纺粘衬里的一侧上至少部分涂覆有压敏粘合剂的胶带的用途 |
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| 申请号 | CN200680028088.1 | 申请日 | 2006-07-12 | 公开(公告)号 | CN101247939B | 公开(公告)日 | 2012-03-21 |
| 申请人 | 德莎欧洲公司; | 发明人 | 马丁·霍普; | ||||
| 摘要 | 一种 胶带 在热 焊接 操作中的用途，所述胶带包括一侧上至少部分涂覆有压敏 粘合剂 的纺粘衬里，所述热焊接操作例如 高频焊接 或超声焊接，在所述焊接操作中，胶带的衬里与 聚合物 基材形成 固化 的熔接。 | ||||||
| 权利要求 | 1.胶带在聚合物基材上的热焊接操作中的用途，所述胶带包括一侧上至少部分涂覆有压敏粘合剂的纺粘衬里，在所述焊接操作中，胶带的衬里与所述聚合物基材形成固化的物理连接，其中该压敏粘合剂混合有在热焊接过程中不熔融的纤维。 |
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| 说明书全文 | 纺粘衬里的一侧上至少部分涂覆有压敏粘合剂的胶带的用途[0002] 包括纺粘物(spunbonded)作为衬里的胶带是已知的。例如，它们用于捆扎线束(cable harnesses)。例如DE19523494A1，描述了用于捆扎线束的自粘合带，其包括由纺粘物制成的带状织物衬里。该发明所使用的织物(web)是通过轧光机热强化和压花的聚丙烯纺粘物，该压花辊具有10％至30％，优选19％的压花区域。由于它的特殊设计，该胶带在用于线束捆扎(cablehardness bandaging)方面显示出良好的手撕性质(hand tearing properties)和好的展开性质(unwind properties)。 [0003] DE29804431U同样披露了具有织物材料的衬里的胶带用于捆扎线束的用途，其中建议的纺粘物织物由聚酯组成。 [0004] 没有提及将胶带焊接至基材。 [0005] 多种不同的聚合物是已知的，其不仅仅用作车辆结构(vehicleconstruction)中的衬里部分(lining part)。作为制备方法的结果，该聚合物基材沾上了滑石(talc-wetted)和/或被脱模剂污染，并且因此，商业上常规的压敏粘合剂仅在有限的程度上粘接至该基材，和/或必须预处理该基材，这种预处理是昂贵和不方便的。 [0006] 已知机械紧固件(Mechanical fastening elements)例如夹子或电缆带(cabletie)用于组件例如电缆束(cable strands)的永久固定，这使得可以合理地对线束布线，而与聚合物基材无关。在噪音抑制领域中和系统成本方面有有缺点。 [0007] 同样已知的是用超声暴露和压力物理接合两个聚合物基材的方法。 [0008] EP0932234A1描述了将组件固定在支撑材料上的方法。在用具有接触面的紧固件来固定组件的情况下，所述接触面由能够被热焊接至支撑材料的材料组成，并且通过将该接触区热焊接至支撑材料而将该紧固件固定。结果，单独的安装元件或接合件变得多余。术语“组件”是指相对小的附件，例如传感器、灯(light)或电路管线。 [0009] 例如，可以以围绕组件的环的形式放置热焊接面，从而使得该组件具有对抗滑动的全方位固定。 [0010] 该发明给电路管线或流体管线(fluidic line)的固定带来特殊好处。在此情况下，紧固件适当地为膜，所述膜置于管线(该管线敷设于支撑材料上)上，然后以医用胶布(sticking plaster)的形式被热焊接在该管线的两侧上。 [0011] 在进一步优选的实施方式中，使用具有另外的接触面的电缆带，该另外的接触面可被焊接至支撑材料。 [0012] 支撑材料、电缆带和/或膜优选由聚乙烯或聚丙烯制成，可彼此热焊接的材料优选是相同的。 [0013] 术语“膜”在较广的意义上来说也指二维结构，例如，无纺织物、机织织物(woven fabrics)或薄层片材(thin-layered sheets)。 [0014] DE19746526A1披露了能够以降低的成本和复杂度生产的线束。该线束由片材和由该片材捆束的线形成；或者使用取向基本上与它们平行的片材仅捆束主干线，从而使得该片材相对于该缆线的方向横向包绕线，并且显示出彼此倚靠并且沿径向突出的边缘区域，这些边缘区域彼此结合，或者使用在每种情况下取向都基本上与缆线平行的片材捆束主干线和支线，使用的片材根据布线方案配置，并且显著宽于彼此相邻放置的各个缆线。 [0015] 这种情况下的片材是二维的、本质上匀质的、柔性的结构，其包括纸和由天然和合成纤维(例如无纺织物和机织织物)制成的片材状纺织品结构。 [0016] 可焊接或粘接该边缘区域。 [0017] 超声焊接是接合塑料的一种方法。从根本上来说，仅能焊接热塑性塑料。但是，从原理上来说，也能够焊接金属，事实上，例如在电气工程(electrical engineering)中的微芯片的接线中也得到了利用。与所有的其它焊接技术一样，必须通过在焊接位置提供热量来将材料熔融。在超声焊接的情况下，这种热量通过高频机械振动而产生。该技术的主要特征是焊接所需的热量通过组件中的分子摩擦或界面摩擦在组件之间产生。因此，超声焊接属于摩擦焊接类。 [0018] 超声焊接装置主要由以下组件构成： [0019] ·发生器 [0020] ·振荡器(声极(sonotrode)) [0021] ·砧(anvil) [0022] 超声波频率通过发生器产生。该发生器将电源电压转换成高压和高频。屏蔽电缆将电能传递至超声变换器，称为转换器。该转换器根据压电效应来工作，所述压电效应利用当施加交流电场(alternating electrical field)时，某些晶体膨胀和收缩的性质。这产生机械振动，所述机械振动通过振幅转化部分(amplitude transformation section)被转移至声极(称为焊头(weldinghorn))。能够通过振幅转化部分影响该振动的振幅大小。在2 2至5N/mm 的压力下，振动传递至夹紧在声极和砧之间的工件上；分子摩擦和界面摩擦产生塑化所需的热量。由于局部温度，塑料开始软化，并且阻尼系数上升。阻尼因子的增加，导致进一步产生热量，这保证自加速反应的效果。该方法的特征在于非常短的焊接时间并且因此常常是高度经济的。 [0023] 冷却之后，该焊接的接合是坚固的。 [0025] 高频焊接是在热作用下的加压焊接方法，其热量是基于要被接合的部件中的欧姆损失而产生的。与高频电流(HF current)在焊接中的应用相关的两种变量是能量的感应性引入和导电性引入(the inductive and conductiveintroduction of energy)。在导电性高频焊接的情况下，能量通过导电轨(currentrail)或滑动接触(sliding contact)而引入，而在感应性变体的情况下，能量通过置于将要被接合的部件上方的感应线圈而引入。作为电动力学效应(electrodynamic effect)的结果，高频交流电在将要被接合的部件上流动，这导致接合位点加热，并且该部件通过施加外力形状适配地(form-fittingly)接合。用于焊接的热塑性塑料的介电损耗因子d必须＞0.01。 [0026] 目前，感应性引入能量的的高频焊接在工业上主要用于生产纵向焊接的管。 [0027] 除了前述的高频焊接和超声焊接技术之外，热焊接过程尤其还包括热空气焊接(hot-air welding)和热棒辊轧焊接(heated-rod roller welding)。 [0028] 本发明的目的是提供一种制品，其能够被热焊接至聚合物基材，并且在该情况下能够具体是，甚至是与具有脱模剂的表面建立牢固的接合。 [0030] 因此本发明提供一种胶带在聚合物基材上的热焊接操作中的用途，所 述胶带包括一侧上至少部分涂覆有压敏粘合剂的纺粘衬里，所述热焊接操作例如高频焊接或超声焊接，在所述焊接操作中，胶带的衬里与聚合物基材形成固化的物理连接。 [0031] 在第一有利的实施方式中，该胶带具有聚酯(具体是聚酯纤维和共聚酯纤维)的纺粘物作为衬里，其更加优选是用轧光机进行过表面强化和/或压花过的。 [0032] 在本发明进一步有利的实施方式中，该衬里中的聚酯纤维含量为大于70wt％，优选大于80wt％，并且共聚酯纤维含量小于30wt％，优选小于20wt％。 [0033] 该织物(web)优选具有以下性能的组合： [0034] ·织物重量：30至200g/m2，优选70至100g/m2，更优选85g/m2 [0035] ·厚度：250μm至800μm，优选500μm至600μm，更优选560μm [0036] ·断裂伸长率：17％至87％，优选25％至40％，更优选32％ [0037] ·纵向断裂强度：100N/5cm至400N/5cm，具体是200N/5cm [0038] ·横向断裂强度：80N/5cm至200N/5cm，具体是130N/5cm。 [0039] 测量纱线支数、纱线直径(yarn thickness)或纱线纤度、纤维或长丝的纤度(titer)，以每单位长度的质量计。纱线支数与该纱线的强度或其体积无关。 [0040] 高纱线支数表示较小的质量/长度比，高的纱线纤度表示较大的质量/长度比。 [0041] 国际上测量的纱线支数以特(tex)计(1特对应于1g/km)。 [0042] 在本发明进一步有利的实施方式中，该纤维的线密度为1至4.5dt(分特(dtex))，优选2.2dt。 [0043] 用于压花该纺粘物织物的轧光机优选为由至少一个光辊(plain roll)和/或雕刻辊(engraved roll)组成的双辊轧光机(two-roll calender)。该雕刻辊的压花面积优选为10％至30％，优选15％。 [0044] 由轧光产生的本发明衬里压花的凹槽深度取决于轧光机操作过程中的许多因素。此处决定性的要素是压花辊筒的温度，施加于辊子之间辊隙中织物上的压力，以及织物通过该辊隙的速度。 [0045] 在本发明的可供选择的实施方式中，该衬里由聚丙烯纺粘物形成，其同样能够被轧光机热强化和压花。 [0046] 该织物有利地具有以下综合性能： [0047] ·织物重量：30至200g/m2，优选70至100g/m2，更优选85g/m2 [0048] ·厚度：250μm至800μm，优选500μm至600μm，更优选560μm [0049] ·断裂伸长率：17％至87％，优选25％至40％，更优选32％ [0050] ·纵向断裂强度：100N/5cm至400N/5cm，具体是200N/5cm [0051] ·横向断裂强度：80N/5cm至200N/5cm，具体是130N/5cm。 [0052] 该织物的线密度为2dt至7dt，优选4dt。 [0053] 优选在由光辊和雕刻辊组成的双辊轧光机上进行轧光。该雕刻辊的压花区为10％至30％，优选19％。由轧光产生的本发明衬里压花的凹槽深度取决于轧光机操作过程中的许多因素。此处决定性的要素是压花辊筒的温度，施加于辊子之间辊隙中织物上的压力，以及织物通过该辊隙的速度。经证实，以下参数对于用于进一步加工的纺粘物织物的最优配置是尤其有利的： [0054] 压花辊筒温度：150℃ [0055] 线压力：75daN/cm [0056] 运行速度：50m/min [0057] 为了给胶带赋予用于具体最终用途的最优性能，可在生产操作的过程中将另外的添加剂加到该织物衬里中。例如，可使用合适的有色颜料以在织物衬里中获得优选的颜色。商业上惯用的UV稳定剂增加该胶带对强烈的UV照射(例如由于阳光)的稳定性。在胶带用于捆扎线束的用途背景下，需要特别强调的品质是，已经通过添加优选的多磷酸铵使胶带变得阻燃了。 [0058] 还优选的是，使该纺粘物着白色或者至少浅色(pale)。该织物中的熔融纤维组分以能够视觉评价焊接品质的方式熔接至聚合物基材。 [0059] 纺粘物织物衬里的性质根据DIN-EN 29073-3测量。 [0060] 可将金属粒子例如金属粉混合至该纺粘物织物衬里，以容许焊接操作过程中在织物中感应生热。 [0061] 该纺粘物织物优选一侧上至少部分地涂覆有基于天然橡胶的压敏粘合剂或者基于丙烯酸酯的压敏粘合剂，该粘合剂混合有在热焊接过程中不熔融的纤维。 [0062] 涂覆可以以一个或多个条纹的形式进行，但是优选完全涂覆。 [0063] 基于已知的技术例如刮涂或层压操作进行涂覆。 [0064] 通过物理方法、加热法、化学方法和/或通过EBC，优选通过化学方法 来交联该粘合剂。 [0065] 合适的粘合剂是具有长分子链的丙烯酸酯组合物，其K值为至少70，具体是75(在每种情况下都在25℃的1％重量浓度的甲苯溶液中测量)。 [0066] 具体是类似于DIN 53 726测定此处的K值。 [0067] 具体描述例如以下非常合适的粘合剂。 [0068] 聚合物1 [0069] 向通常用于自由基聚合反应的200L反应器中装入2400g丙烯酸、64kg丙烯酸2-乙基己基酯、6.4kgN-异丙基丙烯酰胺和53.3kg丙酮/异丙醇(95∶5)。在氮气在搅拌下通过该反应器45分钟之后，将该反应器加热至58℃，并加入40g 2，2’-偶氮异丁腈(AIBN)。接着，将外部加热浴加热至75℃，并且在该外部温度下恒定进行该反应。在反应l小时之后，加入另外的40gAIBN。5h和10h后，每次用15kg丙酮/异丙醇(95∶5)稀释该批料。6h和8h后，每次以在800g丙酮中的溶液形式加入100g过氧化二碳酸二环己酯(Perkadox 16 ，Akzo Nobel)。在反应24h之后终止该反应，并将该批料冷却至室温。 [0070] 丙烯酸酯压敏粘合剂1 [0071] 使用特定沸点石油溶剂油(special-boiling-point spirit)60/95将聚合物1稀释至30％的固体含量。接着搅拌进25wt％(基于聚合物1的比例)的松香(甘油酯)TMForal 85(Eastman Chemical)和0.3wt％(基于聚合物1的比例)的乙酰丙酮铝(III)(以3％浓度的异丙醇溶液的形式)，并使其完全溶解。 [0072] 接着，例如使用弧形棒(comma bar)将粘合剂从溶液涂覆到基材上，并在120℃干燥10分钟。 [0073] 用矿物纤维(例如优选地，玻璃纤维、碳纤维和/或聚合物纤维，但是具体是玻璃纤维)来增强该优选透明的粘合剂。 [0074] 以2wt％至5wt％，优选3wt％的量将该纤维加到该粘合剂中。 [0075] 所述纤维优选由聚乙烯醇构成，并且优选具有以下参数： [0076] ·直径：≥3μm，优选5μm至15μm，尤其优选10±1μm， [0077] ·长度：≥4mm，优选4mm至10mm，尤其优选6±1mm， [0078] ·密度：2.5g/m3 [0079] 该粘合剂层的总厚度为20至200μm，优选50μm，这表现了一方面绝缘和另一方面成本之间的良好平衡。 [0080] 长分子链与焊接工艺过程中不变化的纤维的组合降低了焊接过程中自粘合组合物从焊接区域不受控制的流出，并避免了清理声极的成本和复杂性。同时，该纤维增强焊接后形成的物理接合。 [0081] 在引入用于焊接的压力和超声时，该纤维不会熔融，因此超声的短暂施加不会导致自粘合组合物的流动。 [0082] 为了降低该胶带从成卷胶带(completed roll)展卷的展开力(unwindforces)，或者省却剥离纸(release paper)，可事先对该织物衬里的未涂覆的反面进行防粘处理。 [0083] 基于它的化学组成和它的具体纤维共混物，聚酯的纺粘物织物具有优良的性能，结果在它作为胶带中的衬里的能力方面，当它在例如超声和压力下被热塑性焊接并随后固化时，它能够与任何多种聚合物基材形成优异的物理接合。 [0084] 由于其化学组成，聚丙烯的纺粘物织物实际上仅能够被热焊接至化学上类似的聚合物基材也即聚烯烃基材上，并且这仍然会导致与聚酯纺粘物类似的优异结果。 [0085] 此外，纺粘物织物具有比可比的无纺织物高的纵向和横向的断裂强度。因此，在它优选的作为紧固环线(fastening loop)的最终用途中，该胶带意味着：该组件不仅能够承受在汽车的驱动操作中的载荷，而且尤其是在焊缝的边缘区域也能够承受该载荷。 [0086] 此外，焊缝区域中的纺粘物优选的浅色因变色而显示出物理接合的品质。在焊接的过程中，衬里材料的纤维熔融，并且通常深色或黑色的基材也熔融(只要它是热塑性基材)。发生扩散效应和混合效应(mixing effects)，结果是，衬里材料的熔融物与该基材物质混合。这导致焊接部位变色；形成的焊缝呈现出木炭的颜色。相反，如果热塑性基材是浅色，合适的是赋予该纺粘物黑色外观。在这种情况下，焊接操作导致灰色的焊缝。 [0087] 优异的焊缝的特征是它在期望的长度上有足够的宽度，以及它的颜色经历连续变化至深色或浅色(与该纺粘物织物或该基材不同的颜色)。因此可以直接在焊接过程中辨别目视检验结果。 [0088] 另外，因为它优选的压花，该胶带具有优异的阻尼品质(damping quality)。这可归因于压花衬里的特殊结构(special construction)，其具有高度致密化的平面部分(flat fraction)以及致密化较低的，并且尤其是柔性的部分。因此，在它作为紧固环线的最终用途中，该胶带不仅接合了优异的抗拉性能，而且还接合了特有的阻尼性能。 [0089] 该胶带用于组件的热焊接例如高频焊接或超声焊接，具体是用于焊接汽车部件(automobile sector)中的电缆或线束。 [0090] 在此时，该组件完全或部分地被该胶带包围，从而使得该组件与粘合剂涂层接触。可将该组件固定在接触面上，通过焊接操作，借助于该胶带本身的粘合剂涂层将胶带最终安装在该接触面上。 [0091] 该接触面由能够被热焊接至衬里材料上的材料组成，并且该胶带通过热焊接接触面而被固定到所述的材料上。结果，同时，该组件被安装至该接触面。 [0092] 由于在一定距离上进行热焊接也是可能的，所以该组件的可制造性(manufacturing accessibility)不是太关键，使得组件更容易使用自动焊接设备实施工艺。 [0093] 该组件(本申请中，它具体是指线束)优选完全被该胶带径向包围，从而使得该组件具有对抗滑动的全方向固定。此外，该胶带可以以这种方式形成突出的小旗(protruding pennant)：例如，将胶带开放端的粘合剂侧相对彼此挤压。接着可焊接该小旗。 [0094] 热焊接的特殊优点是不需要单独的紧固件或连接件。另一方面，可获得用于保证固定的足够大的焊接区；但是同时，可降低对将要焊接的部件的热和/或机械损害的危险，这是因为这些部件离该焊接区有足够的距离。 [0095] 本发明的方法的特殊特征是该胶带结合两个完全不同的接合技术：在面向基材(例如顶部衬里(roof lining)或门衬(door lining))的一侧，优选通过应用超声进行焊接接合，而在另一侧，即面向安装的附件(例如线束)的一侧，则用压敏粘合剂接合。 [0096] 迄今为止，这种组合是不可能的，因为压敏粘合剂不能经受引入的高温；它们中的大部分都会不受控制地流动，并且由于逐步聚合(progressivepolymerization)和/或溶剂损失而遭受粘性的降低。虽然起初好像可通过引入超声而切换能量供应来充分地缓解该问题，基于这种能量的引入意想不到地能够精确地使热感应区集中至将要被焊接的区域，但是然后还是失败了， 这是因为如下事实：通过引入机械振动能所需的声极来施加压力同样将压力施加到了与它顺序机械接合的粘合剂表面，并在该面压出了粘合剂。 [0097] 只有本发明提出的粘合剂中的长分子链与焊接工艺过程中优选不改变的纤维的组合，降低了焊接过程中自粘合组合物从焊接区域不受控制的流动，并避免了清理声极的成本和复杂性。同时，该纤维增强焊接后形成的物理接合。 [0099] 图1以横截面显示该胶带，和 [0100] 图2显示本发明的胶带径向包裹的线束的横截面，所述胶带被热焊接至了基材上，即已经根据本发明使用了该胶带。 [0101] 图1以横截面显示胶带1。该胶带1具有纺粘衬里11，在其下侧设置有粘合剂涂层12。在粘合剂涂层12中分布有玻璃纤维13。 [0102] 图2显示胶带1径向包裹的线束2的横截面，所述胶带1被热焊接至了基材3上。 [0103] 该线束2包括多个单独的电缆21，胶带1以该胶带1的粘合剂涂层12向内设置的方式完全环绕该电缆21。然后使粘合剂涂层与电缆21接触。 [0104] 胶带1的末端彼此粘接，并形成所谓的小旗(flag)。通过超声将该小旗热焊接至期望的基材3上，具体是通过超声将该小旗热焊接至期望的基材3上，所述基材3例如机动车辆的顶部衬里。为此目的，将声极4压到小旗上，并提供焊接操作所需的能量。 [0105] 由于该顶部衬里是机动车辆的衬里部件，焊接在面向车体的一侧进行。由于该固定从汽车的内部是不可见的，所以该固定的视觉缺陷是可接受的。 [0106] 制备胶带衬里11以及基材3的材料根据它们彼此能热焊接来选择。可能合适的材料的例子包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚氯乙烯。虽然基于其它制造方面考虑，使用不同的材料或许是适宜的，但是优选使用相同的材料。 |
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