DE1569981A1

DE1569981A1 - Fluessiges elektromagnetisches Klebemittel und Verfahren zum Verbinden von Fuegeflaechen damit

Info

Publication number: DE1569981A1
Application number: DE19651569981
Authority: DE
Inventors: Chookazian Nishan G; Guglielmo Sen Richard J
Original assignee: E M A CORP
Current assignee: E M A CORP
Priority date: 1964-12-11
Filing date: 1965-12-03
Publication date: 1969-05-22
Also published as: ES320556A1; JPS5321903B1; DE1479212A1; FR1466573A; CH443652A; BE673555A; NL6516069A; CH458706A

Description

l40 Walnut Street, "NortjMvale, New «Jersey, USJl

Flüssiges elektromagnetisches Klebemittel und, Verfahren sues Verbinden von Fügefläohen damit₀

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer hohen Kräften widerstehenden Verbindung,, insbesondere zwischen starren Teilen aus unbehanäeltem thermoplastischem" " Materialο

Formkörper aus Kunststoffmaterial müssen häufig in- komplizierter Gestalt und großen Ausmaßen hergestellt werden,, und daraus hat sich in den vergangenen Jahren die Arbeitsweise entwickelt,·, daß solche Gegenstände vielfach in TeilstUoken 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

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versucht, die Fügeflächen von thermoplastischem Material in der Weise zu verbinden, daß man das thermoplastisch.· Material selbst in der Mähe der Fügeflächen oder auf diesen selbst zu» Schmelzen und zur gegenseitigen Vereinigung brachte, und zwar mittels elektromagnetischer Methoden, einschließlich Mikrowellenbestrahlung und dielektrischer oder induktiver Heizun sowie mittels Erwärmung durch Ultraschall.

Wenn man gebräuchliche Klebemittel, beispielsweise Kitte.,auf Basis von Silikonen, Epoxydharzen oder Kautschuk und dergleichen, einsetzt, um die Pügeflachen 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 Arbeitszelten, wenn die Fügeflächen vorbehandelt werden müssen, insbesondere dann, wenn die Fügeflächen 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 zwi- . sehen dem zu verbindenden Material und der Verbundzone ergibt.

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man
\ Da/mittels elektromagnetischer Heizung besonders feste Struktur-

"j Bindungen bei Kunststoffmaterial, insbesondere bei großen Werkstücken, herstellen kann, hat sich diese Methode zur Verbindung solcher Materialien eingebürgert. Auch mittels Verschweißen unter Ultraschalleinwirkung lassen sich Gefügeverbindungen erzielen.

• Wenn man Verbindungsmethoden auf Basis von elektromagnetischer Wirkung oder Beschallung 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 Fügeflächen fort; (lii) 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 Übergangsverbindung des Kunststoffmaterials an den anliegenden Flächen oder der anliegenden Fläche selbst und einer dazwischenliegenden Dichtungsschicht, die ineinander übergehen 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.

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Elektrische Energie hoher Frequenzen (im Mittelfrequenzbereich) ' werden in mechanische Vibrationen oder Impulse umgewandelt, die auf die zu verschweißenden Teile übertragen, gekuppelt werden (gewöhnlich mittels eines Armes oder eines Resonantmechanismus). Die Vibrationserregung wandert durch die Teile bis zu der Verbindungslinie, und dort wird die mechanische oder akustische Energie in Form von Wärme dissipiert. Die erzeugte Wärme ist so groß, daß die Temperatur des Kunststoffes an den Berührungsflächen augenblicklich bis auf Schmelztemperatur ansteigt, während die übrige Masse der Teile vergleichsweise kühl bleibt. Nachdem das Schmelzen erfolgt ist, wird die Ultraschallenergie abgeschaltet und die Teile werden kurze Zeit mechanisch in der für die Verbindung gewünschten Lage gehalten, damit die Dichtung sich verfestigen kann.

Wenn beabsichtigt ist, mittels Ultraschall zu schweißen, so müssen einige Grundvoraussetzungen beachtet werden. Die wichtigste Voraussetzung ist, daß das Material für eine solche Methode geeignet ist. Wenn man Material in Händen 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 anfängliche Kontaktfläche schmal ist. Mit dieser Methode lassen sich feste Bindungen mit Nylon, Polypropylenen, Polyäthylenen und Acetaten sehr viel weniger gut erreichen als mit Polystyrolen und Polycarbonaten.

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• ^s 1559981 '

\ Die erstgenannten Materialien leiten Vlbrationserregungen re- \. lativ 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; (11) dielektrische Heizung; und (ill) magnetische Induktion, In Kurzwellenöfen 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 Magnetfeldröhre in einen hohlen Raum erzeugt. Die Strahlung wird von den verschiedenen nichtleitenden Kunststoffmatefialien in unterschiedlichem Maße absorbiert. So absorbieren z.B. Polyäthylen und Polypropylen sehr wenig der Strahlung, während - als Vergleich gesehen - gewisse organische und anorganische Füllstoffe ganz beträchtlich mehr von solcher Sträiung absorbieren.

Bei der dielektrischen Heizmethode zur Verbindung von Kunststoffmaterialien nutzt man die normalen nichtleitenden Eigenschaften solcher Materialien aus, d.h. man bedient sich der Wärme, die beim Dissipieren der Energie frei wird, die bei dem schnellen Wechsel der Polarisation der Moleküle infolge eines elektromagnetischen Feldes hoher Frequenz entsteht. Dielektrische Heizquellen sind kurz gesagt Wechselstromgeneratorend, die 'im Megahertz-Bereich arbeiten. Das zu erhitzende Werkstück

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wirkt als kapazitive Fläche. Polare Kunststoffe (wie beispielsweise Polyvinylchlorid) sind Materialien, die dielektrisch aufgeheizt werden können. Beachtenswerte Paktoren für die Form der " dielektrischen Heizquelle für ein spezielles zu erhitzendes Material sind das Ausmaß der Polarisation, die elektrische Frequenz und das angelegte Elektrodenpotential.

Ähnlich,jedoch nicht identisch gleich wie dielektrische Heizvorrichtungen, arbeiten Induktionsheizungen. Es bestehen die folgenden Unterschiede: (i) Anstelle der dielektrischen Eigenschaften werden die magnetischen Eigenschaften eingesetztj (ii) anstelle der Elektroden dder 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 Wechselstromquelle wirkt. In der 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 Wärmeentwicklung 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 Moleküle und als Ergebnis des Wirbelstromflusses auftritt. Polyolefine und sonstige Kunst-

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stoffe sind von Natur aus weder magnetisch noch elektrisch leitend. Daher kann in diesem Material als solchem keine Wärme infolge Induktion entstehen.

Es hat sich erwiesen , daß die Verwendung von elektromagnetischer Induktionsheizung zum Verbinden von thermoplastischen Formkörpern möglich 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 ausgewählte elektromagnetische Energie absorbierende Substanzen zxfisehen die zu verbindenden Flächen des Kunststoffes bringt, dann wird elektromagnetische Energie durch die an dieser Zwischenschicht angrenzende Kunststoffstruktur (die kein solches Energie absorbierendes Material enthält) hindurchgeleitet und wird in der Verbindungszone mittels dieses Energie absorbierenden Materials konzentriert und absorbiert, und dabei wird dieses Material schnell aufgeheizt. Die Hitze geht mittels Wärmeleitung von dem die elektromagnetische Energie absorbierenden Material oder aus der solches Energie absorbierende Material enthaltenden Dichtungsschicht über 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 heißverschmelzen, ohne daß die Hitze in die umgebenden Teile des Kunststoffes eindringt und dabei Abbauerscheinungen hervorruft. Demzufolge bleibt die ursprüngliche Festigkeit und Gefügestruktur der so verbundenen Gegenstände erhalten.

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Es sind seinerzeit elektromagnetische Energie absorbierende Materialien verschiedenen Types bei den Nethoden zur elelctronagne»

tischen Heizung eingesetzt worden. Man hat beispielsweise anorga- '"">>,; nisohe Oxyde, pulverisierte Metalle und kohlenstoffhaltige Verbin- ■' düngen In Verbindungssohiohten eingebaut und elektromagnetischer Bestrahlung ausgesdst. Xn jedem Falle hat die verwendete Energiequelle Bedeutung für die Auswahl an Energie absorbierenden Material. Ss wurde gefunden, daß der Heizeffekt praktisoh vollständig auf denjenigen, der aus der Hysterese-Wirkung entsteht, be- ' schränkt »leibt, wenn »an das Iae*«le4bsor»ierende Material in feiner TeilohenkÖrnung (entsprechend def Siebnetze mit liehfcer Ma- , söhenwelte von 0,074 - Q,OJf§ m ede» enger ρasβlerenden Fraktionen) die ferroeajpietieohe Eigenschaften kafcen, eiüsetfct und diese Teildien duroh nlofatleitende« Orwidiiaterial enttialtende Teilchen wirksam voneinander isoliert. Infolgedessen «arf nan sieht höher erhitien als bis zur "dirie"-Temperatur de« ferroiiagnetischen Materials oder der Temperatur, an der die eegnetisohen Eigenschaften des Materials verschwinden.

Ss ist sehr wichtig, welche Verfahrensbedingungen eingestellt werden, wenn »an bei elektromagnetischen Verbindungsverfahren mittels Induktionsheizung arbeitet. Hinsichtlich der Verklebungszone müssen die folgenden Faktoren beachtet werden: (i) Konzentration des Energie absorbierenden Materials; (il) physikalische und ohemisohe Natur des Energie absorbierenden Materials und/oder Mischungen diesesj (ill) die Btärke der Klebezone oder Verbindungssohiohtij (iv) Material der Matrix der Bindeschioht und Mischungen dieser) und (v) Form undöestalt der Klebezone oder der Verbin-

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' dungssohicht. Andererseits müssen auch die Vorrichtungen für die Induktionsheizung in geeigneter Welse gestaltet »ein, und zwar müssen dabei folgende Punkte beachtet werden; (a) Heizzeit; (b) Heizintensität j (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 Schweißmasse zu schaffen, die bei elektromagnetischen Verbundverfahren von thermoplastischem Mated, al eingesetzt werden kann und trotz einfacher Handhabung eine ausgezeichnete Bindung des thermoplastischen Materials garantiert, ohne daß aufwendige Vorbehandlungen der Fügeflächen 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 gegenüberliegenden Fügeflächen 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 Fügef!Hohe eine dünne Schloht einer wäßrigen Dispersion von mit den zu verbindenden Materialien gleichem thermoplastischem Material, das in gleichmäßiger Verteilung darin Teilchen, vorzugsweise in einer Siebe mit einer Masohenweite von 0,823 bis 0*074 Bffl« ίϊχβ-

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_ —ι Λ S fts S Ä 5

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besondere 0,400 bis 0,147 roai passierenden DurchschnittsgröSe, eine» ferromagnetischen Stoffes, wie Nickel, nicht korrosiven Legierungen von Nickel und Eisen, nicht korrosiven Legierungen, von Nickel und Chrom, nicht korrosiven Legierungen von Mangan und Eisen, nicht korrosiven Legierungen von Kobalt und Eisen und nioht korrosivem Edelstahl enthält, aufbringt,-danach durch Anlegen eines elektromagnetischen Feldes, vorzugsweise in einer Feldstärke von 1-30 kW, insbesondere von 2-5 kW, undAit einer Frequenz; von etwa 5-30 Megahertz, Insbesondere 15-30 Megahertz, induktiv auf eine oberhalb ihres Schmelzpunktes liegende Temperatur erhitzt und nach' ddm 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, Maßnahmen und Vorteile des erfinämgsgemäßen Verfahrens sind aus der nachfolgenden speziellen Besohreibung ersichtlich. Erfindungsgemäß wird eine neue Masse sowie eine neue Arbeitsweise und eine aus verschiedenen Arbeltsstufen kombinierte Verfahrensweise vorgeschlagen, anhand von Beispielen beschrieben und im einzelnen in den nachfolgenden Patentansprüchen beansprucht.

Die Anmelderin hat gefunden, daß Teile von festem thermoplastisohem Kunststoff wirksam miteinander verbunden werden können, wenn man elektromagnetisch ganz bestimmte flüssige Klebemassen einsetzt. Die erfindungsgemäß verwendeten ganz., bestimmten flüs- eigen,elektromagnetische Energie absorbierenden Materialien sind Metalle oder Metallegierungen mit ferromagnetische Eigenschaften

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und diese Materialien müssen in einer solchen Teilchengröße eingesetzt werden, wie sie duroh ein Sieb mit einer Masohenweite von etwa 0,835 bis etwa 0,074 mm hindurchzugehen vermögen. Das Grundmaterial, in dem diese Energie absorbierenden Materialien gleiohförmig und voneinander isoliert verteilt sind, kann, wie gefunden wurde, aus einer wäßrigen Emulsion eines dem thermoplastischen Material der zu verbindenden Teile entsprechenden thermoplastischen Materials bestehen, und das Verhältnis von Energie absorbierendem Material zu thermoplastischem Material soll in dieser Emulsion zwischen etwa 1 bis 2 (Jew.Teilen an Energie absorbierendem Material je 1 dew.Teil an thermoplastischem Material betragen·

Die erfindungsgemäß verwendete flüssige Klebemasse kann in Form von Emulsionen oder Dispersionen oder sonstigen Flüssigkeiten eingesetzt werden. Sie kann in irgendeiner beliebigen Weise auf die zu verbindenden Oberflächen aufgetragen, z.B. aufgebürstet oder aufgedruckt, aufgesprüht oder durch Eintauchen der zu verklebenden Flächen auf diese aufgebracht werden.

Vorzugsweise verwendet man als elektromagnetisches Energie absorbierendes Material ein nicht korrisives, magnetisierbares Metall, wie beispielsweise Nickel; man kann auch nicht korrosive, magnetisierbare Legierungen von Nickel und Eisen, Nickel und Chrom, Mangan und Eisen, Kobalt und Eisen, sowie Edelstahl einsetzen. Diese Metalle und Legierungen haben hohe Gurie-Punkte (bis zu 1116° C). Wegen der bevorzugt eingesetzten geringen Teilchengröße können die speziellen elektromagnetische. Energie ab-

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sorblerenden 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 erfindungsgemäßen Verfahren mit einet* gegebenen Menge an zur Verfugung stehender Energie höhere Erhitzungetemperaturen innerhalb einer ganz beachtlich verringerten Zeitspanne erreioht werden Im Vergleich mit Induktiv erhitzten, elektromagnetische Energie absorbierenden Teilchen geringeren Durchmessers (etwa in einer. Siele mit einer Masohenweite von 0,074 - 0,040 i» Durchmesser passierenden Teilchengröße oder geringer).

Man kann zwar vollständig ausreichende Bindungen zwischen gleichen thermoplastischen Flächen und der oben angegebenen elektromagnetischen Kittverbindung erzielen, wenn das spezielle Energie absorbierende Material eine Siebe mit einer durchschnittlichen Maschenfröße von etwa 0>83J5 bis 0,074 mm Masohenweite passierenden Teilchengröße aufweisen, aber bevorzugt werden solche Stoffe eingesetzt, die eine Siebe mit einer durchschnittlichen Maschenweite von etwa 0,400 bis 0,147 mm passierenden durchschnittlichen Teilchengröße: haben. Bei Einsatz von die bevorzugte Teilchengröße aufweisenden Substanzen erhält man eine gleichmäßigere 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 flüssigen Klebe- und Kittmassen ergeben, wenn sie wie nachstehend beschrieben verarbeitet werden, eine

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lösungsmittelfreie Verbindung, mit der sich gleiche thermoplastische Werkstücke ohne aufwendige Oberflächenvorbehandlung rostfrei vereinigen lassen. Die zwischen solchen Werkstücken hergestellte Verbindung hat eine Festigkeit, die gleich oder größer ist als diejenige des Materials selbst, und rostfrei ist, und die elektromagnetisch induzierte Verbindungsreaktion verläuft sohneil und ist für automatisch arbeitende Herstellungsverfahren und Geräte 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 Zeitersparnis gekoppelt.

Es wurde gefunden, daß man eine konzentrierte und spezifisch beschränkte Erhitzungszone durch Induktionsheizung bei der erfindungsgemäßen Verbindung von thermoplastischen Stoffen dann erzielt, wenn die zuvor beschriebenen elektromagnetischen Klebe- und Kittverbindungen aktiviert und zur Verbindungsbildung mittels eines solchen Induktionsheizungssystems 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 verbinden-

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den Gegenstände zur Einwirkung gebracht.

Wie bereits erwähnt, läßt sioh das erfindungsgemäße 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 besondere vorteilhaft nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt *#*» den können, zählen die Polyolefine (Polyäthylen und Polyprityglen), Polystyrole, Polyamide, wie Nylon,und Acetale, wie Polyoxyaiirfehylen, das unter dem Handelsnamen "Delrin" vertrieben wird.

Beispiele 1 bis IV

Unter Verwendung von Polystyrol und Styrol-butadien-thermoplastisohen Substanzen in Form einer Latex-Emulsion oder auf Matrix-Basis wurden flüssige elektromagnetisch aktivierbare Klebemittel hergestellt. In jedem Beispiel wurde als zu verbindendes Material Polystyrolschaumstoff in Form von Schüsseln mit einem Umfang von ca. 49 cm (19-3/8 inches) und einer Stärke von 0,24 cm (3/32 inch.) eingesetzt. Zu der Latex-Emulsion wurde Carboxymethylcellulose als Verdickungsmittel zugesetztj außerdem hatte die Carboxymethylcellulose den Zweck, die ferrometallischen, Energie absorbierenden Teilchen in der Klebelösung in gleichförmiger Suspension zu halten. Es wurde eine wirksame, Kante auf Kante sitzende Verbindung erreicht, wenn der als Zwischenschicht . aufgebrachte Film der Klebelösung über die angegebene

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Zeitdauer einer induktiven Erhitzung unterworfen wurde.

Nachstehend werden die bestimmten Arbeitsbedingungen in den einzelnen Beispielen aufgeführt:

Beispiel I
Ferromagnetische Teilchen: 119,6 Oew.Teile Fe (50 pulverförmig, -

(Partikelgröße entsprechend einer -Maschensiebweite von 0,400 bis 0,147 mm)

geliefert von der Firma Hoeganaes Corporation

Thermoplastische Matrix:

Verdickungsmittel:

Oewichtsverhältnis t

Elektromagnetisches Feld:

Verbindungszeit: 200,0 Gew.Teile Polyoo 220 NS Polystyrol- Emulsion

(45,2 % nioht-flüchtiger Anteil in Wasser)

geliefert von der Firma Borden Chemical Company

38,8 Oew.Teile CMC-7-MCT Carboxylmethylcellulose (8,0 % nichtflüchtiger Bestandteil in Wasser)

geliefert von der Fa. Hercules Powder Company

43 % Polystyrol-Feststolf / Metall

1,0 kW / 25 Megahertz

54 Sekunden

Beispiel II
Ferromagnetische Teilchen:

119,6 Gew.Teile Ni (97,5 %) / Cr (2,5 %) Pulver

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: (Partikelgröße entsprechend einer

Maschensiebweite von 0,400 bis ; 0,1^7 nun)

geliefert von der Firma Glidden Chemical Comejpny

Thermoplastische Mttrix: 200,0 Gew.Teile Polyco 220 NS

Polystyrol-Emulsion

(45,2 # nicht-flüchtiger Anteil in Wasser)

Verdickungsmittel! 38,8 Gew.Teile GMC-7-MOT Carboxyl-

methylcellulose (8,0 % nichtflüohtiger Bestandteil in Wasser)

Gewichtsverhältnisi 43 % Polystyrol-Peststoffe / 57 %

Metall

Elektromagnetisches Feld« 1,0 kW / 25 Megahertz Verbindungszeit: 65 Sekunden

Beispiel III

Ferromagnetische Teilohem 33,5 Gew.Teile Fe (50 %) / Ni

Pulver

(Partikelgröße entsprechend einer Maschensiebweite von 0,400 bis 0,147 mm)

Thermoplastische Matrix: 50,0 Gew.# Polyco 2410 Styrol-buta-

dien-Emulsion (50,0 % nicht-flüchtiger Bestandteile in Wasser)

geliefert von der Fa. Borden Chemisal Company

Verdickungsmittel: 3*8 Gew.Teile CMC-7-MCT Carboxymethylcellulose (15,0 % nicht-flüchtiger Bestandteile in Waseer)

Gewichtsverhältnis: 43 % Styrol-Butadlen-Feststoffe / 57 %

Metall

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Elektromagnetisches Feld: 1,0 kW / 25 Megahertz

Verbindungszeitt

42 Sekunden

Beispiel IV

Ferromagnetische TeilchenJ 66,5 Gew,Teile Fe (50 #)/Ni (50 %)

Pulver - ' . ■■ - (Partikelgröße entsprechend einer Maschensiebweite von.Oi400 bis 0,147 mm)

Thermoplastische Matrix:

Verdickungsmittel:

Gewichtsverliältnis:

100,0 Qew.Teile Polyoo 24lO Styrolbutadien-Emulsion (50,0 % nioht-flüoh tlger Bestandteile in Wasser)

7,6 Gew.Teile CMC-7-MGT Carboxyniethylcellulose \

43 % Styrol-butadien-Feststoffe / 57 Metall

Elektromagnetisches Feld!, 1,0 kW / 25 Megahertz

Verbindungszeit:

6o Sekunden

Es können auch andere Styrol-butadlen- und Polystyrol-Latiees für die erfindungsgemäßen Zwecke eingesetzt werden, vorausgesetzt, daß diese filmbildende Eigenschaften haben und Bindemittel für ferrometalliache Teilchen darstellen.

Beispiele V bis XII

Weitere Beispiele für wäßrige elektromagnetisch aktivierbare Klebemittel (und deren Einsatz beim erfindungsgemäßen Verfahren) · sind nachstehend beschrieben. In jedem Beispiel bestand das zu ■ verbindende Material aus einem Formkörper, wie er für Standard-Dehnungsprüfungen eingesetzt wird, und der in der Mitte., zwischen

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den beiden Enden durchgeschnitten worden war. Die beiden Endstücke wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wieder vertounden und dann wurden erneut Dehnungsprüfungen durchgeführt. In je-/ dem Falle wurde das wäßrige, im einzelnen wie nachstehend ange- geben zusammengesetzte Klebemittel einer Verbindungszelt von 65 Sekunden unterzogen. In jedem Falle hatte das verwendete Metallpulver« das als elektromagnetische Energie absorbierendes Material verwendet wurde, eine solche Teilchengröße, daß die Teilchen ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,400 bis 0,147 mm passierten, und das Gewichtsverhältnis von thermoplastischen Feststoffen zu metallischen Teilchen in dem Klebemittel betrug 33 % thermoplastisches Material zu 6f % metallischer Teilchen. Das elektromagnetische Feld wurde vermittels einer 1 kW-Induktionsheizung, die mit 85 Megahertz arbeitete, induziert.

Beispiel V

Stabförmiger Dehnungstest-Formlingί

Polyvinylchlorid

Klebemittel:
Ferromagnetische Teilchens

3, Gew.Teile Ni (97,5 $>) / Cr 2,5 %) Pulver

(Partikelgröße entsprechend einer Maschensiebweite von 0,400 bis 0,147 mm)

geliefert von der Fa. Glldden Chemical Company

Thermoplastische Matrix:

100,0 Gew.Teile Exon 760 Latex : Polyvinylchlorid / Acetat - Copoly· mer (55 # nicht-flüchtiger Bestandteile in Wasser)

geliefert von der Fa. Firestone

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Verdickungsmittel: 0,5 Gew.Teile Lemol 4288 Polyvinylalkohol

geliefert von der Pa. Bonden Chemical Company

Beispiel VIt

Stabförmiger Dehnungstest-Formlingι Vinyliden/VinylChlorid

Klebemittel: Ferromagnetische Teilchen:

Thermoplastische Matrix: 73,0 Gew.# Ni (97,5Ji) / Cr (2,5 %) Pulver

(Partikelgröße entsprechend einer -Maschensiebweite von 0,400 bis 0,147 mm).

50,0 Gew.Teile Polyco 2611 Latex : Vinyliden/Vinylchlorid (50# nichtflüchtiger Bestandteile in Wasser)

geliefert von der Fa. Borden Chemical Company

50,0 Gew.Teile Polyco 26jl Latex : Vinyliden/Vinylchlorid (50 % nichtflüchtiger Bestandteile in Wasser)

geliefert von der Fa. Borden Chemical Company

3,0 Gew.Teile Polyco 296 Natriumpolyacrylat

geliefert von der Fa. Borden Chemical Company

Beispiel VII:

Stabförmiger Dehnungstest-Formling: Polyvinylchlorid

Verdickungsmittel:

Klebemittel: Ferromagnetische Teilchen: 66,6 Gew.Teile Ni (97*5 %>) / Cr (2,5 %>) Pulver

(Partikelgröße entsprechend einer Maschensiebweite von 0,400 bis 0,147 mm)
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Thermoplastische Matrix:

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100,0 Gew.Teile Exon 790 Latex : Polyvinylohloridhomopolymer I (50 % nicht-flüchtiger Bestandteile in Wasser)

geliefert von der Pa. Firestone

Verdickungsmittelί 2,0 Gew.Teile Hi-sil- Dampiphasen-Kieselsäure

geliefert von der Pa. Columbia Soujj]| Chemical Company

Beispiel VIII:

Stabförmiger Dehnungstest-Formling: Acryl-Kunststoff

Klebemittel: Ferromagnetische Teilchens

Thermoplastische Matrix: 61,0 Gew.Teile Ni (97.5 #) / Cr (2,5 %) Pulver

(Partikelgröße entsprechend einer Maschensiebweite von 0,400 bis 0,147 mm)

100,0 Gew.Teile Rhoplex Ac-32 : Acryl-Kunststoff

(46 £ nicht-flüchtiger Beetandteile .in Wasser)

geliefert von der Fa. Glidden Chemical Company

Verdickungsmittel: 2,0 Gew.Teile Acrysol GS : PoIyacrylat

geliefert von der Fa. Röhm * Haas

Beispiel IX:

Stabförmiger Dehnungstest-Formling: Polyvinylbutyral

Klebemittel: Ferromagnetische Teilchen:

Thermoplastische Matrix: 909821/1055 66,3 Gew.Teile Ni (97,5 %) / Cr (2,5 #)Pulver

(Partikelgröße entsprechend einer Maschensiebweite von 0,400 bis 0,147 mm)

100,0 Gew.Teile Butrer FP : Polyvinylbutyral (50 % nichtflüchtiger Bestandteile in Wasser) geliefert von der Fa. Shawinigan Chemical Co.

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, Verdickungsmittel* 0,75 Gew.Telle Kalt ex i Natriumalglnat

geliefert von der Fa. Kelco

Beispiel X;

Stabfönniger Pehnungsfrest-Formling: Polyäthylen .

Klebemittelq Ferromagnetische Teilchen:

Thermoplastische Matrix:

Verdickungsmittels 53,6 Gew.Tei-le Nl (97*5 #) / flr (2,5 $) Pulver

(Partikelgröße entsprechend einer -Maschensiebweite von 0,400 bis 0,147 ram)

100,0 Gew.Teile Poly-em 41 ί nicht-ionisches Polyäthylen (40,4 % nicht-flUohtiger Bestandteile in Wasser)

geliefert von der Fa. Spencer Chemioal Company

0,5 Gew.Teile Methooel : Methyl· cellulose ·

geliefert von der Fa. Dow Chemioal Company

Beispiel XJ. t

Stabförmiger Dehnungstest-Formling: Fluorooarbonat

Klebemittel: Ferromagnetische Teilchen:

Thermoplastische Matrix:

Verdickungsmittel: 10^,0 Gew.Teile Ni (97,5 %) / Cr (2,5 %) Pulver

(Partikelgröße entsprechend einer -Maschensiebweite von 0,400 bis 0,147 mm)

100,0 Gew.Teile Kynar L 18750 : Fluorocarbon-Dispersion (80,0 % nichtflüchtiger Bestandteile in Wasser)

geliefert von der Fa. Pennsalt Chemical Company

keines

909821/1055 BAD OftIQlNAL

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Beispiel XII:

Stabförmiger Dehnungstest-Formling: '

Polyvinylacetat

Klebemittel: Ferromagnetische Teilchen:

Thermoplastische Matrix:

Verdickungsmittel:

72,0 Gew.Teile Ni-Pulver (Partikelgröße entsprechend einer Maschensiebweite von 0,400 bis 0,147 mm)

geliefert von der Fa. Heogenaes Corporation

100,0 Gew.Teile Polyoo 117 FR : Polyvinylacetat (55*0 % nichtflüchtiger Bestandteile in Wasser)

geliefert von Ber Fa. Borden Chemical Company

1,0 Gew.Teile Polyoo 296 W : Natriumpolyacrylat

geliefert von der Fa. Borden Chemical Company

Weitere Verdickungsmittel, die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, um die ferromagnetischen Teilchen in möglichst gleichförmiger Dispersion in der theim oplastlschen Matrix zu halten, sind beispielsweise:

Cellosize : Elranol /5105: Halltex KRS : Lustrex XA820 :

co Sodium CMC : ο

Hydroxyäthylcellulose - Union Carbide Corp.

Polyvinylalkohol

Alginat

Styrol-Copolymer

Natriumcarboxymethylcellulose

- duPont

- Stein, Hall & Co.

- Monsanto Chemical Co,

- Hercules Powder Co.

^ Abgesehen von den in den vorstehenden Beispielen beschriebenen

en Einzelheiten lassen sich die verschiedensten Abänderungen und Mo-

difikatlonen im Rahmen des fachmännischen Könnens durchführen, die ebenfalls der vorliegenden Erfindung zuzuordnen sind.

Patentansprüche - 22 -

BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer rostfreien unrsigbaren Verbindung zwischen zwei gegenüberliegenden PUgeflachen 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 Fügeflächen eine dünne Schicht einer wäßrigen Dispersion oder Emulsion von mit dem zu verbindenen Material gleichem thermoplastischem Material, das in gleichmäßiger Verteilung darin Teilchen, vorzugsweise in der Siebe mit einer lichten Maschenweite von 0,833 bis 0,074 mm, insbesondere von 0,400 bis 0,14-7 mm passierenden Durchschnittsgröße, eines ferromagnetischen Stoffes, Wie Nickel, hicht-korrosiven Legierungen von Nickel und Eisen, nicht-korrosiven Legierungen von Nickel und Chrom, nicht-korrosiven Legierungen von Mangan und Eisen, nicht-korrosiven Legierungen von Kobalt und Eisen, oder nicht-korrosivem Edelstahl, enthält, aufbringt, daß man danach durch Anlegen eines elektromagnetischen Feldes in einer Feldstärke von 1 bis 30 kW, insbesondere 2 bis 5 kW, und einer Frequenz von etwa 5 bis 30 Megahertz, insbesondere 15 bis 30 Megahertz, an der Verbindungsstelle die ferromagnetischen Teilchen induktiv auf eine oberhalb

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569981

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 1-30 Sekunden, das elektromagnetische Feld abschaltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Zwischenschicht eine wasserhaltige Masse verwendet, in der das Verhältnis von ferromagnetischen Teilchen zu thermoplastischer Grundmasse etwa 1 bis 2 Gew.Teile ferromagnetischer Teilchen je 1 Gew.Teil thermoplastischer Masse beträgt.

j5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man vor Anlegen des elektromagnetischen Feldes die aufgebrachte wäßrige Zwischenschicht durch Verdampfung des darin enthaltenen Wassers, vorteilhaft bei Zimmertemperatur, trocknet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis j5* dadurch gekennzeichnet, daß man als Zwischenschicht eine dünne Schicht einer wäßrigen, ein Verdickungsmittel zur Aufrechterhaltung der gleichförmigen Dispersion der ferromagnetischen Teilchen darin enthaltenden Mischung aufbringt.

5. Flüssige, elektromagnetisch aktivierbare Klebe- und Kittmasse zum Verbinden von unbehandeltem nichtleitendem thermoplastischem Material aus Polyolefinen, Polystyrolen, Polyamiden und/ oder Acetalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebemasse aus einer gleichförmigen wäßrigen Mischung eines mit dem zu verschweißenden thermoplastischen Material verträglichen Thermopla-

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BAD OWGäNM-

sten-in Pulverform und Teilchen einer ferromagnetischen Substanz, wie Nickel., nicht-korrosiven Legierungen von Nickel und Eisen, nicht-korrosiven Legierungen von Nickel und Chrom, nicht-korrosiven Legierungen von Mangan und Eisen, nicht korrosiven Legierungen von Kobalt und Eisen oder nicht-korrosivem Edelstahl, besteht, die ferromagnetisehen Teilchen in einer Siebe mit einer lichten MasclSiweite von zwischen etwa 0,835 bis 0,07^· mm passierenden durchschnittlichen Teilchengröße vorliegen und das Verhältnis dar Komponenten etwa 1 bis 2 Gew.Teile an ferromagnetischen Teilchen je 1 GeWoTeil thermoplastischem Pulver beträgt.

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