專(zhuān)利名稱(chēng)：用于感應(yīng)控制加熱的雙感應(yīng)體溫控樹(shù)脂復(fù)合物以及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物感應(yīng)結(jié)合。這樣的結(jié)合用于包封、焊接、鍛造、粘接或固定聚合 物材料。更具體地，該發(fā)明涉及用于感應(yīng)控制加熱的雙感應(yīng)體溫控樹(shù)脂復(fù)合物。
背景技術(shù)：
感應(yīng)結(jié)合為用于通過(guò)在待加熱的聚合物中混入鐵磁性顆粒的顆粒組分而將聚合 材料結(jié)合在一起的已知方法。溫度控制通常通過(guò)選擇具有特定居里溫度的鐵磁性顆粒而得 到。用于這樣的結(jié)合的電流材料由配合有磁性顆粒的塑料聚合物構(gòu)成，并且在固定的 KHz到MHz的單頻率下通過(guò)電感應(yīng)能頻率對(duì)其加熱。該材料制成丸粒和固體形狀材料。由于 在配合的聚合物基體中包含顆粒的大小和量，對(duì)已知焊接材料存在有感應(yīng)加熱效率損失。 該材料丸粒的大小和相對(duì)于磁場(chǎng)的位置以及形狀也限制了組件中的熔融工序。對(duì)于感應(yīng)結(jié)合已知各種材料。例如，U. S.專(zhuān)利號(hào)6，048，599公開(kāi)了用于電磁熔融 結(jié)合的片材，其包含包括均勻分布相鄰聚合物部分的感應(yīng)體顆粒的多個(gè)復(fù)合電磁部分。將 該復(fù)合部分結(jié)合到每個(gè)相鄰的聚合物部分以使得該復(fù)合部分與該聚合物部分形成具有交 替部分的圖案排列。U. S.專(zhuān)利號(hào)6，056，844公開(kāi)了通過(guò)在待加熱的聚合物中混合鐵磁性顆粒的聚合 物材料的控溫感應(yīng)加熱。溫度控制通過(guò)選擇具有特定居里溫度(Tc)的鐵磁性顆粒而得到。 該鐵磁性顆粒在感應(yīng)場(chǎng)中通過(guò)磁滯損耗而變熱直到它們達(dá)到其居里溫度(Tc)。在該點(diǎn)，通 過(guò)磁滯損耗的生熱停止。U. S.專(zhuān)利號(hào)6，939，477公開(kāi)了聚合物材料的溫控感應(yīng)加熱，其中將產(chǎn)生磁場(chǎng)的感 應(yīng)線圈靠近該材料放置并且該感應(yīng)線圈加熱在待加熱的材料內(nèi)的感應(yīng)體如金屬網(wǎng)或粉末。 為了改善感應(yīng)加熱過(guò)程，優(yōu)化感應(yīng)體設(shè)計(jì)以為了有效熔融結(jié)合或者焊接熱塑性層，優(yōu)化將 感應(yīng)體顆?；旌匣蚍胖迷趶?fù)合基體內(nèi)的方法，并且優(yōu)化感應(yīng)設(shè)備的功率頻率。U. S專(zhuān)利號(hào)5，643，390公開(kāi)了用于高性能熱塑性復(fù)合物的結(jié)合技術(shù)，其中，選擇熱 塑性材料和熱固性單體使得該熱固性單體具有和該熱塑性材料相似的溶解度參數(shù)。該熱塑 性材料直接和熱固性單體的表面結(jié)合以產(chǎn)生共固化層狀材料，其通過(guò)熱固性粘結(jié)劑來(lái)加工 或通過(guò)熔融結(jié)合。U. S專(zhuān)利號(hào)6，137，093公開(kāi)了高效加熱劑，其由用于交變磁場(chǎng)的鐵磁性纖維組成。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的為提供改善的樹(shù)脂復(fù)合物，其包括由導(dǎo)電或磁性顆粒制成樹(shù) 脂基體與制造好的感應(yīng)響應(yīng)性片材，它們形成雙感應(yīng)體復(fù)合物。使用低電感應(yīng)能頻率，該雙 感應(yīng)體復(fù)合物迅速發(fā)熱。已知感應(yīng)加熱技術(shù)用于使用固定時(shí)間段(開(kāi)/關(guān))從電能感應(yīng)源來(lái)焊接、熔合、粘接或者固定聚合物材料。本發(fā)明提供用于感應(yīng)結(jié)合的新樹(shù)脂熔融復(fù)合物。本發(fā)明的雙感 應(yīng)體樹(shù)脂復(fù)合物以最小的功率損失來(lái)提供高效的整體熔融感應(yīng)加熱。本發(fā)明還涉及使用該 雙感應(yīng)體復(fù)合物的控制溫度感應(yīng)加熱的方法，其中使用脈沖寬度調(diào)制的可變時(shí)間循環(huán)來(lái)改 變電感應(yīng)能量的時(shí)間。使用可變感應(yīng)磁場(chǎng)的雙感應(yīng)體復(fù)合物的加熱控制來(lái)自于通過(guò)導(dǎo)電或磁性材料的 生熱，所述材料用于層合或包封電磁性片狀結(jié)構(gòu)體。將這些感應(yīng)材料結(jié)合在對(duì)感應(yīng)能量調(diào) 制反應(yīng)的可容性樹(shù)脂基體中。本發(fā)明的節(jié)能雙感應(yīng)體基于傳遞的感應(yīng)能量的量，在特定溫 度或溫度范圍下在感應(yīng)場(chǎng)中迅速發(fā)熱。通過(guò)磁滯損耗而生成的感應(yīng)熱停止于鐵磁性材料或者非磁性或?qū)щ娦圆牧系臏u 流(趨膚效應(yīng)，skin effect) 0該發(fā)明可用于使用配合在復(fù)合物樹(shù)脂或聚合物中的感應(yīng)顆 粒和電感應(yīng)能量的時(shí)間循環(huán)脈沖來(lái)結(jié)合熱塑性材料或熱固性復(fù)合物并且固化熱固性粘結(jié) 劑，所述復(fù)合物樹(shù)脂或聚合物用于層合或包封織造、非織造或穿孔感應(yīng)片材結(jié)構(gòu)體。本發(fā)明的雙感應(yīng)體復(fù)合物以納米尺寸結(jié)構(gòu)體到微米尺寸的感應(yīng)材料開(kāi)始，該感應(yīng) 材料涂布有特定聚合物或熱固性材料或者配合在樹(shù)脂基體中。在濕態(tài)施涂該樹(shù)脂基體，然 后將其用于層合或包封織造、非織造或穿孔感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體以形成雙感應(yīng)體感應(yīng)加熱復(fù)合 物。通過(guò)將小纖維以結(jié)構(gòu)體的形式(片材或織物)放在一起，接著或者通過(guò)機(jī)械地施 加聚合物或者表面張力粘結(jié)劑并接著將該粘結(jié)劑熔融在織物中、或者在樹(shù)脂基體層合或包 封過(guò)程期間，將它們集束，由此制造非織造感應(yīng)加熱材料?？椩旄袘?yīng)加熱材料為通過(guò)織造形成的導(dǎo)電性或磁性材料結(jié)構(gòu)的布或網(wǎng)。使用樹(shù)脂 基體將感應(yīng)織造布層合或包封。最后，由固體形狀制造穿孔的感應(yīng)加熱材料。使用該樹(shù)脂基體將該導(dǎo)電磁性材料 結(jié)構(gòu)體層合或包封。按照本發(fā)明的方法，通過(guò)電磁的精確迅速加熱，在可變感應(yīng)時(shí)間下使用電感應(yīng)能 頻率以固定的KHz到MHz的單頻率，將該復(fù)合物迅速加熱，所述單頻率為通過(guò)可變時(shí)間循環(huán) 調(diào)制的脈沖寬度，由此形成精確的電磁加熱方法。電能成為感應(yīng)加熱的高效轉(zhuǎn)變通過(guò)雙感 應(yīng)體復(fù)合物經(jīng)過(guò)時(shí)間的總能量吸收來(lái)控制。由以下對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


圖1為示出樹(shù)脂基體和感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體的示意說(shuō)明。圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的層合體或包封體的示意圖。圖3為示出使用本發(fā)明的雙感應(yīng)體復(fù)合物進(jìn)行結(jié)合的裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖3示出高頻匹配阻抗調(diào)諧器1和接收想要的感應(yīng)熱響應(yīng)指令的發(fā)生器2，該指令 來(lái)自用于想要的感應(yīng)能量響應(yīng)的微控制器3產(chǎn)生的控制信號(hào)。每個(gè)控制信號(hào)代表想要的時(shí) 間頻率和響應(yīng)的占空比。高頻功率電路接收控制信號(hào)4并產(chǎn)生固定或可變頻率的脈沖寬度 調(diào)制信號(hào)來(lái)響應(yīng)。每個(gè)頻率脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)具有與想要的磁熱效應(yīng)對(duì)應(yīng)的至少兩個(gè)固
4定頻率中的一個(gè)，并具有與想要的占空比對(duì)應(yīng)的多個(gè)動(dòng)作占空比的其中一個(gè)，從而實(shí)現(xiàn)控 制導(dǎo)電性和磁性顆粒變熱的感應(yīng)功率水平。該占空比可為0-100%的范圍。磁場(chǎng)工作線圈5接收來(lái)自高頻功率發(fā)生器電路的固定或可變頻率脈沖寬度調(diào)制 信號(hào)以控制工作線圈5的磁場(chǎng)磁通密度。用于控制溫度感應(yīng)加熱的雙感應(yīng)體復(fù)合物由磁性或?qū)щ婎w粒和至少一種聚合物 或熱固性材料構(gòu)成。該顆粒大于或等于約10納米。該聚合物或熱固性材料和該磁性或?qū)?電性顆粒形成層合或者包封織造、非織造或穿孔感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體的樹(shù)脂基體(參見(jiàn)圖1和 圖2)。當(dāng)受熱時(shí)，樹(shù)脂基體和雙感應(yīng)體復(fù)合物熔融流動(dòng)并提供剪切力，導(dǎo)致永久的整體 熔合。織造、非織造或穿孔感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體為導(dǎo)電性并且在高頻發(fā)生器功率輸出下為磁 響應(yīng)性。該功率輸出通過(guò)高頻功率電路來(lái)提供，該高頻功率電路接收控制信號(hào)并生成固定 或可變脈沖寬度調(diào)制信號(hào)作出對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)。該控制信號(hào)由高頻匹配阻抗控制器來(lái)提 供。當(dāng)每個(gè)控制信號(hào)代表想要的時(shí)間頻率和想要的占空比時(shí)，功率電路的發(fā)生器從生成的 用于想要的感應(yīng)能量響應(yīng)的控制信號(hào)接收想要的感應(yīng)熱響應(yīng)指令。每個(gè)頻率脈沖寬度調(diào)制 信號(hào)具有對(duì)應(yīng)于想要的磁熱效應(yīng)的至少兩個(gè)固定頻率中的至少一個(gè)，并且具有對(duì)應(yīng)于想要 的占空比(dutycycle)的多個(gè)動(dòng)作占空比的其中一個(gè)，從而實(shí)現(xiàn)控制雙感應(yīng)體復(fù)合物加熱 的感應(yīng)功率水平。占空比可為0-100% (參見(jiàn)圖3)。磁場(chǎng)工作線圈由高頻功率發(fā)生器電路接收固定或可調(diào)頻率脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，以 控制工作線圈的磁場(chǎng)磁通密度。該高頻功率發(fā)生器電路在5KHz-30MHz范圍下運(yùn)行。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電性和磁性的顆粒均勻分布在用于層合或包封感 應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體以形成雙感應(yīng)體復(fù)合物的樹(shù)脂基體中。在另一個(gè)實(shí)施方式中，在濕態(tài)施涂該樹(shù)脂基體，并接著將其用于層合或包封織造、 非織造或穿孔感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體?？蓪⒃摌?shù)脂基體加熱到濕態(tài)并接著將其用于層合或包封非織造材料以通過(guò)熱傳 遞結(jié)合非織造結(jié)構(gòu)體，并由此形成雙感應(yīng)體感應(yīng)加熱復(fù)合物。當(dāng)施涂該樹(shù)脂基體并接著將其用于層合或包封織造或穿孔感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體時(shí)，在 結(jié)合過(guò)程期間通過(guò)表面張力將該樹(shù)脂基體結(jié)合在該結(jié)構(gòu)體上。可以理解本發(fā)明的雙感應(yīng)體感應(yīng)加熱復(fù)合物可以為一個(gè)或多個(gè)層合體或包封體。該聚合物或熱固性組分具有導(dǎo)電性，并且取決于加工成形成雙感應(yīng)體復(fù)合物的感 應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體的基體聚合物反應(yīng)或者熱固性反應(yīng)，磁性顆粒以重量計(jì)存在有從約到約 75%或更多。并且在本發(fā)明還有的進(jìn)一步實(shí)施方式中，該聚合物組分具有包括熱塑性材料的樹(shù) 脂基體材料。熱塑性材料可以為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚(醚醚酮)、聚醚酮酮、聚(醚酰亞 胺)、聚苯硫醚、聚砜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚氨酯、聚苯醚、聚碳 酸酯、聚氯乙烯、聚苯醚、聚丙烯/聚酰胺、聚丙烯/乙烯-乙烯醇、聚乙烯或它們的組合。在雙感應(yīng)體復(fù)合物的進(jìn)一步的實(shí)施方案中，居里溫度(Tc)大于聚合物基體材料 的熔融溫度。
此外，該復(fù)合物的居里溫度(Tc)大于熱固性組分材料的固化溫度。盡管在涉及到其具體實(shí)施方式
下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而 言，許多其它的變化和改進(jìn)以及其它用途將變得顯而易見(jiàn)。因此，聲明本發(fā)明不受文中具體 公開(kāi)的限制，而僅受所附權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.雙感應(yīng)體復(fù)合物，其包含磁性或?qū)щ娦灶w粒和至少一種聚合物或熱固性材料形成 的樹(shù)脂基體；用該樹(shù)脂基體層合或包封的感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的雙感應(yīng)體復(fù)合物，其中該顆粒的尺寸大于或等于約10納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的雙感應(yīng)體復(fù)合物，其中以重量計(jì)存在約-約75%的該顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的雙感應(yīng)體復(fù)合物，其中該樹(shù)脂基體包含熱塑性材料。
5.據(jù)權(quán)利要求4的雙感應(yīng)體復(fù)合物，其中該熱塑性材料選自以下材料組成的組 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚(醚醚酮)、聚醚酮酮、聚(醚酰亞胺)、聚苯硫醚、聚砜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚氨酯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯醚、 聚丙烯/聚酰胺、聚丙烯/乙烯-乙烯醇、聚乙烯或它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的雙感應(yīng)體復(fù)合物，其中該顆粒具有大于基體聚合物材料熔融溫度 的居里溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的雙感應(yīng)體復(fù)合物，其中該顆粒具有大于基體熱固性材料固化溫度 的居里溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的雙感應(yīng)體復(fù)合物，其中該感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體為織造、非織造或穿孔 材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的雙感應(yīng)體復(fù)合物，其中該顆粒均勻分布在樹(shù)脂基體中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的雙感應(yīng)體復(fù)合物，其中該感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體為導(dǎo)電性并且在高頻 發(fā)生器輸出下為磁響應(yīng)性。
11.控制溫度感應(yīng)加熱的方法，包括步驟 提供感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體；用磁性或?qū)щ娦灶w粒和至少一種聚合物或熱固性材料形成的樹(shù)脂基體層合或包封該 感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體，以形成雙感應(yīng)體復(fù)合物；在固定頻率下用電感應(yīng)能頻率加熱該復(fù)合物；以及 通過(guò)可變時(shí)間循環(huán)將該頻率進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中該頻率在5KHz-30MHz的范圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中在濕態(tài)下施涂該樹(shù)脂基體以層合或包封該感應(yīng)材料 結(jié)構(gòu)體。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中該感應(yīng)結(jié)構(gòu)體為非織造材料，該樹(shù)脂基體被加熱到 濕態(tài)，并且層合或包封該非織造材料以通過(guò)熱傳遞來(lái)結(jié)合該非織造結(jié)構(gòu)體。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中該感應(yīng)結(jié)構(gòu)體為非織造或穿孔材料，層合該樹(shù)脂基 體或該樹(shù)脂基體包封該感應(yīng)結(jié)構(gòu)體以使得通過(guò)表面張力將樹(shù)脂基體結(jié)合在該結(jié)構(gòu)體上。
全文摘要
雙感應(yīng)體復(fù)合物，其具有磁性或?qū)щ婎w粒與至少一種聚合物或熱固性材料，和用該樹(shù)脂基體層合或包封的感應(yīng)材料結(jié)構(gòu)體。
文檔編號(hào)H05B6/02GK102067722SQ200980122656
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者B·阿高斯托, D·P·拉馬卡, J·伯克, T·茲科 申請(qǐng)人:伊瑪邦德解決方案有限責(zé)任公司