激光焊接的方法和组合物技术

一种使用激光辐射将第一聚合物物体（１０２）焊接到第二聚合物物体（１０４）的方法，其中第一聚合物物体对于激光辐射是相对透明的，第二物体对于激光辐射是相对不透明的，所述的第一和第二物体各自具有接触面，第一物体具有与其接触面相对的对撞面（１１６），所述的方法包括步骤１．使第一和第二物体的接触面物理接触，使得在其之间形成结合点，和步骤２．用激光辐射来辐照第一和第二物体，以便该激光辐射撞击对撞面（１１６），经过第一物体并辐照第二物体的接触面，使得第一和第二物体（１０２，１０４）在接触面的结合点处被焊接，其中所述的第二聚合物物体是由包括具有空隙的材料的热塑性聚合物组合物形成的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种激光焊接包含热塑性聚合物组合物的物体的方 法，所述的组合物包含具有空隙的材料。专利技术背景经常期望制造模塑聚合物部件(parts),其可以机械装配成更复杂 的部件。传统上，塑料部件通过胶合或螺拴将它们连接在一起或者使 用搭扣配合(snap-fit)连接或者使用化学方式例如粘接剂来装配。这些 方法具有缺点，即它们将复杂的另外的步骤增加到所述的装配方法 中。搭扣配合连接通常并非是气密性的和液密性的，并且可能需要复 杂的设计。更新的技术是振动和超声焊接，但是这些技术可能同样需 要复杂的部件设计和焊接设备。此外，所述方法的摩擦会产生能够污 染部件内部的尘屑。当涉及到敏感的电气或电子元件时，这是个特殊 的问题。最近发展的技术是激光焊接。在这种方法中，两种待结合的聚合 物物体在所使用的激光的波长下具有不同程度的光透射。 一种物体在 该激光光线的波长下是至少部分透明的(并被称为"相对透明的"物 体)，而第二个部件吸收了大部分的入射辐射(并被称为"相对不透明 的"物体)。每种物体具有接触面(faying surface)并且相对透明的物体具 有相对于其接触面的对撞面(impingingsurface)。将接触面接触，由此 形成结合点(juncture)。激光束对准相对透明的物体的对撞面，以便其 通过该第一物体并辐照第二物体的接触面，使得第一和第二物体在接 触面的结合点处被焊接。大致参见U.S. 5,893,959,其在此引入作为参 考，和JP S60-214931 A以及JP S62-142092 A。这种方法可以是非常 干净、简单和快速的并具有非常强的、可易于再现的焊接和显著的设 计适应性。但是，某些材料可能难于激光焊接，并且可能将不同的添加剂加 入到组合物中来改善激光焊接能力。JP 2004-250621 A中描述了 一种适于激光焊接的树脂材料，其具 有平衡的优异的耐热性、空间稳定性和激光焊接能力。所使用的材料 包含填料例如玻璃。JP 2004-268427 A描述了一种模塑聚合物制品，其包含第一聚合 物模塑件和第二聚合物模塑件，第一聚合物模塑件具有对于500-1200 nm波长的光线15-80%的透射率，第二聚合物模塑件由发泡模塑来制 造并含有玻璃填料以及具有0.1-15%的光透射率。由于该第二模塑件 可以用作激光焊接方法中的相对不透明的制品而不需要着色剂的加 入，因此其可以以其天然的颜色来模塑。专利技术4既述这里公开并要求保护一种使用激光辐射将第一聚合物物体焊接 到第二聚合物物体的方法，其中第一聚合物物体对于激光辐射是相对 透明的，第二物体对于激光辐射是相对不透明的，所述的第一和第二 物体各自具有接触面，第一物体具有与其接触面相对的对撞面，所述 的方法包括步骤(l)使第一和第二物体的接触面物理接触，使得在其之 间形成结合点，和步骤(2)用激光辐射来辐照第一和第二物体，以便该 激光辐射撞击对撞面，经过第一物体并辐照第二物体的接触面，使得 第一和第二物体在接触面的结合点处被焊接，其中所述的第二聚合物物体是由包括具有空隙的材料的热塑性聚合物组合物形成的。 附图说明图l(a)是用于激光焊接中的两个试样的顶视图。图l(b)是被激光焊接的两个试样的顶视图。图2(a)是用于激光焊接加工中的相对不透明的试样的视图。图2(b)是用于激光焊接加工中的相对透明的试样的视图。图2(c)是被激光焊接的两个试样的侧视图。专利技术详述已经发现当至少 一种热塑性聚合物与至少 一种含空隙的材料熔 融混合时，可以获得用于形成部件的热塑性组合物，该组合物可以使 用低辐照能方便的进行激光焊接。本专利技术的热塑性组合物优选具有高的热导率。该组合物优选具有大约0.05到大约0.6W/mK,或更优选大约0.1到大约0.45 W/mK的热导率。合适的热塑性聚合物的例子包括但不限于聚缩醛、聚酯(包括芳族 聚酯和脂族聚酯)、液晶聚酯、聚酰胺、聚烯烃(例如聚乙烯和聚丙烯)、 聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物(ABS)、聚苯醚、聚苯硫、聚 砜、多芳基化合物、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚苯乙烯和 间规聚苯乙烯。优选的是聚缩醛、聚酯和聚烯烃。具有低熔点的聚合物对于某些应用是优选的，因为它们可以用比 具有更高熔点的聚合物更低的激光能来焊接。这可以降低焊接周期时 间和能耗，其可以导致焊接成本的降低。所述的聚缩醛(也被称为聚甲醛)可以是一种或多种均聚物、共聚 物或其混合物。均聚物是通过曱醛和/或甲醛等价物例如曱醛的环状低 聚物的聚合来制备的。共聚物衍生自一种或多种通常用于制备聚缩醛 的除了曱醛和/或曱醛等价物之外的共聚单体。通常所用的共聚单体包 括乙缩醛和环醚，其导致了在聚合物链中引入了具有2-12个连续的碳 原子的醚单元。如果选择共聚物，则共聚单体的量不超过20重量％, 优选不超过15重量％,并仍然更加优选大约2重量％。优选的共聚单 体是1,3-二氧戊环、环氧乙烷和环氧丁烷，这里1,3-二氧戊环是更优 选的，并优选聚缩醛共聚物是其中共聚单体的量是大约2重量％的共 聚物。同样优选的均聚物和共聚物是1)均聚物，其的端羟基基团是 通过化学反应封端来形成酯或醚基团；或，2)共聚物，其是不完全封 端的，但是其具有一些来自共聚单体单元的自由羟基端或者是用醚基 团终止的。优选的均聚物端基是乙酸根和甲氧基并且优选的共聚物的端基是羟基和曱氧基。优选的热塑性聚酯(其具有，大部分或者全部，酯连接基团)通常 衍生自 一种或多种二羧酸(或它们的衍生物，例如酯)和一种或多种二 醇。在优选的聚酯中，二羧酸包含以下中的一种或多种对苯二酸， 间苯二酸和2,6-萘二羧酸，并且二醇组分包含以下中的一种或多种 HO(CH2)nOH (1)， 1,4-环己烷二甲醇，HO(CH2CH20)mCH2CH2OH (II),和HO(CH2CH2CH2CH20)zCH2CH2CH2CH2OH (III)， 其中n是2-10的整数，m平均起来是l-4， z平均起来是大约7到大 约40。要注意的是(II)和(m)可以是化合物的混合物，其中m和z分 别可以变化并且由于m和z是平均数，因此它们不必是整数。其他可 以用来形成热塑性聚酯的二酸包括癸二酸和己二酸。羟基羧酸例如羟 基苯曱酸可以用作共聚单体。特别优选的聚酯包括聚(对苯二甲酸乙二 醇酯)(PET)、聚(对苯二曱酸丙二醇酯)(PTT)、聚(对苯二曱酸1，4-丁二 醇酯)(PBT)、聚(2,6-萘曱酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸1，4-环己基二亚 曱基酯)(PCT)、具有聚(对苯二曱酸1，4-丁二醇酯)和聚(四亚曱基醚)二 醇嵌段的热塑性弹性体聚酯(Hytre1⑧，E丄DuPont de Nemours & Co., Inc., Wilmington, DE19898 USA)和任何这些聚合物与任何上述的二醇 和/或二羧酸的共聚物。合适的聚酯还包括液晶聚酯。脂族聚酯的例子，包括但不限于，聚(s-己内酰胺)、聚(乳酸)、聚 (琥珀酸丁二醇酯)和聚(琥珀酸乙二醇酯)。合适的聚酰胺可以是二羧酸或它们的衍生物和二胺，和/或氨基 羧酸的缩合产物，和/或内酰胺的开环聚合产物。合适的二羧酸包括 己二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、间苯二酸和对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用激光辐射将第一聚合物物体焊接到第二聚合物物体的方法，其中第一聚合物物体对于激光辐射是相对透明的，第二物体对于激光辐射是相对不透明的，所述的第一和第二物体各自具有接触面，第一物体具有与其接触面相对的对撞面，所述的方法包括步骤（１）使第一和第二物体的接触面物理接触，使得在其之间形成结合点，和步骤（２）用激光辐射来辐照第一和第二物体，以便该激光辐射撞击对撞面，经过第一物体并辐照第二物体的接触面，使得第一和第二物体在接触面的结合点处被焊接，其中所述的第二聚合物物体是由包括具有空隙的材料的热塑性聚合物组合物形成的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H莫里，K纳卡吉马，H纳卡穆拉，M纳卡塔尼，M厄达，T瓦塔纳贝，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[]