ES2624624T3 - Unión de objetos juntos - Google Patents

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ES2624624T3 ES13807889.4T ES13807889T ES2624624T3 ES 2624624 T3 ES2624624 T3 ES 2624624T3 ES 13807889 T ES13807889 T ES 13807889T ES 2624624 T3 ES2624624 T3 ES 2624624T3
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ES
Spain
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thermoplastic
thermoplastic material
energy
stage
pressing
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ES13807889.4T
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English (en)
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Mario Lehmann
Jörg Mayer
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Woodwelding AG
Original Assignee
Woodwelding AG
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Abstract

Un método para unir un segundo objeto (2) a un primer objeto (1), comprendiendo el método las etapas de: - proporcionar el primer objeto (1) comprendiendo un primer material de objeto que comprende un polímero o prepolímero con enlace cruzado al menos parcialmente; - proporcionar el segundo objeto (2) que comprende un material termoplástico; - presionar el segundo objeto (2) contra el primer objeto (1) y suministrar energía al segundo objeto (2) hasta que el material termoplástico sea, al menos parcialmente licuefactado, y hasta que se consiga que el material termoplástico penetre en al menos uno de, las fisuras (7), poros (5) y deformaciones del primer material de objeto; y - dejar que el material termoplástico re-solidifique, caracterizado por que durante las etapas de presionar y suministrar energía al segundo objeto (2) el primer material de objeto está por encima de su temperatura de transición de vidrio al menos en las proximidades de dichas fisuras (7), poros (5) o deformaciones en las que el material termoplástico penetra.

Description

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DESCRIPCION
Union de objetos juntos Campo de la Invencion
La invencion se refiere al campo de la union de objetos juntos en la construccion, ingeniena, industria de la edificacion, tecnolog^a medica, ciencia de los materiales, etc. Especialmente, el metodo se refiere a unir juntos objetos con base de poffmero que comprenden poffmeros que no son compatibles y no se pueden alear.
Antecedentes de la Invencion
A menudo es diffcil unir objetos de materiales de poffmero si no se cumplen estas tres condiciones “los poffmeros de los objetos son termoplasticos”, “los poffmeros funden a temperaturas similares” y “los poffmeros son miscibles”. En muchos casos, son necesarios los elementos auxiliares tales como los tornillos, pinzas, soportes, etc. que unan los objetos juntos.
El documento EP 0187358 A2 muestra un metodo para obturar un material de filtro que tiene forma de una lamina plisada que ha sido doblada a una forma ciffndrica. El material de filtro esta hecho de una membrana de filtro de resina de fluorocarbono y dos soportes de red de resina de fluorocarbono termoplastico, uno en cada lado de la membrana de filtro, en donde los sopores de red son porosos. La obturacion se consigue fijando una tapa de resina de fluorocarbono termoplastica en las partes extremas del material de filtro, lo cual se hace insertando una parte extrema del material de filtro en un molde de resina de fluorocarbono termoplastica, por ejemplo poniendo un peso constante sobre la parte superior del material de filtro, en donde el molde es encajado en la parte extrema del material de filtro.
El documento US 4854993 A muestra un aparato y un metodo de union de espumas de poliuretano de baja densidad o de calibre delgado a sustratos de polipropileno. El metodo comprende una licuefaccion por calor local del sustrato de polipropileno y estampado de la espuma de poliuretano sobre el sustrato de polipropileno produciendo una fusion de la espuma de poliuretano con las areas licuefactadas por calor del polipropileno.
El documento EP 2520419 A1 muestre un accesorio, en particular un accesorio de mueble, y ensena un metodo de union de tal accesorio a una superficie fibrosa de un arffculo. El accesorio comprende una pluralidad de puas termoplasticas sobre una superficie de montaje del accesorio. En una primera etapa, la superficie de montaje es vibrada contra la superficie fibrosa, en la que la superficie fibrosa se hace aspera y se forman microporos en la superficie fibrosa. En una segunda etapa, la superficie de montaje y la superficie fibrosa son vibradas y presionadas juntas, de manera que la vibracion y la presion producen una fusion al menos parcial de al menos parte de las puas termoplasticas, en donde tal material termoplastico fundido es presionado dentro de dichos microporos. El resultado es una junta entre la superficie de montaje y la superficie fibrosa despues de la re-solidificacion de la parte fundida.
Es un objetivo de la presente invencion proporcionar un metodo de union de objetos de materiales poffmeros juntos, cuyos metodos superan las desventajas de los metodos de la tecnica anterior y permiten la union de objetos juntos para los que la union fue diffcil hasta ahora.
Es otro objetivo de la invencion proporcionar un metodo de union de objetos juntos, el cual sea economico y rapido.
Es todavfa otro objetivo de la invencion proporcionar un metodo de union de objetos juntos, cuyos metodos incorporan una buena obturacion entre los objetos.
Sumario de la invencion
De acuerdo con un aspecto de la invencion un segundo objeto se une a un primer objeto. El segundo objeto comprende un material termoplastico, y el primer objeto comprende un primer material de objeto que comprende al menos un poffmero de enlace parcialmente cruzado o un prepoffmero con propiedades elastomericas. El metodo comprende las etapas de:
- presionar el segundo objeto contra el primer objeto y suministrar energfa al segundo objeto hasta que el material termoplastico sea fundido al menos parcialmente, mientras que, en las proximidades de una interfaz del material termoplastico, es elevada su temperatura de transicion de vidrio, y hasta que se hacer que el material termoplastico penetre en al menos una de las grietas, poros y deformaciones, del primer material de objeto, y
- dejar que el material termoplastico se re-solidifique.
En esto, el primer material de objeto puede ser poroso o no poroso. Si es poroso, puede comprender poros abiertos o poros cerrados. El porcentaje de volumen de poros total con relacion al volumen total puede estar comprendido entre 0% y 60%, en ciertos caso especiales incluso mayor. Las realizaciones del metodo son especialmente adecuadas para primeros materiales de objeto que tambien por encima de su temperatura de transicion de vidrio ofrecen una cierta resistencia a la deformacion mecanica, a menudo este es el caso si el volumen total de posibles poros no es mayor de 40% o no es mayor del 30% o del 20%.
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El primer material de objeto puede ser tal que ya este por encima de su temperatura de transicion de vidrio a temperatura ambiente, o se puede elegir de manera que eleve su temperatura de transicion de vidrio al menos localmente mediante la ene^a suministrada al segundo objeto y absorbida directamente o indirectamente (a traves del calentamiento del segundo objeto) en el primer material de objeto.
El polfmero con enlace cruzado al menos parcialmente del primer objeto puede opcionalmente ser una matriz de un primer material de objeto que ademas comprenda un relleno.
El enlace cruzado del primer material de objeto puede ser un enlace cruzado qmmico o un enlace cruzado ffsico, siendo una condicion que el primer objeto mantenga una memoria de forma durante todo el proceso.
El primer objeto puede estar compuesto por el primer material de objeto o puede estar compuesto ademas de partes del primer material de objeto, partes adicionales de diferentes materiales conectadas al primer material de objeto. En el ejemplo, tales partes adicionales son soldables a un polfmero termoplastico o son capaces de ser interpenetradas por el polfmero termoplastico de manera que despues de la re-solidificacion del polfmero termoplastico dan lugar a una conexion de encaje positivo por ejemplo como se ensena en los documentos WO 98/42988 y WO 00/79137.
Ejemplos de los primeros materiales de objeto comprenden Poli-uretanos (PU), Poli-Butadienos, Elastomeros fluronados, Elastomeros clorunados, goma de silicona; en combinacion con materiales termoplasticos apropiados del segundo objeto (vease mas adelante) y tambien poliesteres epoxfdicos y con enlace cruzado con temperatura de transicion de vidrio comprendidas entre por ejemplo 150°C y 250°C.
El material termoplastico del segundo objeto puede estar formado por un polfmero termoplastico o puede comprender, ademas del polfmero termoplastico, fases adicionales, tales como un relleno. Realizaciones espedficas de materiales son polietileno, polipropileno, poliamidas, por ejemplo Poliamida 12, Poliamida 11, Poliamida 6, o Poliamida 66, Polioximetileno, policarbonouretano, policarbonatos o carbonatos de poliester, acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), Acrilester-Estirol-Acrilnitril (ASA), Estireno-crilonitrilo, cloruro de polivinilo, poliestireno, o Polietercetona (PEEK), Polieterimida (PEI), Polisulfona (PSU), sulfuro de Poli(p-fenileno) (PPS), polfmero de cristal lfquido (LCP), etc. El ultimo grupo que comprende PEEK, PEI, PSU, PPS, y lCp comprende material con un punto de fusion relativamente elevado; tales materiales son particularmente adecuados para unirse a los primeros materiales de objeto con una temperatura de transicion de vidrio comparativamente elevada, tales como materiales del sistema de epoxido. Los LCps son de particular interes ya que su fuerte reduccion de viscosidad durante la fusion los habilita para penetrar en fisuras o poros muy finos.
Una condicion preferida para un material que se empareja con un primer material de objeto y un material termoplastico (del segundo objeto) cumple la condicion Tf1,2 > Tg,1, en donde Tf1,2 es una temperatura por encima de la cual el material termoplastico puede fluir, y Tg,1 es la temperatura de transicion de vidrio del primer material de objeto. Para termoplasticos cristalinos Tf1,2 corresponde al punto de fusion Tm, mientras que para termoplasticos amorfos, Tf1,2 puede ser definida para ser Tf1,2 = Tg,2 + 50°, mientras que Tg es el punto de transmision de vidrio del material termoplastico. Alternativamente, en termoplasticos amorfos - o generalmente en termoplasticos, Tf1,2 puede estar definida por una cierta capacidad de fluir minima, o de forma mas precisa, fluidez minima como esta definida por la temperatura a la que, de acuerdo con el mdice de flujo fundido del polfmero, el material puede ser procesado por moldeo de inyeccion o extrusion.
Generalmente, la temperatura de transicion de vidrio (o punto de transicion de vidrio) y la temperatura de fusion (o punto de fusion) de los materiales descritos aqrn se entendera como definida de acuerdo con los estandares relevantes, especialmente, las normas ISO, tales como las del grupo ISO 11357 (como estan validadas en 2012).
Generalmente, el primer material de objeto y el material termoplastico que interpenetra en el primer material de objeto se eligen de manera que no sean miscibles (es decir, que se no se disuelva el uno en el otro y no se aleen) y no experimente ninguna union qmmica entre ellos.
La energfa suministrada al segundo objeto puede se energfa de vibracion mecanica, en particular vibracion ultrasonica. La vibracion es suministrada al segundo objeto desde el lado proximal (el lado que se aleja del lado de union que se lleva a contacto con el primer objeto). Para este fin, el lado proximal del segundo objeto puede comprender una superficie de no acoplamiento, por ejemplo una superficie plana. La vibracion es suministrada al segundo objeto a partir de una herramienta (sonotrodo) con, por ejemplo una superficie distal correspondientemente adaptada.
Como alternativa, la vibracion puede ser suministrada indirectamente al segundo objeto, por ejemplo a traves de un tercer objeto adicional que opcionalmente, mediante el proceso puede ser conectado al primer y segundo objeto. De acuerdo con una primera posibilidad, tal tercer objeto puede comprender una cavidad con un recorte, en donde el material fundido y despues re-solidificado del segundo objeto llene la cavidad. De acuerdo con una tercera posibilidad, tal tercer objeto puede comprender una estructura con poros o en la que los poros se pueden generar mediante un lfquido a presion hidrostatica, en cuyos posos el material del segundo objeto penetra. De acuerdo con una tercera posibilidad incluso adicional, tal tercer objeto puede comprender material que sea capaz de ser soldado al material del segundo objeto. Incluso como una alternativa mas, tal tercer objeto puede tener propiedades similares a las del primer objeto y de este modo tener tambien propiedades elastomericas y estar por encima de la
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temperatura de transicion de vidrio en la temperatura en la que el material termoplastico del segundo objeto funde.
La vibracion u oscilacion mecanicas adecuadas para los dispositivos y metodos de acuerdo con los aspectos de la invencion tiene preferiblemente una frecuencia comprendida entre 2 y 100 kHz (incluso mas preferiblemente entre 10 y 70 kHz, o entre 14 y 35 kHz, mientras que para revestimiento o partes en las que la zona de union esta en el campo proximo tambien pueden ser ventajosas frecuencias mas elevadas comprendidas, por ejemplo, entre 40 - 60 kHz - dependiendo del tamano de los objetos) y una energfa de vibracion de 0,5 a 30 W o entre 2 W y 20 W por milfmetro cuadrado de superficie activa. La herramienta (por ejemplo en sonotrodo) esta, por ejemplo disenado, de tal manera que su cara de contacto oscila predominantemente en la direccion perpendicular a la cara de contacto (vibracion longitudinal) y con una amplitud comprendida entre 5 y 150 pm, preferiblemente entre 20 y 100 pm, por ejemplo entre 35 y 70 pm; generalmente con frecuencias de trabajo mas elevadas, son requeridas menores amplitudes. La oscilacion rotacional tambien es posible.
Una fuente de energfa alternativa es la radiacion electromagnetica. Especialmente, el segundo objeto puede ser transparente a la radiacion electromagnetica a un cierto intervalo de frecuencia (por ejemplo, visible o cerca de la infrarroja) al menos en parte, y el primer y/o el segundo objetos pueden estar configurados para absorber esta radiacion electromagnetica en las proximidades de la interfaz entre el primer y el segundo objetos.
Los aspectos de la invencion estan basados en la adecuada comprension de que el material con enlace cruzado al menos parcialmente, por encima de su temperatura de transicion de vidrio tiene propiedades elastomericas y, cuando se pone bajo carga mecanica (tal como mediante vibraciones) y/o cuando se perfora se puede producir el desarrollo de fisuras u otra caractenstica superficial que se desvfe de una superficie lisa. Ademas, tal material puede opcionalmente tener estructuras prexistentes, por ejemplo poros abiertos o poros cerrados que pueden ser abiertos por las caractensticas del segundo objeto que penetra en el primer objeto. El material termoplastico que puede fluir puede penetrar en estas fisuras poros u otras estructuras y con ello obturar la interfaz entre el primer y el segundo objetos. Al mismo tiempo, la interpenetracion de estas estructuras por el material termoplastico despues de la re- solidificacion del material termoplastico conduce a un interbloqueo del primer y segundo objetos a pequena escala (microscopica), y/o a una escala macroscopica. Este interbloqueo proporciona una conexion mecanica de encaje positivo entre las fases.
En esto, el material termoplastico que tiene interpenetradas las estructuras bajo presion (directa y/o hidrostatica) puede producir una deformacion permanente del primer material de objeto. Debido a que este material tiene al menos parcialmente enlace cruzado, todavfa tendra una memoria de forma y de este modo una tendencia a volver a su forma original. La deformacion producida por la introduccion de una caractenstica/o material del segundo objeto - que se puede ver como deformacion elastoplastica - de este modo hace que el primer material de objeto permanezca bajo algo de esfuerzo. Esto puede ser utilizado para producir una estabilizacion adicional - ademas del interbloqueo de las fases - y/o obturacion por el primer material de objeto que es presionado contra una parte de superficie del segundo objeto.
En un primera opcion, el primer material de objeto esta por encima de su temperatura de transicion de vidrio no solo durante el proceso de union sino tambien a una temperatura de utilizacion. Despues, permanecera elastomerico durante el uso.
En una segunda opcion, el primer material de objeto esta por debajo de su temperatura de transicion de vidrio a una temperatura de uso (por ejemplo temperatura ambiente). Despues, la deformacion provocada por el proceso de union sera “congelada”.
Las realizaciones de acuerdo con la segunda opcion produciran una posibilidad adicional. El primer objeto puede opcionalmente estar provisto en un estado en el que la superficie esta bajo esfuerzo, tal como un esfuerzo compresivo residual. Despues del calentamiento el primer objeto por encima de la temperatura de transicion de vidrio, el esfuerzo sera liberado. Esto se puede utilizar para soportar la obturacion o la union. Por ejemplo, el primer material de objeto puede comprender estructuras de union predefinidas que sin embargo estan cubiertas por la estructura congelada bajo esfuerzo. Como un primer ejemplo, el primer objeto puede estar provisto de un orificio cubierto con estructuras de retencion. Como segundo ejemplo, el primer objeto puede ser un material de poro cerrado con una superficie formada en fno (trabajada en fno) que en un estado congelado sea opticamente densa. Despues de la insercion local del segundo objeto y el calentamiento local alrededor de este, los poros se abren, y el material termoplastico licuefactado del primer objeto puede penetrar en los poros y con ello (adicionalmente) estabilizar la conexion.
El segundo objeto puede comprender una superficie de union para interactuar con la correspondiente parte de superficie del primer objeto, con una o mas de las caractensticas sobresalientes dispuestas para ser hechas avanzar en el primer material de objeto durante el proceso de union, es decir, que sobresalgan de la superficie hipotetica paralela a la parte de superficie del primer objeto. Tales caractensticas pueden de acuerdo con una opcion ser formadas de manera similar a los directores de energfa conocidos de soldadura ultrasonica - con las mismas dimensiones o a una escala mayor.
Las caractensticas sobresalientes especialmente pueden tener forma de puntas o nervios. Pueden tener un extremo
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o borde con punta perforante capaz de ser conducido localmente traves de la superficie (es dedr, no solo deforma elasticamente el primer material de objeto sino que rompe el material localmente) antes de que la fuente de energfa sea accionada o asistida por el efecto, especialmente de las vibraciones mecanicas.
Tales caractensticas sobresalientes pueden tener uno o ambos de los siguientes efectos:
- Debido a su estructura, facilita la generacion de ruptura local y fisuras o similares que pueden ser penetradas por el material, termoplastico licuefactado;
- Debido a su estructura sirven como directores de energfa definiendo ubicaciones en las que la energfa mecanica es predominantemente absorbida y transferida en calor, tanto en el material termoplastico como en el primer material de objeto. El primero, mediante el movimiento relativo, produce una pelfcula de material termoplastico fundido que puede obturar la interfaz entre el primer y el segundo objetos y con ello cerrar las roturas/fisuras.
En lugar de comprender una caractenstica sobresaliente, el segundo objeto puede, como un todo, ser alargado y tener una punta o borde que se puede presionar en el segundo objeto; las consideraciones anteriores acerca de la forma y la funcion de las caractensticas sobresalientes se aplican tambien a esta forma.
Del documento WO 98/42988 y WO 00/79137, se conoce un metodo de anclaje de un elemento de conexion en un material, poroso, tal como madera, que comprende presionar un elemento con material licuefactable (termoplastico) contra el material poroso hasta que el material termoplastico sea al menos parcialmente licuefactado y presionado en los poros del material porosos, de manera que despues de la re-solidificacion da lugar a un anclaje. Al contrario de los enfoques descritos en estas publicaciones, el metodo reivindicado de acuerdo con los aspectos de la presente invencion, comprende anclar en un material de enlace cruzado parcialmente - poroso o no poroso - por encima de su temperatura de transicion a vidrio. Esto tiene los siguientes efectos:
- Si la entrada de energfa se realiza mediante vibraciones mecanicas, el primer material de objeto vibra, tambien, y absorbe energfa debido a la friccion interna. Esto generara calor que puede contribuir a la licuefaccion del material termoplastico.
- El primer material de objeto sufre tanto deformacion elastica como deformacion irreversible (tal como mediante las fisuras formadas en el material).
o La deformacion elastica hara que el primer material de objeto permanezca bajo esfuerzo incluso despues del proceso de union. Esto es al contrario que lo descrito en el documento WO 98/42988 y WO 00/79137, en donde no se produce esfuerzo debido a que ninguno de los materiales implicados es deformado elasticamente y de este modo, el sistema esta en equilibrio mecanico despues de que haya finalizado la entrada de energfa.
o Las fisuras u otras distorsiones en el primer material de objeto son capaces de ser llenadas por el material termoplastico, y esto producira un anclaje despues de la resolidificacion. Debido a la elasticidad del primer material de objeto durante el proceso (es decir, debido a que esta por encima de su temperatura de transicion de vidrio), sin embargo las fisuras permaneceran siendo locales, es decir no hay riesgo de que el proceso produzca fisuras que destruyan el primer objeto. Especialmente el primer material de objeto y el material termoplastico pueden ser elegidos de manera que el polfmero, debido a la transicion de primer orden (fusion), sufre una retraccion termica mucho mayor que el primer material de objeto cuando se enfna a temperatura ambiente, de manera que existe una pequena tendencia a que las fisuras progresen despues del enfriamiento. Tambien, dado que el primer material de objeto a menudo sera calentado solo localmente durante el proceso, las partes del primer material de objeto que estan mas lejos y tienen frio remanente produciran una compresion del primer material de objeto en las proximidades de las regiones interpenetradas; y esto tambien evita que las fisuras crezcan.
Puede ser ventajoso (esto se mantiene para todas las realizaciones) si los materiales son elegidos de manera que la expansion termica durante el proceso es mayor que para el material termoplastico que para el primer material de objeto.
- Debido al esfuerzo bajo en cual el primer material de objeto permanente despues el proceso, puede haber una presion constante sobre la superficie del segundo objeto. Esto produce un elevado potencial para una union obturada, incluso aunque los materiales no sean miscibles y formen una interfaz bien definida entre ellos. El efecto de obturacion sucede tanto por una obturacion de tipo laberinto debido a la interpenetracion de las estructuras por el material termoplastico, como por el primer material de objeto que es localmente presionado contra la superficie del segundo objeto.
El metodo puede opcionalmente comprender las siguientes caractensticas y/o etapas:
- Durante la etapa de presionar el segundo objeto contra el primer objeto, se puede hacer que al menos una parte del segundo objeto penetre en el primer material de objeto, de manera que el primer objeto sea localmente roto. Esto se puede conseguir, por ejemplo mediante las caractensticas sobresalientes descritas anteriormente. Alternativamente, el segundo objeto en su totalidad puede ser alargado o tener forma de nervio, estando una parte distal presionada sobre el primer material de objeto.
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- En las realizaciones que tienen las caracteiisticas descritas anteriormente, una parte de superficie del segundo objeto o de la caractenstica sobresaliente del mismo puede ser diferente de la cilmdrica y puede tener punta y, por ejemplo, ser concava. Esto provoca la ventaja de que las partes de primer material de objeto que esta divididas por el segundo objeto o la caractenstica sobresaliente del mismo, son, por las fuerzas elasticas dentro del primer material, todavfa presionadas contra el segundo objeto.
- El segundo objeto o al menos una caractenstica sobresaliente del mismo pueden estar provistos de una parte ensanchada y, de manera proximal a la misma, de una parte de cuello, una extension radial de la cual es al menos en una direccion mas pequena que una correspondiente extension radial de la parte ensanchada, de manera que despues de la introduccion en el primer material de objeto - que tiene propiedades elasticas - surge un recorte que produce una conexion de encaje positivo macroscopico adicional.
- El metodo puede comprender la etapa de mantener una fuerza de presion despues de la etapa de aporte de energfa en el segundo objeto (y de este modo mientras se produce la resolidificacion del material termoplastico). Esto es una opcion para todas las realizaciones de la invencion; puede ser especialmente ventajoso en situaciones en las que ningun recorte macroscopico ayuda a la estabilizacion primaria y/o en situaciones en las que el primer material de objeto se vuelve comparativamente blando y pastoso durante el proceso y ofrece poca resistencia.
- El segundo objeto puede comprender un cuerpo de un material no licuefactable ademas del material termoplastico. Los materiales no licuefactables en este contexto son materiales que permanecen dimensionalmente estables bajo las condiciones que surgen durante el proceso. Ejemplos de materiales no licuefactables son metales, plasticos termoendurecibles, ceramicas, y termoplasticos con temperaturas de fusion bastante por encina de la temperatura del material termoplastico.
o El cuerpo del material no licuefactable puede por ejemplo constituir un nucleo o una parte del nucleo del segundo objeto y estar total o localmente revestido por el material termoplastico.
o Alternativamente, el cuerpo puede comprender una canulacion abierta al lado proximal, la canulacion conectada a aberturas en la superficie de union, en donde el elemento termoplastico que comprende el material termoplastico es insertado o insertable en la canulacion y presionado, bajo el impacto de energfa, en la canulacion hasta que las partes del material termoplastico son licuefactadas y presionadas fuera de las aberturas en el primer material de objeto mientras que el segundo material de objeto es presionado contra el primer objeto.
- El segundo objeto puede estar compuesto por varias partes de objeto, por ejemplo partes de objeto que inicialmente se puedan mover una con relacion a la otra y que sean soldadas o conectadas mecanicamente entre sf por el material fundido re-solidificado del material termoplastico;
- El primer material de objeto se puede elegir para tener enlace cruzado solo parcialmente antes del proceso de union, y en la epata de suministro de energfa en el segundo objeto, el primer material de objeto, debido al calor absorbido directamente y/o desde el segundo objeto, hacer que tenga mas enlace cruzado. Esto puede proporcionar estabilidad adicional despues del proceso de union. Por ejemplo, el primer material de objeto puede incluso ser elegido de manera que la temperatura de transicion de vidrio durante la etapa de aporte de energfa al segundo objeto o ligeramente despues se eleve por encima de la temperatura en la que el material termoplastico se vuelve fluido. Despues, la estructura que esta presente durante el proceso es congelada con una elevada estabilidad mecanica.
- El primer material de objeto puede ser proporcionado, o bien en un proceso de conformacion original o en una etapa de procesamiento de retirada de material mas tarde (por ejemplo perforando o punzando) con una indentacion que esta adaptada para tener la forma del segundo objeto o una protrusion del mismo de manera que cuando el primer y el segundo objetos son llevados juntos con el fin de presionar y suministrar energfa en el segundo objeto, el segundo objeto o la protrusion del mismo es al menos parcialmente insertada en la indentacion o es colocada sobre una boca de la indentacion. En las realizaciones en las que se desea una obturacion y/o conexion con las paredes laterales de la indentacion, la indentacion esta dimensionada para tener una seccion ligeramente mas pequena que el segundo objeto/protrusion, de manera que el primer material de objeto sea ligeramente deformado elasticamente por el segundo objeto.
Breve descripcion de los dibujos
En lo que sigue se describen formas de realizar la invencion y las realizaciones con referencia a los dibujos. Los dibujos en su mayona son esquematicos, En los dibujos, los mismo numeros de referencia se refieren a los mismos elementos o a elementos analogos. Los dibujos muestran:
la Fig. 1 una configuracion basica;
la Fig. 2 una interfaz entre el primer y el segundo objetos despues de la union;
la Fig. 3 la fuerza y la amplitud de vibracion en funcion del tiempo de procesamiento para un ejemplo de un metodo de acuerdo con la invencion;
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las Figs. 4-12 realizaciones de las formas del segundo objeto o las formas de las caractensticas del segundo objeto, as^ como las consideraciones de presion y flujo de material;
las Figs. 13a-13c el principio de sujecion de un tercer objeto al primer objeto utilizando el segundo objeto como conector;
la Fig. 14 una realizacion en la que el primer objeto, antes de la union, esta provisto de una indentacion adaptada a la forma del segundo objeto;
las Figs. 15-17 unas configuraciones con la energfa mecanica siendo suministrada en el segundo objeto indirectamente; y
la Fig. 18 una configuracion de una union combinada con soldadura.
Descripcion de las realizaciones preferidas
La Figura 1 muestra una configuracion basica de las realizaciones de la invencion. El primer objeto 1 es de un material que tiene enlace cruzado al menos parcialmente y esta en un estado elastomerico o puede ser llevado a un estado elastomerico por calentamiento. El primer objeto es por ejemplo de Poliuretano. En la configuracion mostrada, el primer objeto es poroso con una estructura de poro cerrada y con una porosidad comparativamente baja de por ejemplo un volumen de poros de alrededor del 10%.
El segundo objeto 2 es termoplastico. En una superficie (superficie inferior en la orientacion de la Fig. 1; la superficie de union), comprende una pluralidad de puntas de perforacion 11 o otras caractensticas que se desvfan de una superficie generalmente plana. La superficie opuesta a la superficie de union tiene forma de superficie de acoplamiento conformada para ser adaptada a una superficie de acoplamiento exterior de un sonotrodo 3. Especialmente, en la configuracion mostrada, esta superficie de acoplamiento interior es esencialmente plana. Como alternativa puede tener otra forma adaptada al sonotrodo; esto incluye por ejemplo una posible indentacion de guiado.
Para el proceso, la superficie del segundo objeto que comprende las puntas de perforacion (u otras caractensticas) es llevada a contacto con el primer objeto. El sonotrodo 3 presiona el segundo objeto en el primer objeto y suministra energfa de vibracion al segundo objeto. Debido a la friccion externa/o interna, la energfa mecanica es localmente adsorbida. De manera similar a un proceso de soldadura ultrasonica, las puntas 11 de la misma funcionan como directores de energfa definiendo la ubicacion en la que la intensidad de absorcion es particularmente elevada. Mediante el efecto comun de su forma y fuerza de presion, potencialmente ayudado por las vibraciones mecanicas, la puntas penetran en el primer material de objeto (aqrn; el PU), en donde este material puede estar localmente fisurado. Debido al efecto del calor generado en el segundo objeto, el material termoplastico del segundo objeto empieza a hacerse fluido y a fluir en las fisuras generadas por la deformacion del primer material de objeto y - si estan presentes - conducido a los poros abiertos del primer objeto.
En primer material de objeto tambien sera calentado tanto localmente como potencialmente por la condicion de calor procedente del segundo objeto por la friccion interna debida a los movimientos locales causados por las vibraciones. Este ultimo efecto (absorcion de energfa mecanica dentro del primer material de objeto) es especialmente significativo si/tan pronto como el primer material de objeto tiene propiedad elastomerica y esta por encima de su temperatura de transicion. Cuando la temperatura del primer material de objeto se eleva en las proximidades de la interfaz al primer material, el primer material de objeto se hace mas elastico allf Mediante esto, se puede causar esfuerzo adicional (y/o el esfuerzo conservado se puede liberar, como se expone mas adelante). Tambien, el primer objeto se vuelve mas deformable, de manera que la forma geometrica es ajustable. Tambien se pueden producir efectos de cicatrizacion de fisuras.
Cuando una parte deseada del material termoplastico es licuefactada y/o cuando la absorcion de energfa en el segundo objeto se hace, debido a una posible friccion, reducida debido a que el primer material de objeto se ha hecho mas elastico - demasiado baja para licuefactar adicionalmente cantidades sustanciales de material termoplastico, el transductor por el que se acciona el sonotrodo, es desconectado. Posteriormente, la fuerza mediante la cual el sonotrodo presiona el segundo objeto contra el primer objeto se mantiene durante algun tiempo hasta que el primer y segundo materiales de objeto son enfriados en cierta medida.
Despues del enfriamiento, el segundo objeto es anclado en el primer objeto por la interpenetracion del material termoplastico del segundo objeto en las estructuras del primer objeto. Tales estructuras del primer objeto pueden ser fisuras que hayan surgido por el proceso de presion del segundo objeto contra el primer objeto mientras el segundo objeto es sometido a movimiento de vibracion. Adicionalmente, si esta disponible, el material termoplastico tambien puede rellenar estructuras ya presentes en el objeto antes del proceso, especialmente los poros 5.
La Figura 2 muestra una punta despues el proceso. La figura ilustra el material termoplastico rellenando las fisuras 7 y el material termoplastico en un poro relleno 5.1. Como se observa en la Figura 2, la interpenetracion por el material termoplastico causa estructuras de recorte que crean una conexion de encaje positivo.
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Ademas, puede hacer un efecto de anclaje que surge de las propiedades elastomericas del primer objeto. El primer material de objeto durante el proceso debido a su calentamiento se hace localmente blando y maleable y se adapta a la estructura de las caractensticas introducidas del segundo objeto. Sin embargo, debido al hecho de que tiene enlace cruzado al menos parcialmente, la informacion en la forma original no se pierde. Despues del enfriamiento, el modulo de elasticidad sera incrementado de nuevo, y las deformaciones locales introducidas durante el proceso haran que el material este localmente bajo tension. Esto puede hacer que el primer y el segundo objetos sean localmente apoyados uno contra el otro - por el segundo material de objeto elastomerico presionando localmente contra la superficie del primer objeto. Mediante medidas geometricas apropiadas - tales como el recorte macroscopico, vease mas adelante - este efecto se puede aumentar.
Se ha observado que - dependiendo de las propiedades del material y de la forma geometrica - la conexion/union entre el primer y el segundo objetos es debil o el segundo objeto es incluso repelido inmediatamente despues de la desactivacion de la entrada de energfa. Esto puede ser explicado inicialmente en parte por el hecho de que el material termoplastico licuefactado no este totalmente endurecido inmediatamente despues de la desactivacion de la fuente de energfa. Ademas, la maleabilidad mejorada del primer material de objeto elastomerico puede facilitar una traccion del segundo objeto contra la fuerza elastica a ser superada debido al encaje positivo. El re-enfriamiento “congela” la estructura del material elastico incluso aunque todavfa puede estar bajo tension. La fuerza de traccion es, en consecuencia, aumentada. El periodo posterior a la presion tambien puede ser utilizado para un ajuste fino y/o correccion de la colocacion de ambos objetos asegurados.
Para una version del proceso, la Figura 3 muestra, en funcion del tiempo t, la fuerza de presion aplicada F (lmea continua) y la amplitud A de las vibraciones (o de manera equivalente, la potencia). En la version mostrada, se pueden observar las siguientes caractensticas:
A. La fuerza de presion empieza antes del aporte de energfa, es decir, el segundo objeto es presionado contra el primer objeto antes de que empiecen las vibraciones. Dada una estructura apropiada de las caractensticas del segundo objeto, el primer objeto puede con ello ser perforado antes de que las puntas o bordes del segundo objeto sean ablandados por la energfa absorbida.
Alternativamente a la configuracion mostrada, tal fuerza de presion inicial antes del comienzo de la entrada de energfa tambien puede ser elegida para ser mas elevada que la fuerza de presion durante las siguientes etapas del proceso.
B. Ambos, la fuerza de presion y la amplitud son elevadas en alguna etapa para producir una situacion en la que el material termoplastico suficiente licuefactado sea sometido a presion hidrostatica suficiente para penetrar en las fisuras y otras estructuras del primer material de objeto.
Al contrario de la configuracion ilustrada, por ejemplo sena posible elevar solo la fuerza de presion sin elevar la amplitud (o viceversa), o elevar la fuerza de presion y la amplitud en diferentes puntas en el tiempo.
C. La fuerza de presion se mantiene despues de que las entradas de energfa terminen hasta que la conexion sea suficientemente estable. Esta fase de presion sin vibracion se puede reducir o incluso evitar mediante las formas geometricas apropiadas de las caractensticas de los segundos objetos, como se describe con mas detalle mas adelante.
Las caractensticas A., B., y C. son todas opcionales y se pueden implementar independientemente una de la otra y en cualquier combinacion o variacion. Por ejemplo, es posible implementar solo la caractenstica A. (pero para despues dejar la fuerza de presion y/o amplitud constante y/o para parar la presion cuando el transductor sea desactivado), solo la caractenstica C. (las vibraciones son activadas cuando la fuerza de presion empieza, y ambas se mantienen despues constantes hasta que las vibraciones son desactivadas), solo la caractenstica B., o arbitrariamente otras combinaciones.
En otras realizaciones, se pueden elegir diferentes dependencias de presion-fuerza-tiempo y potencia-entrada- tiempo. De manera mas general, las curvas de presion-fuerza-.tiempo y potencia-entrada-tiempo se pueden variar en un amplio rango, sincronizas entre sf o no.
La Figura 4 muestra un ejemplo de un segundo objeto 2 compuesto por material termoplastico, en el que el segundo objeto comprende una pluralidad de puntas 11 sobre la superficie de union, estando aqrn las puntas dispuestas en un patron. Las puntas tienen forma concava con un extremo con punta adecuado para perforar el primer objeto.
En la realizacion de la Figura 5, el segundo objeto tiene, en lugar de puntas de perforacion, nervios 12. Los bordes formados por los nervios pueden opcionalmente ser suficientemente afilados para perforar el material de objeto. En la configuracion mostrada, los nervios tienen una superficie concava. Tambien son posibles otras formas de nervios distintas a los nervios rectos.
La Figura 6a muestra todavfa el principio de una conexion de tubo o manguito entre una primera parte de tubo de un polfmero con enlace cruzado al menos parcialmente (tal como un PU ligeramente espumado) que constituye el primer objeto 1 y una segunda parte de tubo de un termoplastico (tal como PE o PP) formado por el segundo objeto
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2. La Figura 6a muestra tambien el sonotrodo 3. Una configuracion como en la Fig. 6a constituye un ejemplo de una configuracion en la que el funcionamiento de un modo de campo lejano (la distancia entre la superficie de acoplamiento exterior del sonotrodo y la zona de licuefaccion corresponde a aproximadamente media longitud de onda o mas) puede ser ventajosa. La conexion que surge despues del proceso de union en la interfaz entre la primera y la segunda partes de tubo, debido al enfoque de acuerdo con la invencion, sera estanca al fluido.
Las Figuras 6b y 6c muestran variaciones de tal conexion de tubo o manguito, estando solo mostrada la region correspondiente a la region ilustrada en la elipse de trazos de la Figura 6a.
En la Fig. 6b, el segundo objeto esta provisto de un hombro 17 que sirve como tope en el proceso de union de manera que la posicion axial relativa esta bien definida.
En la Fig. 6c, el segundo objeto tiene en su extremo distal una caractenstica de manguito 18 que esta puesta sobre el extremo proximal (reborde) del primer tubo 1 y que discurre alrededor de todo el reborde. En el proceso de union, la caractenstica sobresaliente que comprende las puntas 11 o los correspondientes rebordes es presionada en el primer material de objeto y produce una expansion del mismo, de manera que el material elastico es desplazado ligeramente cerca del reborde, como se ilustra por las flechas dobles. Mediante esto, el material es adicionalmente presionado contra la caractenstica de manguito 18, y esto produce un efecto de obturacion adicional, especialmente util en situaciones en las que se espera el interior del tubo conectado este bajo presion durante su uso.
Una conexion del tipo ilustrado en las Figs. 6a - 6c puede por ejemplo ser utilizada para conectar pequenos vasos y/o dispositivos de transporte de lfquido en tecnologfa medica, o para conectar tales vasos/dispositivos con accesorios Luer o similares.
La Figura 7 ilustra como una forma concava de regiones de superficie de las puntas 11 u otras caractensticas del segundo objeto pueden contribuir a la union. El primer material de objeto perforado 1 es empujado a un lado por la caractenstica 11, como se indica mediante las flechas dobles. Debido a la elasticidad intnnseca del segundo material de objeto esto produce una fuerza contraria que presiona el primer material de objeto contra el segundo objeto. Como consecuencia, cuando el primer material de objeto tiene fisuras u otras estructuras (por ejemplo, poros) y existe material termoplastico, las fisuras u otras estructuras se rellenaran del material termoplastico, y esto dara lugar a un anclaje fuerte. Ademas, la presion del primer material de objeto elastico contra la segunda superficie produce una obturacion adicional.
La realizacion de la Figura 8 comprende una pluralidad de puntas 11, y una parte de superficie entera de la caractenstica que penetra en el primer material de objeto consta de extremos o bordes con punta con partes concavas entre los mismos. Esto provoca, despues de la presion en el primer material de objeto, un perfil de presion continuo, es decir, el primer material de objeto presiona de forma continua contra la superficie.
Dependiendo de las propiedades elasticas y la fragilidad y la tendencia a las fisuras a propagarse en el primer material de objeto (por ejemplo expresado en terminos de factor de intensidad de esfuerzo cntico Kic), tambien son factibles otras formas no cilmdricas, dependiendo de las propiedades de material del primer material de objeto. Tambien indentaciones preformadas adaptadas al proceso pueden estar presentes en el primer material de objeto; despues las formas del segundo objeto/protrusiones del segundo objeto se pueden elegir acordemente.
En todas las realizaciones, el segundo objeto ademas del material termoplastico - que constituye al menos una parte de la superficie en la que el segundo objeto es presionado en el primer objeto - puede opcionalmente comprender un constituyente de un material no licuefactable bajo condiciones que estan presentes durante el proceso de union. La Figura 9 ilustra un ejemplo del mismo. El segundo objeto tiene un cuerpo 21 de un material no licuefactable - por ejemplo un metal o una ceramica o un material termoendurecible curado - una pluralidad de puntas u otras estructuras con un revestimiento de un material termoplastico 22. Durante el proceso de union - que se realiza como se ha descrito previamente para un segundo objeto que consta de material termoplastico. El revestimiento termoplastico es al menos parcialmente licuefactado y puede ser desplazado. Especialmente, una region de punta (ilustrada mediante el cfrculo de trazos) el material termoplastico puede ser totalmente empujado a los lados por el movimiento de la caractenstica 11 en el segundo material mientras que el material termoplastico es licuefactado, de manera que el nucleo de la punta constituida por el cuerpo de material esta, en la region del extremo exterior de la caractenstica, en contacto directo con el primer material de objeto y puede contribuir a la accion de perforado.
La Figura 10 muestra todavfa una forma alterativa de una caractenstica sobresaliente del segundo objeto. El segundo objeto 2 mostrado en la Fig. 10 tiene una region de caractenstica para ser, durante el proceso de union, introducida en el primer material de objeto y apoyarse embebida por el primer material de objeto, y una region de apoyo proximal 30. La caractenstica 31 tiene forma de lanza aproximadamente con una region de punta 32 una region de ensanchamiento 33 y una region de cuello 34. Debido a que la region de cuello esta dispuesta proximalmente a la region de ensanchamiento, se puede obtener un recorte macroscopico el cual proporciona estabilidad adicional.
Los elementos con una region de cuello y una region de ensanchamiento distalmente respecto del mismo se pueden ver como un ejemplo de estructuras geometricas que causan las zonas de expansion y compresion proximas una a
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la otra en el primer material de objeto. Las propiedades de memoria de forma intnnsecas de los polfmeros con propiedades elastometricas en los mismos ayudan al proceso de anclaje. Como regla a cumplir, en tales configuraciones, el volumen de material desplazado corresponde al volumen de expansion. Tambien, cuanto mayor es el modulo de Young, menos pronunciada es la capacidad del material para ser desplazado/para expandirse y de este modo cuando mas pequenos son los volumenes de desplazamiento/expansion y mas cerca tienen que estar unos de otros - en otras palabras, la elasticidad del primer material de objeto determina el tamano de la estructura geometrica del segundo objeto - mayor es el modulo de elasticidad, mas pequenas son las estructuras, tales como la estructura con forma de lanza.
La Figura 11 ilustra el principio de anclaje de la realizacion de la Fig. 10. El material termoplastico en las regiones de trazos tendera a ser licuefactado y desplazado. Las flechas simples muestran el flujo potencial del material termoplastico con relacion al segundo objeto: el material por una parte sera desplazado hacia la region proximal debido al movimiento relativo. Por otra parte, tan pronto como las fisuras o poros u otras estructuras esten presentes en el primer material de objeto, la presion local hara que el material termoplastico sea desplazado hacia fuera dentro de dichas estructuras. Las flechas dobles muestran el desplazamiento del primer material de objeto. La region de ensanchamiento 33 desplazara el primer material de objeto - esto es por encima de su punto de transicion de vidrio durante el proceso - hacia fuera. Sin embargo, debido a que el primer material de objeto tiene enlace cruzado al menos parcialmente, las partes de material desplazado no pueden fluir alejanosle sino que induciran un esfuerzo en las regiones vecinas. Como consecuencia, las partes situadas de forma mas proximal (mas altas en la configuracion de la Fig. 11) seran presionadas radialmente hacia dentro para ser presionadas contra la region de cuello 34. Esto crea un recorte que estabiliza la union en contra de la traccion de la caractenstica del segundo objeto. Despues de que la entrada de energfa se detenga, los materiales se enfriaran, y esto congelara parcialmente la estructura del primer material de objeto incluso aunque permanezca bajo tension. El esfuerzo que permanece en el primer material de objeto en esta realizacion y en otras realizaciones de este modo hara que el primer objeto y el segundo objeto se apoyen localmente el uno en el otro.
La forma del tipo mostrado en la Figuras 10 y 11 asf como la correspondiente ensenanza son aplicables ambas, a un unico elemento (“espiga”) asf como a la caractenstica basica geometrica del segundo objeto de forma arbitraria, o como caractenstica geometrica de ubicaciones de anclaje (puntas de perforacion en las Figuras 1, 4 o nervios como en la Fig. 5).
La Figura 12a muestra todavfa una realizacion alternativa de un segundo objeto 2. Al contrario que en la realizacion de la Fig. 8, el material termoplastico no esta (o no solo esta) presente como un revestimiento del cuerpo 21 de un material no licuefactable. En su lugar, el cuerpo 21 comprende un orificio (o canulacion) 41 accesible desde el lado proximal (es decir, en el realizacion de la Fig. 11, desde el lado que se aleja del lado de union) desde el que el orificio o mas aberturas 42 se abren hacia el lado de union.
Para el proceso de union, en las realizaciones de este tipo, el cuerpo 21 es presionado en el primer material de objeto, como se ilustra en la Figura 12b. En el ejemplo ilustrado en la Fig. 12b, esto hace que las fisuras 7 se extiendan en el primer objeto.
Despues (o simultaneamente a esto) un elemento 43 - que pertenece al segundo objeto pero que puede estar opcionalmente separado del cuerpo 21 - del material termoplastico es introducido en el orificio desde el lado proximal y es presionado en el orificio 41 mientras la energfa mecanica es suministrada al elemento termoplastico 43 y mientras el cuerpo 21 esta todavfa siendo presionado en el primer material de objeto (Figura 12c). El material termoplastico es licuefactado en contacto con el cuerpo en el extremo distal del orificio 41, y las partes licuefactadas son presionadas fuera de las aberturas 42 en las fisuras 7, los poros u otras estructuras del primer material de objeto circundante. Durante esta etapa de licuefaccion, el cuerpo 21 puede ser presionado mas en el primer material de objeto para producir una region extendida del primer material de objeto en la que el material termoplastico ha penetrado.
En las realizaciones de este tipo, las caractensticas de perforacion, tales como la punta de perforacion 45 ilustrada - pueden ser de un material no licuefactable, por ejemplo, de metal. Esto puede ser especialmente ventajoso en situaciones en las que el primer objeto es duro y/o firme y diffcil de penetrar.
Son posibles combinaciones de este enfoque con otras formas de las caractensticas que son presionadas en el primer objeto - por ejemplo caractensticas con un recorte como se ha ilustrado en la Fig. 10.
La Figura 13a ilustra un principio de sujecion de tercer objeto adicional al primer objeto mediante el segundo objeto, de manera que el segundo objeto 2 sirve como un tipo de conector. En la realizacion mostrada, el tercer objeto 8 esta representado como una placa con una abertura pasante 51. El segundo objeto comprende una parte de arbol 53 que puede comprender al menos una punta o nervio o similar y puede ser vista como una caractenstica sobresaliente del tipo anteriormente mencionado. El segundo objeto tiene ademas una parte de cabeza 54. Para sujetar el tercer objeto 8, la parte de arbol es insertada a traves de una abertura y llevada a contacto contra la superficie del primer objeto, despues de lo cual, se realiza el proceso de union descrito aqrn. La parte de cabeza 54 sirve como un apoyo/tope cuando se apoya contra el tercer objeto y asegura el mismo contra el primer objeto. En esto, debido a la parte de cabeza - da lugar a una conexion de encaje positiva - macroscopica - entre el segundo y
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el tercer objeto.
El efecto de asegurar mediante una parte de cabeza 54 puede ser complementado o sustituido por una union directa entre el segundo y el tercer objetos. Para este fin, en la Figura 13b, el segundo objeto - que se supone que no es licuefactable, por ejemplo es metalico - esta provisto de una estructura 52 de poros abiertos. En el proceso de presionar el segundo objeto contra el primer y tercer objetos y suministrar energfa al segundo objeto, el material termoplastico del segundo objeto (de su parte de cabeza 54 si tiene la forma como en la Fig. 13a) es licuefactado en contacto con el tercer objeto y penetra en la estructura de poro abierto 52. Despues de la resolidificacion, este produce una (micro) conexion de encaje positivo entre el segundo y el tercer objetos.
La Fig. 13c muestra todavfa una variante del un tercer objeto en la que el mismo esta hecho de un material termoplastico adecuado para ser soldado al material termoplastico del segundo objeto. En la region proxima al reborde (regiones a trazos), despues de la absorcion de la energfa de vibracion, el segundo objeto puede ser soldado ultrasonicamente al primer objeto.
Para las realizaciones de las Figuras 13b y 13c, el segundo objeto y/o el tercer objeto pueden adicionalmente estar provistos de estructuras de direccionamiento de energfa en su interfaz mutua.
En las realizaciones del tipo descrito con referencia a las Figuras 13a - 13c, una parte de cabeza del tipo mostrado en las figuras no es un requisito. En su lugar, existen otras opciones para asegurar un tercer objeto. Por ejemplo, una abertura pasante y una correspondiente parte del segundo objeto pueden ser ambas conicas, o puede existir un ligero encaje a presion entre ellas. Por ejemplo, sena posible proporcionar una segunda parte de objeto cilmdrica como una seccion trasversal de exceso (con relacion a la abertura) por los directores de energfa, cuya segunda parte de objeto despues sea soldada al tercer objeto o conectada a una (micro) conexion de encaje positivo con las estructuras de anclaje del tercer objeto.
Tambien para el proceso, no es un requisito que una cabeza defina un apoyo/tope; tambien podna ser posible definir un tope u otros medios para un segundo objeto con forma de punta conica o cilmdrica, tal como medios externos, un tope definido por una parte conica, etc.
Por supuesto, las realizaciones descritas haciendo referencia a las Figs. 13a - 13c no estan restringidas a las formas representadas y descritas del segundo y tercer objetos.
La Figura 14 muestra todavfa una realizacion en la que el primer objeto esta provisto de una indentacion 62. Esta indentacion puede ser fabricada en el proceso de fabricacion original (por ejemplo fundicion) del primer objeto. Alternativamente, se puede anadir en una etapa de procesamiento posterior, por ejemplo mediante perforacion y otros procesos de extraccion.
La forma del segundo objeto 2 o una caractenstica sobresaliente del mismo esta adaptada a la forma de la indentacion 61. En la realizacion representada, la seccion trasversal/diametro exterior de la segunda caractenstica sobresaliente del objeto es ligeramente mayor que la seccion transversal/diametro de la indentacion de manera que el primer material de objeto sera presionado contra la superficie circunferencial de la caractenstica sobresaliente. Tambien, una o ambas de la caractenstica sobresaliente y la indentacion pueden ser ligeramente conicas. Ademas, sena posible proporcionar la caractenstica sobresaliente (no mostrada en la Fig. 14) con al menos un saliente en la periferia para producir un anclaje adicional en la pared circunferencial de la indentacion.
La Figura 15 muestra una configuracion en la que la energfa, a saber, la vibracion de la configuracion representada, es suministrada directamente en el segundo objeto 2, a traves de un tercer objeto 71. En la realizacion mostrada, el tercer objeto es un objeto que tiene propiedades elastomericas, tambien. En esto, por ejemplo, el tercer objeto tiene una temperatura de transicion de vidrio por encima de la temperatura ambiente, de manera que es inicialmente relativamente ngido y capaz de transmitir las vibraciones mecanicas procedentes del sonotrodo 3 al segundo objeto 2 (en la figura, se ilustra una pluralidad de segundos objetos) cuando el sonotrodo 3 presiona la disposicion contra un soporte 74 mientras vibra. Bajo el efecto de la presion y la energfa, los segundos objetos seran presionados ambos, en el primer y el tercer objetos mientras que las partes del segundo material de objeto se funden y se desplazan.
El proceso de presionar y suministrar la energfa a la disposicion puede continuar opcionalmente hasta que el primer el tercer objetos se apoyen el uno contra el otro, de manera que los segundos objetos puedan estar completamente dentro del elemento fabricado, de este modo y sirven como conectores ocultos.
El soporte 74 puede ser no vibrante o alternativamente, puede vibrar y ser el mismo un sonotrodo, de manera que el primer objeto sirve como “tercer objeto” en el sentido de la descripcion anterior y viceversa.
La configuracion de la Fig. 15 se puede alterar de diferentes formas. De acuerdo con una primera posibilidad, el tercer objeto puede ser de un material que no presente propiedades elastomericas bajo las condiciones de fabricacion. Por ejemplo, el tercer objeto puede ser de un material (metal, plastico duro, ceramicas, etc.) que transmita las vibraciones mecanicas y no experimente una transicion cuando sea calentado a la temperatura de fusion del segundo material termoplastico.
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En su lugar puede comprender una abertura con un recorte en el que el material termoplastico del segundo fluya cuando sea fundido durante el proceso, de manera que despues de la re-solidificacion el segundo objeto esta conectado al primer objeto por una conexion de encaje positiva.
Como una alternativa mas, el tercer material de objeto puede ser del un tipo que tenga una estructura porosa abierta y/o en el que el termoplastico licuefactado pueda penetrar cuando sea sometido a un presion hidrostatica, por ejemplo como se ha descrito en el documento WO 98/42988 y WO 00/79137. La Figura 16 muestra un ejemplo de tal configuracion en la que el tercer objeto 71 esta hecho de un material con base de madera (tal como una madera o un compuesto de madera).
El material con base de madera del tercer objeto es interpenetrado por el material termoplastico del segundo objeto cuando este material esta en un estado lfquido.
El segundo objeto comprende, en la realizacion ilustrada, una parte extrema proximal con forma de punta 37 que puede servir como un tipo de director de energfa.
La Figura 17 representa una configuracion en la que el tercer objeto 71 tiene partes de material termoplastico 71, que, durante el proceso, se sueldan al material termoplastico del segundo objeto 2.
La Figura 18 muestra un primer objeto 1 de una composicion en capas. Un primer objeto 91 comprende el polfmero o prepolfmero con enlace cruzado, al menos parcialmente, con propiedades elastomericas. Una segunda capa 92 es de un material termoplastico. Cuando el segundo objeto 2, ilustrado aqu con una forma similar a la Fig. 10, pero la ensenanza aplica a otras formas tambien, es presionado en el primer objeto bajo el efecto de las vibraciones mecanicas, dos efectos contribuyen a la union:
- En primer lugar, el segundo objeto es anclado en la primera capa 91 de primer objeto de la manera descrita anteriormente por el segundo material de objeto que interpenetra las fisuras, poros y/o deformaciones del primer material de objeto y posiblemente mediante el desplazamiento del primer material de objeto como se ha descrito con referencia a la Fig. 11.
- En segundo lugar, el segundo objeto es anclado en el primer objeto siendo soldado a la segunda capa 92.
Ademas de contribuir a la union, la soldadura entre el primer material de objeto y el segundo material de objeto proporciona un efecto de obturacion, que puede ser ventajoso en configuraciones, especialmente si la primera capa 91 es de un material con poros abiertos o si de otro modo la obturacion entre el primer material de capa y el segundo material de objeto no fuera suficiente para los fines de la aplicacion.
De manera similar, sena posible proporcionar tal segunda capa, en lugar de un polfmero termoplastico soldable, con un material y/o estructuras capaces de ser interpenetradas por el material termoplastico en un proceso como se ha descrito en los documentos WO 98/42988 y WO 00/79137. Ademas de, o como alternativa, sena posible proporcionar un segundo material con una cavidad (macroscopica) que comprenda un recorte que puede ser relleno por el material termoplastico.
En la realizacion descrita con referencia a la Fig. 10, la secuencia de las dos capas 91, 92 puede ser invertida. Ademas de, o como alternativa, pueden estar presentes capas adicionales. Tambien, sena posible proporcionar las diferentes partes de material no en capas sino en otras configuraciones geometricas.
En la realizacion de las Figuras 15 - 18, los segundos objetos tienen partes con forma de lanza, y en el primer (y tercer, si aplica) objetos, pueden ocurrir los efectos similares a los ilustrados haciendo referencia a la Fig. 11. Sin embargo, tambien sena posible utilizar segundos objetos con otras formas, por ejemplo como se ilustra con referencia a las Figuras 1 - 9. Ademas, en todas estas realizaciones se podna utilizar un numero diferente de segundos objetos, es decir, uno, dos, tres o mas segundos objetos.
Ejemplo
Fueron utilizados un primer objeto formado por una espuma de PU con poros cerrados que teman un volumen de poros toral de aproximadamente el 10% y un segundo objeto de PP con una superficie de union dentada. El segundo objeto tema una forma general rectangular con un tamano de 10x20x4 mm con una de las superficies grandes definiendo la superficie de union. La superficie de union del PP comprendfa una pluralidad de nervios paralelos que teman una altura de aproximadamente 1,5 mm y una distancia de aproximadamente 2,5 mm. La parte de PP fue presionada contra la superficie del primer objeto mediante un sonotrodo plano conectado a una maquina de Ultrasonidos Tessonic USP 3000 que funcionaba a 20 kHz, con una potencia maxima de 3 kW. La fuerza de presion elegida fue entre 300 y 450 N, y la amplitud entre 50 y 60 pm. Con estos parametros, la disposicion es operada en el modo de campo proximo. La presion y las vibraciones fueron aplicadas hasta que la espuma de PU localmente estaba en un estado elastico. Despues, la maquina fue desconectada y la fuerza de presion se mantuvo durante aproximadamente 20 s adicionales. Se produjo una conexion fuerte que resistfa las fuerzas de traccion de alrededor de 1,5 N/mm2 que uman las superficie. Cuando los objetos fueron desmantelados uno del otro, se podna mostrar que el PP habfa sido licuefactado en la superficie exterior y habfa envuelto las estructuras de espuma de
PU. No fue posible retirar el objeto de PP sin romper partes de la espuma de PU.
Las imagenes de microscopio de barrido electronico confirmaron que en la interfaz del objeto de PP, se habfan creado pequenas fisuras en el material de PU, cuyas fisuras fueron rellenas de material de PP. El PP tambien relleno algunos de los poros.
5 En experimented adicionales con segundos objetos formados comparablemente a las Figs. 6a y 6b, se encontro que la conexion era estanca al fluido y resistfa tanto la presion de agua como de aire hasta una presion maxima que dependfa de la forma inicial del segundo objeto.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para unir un segundo objeto (2) a un primer objeto (1), comprendiendo el metodo las etapas de:
    - proporcionar el primer objeto (1) comprendiendo un primer material de objeto que comprende un polfmero o prepoUmero con enlace cruzado al menos parcialmente;
    - proporcionar el segundo objeto (2) que comprende un material termoplastico;
    - presionar el segundo objeto (2) contra el primer objeto (1) y suministrar energfa al segundo objeto (2) hasta que el material termoplastico sea, al menos parcialmente licuefactado, y hasta que se consiga que el material termoplastico penetre en al menos uno de, las fisuras (7), poros (5) y deformaciones del primer material de objeto; y
    - dejar que el material termoplastico re-solidifique,
    caracterizado por que durante las etapas de presionar y suministrar energfa al segundo objeto (2) el primer material de objeto esta por encima de su temperatura de transicion de vidrio al menos en las proximidades de dichas fisuras (7), poros (5) o deformaciones en las que el material termoplastico penetra.
  2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el primer material de objeto es poroso y/o comprende un relleno no polimerico.
  3. 3. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer objeto (1) esta formado por el primer material de objeto o en el que el primer objeto (1) comprende partes del primer material de objeto y comprende ademas partes de un material adicional, en el que las partes del material adicional son soldables al polfmero termoplastico o son capaces de ser interpenetradas por el polfmero termoplastico de manera que despues de la re-solidificacion del polfmero termoplastico dan lugar a una conexion de encaje positivo.
  4. 4. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura de transicion de vidrio Tg,1 y una temperatura Tf1,2 por encima de la cual del material termoplastico puede fluir, mantienen la relacion Tf1,2 > Tg,1.
  5. 5. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer material de objeto y el material termoplastico son elegidos de manera que en primer lugar el primer material de objeto no es fundible y el primer material de objeto es fundible pero no miscible con el material termoplastico y de manera que en segundo lugar no experimentan ninguna union qmmica cuando se ponen en contacto entre sf a temperatura ambiente o a una temperatura Tf1,2 por encima de la cual el material termoplastico puede fluir.
  6. 6. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la energfa suministrada al segundo objeto (2) es una energfa de vibracion mecanica, en donde el segundo objeto (2) es preferiblemente comprimido entre un sonotrodo (3) y el primer objeto (1) en las etapas de presionar y suministrar energfa en el segundo objeto (2), y/o en el que el primer material de objeto preferiblemente absorbe la energfa debido a la friccion interna durante la etapa de aporte de energfa al segundo objeto (2).
  7. 7. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer material de objeto es elegido de manera que despues de las etapas de presionar y suministrar energfa al segundo objeto (2), el primer material de objeto permanece bajo una tension interna.
  8. 8. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el segundo objeto (2) comprende una superficie de union que es, antes de la etapas de presion y suministro de energfa al segundo objeto (2), llevada a contacto con una correspondiente parte de superficie del primer objeto (1), y en el que la superficie de union comprende al menos una caractenstica sobresaliente que preferiblemente comprende al menos uno de, una punta (11) o un nervio (12) y que por ejemplo es conducida a traves de las correspondientes partes de superficie del primer objeto (1) antes de la etapa de presion.
  9. 9. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que durante el etapa de presion se hace que al menos una parte del segundo objeto (2) penetre en el primer material de objeto, de manera que el primer material de objeto es localmente roto, en el que una parte de superficie del segundo objeto (2) preferiblemente tiene punta y es concava y/o en el que el segundo objeto (2) o una caractenstica sobresaliente del mismo preferiblemente comprende una parte ensanchada (33) y, proxima a la caractenstica ensanchada, una parte de cuello (34) con una extension radial que es mas pequena que una correspondiente extension radial de la parte ensanchada (33) al menos en una direccion.
  10. 10. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que despues de la etapa de suministrar energfa al segundo objeto (2), se continua la etapa de presionar durante un periodo posterior a la presion.
  11. 11. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el segundo objeto (2) comprende un cuerpo (21) de un material licuefactable y una parte del material termoplastico, por ejemplo el cuerpo
    (21) constituye un nucleo que esta al menos parcialmente revestido del material termoplastico o por ejemplo el cuerpo (21) comprende un orificio (41) abierto al lado proximal y al menos una abertura (42) a la superfine de union, en donde el segundo objeto (2) comprende ademas al menos un elemento (43) del material termoplastico, en donde el elemento (43) es insertado en la superficie de union y la energfa durante la etapa de aporte de ene^a al segundo 5 objeto (2), es suministrada a, al menos el elemento termoplastico (43).
  12. 12. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que durante la etapa de suministro de energfa al segundo objeto (2), se causa que el primer objeto (1) tenga enlace cruzado al menos parcialmente, localmente y/o en el que el primer material de objeto mantenga una memoria de forma durante la etapa de suministro de energfa al segundo objeto (2).
    10 13. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa de presion se
    ajusta antes de la etapa de suministro de energfa al segundo objeto (2) o en el que la etapa de presion se ajusta de manera simultanea con la etapa de suministro de energfa al segundo objeto (2).
  13. 14. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa de presion comprende las subetapas de presionar inicialmente con una primera fuerza de presion y presionar posteriormente
    15 con una segunda fuera de presion mas elevada.
  14. 15. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende las etapas adicionales de proporcionar un tercer objeto (8, 71) y de sujetar el tercer objeto (8, 71) al primer objeto (1) mediante el segundo objeto (2), en donde el tercer objeto (8, 71) es preferiblemente sujeto mediante una conexion de encaje positiva.
    20
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