[發明專利]彈性層壓材料和制造方法

無效

• 申請號: 200580048935.6
• 申請日: 2005-12-30
• 公開（公告）號: CN101137494A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 塞廷德爾·K·納亞爾;唐納德·L·泊察爾特;沙倫·K·尼爾森;馬克·S·埃德貝格
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: B29C65/08
• 分類號: B29C65/08
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 代易寧;車文

技術領域

本發明涉及一種彈性層壓材料和利用超聲波焊接系統制造該材料的方法，尤其涉及利用旋轉超聲波焊接系統制造彈性層壓材料的方法。

背景技術

在超聲波焊接(有時被稱為″聲學焊接″或″聲焊″)中，兩個被連接部件(通常是包括某些熱塑性材料的部件)貼近用來傳遞振動能量的、被稱為超聲波″焊頭″的工具放置。這些部件(或″材料″)被限制在焊頭和砧座之間。在許多情況下，焊頭在材料和砧座上方垂直設置。焊頭通常以20,000Hz到40,000Hz振動，通常以摩擦熱的形式在壓力下向材料傳遞能量。由于摩擦熱和壓力，至少一個材料的一部分軟化或被熔化，因此連接材料。

超聲波類型振動焊接系統，在其基本形式中，包括發電機構和用于將電能轉換成振動能的電學超聲波轉換器。還包括用于將振動能傳遞到焊接區中的焊頭，和用于向材料施加靜力以便將材料維持在與焊頭處于力接觸的組件。能量以選擇的波長、頻率和振幅從工具傳到材料。超聲波焊頭是將機械振動能傳遞到材料的聲學工具，例如由鋼、鋁或鈦制成。

一種類型的超聲波焊接被稱為″連續超聲波焊接″。這類型的超聲波焊接一般被用來密封織物和薄膜或其他的″幅材″材料，這些材料可以以大體連續的方式通過焊接設備進給。在連續焊接中，超聲波焊頭一般是固定的并且要被焊接的材料在其下方移動。一種連續超聲波焊接使用可旋轉固定的棒材焊頭(bar?horn)和旋轉的砧座表面。在焊接期間，材料在棒材焊頭和旋轉砧座之間被拉動。焊頭一般朝著材料縱向延伸并且振動沿焊頭軸向移動進入材料。

在另一種連續超聲波焊接中，焊頭是回轉式的，該焊頭是圓柱形的并且繞縱向軸線轉動。輸入振動處于焊頭軸線方向而輸出振動處于焊頭的徑向方向。焊頭靠近砧座設置，該砧座一般也能旋轉以便要焊接材料以大體上等于圓柱形表面的切線速度的線速度在圓柱形表面之間經過。這類超聲波焊接系統在美國專利No.5,976,316中描述，在這里全文引用以供參考。

砧座相對焊頭的并置允許向材料提供靜力，允許超聲波能量傳輸到材料。這個靜力一般通過從力作用系統(例如流體液壓系統)向材料提供夾緊力來維持，該力朝著砧座擠壓焊頭。對于這種固定材料的方法，問題是當要被焊接的材料非常薄或包含孔時，焊頭和砧座可能彼此物理接觸。當焊頭接觸砧座時，類似于電氣短路，在系統中出現能量消耗的大尖峰。當材料的生產量速度增加時，通過焊頭引入的能量級也增加，造成在焊頭和砧座接觸期間發生的能量的沖擊頻率成指數增加。這些能量的高尖峰促使機器處于過載狀態，造成機器死機以及潛在地造成在產品中生成的孔或易碎點。簡而言之，當焊頭和砧座彼此接觸時工藝過程變得低效并造成產品損壞和潛在的設備損壞。在力模式下，當焊接面積變化時焊機不得不改變力以獲得均勻的焊接。而且，由于面積的變化引起的力的改變不得不以高速相當快的進行，當力的變化變更時這會導致力的尖峰。這種尖峰可導致部件的過焊或不足焊。

補救這個問題的一種方式是研制在砧座和焊頭之間維持預定間隙的超聲波焊接系統。這個間隙一般比材料的厚度小。當在焊頭和砧座之間維持間隔時，在產品上提供夾緊(或保持)力的必要性要求用于焊頭和砧座兩者的大的剛性支撐結構。支撐結構是剛性的，以維持焊頭和砧座相對于彼此的角位置。焊頭和砧座表面的不對準造成劣質焊接和產品的損耗。同樣地，在這類系統中試圖調整間隙距離允許無法接受的移動程度被引入該系統，再一次造成焊頭和砧座表面失調。

雖然超聲波焊接系統被用于多種用途，但是在超聲波焊接系統和由那些系統制造的產品中總有改進的余地。

發明內容

本發明提供一種利用超聲波焊接設備制造的、將各個層密封在一起的多層產品。該產品包括密封到第二材料層的第一材料，該密封已經由超聲波焊接形成。

在某一特定方面，公開內容旨在一種將無紡層焊接到基層的方法和由該方法制造的產品。方法包括提供超聲波系統，例如旋轉超聲波系統，包括砧座和包括焊頭的焊頭組，砧座和焊頭之間具有間隙，將無紡層和基層一起放置在位于砧座和焊頭之間的間隙中，當利用超聲波能量振動焊頭以獲得頻率時轉動焊頭和砧座中的至少一個，將無紡層和基層與焊頭和砧座接觸，監控焊頭或砧座中的至少一個的頻率和溫度中的至少一個，以及當根據溫度或者頻率的變化維持砧座和焊頭之間的間隙時，將無紡層焊接到基層。

焊頭或砧座都可接觸無紡層，同樣地，焊頭或砧座中的另一個可接觸基層。在一個實施例中，無紡層由焊頭接觸并且基層由砧座接觸。