 0,002
inch) wurden 2 Sekunden einer elektrischen Entladung in Ammoniakgas ausgesetzt. Der Zweck dieser Behandlung bestand
darin, polare Gruppen auf den Oberflächen der Pilrae zti
bilden. Die Ulme wurden dann zusammengelegt, so daP die
behandelten Oberflächen einander berührt en, und v/ie in Beispiel 1 bestrahlt. Es v/urde eine Bindung gebildet.
Bei der Prüfung der ]?ilme in C.eia Instron-Prüfcerät
wurde eine BMungsf estigkeit von 7?2 g .je mm Breite ermittelt,
Dieser Wert der Bindungsfestigkeit bezieht sich auf ein
ρ
gebundenes Gebiet von 1,5 mm und umfaßt ein Auceinanderziehen der Filme in einer Geschwindigkeit von 50,8 mm/min (2,0 inches per minute).
gebundenes Gebiet von 1,5 mm und umfaßt ein Auceinanderziehen der Filme in einer Geschwindigkeit von 50,8 mm/min (2,0 inches per minute).
βΟ9βίί/1315 BAO
14796··
- 51 -
Wenn zwei identische aber unbehandelte aneinander liegende Filme mit einer Dichte von 0,916 unter den gleichen
Bedingungen bestrahlt wurden, wurde keine Bindung erhalten,
IJm die Wirkung eines Streckens oder Orientierens
aufzuzeigen, wurde ein Stück Polyäthylenfilm mit einer Dichte von 0,929 und einer Größe von 25,4 χ 50,3 χ 0,305
(Lr
mm (1 by 2 by 0,012 inch) in der Mechinenrichtung gestreckt,
bis seine Stärke auf 0,152 ram (0,006 inch) Verringert war. Es wurde dann mit einer nicht gestreckten Filmprobe von
0,305 mm (0,012 inch) Stärke, die von der gleichen Rolle wie das erste Stück genommen war, in Berührung gebracht
und die zusammengeklammerten Filme wurden in den Strahlengang des wie im Beispiel 1 erzeugten Laserstrahls gebracht,
wobei der gestreckte Film auf der von der Laserquelle abgewandten Seite und mit seiner Orientierungsrichtung
rechtwinklig su der Polarisationsebene des Strahls angeordnet war.
Die Polarisationsebene des Strahls ist durch Dämpfen des Strahls mit einem Filter und Feststellen der
Polarisationsebene mit einem herkömmlichen Polarisator bestimmbar.
Die Bestrahlung der Filme erzeugte eine Bindung.
009128/1315
1479»··
Im Vergleich hierzu wurden zwei zusammengeklammerte uribehandelte Filme der gleichen Größen wie die vorstehend
angegebenen bestrahlten Filme durch.den Strahl wenig
"beeinflußt und sie wurden nicht miteinander verbunden.
In Verbindung mit einem gebündelten oder fokussierten
Strahl ist zu bemerken, daß die Grenzschicht eines zu verbindenden PormltörperpaareB auch hinter der Brennebene
in der von der Laeerquelle weiter entfernten Bichtung angeordnet
werden kann· Mit anderen Worten kann alao diese Grenzschicht nicht nur in der Brennebene, wie in Fig. 1a,
und zwischen dem Brennpunkt und der Laserquelle, wie in Pig. 2, angeordnet werden, sondern auch, wobei Eur Erläuterung
auf Pig. 2 Bezug genommen wird, rechte von dem Brennpunkt 331 wo die Grenzschicht den divergierenden
Strahl empfängt· Während also in Fig. 2 die Grenzschicht
den konvergierenden Strahl erhält, kann sie auch so angeordnet werden, daß sie den divergierenden Strahl empfängt.
Bei den Ausführungsformen gemäß den Pig· 3 und 4-ist
ersichtlich, daß die gestreckte Struktur in beiden Richtungen orientiert sein kann.
Claims (2)
- PatentansprücheΛ,) Verfahren zum Binden eines thermoplastischen
Körpers an einen anderen Körper, bei dem der erste Körper auf den zweiten Körper gelegt wird, so daß die Oberfläche des ersten Körpers mit der Oberfläche des ζγ/eiten Körpers in Berührung steht und hierdurch eine Grenzfläche oder
-schicht gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Grenzfläche mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt, die sich aus Wellen.^zusammensetzt, die alle in Phase sind und die gleiche Wellenlänge haben, die Strahlung in einem besonderen Gebiet in der Grenzfläche absorbiert und hierdurch die Temperatur des Gebiet^ hinreichend erhöht, um ■das Gebiet zu schmelzen und diebeiden Körper miteinandersn verbinden. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daP. rinn die Oberfläohe. von mindeatens einem Körper vorbehandelt, um darauf eine Schicht zu schaffen, die die
elektromagnetische Strahlung selektiv absorbiert·Θ09Ι28/13151Vι If^ 34 -5» Verfahren naoh Anspruch 1 ode» 2, dadurch gekennzeichnett cl8$ ^an mit einer Wellenlänge von 0,2 Mikron bis 30 Mikapoj* bestrahlt und dem Gebiet eine Energie1 tj |J|iGhene^ülie4i-tf von mindestens 0,01 Joule/mm^ zuführt.'4. -Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch,* daß man die Schicht durch Vorbehandeln der Qljeiflache mit einem ρ öl aritäts erhöhenden Mittel bildet.90ÖI78/1315BAD ORIGINAL
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