用于结合电气或电子元件的塑料部件的方法 |
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| 申请号 | CN200780030257.X | 申请日 | 2007-08-15 | 公开(公告)号 | CN101501111B | 公开(公告)日 | 2012-09-05 |
| 申请人 | 菲尼克斯电气公司; | 发明人 | S·西克; T·科克约汉; C·赫尔米格; | ||||
| 摘要 | 公开了一种用于结合电气或 电子 元件、优选特别是多极插塞连接件、的两个或更多个塑料部件的方法，其中待结合的塑料部件借助于 粘合剂 在粘合方法中彼此结合，其中粘合剂以如下方式选择：该粘合剂经配置以与构成待粘合的塑料部件的塑料相容。由此确保该结合的高品质；此外这导致用于构造电气和电子元件的材料减少并且也简化拆卸和回收。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于结合电气或电子元件的两个或更多个在每一情况下由聚酰胺或聚对苯二甲酸酯构成的塑料部件的方法， |
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| 说明书全文 | 用于结合电气或电子元件的塑料部件的方法[0001] 本发明涉及一种用于组装(Zusammenbau)可以在颜色、形状和功能上不同的电气或电子装置、特别是模块、优选多极插塞连接件(Steckverbindung)的方法。本发明还包括借助该方法制备的产品。借助根据本发明的方法，可以借助新的粘合剂或聚合物焊接方法结合具有聚合物外壳的模块元件(Bauteil)，其特别导致持久和耐热、耐冷和耐潮湿的元件结合(Verbindung)或粘合( )。特别地，本发明涉及用于结合电气或电子元件的、优选特别是多极插塞连接件的两个或更多个塑料部件的方法，以及以此方式结合或接合(zusammenfügen)的产品及其用途。 [0002] 目前可供使用的电气设备和组件(Komponent)的塑料或聚合物外壳由聚合物(例如聚酰胺，如聚酰胺6(PA 6)或聚酰胺6，6(PA 6，6))或者聚对苯二甲酸酯(例如聚对苯二甲酸丁二醇酯)(PBT)组成。 [0003] 通常，特别是多极插塞连接件的外壳，具体地来说是塑料外壳以注塑方法制备。为了专门生产和大量生产许多具有相同结合位点的功能变化形式和颜色变化形式的设备，预先生产具有不同颜色和功能的模块。各个模块在具有尽可能短的加工时间的方法中接合。 [0004] 目前对于结合塑料部件使用的卡槽体系(Rastsystem)在塑料部件之间的结合强度方面具有一定限制。为了结合塑料部件，合适的粘合剂(例如丙烯酸类粘合剂(Acrylklebstoff)或者基于聚氨酯的粘合剂)尽管在许多情况下具有足够的粘合性能，但是在生产速度和生产率方面来看固化太慢了；因为粘合剂和外壳的聚合物材料显示出不同的热膨胀行为，这还可能在设备经受气候变化时导致粘合剂的脱落。 [0005] 其它用于结合塑料部件的方法是本领域技术人员已知的：例如用溶剂冷焊或者用熔融聚合物喷焊(Spritzschweiβen)的方法是本领域技术人员已知的。但是，对在负载下出现的断裂位置的分析显示出在粘合层中常有裂纹，这导致接合的塑料部件之间的结合失效。 [0006] 在组合预生产的塑料部件时出现的另一问题是根据遵守根据不同规范、标准对最终产品尺寸的要求。 [0007] 因此，为了能够限制元件在功能和颜色上的变化性，合意的是，所需的在尺寸上的差别通过在塑料部件之间的粘合层的厚度变化来实现。但是，利用溶剂的冷焊方法却导致各塑料部件接触面的溶胀，这可能不能填充限定的间隙( )。与此不同的是，常规的粘合方法在厚的粘合剂层时具有粘合问题：目前使用的粘合剂的特点在于高的粘合力和目标在于作为在两个表面之间的薄层产生强的粘附力；在较厚的粘合剂层的情况下，由于在粘合剂材料内的低的粘附力，特别是在气候和/或机械负载情况下，这可能导致粘合剂层中的裂纹。 [0008] 除了上述方法之外，在现有技术中还开发了各种热塑性塑料焊接方法，例如高频焊接、振动焊接、激光照射焊接(Laserdurchstrahlschweiβen)和旋转焊接(Rotationsschweiβen)。这些方法尽管适用于大范围的焊接条件和加工参数；但是在所有方法中这导致在接触面的能量释放。尽管原则上可以调节各塑料材料的熔融，但是这带来两个决定性的缺陷：其一是所述能量释放可能影响结晶和非晶态热塑性塑料材料之间的比例，由此在相关产品使用时，在热和/或机械负载情况下，这可能导致材料中的内部应力。其二，可能需要添加剂，以促进经熔融材料在接触面上流动，但是由此可能带来不合意的副作用，例如滑动性或者材料的绝缘性能的改变。 [0009] WO 95/26868A1记载了使用高结晶的聚酰胺和非晶态的半芳族(halbaromatisch)聚酰胺的特定混合物，以改善振动焊接、超声焊接、红外线焊接和加热元件焊接的结果。US2002/143117A1记载了芳族聚酰胺和脂族聚酰胺之间的最优比例，以实现在焊接时的最佳结果。EP0070001A1记载了经选择的热塑性塑料聚酰胺共聚物和半结晶的聚酰胺用于制备铸模树脂(Gieβharz)的用途。上述公开文献利用由非晶态热塑性塑料和结晶热塑性塑料组成的混合物的优点，但是其中各材料由至少两种不同的聚合物组成，使得在回收时带来费用提高。 [0010] EP 1254919A1记载了使用具有不同软化温度的聚酰胺和一并使用增加在焊接时的熔体剪切粘度的添加剂的优点。US 4919987A记载了一种用于振动焊接的最优表面形状和接触面的最优表面结构。 [0011] 但是，所有上述公开文献均需要能量释放，这对于最终产品的热过程和非晶体材料对晶体材料的比例带来不利影响。 [0012] 尽管在塑料加工工业中，例如在接合PVC软管材料或者为了制备PVC地板面砖之间的接缝时也使用冷焊方法。但是，这类方法不适用于用于电气和电子元件领域的塑料材料。特别地，该方法不适用于热塑性塑料材料(例如聚酰胺或聚对苯二甲酸酯)，或者组合浇注塑料部件(特别是以注塑生产的塑料部件)。特别要注意的是，对此已知的是，聚酰胺对于热量产生敏感和严重地发生反应，和热过程可以对最终产品的材料性能带来显著的影响。 [0013] 因此，本发明基于如下任务：提供用于结合电气或电子元件的塑料部件的、特别是优选多极插塞连接件的，高效加工方法，该方法至少基本避免或者至少弱化了现有技术方法的上述缺陷。 [0014] 申请人现令人惊奇地发现，电气或电子元件的、特别是优选多极构造的插塞连接件的，塑料部件可以以如下方式高效地彼此结合：将待结合的塑料部件借助下面粘合剂在粘合方法中彼此结合，所述粘合剂经如下方式选择：该粘合剂经配置以与构成待粘合的塑料部件的塑料相容。本发明的其它的、特别是有利的实施方案是从属权利要求的主题。 [0015] 本发明的另一主题是利用本发明方法获得的产品，其具有以本发明方式结合的塑料部件，特别是模块元件(例如外壳部件)。 [0016] 特别地，在本发明范围内使用基于与待粘合塑料部件相比相同或者同类的聚合物，特别是该粘合剂包含该聚合物或者由该聚合物构成。 [0017] 在本发明的一个特别实施方案中，待粘合的塑料部件(例如外壳的模块部件或者相容部件)本身由彼此相同或者同类或者至少彼此相容的聚合物组成，并选择基于与待粘合的塑料部件的聚合物相比相同或者同类的聚合物的粘合剂。 [0018] 本发明的方法带来许多优点，其将在下面在一些实施例中阐述： [0019] 基于下面事实，本发明所用的粘合剂以如下方式选择：其经配置以与待粘合的塑料部件的塑料或聚合物相容，特别是基于与待粘合的塑料部件相同的或者同类的聚合物，产生无应力的粘合，也即将经粘合的塑料部件接触面和粘合剂层之间的内应力降低至最低或者不产生。 [0020] 由于针对一方面粘合剂的构造和另一方面待粘合的塑料部件的同类的或者相同的聚合物材料，得到了同类的聚合物结构，其在物理化学性能和机械性能方面具有相同或者同类的性质。在气候和/或机械负载条件下，相同或者同类的聚合物材料以相同的方式调节，使得即使在极端条件下也避免产生应力。 [0021] 此外，针对一方面根据本发明的经选择的粘合剂和另一方面是电气或电子元件的待粘合塑料部件使用同类聚合物材料导致显著的简化和用于构造该元件的材料减少。由此同样显著简化了拆卸和回收。还可以由此显著改善粘合的耐久性和稳定性，特别是即使在极端负载条件(例如热、气候和/或机械负载)下也是如此。 [0022] 由于针对一方面所用的粘合剂和另一方面待粘合的塑料部件同类的聚合物材料，在粘合剂粘合和固化后得到均匀的稳定结构或者均匀的复合物。由于该复合物的稳定性，使得同样可以在宽范围内改变粘合剂施加的量和厚度，而不降低粘合结合的品质；以这样的方式可以让待粘合的塑料部件的接触面之间的粘合层的厚度在宽范围内变化，这可以用于有目的地变化或者调节电气或电子元件的尺寸，特别是在保持特定尺寸(例如针对不同要求、规范、标准等)方面而言进行变化或调节。 [0023] 本发明的方法使得特别可以用聚合物外壳接合或结合由模块构成的电气结合部位，其特别由热塑性塑料(例如由聚酰胺或聚酯，特别是聚对苯二甲酸酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT或它们的共聚物或混合物等))构成。本发明使用的粘合剂有利地选自与待粘合的塑料部件相同的基础聚合物，使得以此方式还可简单地回收材料。特别地，所用的粘合剂材料能够填充待粘合的塑料部件之间的特定间隙，以还满足对产品最终尺寸的要求，这些要求例如通过用户或者因地域而异的条件(例如规范、标准等)提出。由于有目的地选择粘合剂材料，确保了粘合剂结合区域的持久粘附和内聚。 [0024] 本发明下面依据特别的实施方案进行描述，但是其无论如何不限制本申请的主题，而仅用于阐述一般性的发明构思。 [0025] 在本发明范围内，可以粘合例如用于电气或电子设备的部件的塑料外壳，所述塑料外壳例如通过注塑方法、或者在敞开压模(Abdruckform)中浇注热塑性材料或者通过用于成型聚合物外壳的普通方法制备。 [0026] 多部件构造的塑料外壳的聚合物材料可以例如是热塑性材料或其衍生物，所述热塑性材料主要由下列聚酰胺构成，例如PA-4(基于氨基丁酸的聚合物)，PA-6(基于ε-己内酯的聚合物)，PA-7(基于氨基-7-庚酸的聚合物)，PA-8(基于辛基内酰胺的聚合物)，PA-9(基于氨基-9-壬酸的聚合物)，PA-10(基于氨基-10-癸酸的聚合物)，PA-11(基于氨基-11-十一酸的聚合物)，PA-12(基于月桂内酰胺的聚合物)，PA-4，6(基于四亚甲基二胺和己二酸的聚合物)，PA-6，6(基于六亚甲基二胺和己二酸的聚合物)，PA-6，9(基于六亚甲基二胺和乙酸的聚合物)，PA-6，10(基于六亚甲基二胺和癸二酸的聚合物)，PA-6，12(基于六亚甲基二胺和十二酸的聚合物)，或者由共聚物构成，例如PA-6，6/6(基于六亚甲基二胺、己二酸和癸二酸的共聚物)。 [0027] 电气或电子元件的塑料外壳的第二材料类型可以是聚酯，例如基于二羧酸，例如对苯二甲酸(1，4-苯二甲酸)的聚酯；由此构成的聚合物或聚酯(也即聚对苯二甲酸酯)例如是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)以及它们的共聚物或混合物。 [0028] 根据本发明的一个实施方案，针对待粘合的聚酰胺外壳部件的粘合剂选自其形态学性能非常类似于待粘合的外壳材料的形态学性能的聚酰胺。为了制备粘合剂，可以将该聚合物溶解在高极性的有机或无机酸中或者溶解在合适的溶剂(例如间苯二酚(邻二羟基苯))中。在该情况下，用于粘合剂的聚合物材料的浓度应当超过2质量％并可以达到至多80质量％。在此情况下，优选的浓度为18-35质量％。所选择的溶剂应当具有在加工条件下的高挥发性，特别是在0-100℃的沸点。 [0029] 在本发明的粘合方法的第一优选实施方案的情况下，可以使用甲酸作为极性有机酸。所选择的聚酰胺的浓度可以达到23-30质量％。所述粘合剂可以在第一生产步骤中制备：可能视需要要求增稠剂，例如黄原酸或瓜尔核粉，特别是以0.01-0.2质量％的浓度，以长时间稳定化该粘合剂溶液和避免成分的沉降。可以向该粘合剂添加其它添加剂，优选与聚合物外壳材料相同的添加剂，例如颜料、填料或者阻燃剂。在粘合或者焊接期间的温度应当为15-30℃。填充在待粘合塑料部件之间的特定间隙可以例如通过将粘合剂2 点施加(Punktauftrag)到两个待结合部件的表面并随后在低压下，特别是0.1-20N/m 范围，压合所述部件而实现。粘合剂在25℃的动态粘度应当选择为500-40000mPa.s，优选 8000-25000mPa.s范围。 [0030] 在本发明的第二个优选实施方案情况下，可以研磨，优选冷磨该聚酰胺，例如在-196℃温度(例如在用液氮冷却的研磨工具中)。在研磨后聚酰胺的平均颗粒尺寸可以为0.1-50微米。然后，可以将聚酰胺粉末填充到具有由玻璃、PTFE、氟化烯烃或者陶瓷构成的料筒的腔室内，其中该料筒配备有混合装置，例如配备有固定安装的搅拌机。第二腔室可以填充有溶剂。为了引发粘合过程，可以将两个腔室彼此结合。通过混合装置可以彻底混合腔室内的内容物。在该情况下，粘合剂原位产生，也即原地或当场产生，使得不需要稳定化。 [0031] 在第三个优选实施方案中，将预制的或者原位生产的粘合剂喷射到待粘合的塑料部件的接触面之间的间隙中。 [0032] 在本发明的第四个优选实施方案中，将塑料部件的接触面预先温热直到大约80-110℃的最高温度，使得以此方式将加工时间显著缩短到粘合剂的固化(bis zum des Klebstoffs)。 [0033] 在另一优选实施方案中，所述外壳材料可以由聚酯(例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT))构成。在该情况下，可以将具有相同化学组成的聚合物材料作为粘合剂溶解在强极性有机溶剂例如六氟丙醇中，其中粘合剂聚合物的浓度可以在0.2-50质量％，优选20-35质量％范围变化，基于粘合剂的总质量。加工温度可以为0-110℃范围。 [0034] 在所有上述实施方案中，粘合剂层可以在0.0001-5mm，优选0.05-0.3mm范围变化，基于固化的塑料层计。 [0035] 利用本发明方法制备或者接合的塑料部件经证实在大的温度范围内(例如-90至90℃的温度范围内)具有极端的温度稳定性。经接合的部件即使在长时间热老化阶段(例如在80℃存放14天)和在-90至80℃范围的气候交变模拟之后仍保持其抗张强度和抗弯强度。在机械负载(200牛顿)下的断裂试验中，在极端负载情况下仅证实到材料外壳中的断裂，而不发生在粘合面上的断裂。 |
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