專利名稱：通過高頻焊接初始或完全熔融含聚酯成型結(jié)構(gòu)件的方法及這類聚酯的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過高頻焊接將所選的聚酯初始或完全熔融的方法。
已知成型塑料件可以通過焊接結(jié)合在一起。為此可以使用廣范圍的焊接技術(shù)，包括高頻焊接(見羅姆普化學(xué)百科詞典，詞條“塑料焊接”第2402頁，第9版(Rompp Chemie Lexikon，“Kunststoff-Schweipen””，p.2402，9th edition，G.Thieme Verlag(1990))。
有幾篇專利文獻(xiàn)涉及到使用焊接技術(shù)將成型塑料件，例如，纖維或織物平面構(gòu)型物品連接到一起。例如，DE-A-3,714,935描述了由具有特殊形狀且適于毛發(fā)植入的熱塑性塑料組成的人造頭發(fā)。生產(chǎn)該頭發(fā)的一個(gè)加工步驟包括焊接熱塑性塑料。在其說明書中提到了各種不同的熱塑性塑料，包括聚酯。
DE-A-2,750,593描述了高頻熔接熱塑性單絲的方法和設(shè)備。其中沒有具體描述所用的材料。
ES-A-86-07,816描述了聚酰胺織物的高頻焊接。
最后，DE-AS-1,704,179描述了一種用可加熱且儲(chǔ)熱的材料將薄膜連接在一起的方法。該文提到了許多合適的塑料，但未包括聚酯。
眾所周知，商業(yè)上可得到的聚酯，例如，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)不適于高頻焊接。例如，在H.Domininghaus編寫的教科書塑料及其性質(zhì)，第3版，VDI出版有限公司(Die Kunststoffe und ihreEigenschaften，3rd edition，VDI Verlag GmbH，Dusseldorf 1988)的第505頁中提到PET是不能高頻焊接的。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了適于高頻焊接技術(shù)的，從而使加工變得簡單而且經(jīng)濟(jì)的特定的聚酯。
本發(fā)明從而提供了一種初始或完全熔融成型結(jié)構(gòu)件的方法，包括a)提供由聚酯組成的成型結(jié)構(gòu)件，該聚酯包含至少5mol％式I所示的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元和/或至少5mol％式II所示的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元
-O-OC-Ar1-CO-O-R1-(I)， 和-O-OC-R2-CO-O-Ar2-(II)，其中，Ar1和Ar2各自獨(dú)立地代表一個(gè)二價(jià)的單環(huán)或多環(huán)芳香基團(tuán)，其自由價(jià)鍵呈間位排列或相互間呈可比角度，優(yōu)選1，3-亞苯基，R1是一個(gè)二價(jià)脂族或脂環(huán)族基團(tuán)，優(yōu)選具有式-CnH2n-的基團(tuán)，其中，n是2～6間的一個(gè)整數(shù)，尤其是亞乙基，或衍生自環(huán)己烷二甲醇的基團(tuán)，和R2是一個(gè)二價(jià)脂族，脂環(huán)族或單環(huán)或多環(huán)芳香基團(tuán)，和b)對(duì)成型結(jié)構(gòu)件施以高頻電磁輻射，優(yōu)選在無線電波范圍內(nèi)，其強(qiáng)度及時(shí)間至少使成型結(jié)構(gòu)件的一部分初始或完全熔融。
所用成型結(jié)構(gòu)件可以是任何所希望的一維，二維或三維結(jié)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)件至少一部分具有上述定義的改性聚酯以使其可以通過高頻焊接得到初始或完全熔融。所述結(jié)構(gòu)件特別是片材，膜材，涂層，中空制品或注塑制品和，特別優(yōu)選紗線和/或含此紗線的紡織平面構(gòu)型物品。
此處術(shù)語“紗線”應(yīng)理解成廣義的；所述紗線還指纖維紗線或，優(yōu)選，長絲紗。
本發(fā)明方法的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案利用了含有增強(qiáng)纖維(優(yōu)選增強(qiáng)長絲)和由上述的聚酯組成的低熔點(diǎn)基體纖維，優(yōu)選基體長絲的雜配紗。
聚酯基體纖維優(yōu)選是其熔點(diǎn)低于增強(qiáng)長絲的熔點(diǎn)或分解點(diǎn)至少10℃，尤其是至少30℃的纖維。
特別優(yōu)選使用其增強(qiáng)纖維的初始模量大于50GPa，且其增強(qiáng)纖維優(yōu)選由玻璃，碳或芳香聚酰胺組成的雜配紗。
另一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案使用其增強(qiáng)纖維的初始模量大于10GPa，且由聚酯，尤其是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組成的雜配紗。
所用改性聚酯本身是已知的。典型的且特別優(yōu)選的這類聚酯的代表是用間苯二甲酸改性的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
本發(fā)明的方法特別優(yōu)選使用含有具有式III和式IV所示的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的成型結(jié)構(gòu)件-O-OC-Ar3-CO-O-R3-(III)，和-O-OC-Ar4-CO-O-R4-(IV)；其中，Ar3表示一個(gè)二價(jià)的單環(huán)或多環(huán)芳香基團(tuán)，其自由價(jià)鍵呈對(duì)位排列或相互間呈可比平行或同軸排列，優(yōu)選1，4-亞苯基和/或2，6-亞萘基，R3和R4各自獨(dú)立地是二價(jià)脂族或脂環(huán)族基團(tuán)，尤其是具有式-CnH2n-的基團(tuán)，其中，n是2～6間的一個(gè)整數(shù)，尤其是亞乙基，或衍生自環(huán)己烷二甲醇的基團(tuán)，和Ar4是一個(gè)二價(jià)單環(huán)或多環(huán)芳香基團(tuán)，其自由價(jià)鍵相互間呈間位排列或相互間呈可比角度，優(yōu)選1，3-亞苯基。
上述分子式中的任何雙價(jià)芳香基團(tuán)都是其價(jià)鍵相互間呈對(duì)位或可比同軸或相互平行排列的二價(jià)芳香基團(tuán)或其價(jià)鍵相互間呈間位或可比角度排列的二價(jià)芳香基團(tuán)。少量其價(jià)鍵呈一定角度排列的芳香基團(tuán)也可以有呈鄰位或可比角度排列的價(jià)鍵。
上述分子式中的其價(jià)鍵相互間呈間位排列或相互間呈可比角度的任何雙價(jià)芳香基團(tuán)都是單環(huán)或多環(huán)芳香烴或可以是單環(huán)或多環(huán)的雜環(huán)芳香基團(tuán)。雜環(huán)芳香基團(tuán)尤其在其芳香核中具有一個(gè)或兩個(gè)氧原子，氮原子或硫原子。
多環(huán)芳香基團(tuán)可以相互稠合或通過C-C鍵或通過橋連基團(tuán)，例如-O-，-CH2-，-S-，-CO-或-SO2-連接。
優(yōu)選的其價(jià)鍵相互間呈間位排列或相互間呈可比角度的雙價(jià)芳香基團(tuán)的例子是其自由價(jià)鍵相互間呈間位排列的單環(huán)芳香基團(tuán)，尤其是1，3-亞苯基，或其價(jià)鍵相互間呈角度的雙環(huán)稠合芳香基團(tuán)，尤其是1，6-和2，7-亞萘基，或通過C-C鍵連接且具有相互間呈角度的鍵的雙環(huán)芳香基團(tuán)，尤其是3，4’-亞聯(lián)苯基。
上述分子式中的其價(jià)鍵相互間呈對(duì)位排列或相互間呈可比同軸排列或相互平行的任何雙價(jià)芳香基團(tuán)都是單環(huán)或多環(huán)芳香烴基團(tuán)或可以是單環(huán)或多環(huán)的雜環(huán)芳香基團(tuán)。雜環(huán)芳香基團(tuán)尤其在其芳香核中具有一個(gè)或兩個(gè)氧原子，氮原子或硫原子。
多環(huán)芳香基團(tuán)可以相互稠合或通過C-C鍵或通過-CO-NH-基團(tuán)相互呈線型鍵合。
在同一軸上或平行排列的價(jià)鍵方向相反。方向相反的同軸價(jià)鍵的例子有亞聯(lián)苯基-4，4’鍵。方向相反的平行排列的價(jià)鍵的例子有萘-1，5-或-2，6鍵，然而，萘-1，8鍵相互平行但其指向相同。
優(yōu)選的其價(jià)鍵相互間呈對(duì)位或可比同軸或相互平行排列的雙價(jià)芳香基團(tuán)的例子有其自由價(jià)鍵相互間呈對(duì)位排列的單環(huán)芳香基團(tuán)，尤其是1，4-亞苯基，或具有指向相反方向的平行鍵的雙環(huán)稠合芳香基團(tuán)，尤其是1，4-，1，5-和2，6-亞萘基或通過C-C鍵連接并具有指向相反方向的同軸鍵的雙環(huán)芳香基團(tuán)，尤其是4，4’-亞聯(lián)苯基。
上述分子式中的任何雙價(jià)脂族或脂環(huán)族基團(tuán)都是衍生自脂族或脂環(huán)族伯，仲或叔醇或衍生自鏈烷或環(huán)烷-二羧酸或其能形成聚酯的衍生物，如甲酯的基團(tuán)。
優(yōu)選脂族雙價(jià)基團(tuán)具有2～8個(gè)碳原子。其例子有亞乙基，1，3-丙二基，1，4-丁二基，1，6-己二基或1，8-辛二基。特別優(yōu)選亞乙基。
優(yōu)選具有6個(gè)環(huán)碳原子的脂環(huán)族基團(tuán)。優(yōu)選的例子有1，4-環(huán)己烷二羥甲基或1，4-環(huán)己二基。
所有上面列舉的基團(tuán)可以優(yōu)選被一個(gè)或兩個(gè)惰性基團(tuán)取代。其例子有烷基或烷氧基或鹵素原子。這些尤其包括具有1～6個(gè)碳原子的烷基，這些烷基可以支化或優(yōu)選直鏈，且更特別優(yōu)選甲基或乙基，或其烷基基團(tuán)中具有1～6個(gè)碳原子的烷氧基，該烷氧基可以支化或優(yōu)選直鏈，更特別優(yōu)選甲氧基或乙氧基，或氯或溴。
所有脂環(huán)族二羧酸的基團(tuán)是指通常具有五個(gè)碳原子或尤其六個(gè)碳原子的環(huán)的基團(tuán)，如1，4-亞環(huán)己基。
本發(fā)明所用的改性聚酯通常具有特性粘度為至少0.5dl/g，優(yōu)選0.6～1.5dl/g。特性粘度是在25℃下，在共聚酯的二氯乙酸溶液中測(cè)量的。
本發(fā)明的方法有可能將高頻焊接應(yīng)用于其它塑料的所有顯著優(yōu)點(diǎn)集中在聚酯上。這些優(yōu)點(diǎn)包括，例如，工藝快速，省去額外的焊接或粘合介質(zhì)的可能性以及由于加工過程中電極保持冷卻使得對(duì)高頻焊接的不敏感的焊接配件不存在熱應(yīng)力。
本發(fā)明的方法的特別的優(yōu)點(diǎn)是該方法不要求任何特殊改造的設(shè)備。該方法可以在已知的高頻焊接的常規(guī)設(shè)備上完成。
本發(fā)明的方法常常利用其頻率在10KHz～200MHz范圍內(nèi)，優(yōu)選在20～200MHz范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在25～72MHz范圍內(nèi)，尤其是在大約27Mhz的高頻電磁輻射。
通常，能量密度在約5～100W/cm2范圍內(nèi)變化。
通常焊接時(shí)間在1～100秒范圍內(nèi)，優(yōu)選在10～30秒。
不對(duì)焊接部件施加壓力就可以完成焊接過程。優(yōu)選施加額外的壓力。
本發(fā)明的方法有可能使得由聚酯或由聚酯和其它材料模制件結(jié)合，制成成品或完全、部分或以預(yù)定的模型的式樣初始或完全熔融。
特別優(yōu)選使用包括這樣的改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的成型結(jié)構(gòu)件，該聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯含有40～95mol％式III所示的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元和60～5mol％式IV所示的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，其中，Ar3是1，4-亞苯基和/或2，6-亞萘基，R3和R4是亞乙基，Ar4是1，3-亞苯基。
本發(fā)明的方法的另一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案包括固化和/或粘結(jié)紡織平面構(gòu)型物品，尤其是織物、層狀織物(Gelegen)、緯編織物、針織物或無紡布。
本發(fā)明還涉及用于高頻焊接初始或完全熔融的上述聚酯的用途。
下面的實(shí)施例用來解釋本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。
實(shí)施例1含70％體積的纖維1和30％體積的纖維2的短纖維無紡布[纖維1是具有50％體積聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的芯和50％體積間苯二甲酸(間苯二甲酸的含量以酸組份為基準(zhǔn)為40mol％)改性的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的皮的皮芯纖維，纖維2是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維]，在5巴的壓力40W/cm2的強(qiáng)度下用高頻(27MHz)致密10秒。纖維1的皮部熔融并將剩余的纖維部分粘合到一起。得到好的致密性和固結(jié)度。
實(shí)施例2含70％體積的纖維3和30％體積的纖維4的短纖維無紡布[纖維3是間苯二甲酸(間苯二甲酸的含量以酸組份為基準(zhǔn)為40mol％)改性的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，纖維4是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維]，在5巴的壓力40W/cm2的強(qiáng)度下用高頻(27MHz)致密10秒。可以觀察到所得片材具有明顯較好的粘合和更光潔的表面。纖維3完全熔融并在剩余纖維組份周圍形成基體。
實(shí)施例3將兩根厚2mm寬20mm的玻璃纖維增強(qiáng)(含50％體積玻璃纖維)的聚酯條相互疊置25mm并用高頻焊接將其焊接在一起。由間苯二甲酸改性的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組成的聚酯中間苯二甲酸的含量(以酸組份為基準(zhǔn))為40mol％。檢查表明兩聚酯條焊接良好。
實(shí)施例4將兩根厚2mm寬20mm的玻璃纖維增強(qiáng)(含50％體積玻璃纖維)的聚酯條相互疊置，搭接長度25mm，并用高頻焊接將其焊接在一起。由間苯二甲酸改性的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組成的聚酯中間苯二甲酸的含量(以酸組份為基準(zhǔn))為33mol％。檢查表明兩聚酯條焊接良好。
對(duì)比實(shí)施例將兩根厚2mm寬20mm的玻璃纖維增強(qiáng)(含50％體積玻璃纖維)的聚酯條相互疊置25mm并用高頻焊接將其焊接。所用設(shè)備與實(shí)施例3和4的相同。聚酯由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組成。檢查表明兩聚酯條間完全沒有焊接。
權(quán)利要求
1一種初始或完全熔融成型結(jié)構(gòu)件，尤其是片材，膜材，涂層，中空制品或注塑制品，紗線和含此紗線的紡織平面構(gòu)型物品的方法，包括a)提供由聚酯組成的成型結(jié)構(gòu)件，該聚酯包含至少5mol％式I所示的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元和/或至少5mol％式II所示的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元-O-OC-Ar1-CO-O-R1-(I)， 和-O-OC-R2-CO-O-Ar2-(II)，其中，Ar1和Ar2各自獨(dú)立地代表一個(gè)二價(jià)的單環(huán)或多環(huán)芳香基團(tuán)，其自由價(jià)鍵呈間位排列或相互間呈可比角度，優(yōu)選1，3-亞苯基，R1是一個(gè)二價(jià)脂族或脂環(huán)族基團(tuán)，優(yōu)選具有式-CnH2n-的基團(tuán)，其中，n是2～6間的一個(gè)整數(shù)，尤其是亞乙基，或衍生自環(huán)己烷二甲醇的基團(tuán)，和R2是一個(gè)二價(jià)脂族，脂環(huán)族或單環(huán)或多環(huán)芳香基團(tuán)，和b)對(duì)成型結(jié)構(gòu)件施以高頻電磁輻射，優(yōu)選在無線電波范圍內(nèi)，其強(qiáng)度及時(shí)間至少使部分成型結(jié)構(gòu)件初始或完全熔融。
2如權(quán)利要求1所述的方法，其中成型結(jié)構(gòu)件是含有由權(quán)利要求1的聚酯組成的短纖維或長絲的紗線或成型結(jié)構(gòu)件是含此紗線的紡織平面構(gòu)型物品。
3如權(quán)利要求2所述的方法，其中紗線是以含有增強(qiáng)纖維，優(yōu)選增強(qiáng)長絲和由權(quán)利要求1所述的聚酯組成的低熔點(diǎn)基體纖維，優(yōu)選基體長絲的雜配紗的形式提供的。
4如權(quán)利要求3所述的方法，其中聚酯基體纖維的熔點(diǎn)低于增強(qiáng)長絲的熔點(diǎn)或分解點(diǎn)至少30℃。
5如權(quán)利要求3所述的方法，其中增強(qiáng)纖維的初始模量大于50GPa，且優(yōu)選由玻璃，碳或芳香聚酰胺組成。
6如權(quán)利要求3所述的方法，其中增強(qiáng)纖維的初始模量大于10GPa，且由聚酯，尤其是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組成。
7如權(quán)利要求1所述的方法，其中成型結(jié)構(gòu)件含有具有式III和式IV所示的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯-O-OC-Ar3-CO-O-R3-(III)，和-O-OC-Ar4-CO-O-R4-(IV)，其中，Ar3表示一個(gè)二價(jià)的單環(huán)或多環(huán)芳香基團(tuán)，其自由價(jià)鍵呈對(duì)位排列或相互間呈可比平行或同軸排列，優(yōu)選1，4-亞苯基和/或2，6-亞萘基，R3和R4各自獨(dú)立地是一個(gè)二價(jià)脂族或脂環(huán)族基團(tuán)，優(yōu)選具有式-CnH2n-的基團(tuán)，其中，n是2～6間的一個(gè)整數(shù)，尤其是亞乙基，或衍生自環(huán)己烷二甲醇的基團(tuán)，和Ar4是一個(gè)二價(jià)單環(huán)或多環(huán)芳香基團(tuán)，其自由價(jià)鍵相互間呈間位排列或相互間呈可比角度，優(yōu)選1，3-亞苯基。
8如權(quán)利要求7所述的方法，其中成型結(jié)構(gòu)件包含含有40～95mol％式III所示的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元和60～5mol％式IV所示的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，其中，Ar3是1，4-亞苯基和/或2，6-亞萘基，R3和R4是亞乙基，Ar4是1，3-亞苯基。
9一種固化和/或粘結(jié)紡織平面構(gòu)型物品，尤其是織物、層狀織物、緯編織物、針織物或無紡布的方法，包括a)提供含權(quán)利要求1所述的紗線的紡織平面構(gòu)型物品，和b)對(duì)紡織平面構(gòu)型物品施以高頻電磁輻射，優(yōu)選在無線電波范圍內(nèi)，其強(qiáng)度及時(shí)間至少使紡織平面構(gòu)型物品中的部分權(quán)利要求1所述的紗線初始或完全熔融。
10如權(quán)利要求1所述的聚酯用于通過高頻焊接初始或完全熔融的用途。
全文摘要
本發(fā)明提供了改性聚酯，如間苯二甲酸改性的聚對(duì)苯二甲酸乙二 醇酯在高頻焊接中的用途。該方法對(duì)由該聚酯組成的成型結(jié)構(gòu)件，尤其是尤其是片狀，膜狀，涂層，中空制品或注塑制品，紗線和含此紗線的紡織平面構(gòu)型物品的初始或完全熔融是有用的。該方法可以用常規(guī)高頻焊接設(shè)備完成。
文檔編號(hào)C08G63/16GK1164465SQ97103140
公開日1997年11月12日 申請(qǐng)日期1997年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月16日
發(fā)明者D·狄塞爾拜克, H·J·布魯寧格, B·扎恩, K·本德 申請(qǐng)人:赫徹斯特特維拉有限公司及兩合公司