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CN106700959A - 使粘合层预固化的方法和配置 - Google Patents

使粘合层预固化的方法和配置 Download PDF

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CN106700959A
CN106700959A CN201610112722.5A CN201610112722A CN106700959A CN 106700959 A CN106700959 A CN 106700959A CN 201610112722 A CN201610112722 A CN 201610112722A CN 106700959 A CN106700959 A CN 106700959A
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precuring
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A·沃恩
J·里什东
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Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Europe Technical Center GmbH
Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

本发明提供一种使粘合层预固化的方法，其中该粘合层使第一部件粘结至第二部件。随着使用与第一部件表面电接触的一对电极来加热第一部件，对粘合层部件进行处理，从而加热粘合层，其中该对电极向第一部件施加预定电流。本发明还提供用于使粘合层预固化的配置。

Description

使粘合层预固化的方法和配置
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年11月13日提交的德国专利申请第102015222467.8号优先权及其权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种使粘合层预固化的方法，其中该粘合层使第一部件粘结至第二部件。另外，本发明涉及使粘合层预固化的配置，其中该粘合层使第一部件粘结至第二部件。
背景技术
结构性车辆部件的轻质化设计已经变得越来越重要。例如，与传统钢结构相比，钢和铝的混合结构或复合材料产生重量上的优势。然而，这些二次材料例如铝或复合材料无法使用电阻点焊而与钢接合。
在特定例子中，US 5,100,494公开了一种用于将两片材料暂时结合并然后分离的方法。该方法包括以下步骤：布置两片具有一致成形的相对面的材料，使两片材料在连接点粘结，并使充足的电流通过电阻元件以使热塑性粘合剂熔融，从而使两个片分离。该连接点包含热塑性粘合剂层、两片材料之间的电阻元件、以及用于使电阻元件与粘结在一起的两片材料中的各个分开并间隔开的构件，且用于分开并间隔开的构件包括放置在电阻元件与在电阻元件各侧的材料片之间的多个非导电性垫片。
另外，US 6,146,488公开了使用粘合剂将金属表面粘结在一起的胶焊法，同时采用粘合剂以及使用粘合剂的电阻点焊的手段。该方法包括以下步骤：通过将热固性环氧树脂、潜在固化剂和1-15vol％的选自金属、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物和金属硅化物中的一种或多种导电添加剂进行混合而制备粘合剂；将粘合剂涂敷到至少一个要粘结的金属表面；然后将所涂敷的粘合剂铺开；将金属表面放置在一起，其中铺开的粘合剂放置在两个金属表面之间；将金属表面点焊在一起；以及加热金属表面以使粘合剂固化，由此，添加剂改进导电性，增强点焊的强度。添加剂为粒径10μm或更小的粉末形式，或者为厚度至少0.5μm和粒径30μm或更小的碎片或薄片形式。
粘合结合剂的使用能够提供高效的混合连接性能。粘合剂需要部分固化以使部件可以得以操作。因此，需要新的方法，从而在主要的固化步骤之前使粘合剂预固化。
发明内容
在优选的方面，本发明提供一种用于使粘合层预固化的方法和配置，其能够使得在主要的固化步骤之前使粘合剂预固化。
在一个方面，本发明提供一种用于使粘合层预固化的方法，其中该粘合层使第一部件粘结至第二部件。可以通过用一对电极来对第一部件加热，从而来加热粘合层，其中该电极与第一部件的表面电接触。具体而言，该对电极可以向第一部件施加预定的电流。
在另一个方面，本发明提供一种用于使粘合层预固化的配置。该配置可以包含粘结结构和设备，其中在粘结结构中，第一部件经粘合层粘结至第二部件，且该设备包含与第一部件的表面电接触的一对电极。具体而言，该对电极可以向第一部件施加预定的电流，以通过加热第一部件来加热粘合层。
具体地，用于使粘合层预固化的方法可以使用传统的制造机械装置，以使粘合层预固化，从而可以操作粘结结构而无需用固定构件进行预固定，其中，粘合层使第一部件粘结至第二部件。本发明的方法可以提供具有高粘合结合性能的轻质粘结结构，其可以使用传统的制造机械装置而高效且经济地进行制备。
在示例性实施方式中，用于使粘合层预固化的方法包括通过处理粘合层部件来加热粘合层的步骤，其中，粘合层使第一部件粘结至第二部件。具体而言，该对电极可以向第一部件施加预定电流。该对电极可以或可以不与第一部件的表面电接触。
可以用该对电极向第一部件施加第一电流(I1)，以使粘合层的温度增加至高于活化阈值(AT)，此后，可以用该对电极向第一部件施加第二电流(I2)，以使粘合层的温度保持在高于活化阈值的预定温度范围内。从而，粘合层可以被预固化。
如本文所用，术语“活化阈值(AT)”是指包含在粘合层中的材料或树脂开始交联、或者粘合层的固化开始发生的最低温度。活化阈值(AT)可以基于本发明粘合层中的可交联聚合物材料(树脂)或树脂组合物的固化温度而变化。
针对粘合层的预固化，可以选择预定的温度范围，该预定的温度范围低于粘合层的降解温度(DT)。
如本文所用，术语“降解温度”是指粘合层或其组合物的热降解、热分解或不可逆化学分解开始发生的最低温度。
通过将粘合层保持在高于活化阈值并低于降解温度的预定温度范围内，可以进行高效且安全的粘合层预固化。
粘合层可以包含单组分环氧树脂、双组分环氧树脂、单组分聚氨酯、双组分聚氨酯或双组分丙烯酸树脂。因此，按照各自的要求，可以选择最适合于材料要求的适当材料。
当粘合层包含单组分环氧树脂时，粘合层的活化阈值(AT)可以为约180℃，粘合层的降解温度(DT)可以为高于约240℃，因此，预定的温度范围(TR)可以为约180℃至240℃。
当粘合层包含双组分环氧树脂时，粘合层的活化阈值(AT)可以为约120℃，粘合层的降解温度(DT)可以为高于约200℃，因此，预定的温度范围(TR)可以为约120℃至200℃。
当粘合层包含单组分聚氨酯时，粘合层的活化阈值(AT)可以为约100℃，粘合层的降解温度(DT)可以为高于约160℃，因此，预定的温度范围(TR)为约100℃至160℃。
当粘合层包含双组分聚氨酯时，粘合层的活化阈值(AT)可以为约90℃，粘合层的降解温度(DT)可以为高于约140℃，因此，预定的温度范围(TR)可以为约90℃至140℃。
当粘合层包含双组分丙烯酸树脂时，粘合层的活化阈值(AT)可以为约60℃，粘合层的降解温度(DT)可以为高于约120℃，因此，预定的温度范围(TR)可以为约60℃至120℃。因此，可以在正确的温度范围内对粘合层进行高效的预固化。
第一电流可以为约500A至5500A，或特别地为约1750A至4250A。另外，可以向第一部件施加持续时间为约1000ms至7000ms、或者特别地为约2500ms至5500ms的第一电流。此外，在施加第一电流和第二电流之间，可以有约1ms至2000ms，或者特别地为约500ms至1500ms的暂停。因此，粘合层可以快速加热。
第二电流可以包含预定数量的约250A至1450A、或者特别地为约650A至1050A的脉冲。可以向第一部件施加持续时间为约300ms至700ms、或者特别地为约400ms至600ms的第二电流。通过施以第二电流脉冲，可以将粘合层的温度在预定温度范围内保持在基本恒定的温度处。
在各脉冲之后，可以有约100ms至900ms，或者特别地为约300ms至700ms的暂停。预定的脉冲数量可以为约10至50个脉冲，或者特别地为约20至40个脉冲。因此，整体的预固化时间可以优选为较短，这促成高效的制备过程。
在粘合层的预固化期间，可以向第一部件的表面和第二部件的表面施加预定时间的机械压力。通过向第一部件的表面和第二部件的表面施加机械压力，可以支持第一部件通过粘合层的方式粘结至第二部件。
粘合层可以通过热固性粘合剂而形成，第一部件可以包含电导率高于约100000S/m的材料，且第二部件可以包含纤维增强复合材料、塑料、陶瓷、铝和镁中的一种。因此，可以制造轻质的混合结构。
在示例性实施方式中，还提供一种用于使粘合层预固化的配置。该配置可以包含：粘结结构，在该结构中，第一部件通过粘合层的方式粘结至第二部件；以及装置，其包含与第一部件的表面电接触的一对电极。具体而言，该对电极可以向粘合层组分施加预定电流(I1、I2)以加热粘合层。
该对电极可以向第一部件施加第一电流(I1)，以将粘合层的温度升高至活化阈值(AT)以上，此后向第一部件施加第二电流(I2)，以使粘合层的温度保持在高于活化阈值(AT)的预定温度范围(TR)内。此外，预定的温度范围(TR)低于粘合层的降解温度(DT)。
装置还可以包含用于在粘合层预固化期间向第一部件的表面和第二部件的表面施加预定时间(t3)的机械压力(P)的构件。
粘合层可以包含热固性粘合剂，第一部件可以包含电导率高于约100000S/m的材料，且第二部件可以包含纤维增强复合材料、塑料、陶瓷、铝和镁中的一种。
正如所讨论的，本发明的方法优选起到使粘合层预固化的作用。如此，优选地，不高于约95、90、85、80、70、60、50、40、30、20或10重量百分比(wt％)的能够在本文公开的电极的存在下反应的粘合层组分将进行反应(例如，通过共价键合形成反应或其他增加分子量的反应而进行反应)。
在优选的方面，在本文公开的预固化处理之后，粘合层可以被进一步处理(即，固化)。这样的进一步处理可以认为是主要的固化处理或者其他的后续固化。例如，在如本文公开的预固化之后，粘合层可以通过用辐射热源(例如，UV辐射)热处理、通过另外的电流处理等而进一步固化。
此外提供一种包含如本文所述的粘合层的车辆部件。
此外还提供一种车辆，该车辆包含如本文所述的粘合层的车辆部件。
所述的实施方式和进一步的发展状态可以以任何所需的方式彼此结合。
本发明的其他可能的实施方式、发展状态和实施还包括以上或以下参考本发明实施方式所述的特征。
附图说明
附图将表达对本发明实施方式的进一步理解。这些附图用于说明实施方式，并与说明书相结合，用于解释本发明的原则和概念。
基于附图，其他实施方式和很多所述优点是明晰的。示出的附图元素不必然是相互成比例的。
图1a示出根据本发明示例性实施方式的用于使示例性粘合层预固化的示例性配置。
图1b示出根据本发明示例性实施方式的用于使示例性粘合层预固化的示例性配置。
图1c示出根据本发明示例性实施方式的用于使示例性粘合层预固化的示例性配置。
图2是根据本发明示例性实施方式的示例性预固化方法的电流、压力和温度随时间而变的图。
图3是根据本发明示例性实施方式的用于加热示例性粘合层的温度随时间而变的图。
图4是根据本发明示例性实施方式的用于使示例性粘合层预固化的示例性方法的流程图。
除非另外指出，贯穿全部附图，相似的附图标号指代相似的元件。
具体实施方式
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其他代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。本文中提到的混合动力车是具有两种或更多种动力来源的车，例如同时为汽油动力和电动力的车。
本文使用的术语仅为说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该”也意在包括复数形式，除非上下文中另外明确指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括、包含、含有”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有结合。
除非特别指出或从上下文清晰得到，本文使用的术语“约”应理解为在本领域的正常容忍范围内，例如在均值的2个标准差内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另外从上下文清晰得出，本文中提供的所有数值都被术语“约”修饰。
图1a示出根据本发明示例性实施方式的用于使示例性粘合层预固化的示例性配置。
配置1可以包含粘结结构5，在该结构中，第一部件11通过粘合层10的方式粘结至第二部件12。装置(图1a中未示出)可以包含与第一部件11的表面11a电接触的一对电极13。
图1b示出根据本发明示例性实施方式的用于使粘合层预固化的示例性配置。
由于与第一部件11的表面11a电接触，该对电极可以向第一部件11施加预定电流，随着加热第一部件11而处理粘合层部件，从而来加热粘合层10。
此外，装置还包含一个单元，其用于在使粘合层10预固化期间向第一部件11的表面11a和第二部件12的表面12a施加预定时间的机械压力P。
图1c示出根据本发明示例性实施方式的用于使粘合层预固化的示例性配置。
在完成粘合层的预固化后，可以解除施加至第一部件11的表面11a和第二部件12的表面12a的机械压力P，并且可以将该对电极13从第一部件11的表面11a撤回。
图2是根据本发明示例性实施方式的示例性预固化方法的电流、压力和温度随时间而变的图。
可以通过一对电极的方式向第一部件施加第一电流I1，以将粘合层的温度T升高至活化阈值AT之上。
粘合层可以优选地包含单组分环氧树脂。或者，粘合层可以包含双组分环氧树脂、单组分聚氨酯、双组分聚氨酯或双组分丙烯酸树脂。
对于单组分环氧树脂，粘合层的活化阈值可以为约180℃。或者，对于双组分环氧树脂，粘合层的活化阈值可以为约120℃，对于单组分聚氨酯为约100℃，对于双组分聚氨酯为约90℃，且对于双组分丙烯酸树脂为约60℃。
此后，可以通过该对电极的方式向第一部件施加第二电流I2，以将粘合层的温度T保持在高于活化阈值的预定温度范围内。对于单组分环氧树脂，针对粘合层预固化而选择的预定温度范围可以为约180℃至240℃。对于单组分环氧树脂，推荐的固化温度范围可以为约150℃至210℃。
或者，对于双组分环氧树脂，针对粘合层预固化而选择的预定温度范围可以为约120℃至200℃。对于双组分环氧树脂，推荐的固化温度范围可以为约25℃至180℃。
或者，对于单组分聚氨酯，针对粘合层预固化而选择的预定温度范围可以为约100℃至160℃。对于单组分聚氨酯，推荐的固化温度范围可以为约70℃至130℃。
或者，对于双组分聚氨酯，针对粘合层预固化而选择的预定温度范围可以为约90℃至140℃。对于双组分聚氨酯，推荐的固化温度范围可以为约25℃至130℃。
或者，对于双组分丙烯酸树脂，针对粘合层预固化而选择的预定温度范围可以为约60℃至120℃。对于双组分丙烯酸树脂，推荐的固化温度范围可以为约25℃至80℃。
第一电流I1可以为约3000A。或者，第一电流I1可以在约500A至5500A、或者特别地在约1750A至4250A的范围内。
第一电流I1可以在约4000ms的持续时间中施加至第一部件。或者，可以向第一部件施加在约1000ms至7000ms、或者特别地在约2500ms至5500ms的时间范围内的第一电流I1。
第二电流I2可以包含预定数量的约850A的脉冲。或者，预定数量的第二电流I2脉冲可以在约250A至1450A、或者特别地在约650A至1050A的范围内。可以在约500ms的持续时间中将预定数量的脉冲施加给第一部件。或者，可以在约300ms至700ms、或者特别地在约400ms至600ms的时间范围内向第一部件施加预定数量的第二电流I2脉冲。
在各个脉冲之后，可以有约500ms的暂停。或者，在各个脉冲之后，暂停可以在约100ms至900ms、或者特别地在约300ms至700ms的时间范围内。
预定数量的脉冲可以为约30个脉冲。或者，预定数量的脉冲可以在约10至50个脉冲、或者特别地在约20至40个脉冲的范围内。
总的持续时间可以长于约30s，在该总的持续时间中，第一部件以及接下来的粘合层被加热至高于活化阈值并保持在预定温度范围内。
在第一电流通过一对电极而施加至第一部件之前，在粘合层的预固化期间，可以向第一部件的表面和第二部件的表面施加预定时间的机械压力P。
此外，如图2所示，在施加第一电流I1期间，粘合层的温度通常可以以基本恒定的速率升高，随后，在施加第二电流I2期间，粘合层的温度可以保持在基本恒定的水平。当第二电流I2的施加结束时，粘合层的温度T开始回落。
图3是根据本发明示例性实施方式的用于加热粘合层的温度随时间而变的图。
针对粘合层的预固化，可以选择预定的温度范围TR。预定温度范围TR可以高于粘合层的活化阈值AT并低于降解温度DT。如图3所示，对于单组分环氧树脂，粘合层的活化阈值可以是约180℃。或者，根据粘合剂的选择，活化阈值和/或降解温度以及作为结果的预定温度范围可以不同。
对于单组分环氧树脂，粘合层的降解温度DT可以高于约240℃。或者，对于双组分环氧树脂，粘合层的降解温度DT可以高于约200℃，对于单组分聚氨酯为高于约160℃，对于双组分聚氨酯为高于约140℃，且对于双组分丙烯酸树脂为高于约120℃。
初始地，粘合层的温度可以在例如约3至5s中增加至高于活化阈值。此后，粘合层的温度可以保持在预定温度范围TR内的基本恒定温度处，持续约30s的时间。在完成粘合层的加热时，温度开始回落。
相对于约40秒的预固化时间，用于使粘合层预固化的配置可以具有高于约1.0MPa的搭接剪切强度。
粘合层可以包含热固性粘合剂。然而，任何相关领域通常使用的材料可以适当地加以使用。例如，第一部件可以包含钢。或者，第一部件可以包含铝或镁。此外，第一部件可以包含电导率高于约100000S/m的任何材料。
第二部件可以包含纤维增强复合材料。或者，第二部件可以包含塑料、陶瓷、铝、镁中的一种。
图4是根据本发明示例性实施方式的用于使粘合层预固化的方法的流程图。
在步骤S1中，可以通过一对电极的方式向第一部件施加第一电流，以将粘合层的温度升高至高于活化阈值。在步骤S2中，可以通过该对电极的方式向第一部件施加第二电流，以将粘合层的温度保持在高于粘合层的活化阈值并低于降解温度的预定温度范围内。在步骤S3中，在粘合层的预固化期间，可以向第一部件的表面和第二部件的表面施加预定时间的机械压力。
尽管本发明相对于优选实施方式进行了描述，但其不限于此，而是可以以多种方式进行更改。具体而言，本发明可以在不偏离本发明主旨的情况下以多种方式进行修改或改变。
第一部件和第二部件的形状可以例如为任何所需的形状。此外，所述的一对电极可以放置在第一部件表面上的任何所需位置处。而且，取决于特定的需要，第二电流可以为恒定的或脉冲的。或者，可以采用其他用于粘合剂预固化的方法，例如通过感应或红外加热。

Claims (22)

1.一种用于使粘合层预固化的方法，所述粘合层使第一部件粘结至第二部件，所述方法包括以下步骤：
通过用一对电极处理所述第一部件，从而加热所述粘合层，
所述一对电极向所述第一部件施加预定的电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，用所述一对电极向所述第一部件施加第一电流，以将所述粘合层的温度升高至高于活化阈值，此后，使用所述一对电极向所述第一部件施加第二电流，以将所述粘合层的温度保持在高于所述活化阈值的预定温度范围内。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定温度范围低于所述粘合层的降解温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合层包含单组分环氧树脂、双组分环氧树脂、单组分聚氨酯、双组分聚氨酯或双组分丙烯酸树脂。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述粘合层包含所述单组分环氧树脂时，所述粘合层的活化阈值为180℃，所述粘合层的降解温度为高于240℃，并且预定温度范围为180℃至240℃。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述粘合层包含所述双组分环氧树脂时，所述粘合层的活化阈值为120℃，所述粘合层的降解温度为高于200℃，并且预定温度范围为120℃至200℃。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述粘合层包含所述单组分聚氨酯时，所述粘合层的降解温度为高于160℃，所述粘合层的活化阈值为100℃，并且预定温度范围为100℃至160℃。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述粘合层包含所述双组分聚氨酯时，所述粘合层的降解温度为高于140℃，所述粘合层的活化阈值为90℃，并且预定温度范围为90℃至140℃。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述粘合层包含所述双组分丙烯酸树脂时，所述粘合层的活化阈值为60℃，所述粘合层的降解温度为高于120℃，并且预定温度范围为60℃至120℃。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一电流为500A至5500A。
11.根据权利要求2所述的方法，其中，向所述第一部件施加持续时间为1000ms至7000ms的所述第一电流。
12.根据权利要求2所述的方法，其中，在施加所述第一电流与所述第二电流之间存在1ms至2000ms的暂停。
13.根据权利要求2所述的方法，其中，以预定数量的250A至1450A的脉冲施加所述第二电流，并且向所述第一部件施加的持续时间为300ms至700ms。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在各个脉冲之后，存在100ms至900ms的暂停，并且所述预定数量的脉冲为10至50个脉冲。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，在使所述粘合层预固化的期间，向所述第一部件的表面和所述第二部件的表面施加预定持续时间的机械压力。
16.一种用于使粘合层预固化的配置，其包含：
粘结结构，在所述粘结结构中，第一部件通过所述粘合层而粘结至第二部件；以及
装置，其包含与所述第一部件的表面电接触的一对电极，所述一对电极适配成向所述第一部件施加预定的电流，以通过处理所述第一部件来加热所述粘合层。
17.根据权利要求16所述的配置，其中，所述一对电极适配成向所述第一部件施加第一电流，以将所述粘合层的温度升高至高于活化阈值，此后，向所述第一部件施加第二电流，以将所述粘合层的温度保持在高于所述活化阈值的预定温度范围内。
18.根据权利要求17所述的配置，其中，所述预定温度范围低于所述粘合层的降解温度。
19.根据权利要求16所述的配置，其中，所述装置包含构件，所述构件在使所述粘合层预固化的期间向所述第一部件的表面和所述第二部件的表面施加预定持续时间的机械压力。
20.根据权利要求16所述的配置，其中，所述粘合层包含热固性粘合剂，所述第一部件包含电导率高于100000S/m的材料，且所述第二部件包含纤维增强复合材料、塑料、陶瓷、铝和镁中的至少一种。
21.一种车辆部件，其包含通过权利要求1所述的方法所预固化的粘合层。
22.一种车辆，其包含权利要求21所述的车辆部件。
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