[發明專利]通過激光焊接連接聚合物和表面修飾的金屬

無效

• 申請號: 201380025994.6
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN104349886A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 莫恩斯·欣格;延斯·克萊施特魯普·克里斯滕森;金姆·達斯伯耶格;斯滕·烏特烏普·彼澤森;瑪麗安·斯特朗格;斯滕-埃里克·尼耳森
• 申請（專利權）人: 奧胡斯大學;力技術公司
• 主分類號: B29C65/16
• 分類號: B29C65/16;B29C65/44;B29C65/52;C09J5/06;C09J5/10;C08J5/12;B29K33/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;楊生平

技術領域

本發明涉及表面修飾的金屬部件和非液態聚合物部件的連接。

背景技術

金屬和聚合物部件的連接與許多工業應用相關，如在汽車，電子和醫療技術中。

現今，通常通過機械連接或粘合之一連接金屬和聚合物部件。在經常使用的粘合劑方法中，首先將膠水應用于一個或兩個將被連接的組件。然后將它們壓在一起以形成完整的連接。然而，由于通常僅微弱的原子間力(物理吸附)發揮作用，合適的粘合劑通常與長的固化時間，對環境條件如濕度和溫度的敏感性，且需要大量的表面預處理，如等離子體處理相關聯。此外，粘合劑層填充了所連接部件之間的間隙，該額外厚度對于一些應用是不理想的。許多潛在的應用也面臨著金屬和聚合物之間的粘合力通常較弱的挑戰。當暴露于各種環境因素如濕氣和高溫時，這樣的界面更易于隨時間的推移而降解。因此，容易發生界面處的破壞，導致脫層，這對于工業應用，正如醫療行業所強調的，是完全不能接受的。

US?2003/0135197公開了一種通過使用偶聯劑連接用于醫療器械的金屬和聚合物表面的方法。所述偶聯劑包含至少兩套分別具有與有機化合物和無機化合物結合親和力的官能團。優選的偶聯劑具有與聚合材料形成共價鍵的第一官能團，而第二官能團與金屬如不銹鋼形成離子鍵。可在使用或不使用熱活化時使用所述偶聯劑。

因此，所述工藝是一種使用先進結合劑的特殊的粘接，且同樣地，其具有上面討論的許多問題。

因此，一種改進的連接金屬部件和聚合物部件的方法將是有益的，且一種也可用于材料組合的更有效的方法將尤其有益，否則所述材料組合不易連接。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種在金屬部件和聚合物部件之間產生堅固持久的鍵，優選共價鍵的方法，否則可能不相容。

本發明的另一個目的是提供一種比已知的工業相關的粘接方法更快，更清潔和更耐環境促進的降解的方法。

本發明的另外一個目的是提供一種可將復雜三維部件連接在預定的位置而其它位置不被連接的方法。

本發明的至少一些實施方案的目的是提供一種在不降解所述聚合物表面的溫度下進行的方法。

本發明進一步的目的是提供一種現有技術的替代性選擇。

發明內容

因此，在本發明的第一方面通過提供一種連接金屬部件和非液態聚合物部件的方法達到上述目的和一些其它目的。所述方法包括步驟：

-將底漆附著在所述金屬部件的金屬表面，

-聚合所述底漆以使所述金屬表面至少部分覆蓋有表面固定化的聚合物刷，

-使具有所述聚合物刷的所述金屬表面與所述聚合物部件的聚合物表面接觸，以得到包含所述金屬表面，所述底漆，所述聚合物刷和所述聚合物表面的界面，和

-然后通過使用激光焊接加熱所述界面直至所述聚合物刷和部分所述聚合物部件熔化或軟化并混合至使所述金屬部件和所述聚合物部件在冷卻后保持連接的程度。

通過這樣的方法，只有要被連接的材料參與連接。結果是比例如當通過膠合連接金屬和聚合物部件時的情況更清潔的方法。

可通過聚焦并因此局部化的激光，連續波(CW)或脈沖模式實施所述加熱。據此，可將復雜且三維的部件連接在預定的位置而其它位置不被連接。

此外，在加熱過程中將所述金屬表面和所述聚合物表面壓在一起以保證良好的界面混合可能是有利的。

使用的熱量和因此達到的溫度應優選足夠低以避免所述聚合物刷和聚合物部件的降解。

所述底漆優選通過共價鍵附著在所述金屬表面以得到強的化學鍵。得到的實際結合將會是一個化學問題，且其控制對于本領域的技術人員將是眾所周知的。

所述底漆可通過電化學接枝附著在所述金屬表面。在本發明的一些實施方案中，當附著所述底漆時，所述金屬表面是電化學活化的。據此，可在所述表面得到共價鍵合。

在本發明優選的實施方案中，所述聚合步驟具有產生所述聚合物刷預定的平均長度和/或平均密度的的持續時間。據此，對于給定的材料組合，可優化和控制表面性質和因此產生的結合。

可通過近紅外(NIR)激光焊接來完成所述焊接。對于多數聚合物，該激光具有對所述本體聚合物透明的波長，以使其可聚焦于所述金屬表面。據此，可保證能量消散在所述界面以用于界面聚合物的熔化或軟化。

在實施加熱之前可將紅外(IR)吸收器添加或附著在所述聚合物刷上。該吸收器可用于在預定位置吸收來自激光的能量，以得到較強的結合和/或較快的過程而不損害周圍的材料。