專利名稱：在基材上施用加熱組合物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在基材上施用加熱組合物領(lǐng)域。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及利用可擠出的介質(zhì)如熱融粘合劑將片材粘結(jié)在一起的技術(shù)。
已知有各種加熱活化的組合物。例如，一種常用的粘合劑是熱融粘合劑，首先將它加熱成液體或其它可流動(dòng)狀態(tài)，然后施用于要固定在一起的兩個(gè)制品上。隨著冷卻，該組合物變得堅(jiān)固，并提供出將兩個(gè)制品固定在一定的粘合性能。使用熱融粘合劑將兩個(gè)合成材料的片材固定在一起已在本人早些時(shí)候的美國(guó)專利US4,861,401中得到描述。
根據(jù)這份早些時(shí)候的專利，該粘合劑組合物也是通過激光束進(jìn)行輻照的；在粘合劑沉積在要被固定在一起的片材上之后，所述的激光束照射到粘合線上。輻照有助于在粘合劑和材料之間獲得良好的粘合。
在表面硬化材料施用于金屬基材上之前，將其進(jìn)行輻謝被披露在US4,644,127(LaRocca)中。
預(yù)處理要被粘合的表面(見US4,931,125，Volkmann等人)和使用激光加熱并粘合熱塑性片材(見US4,069,080，Osborne；US4,636,609，Nakamata；和US4,029,535，Cannon)也是已知的。
現(xiàn)有技術(shù)存在著若干個(gè)缺點(diǎn)。例如，US4,861,404所告知的技術(shù)使激光能不能在粘合劑沉積之前幫助其溶化；除直線外不能調(diào)節(jié)粘合型式；在施加粘合劑和通過激光的隨后的加熱之間使得粘合劑有可能冷卻。盡管LaRocca的專利披露了對(duì)要被施加至表面上的金屬組合物的激光溶化，但是在組合物和激光束之間只能有最小程度的接觸，因此，不便于下面復(fù)雜的型式。
根據(jù)本發(fā)明，在組合物施用于基材上之前，通過將其通過把組合物的流徑和電磁能束的光徑相結(jié)合的噴嘴而加熱該組合物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該組合物是熱融粘合劑，能束是由釔鋁石榴石激光得到的。
通過橫切流徑延伸的通道，該噴嘴的流徑裝有液體粘合劑。該流徑可以是圓柱形的，但優(yōu)選是圓錐形的，以提供用于粘合劑的窄小的排出口。流徑排出口的另一端由允許激光束進(jìn)入流徑的光學(xué)窗口組成。將該光學(xué)窗口和流徑進(jìn)行定向，以致使激光束和流徑共軸。該光學(xué)窗口可以是平面的，但優(yōu)選具有彎曲的表面，以提供光能，從而使激光束能以與噴嘴的圓錐角相同的角度進(jìn)行聚集。這種布局能最大程度的將能量送至粘合劑上，防止噴嘴側(cè)壁和激光束之間的相互作用，而且能同時(shí)加熱基材和粘合劑。
噴嘴的排出口可以是圓形的或伸長(zhǎng)的。如果使用伸長(zhǎng)排出口的話，光學(xué)窗是圓柱形的，以使激光束的形式與排出口的形狀相匹配。例如，對(duì)于在較寬的表面區(qū)域上沉積可擠出的材料而言，應(yīng)使用伸長(zhǎng)排出口，該噴嘴將沿橫截伸長(zhǎng)開口方向的方向在該表面上移動(dòng)。
因?yàn)槟苁驼澈蟿┦侵睾系?，所以它們能容易地相?duì)于基材移動(dòng)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，基材連接至由數(shù)字式線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)的并由計(jì)算機(jī)控制的X—Y工作臺(tái)上。
選擇流徑的物理尺寸(例如其長(zhǎng)度和橫截面)，以提供激光和粘合劑間希望的相互作用以及基材上所希望的粘合劑珠粒的尺寸。粘合劑和激光之間的相互作用還通過粘合劑的吸收特性和激光的光譜來確定。而且，當(dāng)設(shè)計(jì)噴嘴時(shí)要考慮這個(gè)因素。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粘合劑為尼龍，能束由150W的釔鋁石榴石激光器產(chǎn)生時(shí)，提供流徑的長(zhǎng)度為0.5英寸、直徑為0.09英寸的噴嘴能提供出良好的結(jié)果。
噴嘴可以安裝在支架上，使之能拆卸并能用另一不同盡寸的噴嘴替代，使得有可能對(duì)不同厚度和種類的材料來調(diào)節(jié)噴嘴。
優(yōu)選只在其供至用來輸入到噴嘴的之前加熱粘合劑，從而以可流動(dòng)態(tài)裝入之。這省去了需要向粘合劑中添加化學(xué)品，這些化學(xué)品通常被要求用來防止由于加熱的粘合劑和空氣之間的相互作用而造成的降能，因此，本發(fā)明提供了更純的粘合劑。
要被固定在一起的片材可以是相互鄰接的，在這種場(chǎng)合，粘合劑放置在接觸線上。然而，如果一層(或多層)片材是多孔的話，可以將粘合劑放置在其它片材的頂上，使粘合劑穿過該片材而達(dá)到下面的片材上。


圖1是本發(fā)明的流程圖，示出了在目的基材上同時(shí)施加電磁能束和可擠出材料。
圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的橫截面圖。
圖3是圖示說明了根據(jù)本發(fā)明用可擠出材料粘合兩個(gè)片材。
圖4圖示說明了根據(jù)本發(fā)明用可擠出材料進(jìn)行粘合的另一實(shí)施方案。
圖5圖示說明了根據(jù)本發(fā)明用可擠出材料進(jìn)行粘合的又一實(shí)施方案。
圖6圖示說明了根據(jù)本發(fā)明用可擠出材料通過多孔目的材料進(jìn)行粘合。
圖1是圖示說明本發(fā)明原理的流程圖?？蓴D出材料1施加至目的基材2接觸部位的表面上，電磁能束3射到該基材的輻照部位上。輻照點(diǎn)5十分接近接觸點(diǎn)4，因此，可擠出材料被能束加熱，而保持液體或半液體狀。如果將可擠出材料暴露至環(huán)境條件擱置一段時(shí)間的話，隨著溶劑的損失或冷卻，通常將喪失這種液體或半液體狀態(tài)。如果輻照點(diǎn)和材料的接觸點(diǎn)分離至這樣的程度，以致使可擠出材料過快地喪失其液體或半液體狀態(tài)，那么將阻止該可擠出材料最大程度地滲入目的材料中。優(yōu)選該材料的接觸點(diǎn)和輻照點(diǎn)重合。
圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的縱截面圖。如該圖所示，材料接觸點(diǎn)與照點(diǎn)在施加點(diǎn)6處重合。因此，可擠出材料過快地冷卻和改變其狀態(tài)的可能性被減至最小程度。儲(chǔ)存器7含有可擠出材料1，例如熱融粘合劑，儲(chǔ)存器的大小和性能隨可擠出材料的性質(zhì)而變化。如果可擠出材料是熱塑性的，那么該儲(chǔ)存器將裝有熔融該材料的加熱器。如果可擠出材料是有很大蒸汽壓的溶劑基化學(xué)體系或化學(xué)品，那么該儲(chǔ)存器將是密閉的，以防止可擠出材料從儲(chǔ)存器中逸出。如果可擠出材料是水或空氣固化的膠液，那么儲(chǔ)存器將是密閉的，以防止對(duì)可擠出材料的性能起反作用的氧氣、水和其它化合物的進(jìn)入。如果可擠出材料是光固化的膠液，那么儲(chǔ)存器對(duì)于促進(jìn)膠液固化的那些頻率的光線必須是不透光的。
電磁能照源，優(yōu)選高能激光器8，提供電磁能束9。
可擠出材料通過泵10由儲(chǔ)存器進(jìn)行輸送，該泵優(yōu)選由能精確控制的數(shù)字式電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以調(diào)節(jié)體系輸送的可擠出材料的量。通過通道16將可擠出材料壓入噴嘴的流徑11。將光學(xué)窗12連接至噴嘴的一端，以閉合流徑的一端。然而該窗對(duì)于能束9的頻率是可以透射的，使能束9被直接導(dǎo)入流徑，并與可擠出材料接觸?？梢允构鈱W(xué)窗12具有光學(xué)功能而形成能束。流徑優(yōu)選是錐形的，將形成的能束與錐形流徑在同一角度會(huì)聚。直接將能束和可擠出材料導(dǎo)入共用的路徑保證了施加用的材料接觸點(diǎn)和重合，并保證了在能束和可擠出材料間足夠持續(xù)時(shí)間的相互作用。
噴嘴包括出口13，可擠出材料和激光束通過此出口排出。出口14的構(gòu)形確定可擠出材料珠粒15的大小和形狀。應(yīng)知道的是，通過可擠出材料和基材的吸收，激光束將在施用點(diǎn)處消失。
如果可擠出材料是光固化的膠液，那么必須仔細(xì)控制該材料在流徑中的體積，以防止該膠液在噴嘴內(nèi)固化。
根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施方案，可擠出材料1和激光束9穿過出口13，并被同時(shí)射到目的材料2上。為了便于這種同時(shí)的施用，可擠出材料的流徑和激光束的光徑是同軸的。這種布置不需要如通過使用反光鏡在混合室內(nèi)改變激光的光徑。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過數(shù)字式電機(jī)14在出口13的下面移動(dòng)基材。這提供了容易的數(shù)字式電機(jī)14和泵10，優(yōu)選通過微處理機(jī)的控制，以致使可擠出材料能沿基材以可以是直線或曲線的連續(xù)線，以及如點(diǎn)和劃的間斷線進(jìn)行施用。使用數(shù)字式電機(jī)是十分有益的，這是因?yàn)槠渚_的控制使可擠出材料能以可控的部分進(jìn)行施用。此外，可使用計(jì)算機(jī)或其它以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，以使目的材料的移動(dòng)與泵10的操作相一致，從而保證相對(duì)于目的材料以希望的量施用可擠出材料。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，可擠出材料對(duì)于激光束的電磁能稍微能透射一點(diǎn)，因此激光束的能量在噴嘴的流徑中未被完全吸收。選擇激光和可擠出材料的性能，以致使可擠出材料吸收足夠的激光能將可擠出材料加熱至希望溫度，另外還提供連續(xù)加熱可擠出材料和在可擠出材料沉積后的基材的能量。例如，可使可擠出材料過熱(過輻照)，以增強(qiáng)其滲入目的材料2。
圖3圖示說明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其中使用表面施用可擠出材料來進(jìn)行粘合。將兩片目的材料2對(duì)準(zhǔn)，其間有一優(yōu)選小于可擠出材料珠粒15的寬度的縫隙。出口13沿縫隙17移動(dòng)，從而將激光束和可擠出材料導(dǎo)引至兩片材上，以形成連續(xù)的接縫18。同時(shí)施加激光束能和可擠出材料，使可擠出材料能滲入兩片目的材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。因此，在縫隙以外，可擠出材料還滲入目的材料2中，這將形成平滑且牢固的對(duì)接粘合。這將提供出具有單一目的片材的外觀和性能的接縫。
圖4圖示說明了整個(gè)搭接的邊對(duì)邊對(duì)準(zhǔn)的兩片目的材料2的對(duì)接焊接，對(duì)接粘合在兩片材的側(cè)面上形成。接縫18沿縫隙17形成，從而將兩片材固定在一起。沿縫隙應(yīng)用少量軟質(zhì)可擠出材料，在已形成粘合后，將使相對(duì)于接縫的目的片材的移動(dòng)不受制約。
圖5圖示說明了沿兩目的片材的內(nèi)部連接線將兩片材進(jìn)行對(duì)接焊接。出口13置于小于可材料珠粒15尺寸的縫隙17的上方。該工藝使兩目的材料間的粘合線在目的材料的內(nèi)部形成。
應(yīng)明白的是，因?yàn)橥ǔ２灰笥腥魏慰蓴D出材料流入該間隙，所以圖3—5中所示的間隙17的尺寸可以是相當(dāng)小的。而使可擠出材料被迫直接滲入其上粘合有珠粒的目的材料中。還應(yīng)明白的是，在單一應(yīng)用中可以組合如圖3—5中所示的不同類型的對(duì)接粘合。例如，可以將一片目的片材的外側(cè)邊緣粘合至另一片材上的內(nèi)粘合線上。
此外，在圖3—7中所示的本發(fā)明的工藝還可以用來粘合不同成份的材料，只要每個(gè)要被粘合在一起的材料都易于表面施用可擠出材料。圖6圖示說明了根據(jù)本發(fā)明的方法將一片多孔目的材料21粘合至第二材料19上。將取自出口13的可擠出材料沉積在多孔目的材料上，并同時(shí)通過激光束進(jìn)行輻照，以使可擠出材料如20處所示滲入多孔材料，并與第二片材19接觸，因此在兩片材間形成了牢固和連續(xù)的粘合。當(dāng)目的材料在出口下面移動(dòng)時(shí)，在材料19和21之間形成了牢固和連續(xù)的接縫18。
根據(jù)圖6的實(shí)施方案，可以彼此成層鋪設(shè)許多多孔材料，以致使可擠出材料滲入每一層中，并使之與相鄰層粘合。因此，利用可擠出材料，可以將許多多孔層粘合成單一結(jié)構(gòu)。
所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)熱練人員將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種將可熱活化的聚合物組合物施用于基材上的方法，該方法包括將所述的組合物以液態(tài)供至將所述組合物分散在所述基材上的流徑中，并同時(shí)用能束輻照在所述流徑中的所述組合物，其中所述的能束被定形成與所述流徑相同的形狀，并直接導(dǎo)入所說流徑中的所述組合物中，從而將所述能束的能量傳遞至所述的組合物上，并且在所述組合物施用至基材上之后將能量傳遞到該基材上，以加熱該基材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的組合物是可擠出的介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的能束是激光。
4.一種將可熱活化的聚合物組合物施用于基材上的裝置，該裝置包括形成流徑的設(shè)備，該設(shè)備用來接收液態(tài)的所述組合物并用來沿所述的流徑將所述的組合物導(dǎo)引至所述的基材上；以及另一設(shè)備，該設(shè)備用來將能束定形成與所述流徑相同的形狀，并將所述能束直接導(dǎo)入所述流徑內(nèi)的所述組合物中并導(dǎo)引至所述基材上，以輻照在所述流徑中的所述的組合物，從而將所述能束的能量傳遞至所述的組合物上，并在所述組合物施用于所述基材上之后用所述能束輻照所述的基材。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中所述的形成流徑的設(shè)備有一噴嘴。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中所述的噴嘴含有在橫截方向上向所述流徑提供所述組合物的設(shè)備和與所述流徑對(duì)準(zhǔn)用來將所述能量透射入所述流徑內(nèi)的光學(xué)窗。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中所述的流徑是錐形的，并且還含有將所述能束沿所述流徑聚集的設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中所述的用于聚集的設(shè)備含有與所述流徑對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)窗。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，還含有支撐所述噴嘴的可拆卸設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，還含有將所述組合物以液態(tài)供至所述流徑的連接所述噴嘴的設(shè)備。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述的組合物是熱融粘合劑，所述能束是激光束。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述的供料設(shè)備含有熔融所述組合物的加熱器，以及將所述熔融的組合物供至所述噴嘴的泵。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述的儲(chǔ)存器，加熱器和泵緊密地連接所述的噴嘴。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，還含有根據(jù)預(yù)定的型式相對(duì)于所述噴嘴移動(dòng)所述基材的設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中所述的形成流徑的設(shè)備含有將所述能束透射至所述流徑內(nèi)的光學(xué)窗。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述的激光器是釔鋁石榴石激光器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中所述的熱融粘合劑是尼龍。
18.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法制得的制品。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的制品，包含通過所述組合物粘合在一起的兩個(gè)片材。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的制品，其中所述的兩個(gè)片材是對(duì)接粘合的。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的制品，其中所述的兩個(gè)片材是搭接粘合的。
全文摘要
將如熱融粘合劑這樣的可擠出材料施用至基材上，同時(shí)通過激光束進(jìn)行輻照。激光的能量被粘合劑和基材吸收，從而使粘合劑滲入織物。當(dāng)施用于兩基片之間的縫隙上時(shí)，可擠出材料產(chǎn)生了非常牢固的粘合。當(dāng)其中之一的基材是多孔材料時(shí)，可擠出材料將透過該多孔材料，與下面的層接觸，從而形成粘合?？蓴D出材料是通過噴嘴施用的，而激光束與可擠出材料的流徑同軸地被導(dǎo)引通過該噴嘴。同軸布置有利于在復(fù)雜形式時(shí)噴嘴和激光束的移動(dòng)，并能保證同時(shí)施用可擠出材料和激光束。
文檔編號(hào)B32B27/00GK1117278SQ94191052
公開日1996年2月21日 申請(qǐng)日期1994年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月29日
發(fā)明者克雷格·A·內(nèi)夫 申請(qǐng)人:Ast控股有限公司