專利名稱：用于感應控制加熱的雙感應體溫控樹脂復合物以及其使用方法
技術領域：
本發明涉及聚合物感應結合。這樣的結合用于包封、焊接、鍛造、粘接或固定聚合 物材料。更具體地，該發明涉及用于感應控制加熱的雙感應體溫控樹脂復合物。
背景技術：
感應結合為用于通過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 材料結合在一起的已知方法。溫度控制通常通過選擇具有特定居里溫度的鐵磁性顆粒而得 到。用于這樣的結合的電流材料由配合有磁性顆粒的塑料聚合物構成，并且在固定的 KHz到MHz的單頻率下通過電感應能頻率對其加熱。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，對已知焊接材料存在有感應加熱效率損失。 該材料丸粒的大小和相對于磁場的位置以及形狀也限制了組件中的熔融工序。對于感應結合已知各種材料。例如，U. S.專利號6，048，599公開了用于電磁熔融 結合的片材，其包含包括均勻分布相鄰聚合物部分的感應體顆粒的多個復合電磁部分。將 該復合部分結合到每個相鄰的聚合物部分以使得該復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.專利號6，056，844公開了通過在待加熱的聚合物中混合鐵磁性顆粒的聚合 物材料的控溫感應加熱。溫度控制通過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場中通過磁滯損耗而變熱直到它們達到其居里溫度(Tc)。在該點，通 過磁滯損耗的生熱停止。U. S.專利號6，939，477公開了聚合物材料的溫控感應加熱，其中將產生磁場的感 應線圈靠近該材料放置并且該感應線圈加熱在待加熱的材料內的感應體如金屬網或粉末。 為了改善感應加熱過程，優化感應體設計以為了有效熔融結合或者焊接熱塑性層，優化將 感應體顆粒混合或放置在復合基體內的方法，并且優化感應設備的功率頻率。U. S專利號5，643，390公開了用于高性能熱塑性復合物的結合技術，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。該熱塑 性材料直接和熱固性單體的表面結合以產生共固化層狀材料，其通過熱固性粘結劑來加工 或通過熔融結合。U. S專利號6，137，093公開了高效加熱劑，其由用于交變磁場的鐵磁性纖維組成。
發明內容
因此，本發明的目的為提供改善的樹脂復合物，其包括由導電或磁性顆粒制成樹 脂基體與制造好的感應響應性片材，它們形成雙感應體復合物。使用低電感應能頻率，該雙 感應體復合物迅速發熱。已知感應加熱技術用于使用固定時間段(開/關)從電能感應源來焊接、熔合、粘接或者固定聚合物材料。本發明提供用于感應結合的新樹脂熔融復合物。本發明的雙感 應體樹脂復合物以最小的功率損失來提供高效的整體熔融感應加熱。本發明還涉及使用該 雙感應體復合物的控制溫度感應加熱的方法，其中使用脈沖寬度調制的可變時間循環來改 變電感應能量的時間。使用可變感應磁場的雙感應體復合物的加熱控制來自于通過導電或磁性材料的 生熱，所述材料用于層合或包封電磁性片狀結構體。將這些感應材料結合在對感應能量調 制反應的可容性樹脂基體中。本發明的節能雙感應體基于傳遞的感應能量的量，在特定溫 度或溫度范圍下在感應場中迅速發熱。通過磁滯損耗而生成的感應熱停止于鐵磁性材料或者非磁性或導電性材料的渦 流(趨膚效應，skin effect) 0該發明可用于使用配合在復合物樹脂或聚合物中的感應顆 粒和電感應能量的時間循環脈沖來結合熱塑性材料或熱固性復合物并且固化熱固性粘結 劑，所述復合物樹脂或聚合物用于層合或包封織造、非織造或穿孔感應片材結構體。本發明的雙感應體復合物以納米尺寸結構體到微米尺寸的感應材料開始，該感應 材料涂布有特定聚合物或熱固性材料或者配合在樹脂基體中。在濕態施涂該樹脂基體，然 后將其用于層合或包封織造、非織造或穿孔感應材料結構體以形成雙感應體感應加熱復合 物。通過將小纖維以結構體的形式(片材或織物)放在一起，接著或者通過機械地施 加聚合物或者表面張力粘結劑并接著將該粘結劑熔融在織物中、或者在樹脂基體層合或包 封過程期間，將它們集束，由此制造非織造感應加熱材料。織造感應加熱材料為通過織造形成的導電性或磁性材料結構的布或網。使用樹脂 基體將感應織造布層合或包封。最后，由固體形狀制造穿孔的感應加熱材料。使用該樹脂基體將該導電磁性材料 結構體層合或包封。按照本發明的方法，通過電磁的精確迅速加熱，在可變感應時間下使用電感應能 頻率以固定的KHz到MHz的單頻率，將該復合物迅速加熱，所述單頻率為通過可變時間循環 調制的脈沖寬度，由此形成精確的電磁加熱方法。電能成為感應加熱的高效轉變通過雙感 應體復合物經過時間的總能量吸收來控制。由以下對本發明的說明，本發明的其它特點和優點將變得明顯。
圖1為示出樹脂基體和感應材料結構體的示意說明。圖2為示出根據本發明的層合體或包封體的示意圖。圖3為示出使用本發明的雙感應體復合物進行結合的裝置的示意圖。
具體實施例方式圖3示出高頻匹配阻抗調諧器1和接收想要的感應熱響應指令的發生器2，該指令 來自用于想要的感應能量響應的微控制器3產生的控制信號。每個控制信號代表想要的時 間頻率和響應的占空比。高頻功率電路接收控制信號4并產生固定或可變頻率的脈沖寬度 調制信號來響應。每個頻率脈沖寬度調制的信號具有與想要的磁熱效應對應的至少兩個固
4定頻率中的一個，并具有與想要的占空比對應的多個動作占空比的其中一個，從而實現控 制導電性和磁性顆粒變熱的感應功率水平。該占空比可為0-100%的范圍。磁場工作線圈5接收來自高頻功率發生器電路的固定或可變頻率脈沖寬度調制 信號以控制工作線圈5的磁場磁通密度。用于控制溫度感應加熱的雙感應體復合物由磁性或導電顆粒和至少一種聚合物 或熱固性材料構成。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導 電性顆粒形成層合或者包封織造、非織造或穿孔感應材料結構體的樹脂基體(參見圖1和 圖2)。當受熱時，樹脂基體和雙感應體復合物熔融流動并提供剪切力，導致永久的整體 熔合。織造、非織造或穿孔感應材料結構體為導電性并且在高頻發生器功率輸出下為磁 響應性。該功率輸出通過高頻功率電路來提供，該高頻功率電路接收控制信號并生成固定 或可變脈沖寬度調制信號作出對控制信號的響應。該控制信號由高頻匹配阻抗控制器來提 供。當每個控制信號代表想要的時間頻率和想要的占空比時，功率電路的發生器從生成的 用于想要的感應能量響應的控制信號接收想要的感應熱響應指令。每個頻率脈沖寬度調制 信號具有對應于想要的磁熱效應的至少兩個固定頻率中的至少一個，并且具有對應于想要 的占空比(dutycycle)的多個動作占空比的其中一個，從而實現控制雙感應體復合物加熱 的感應功率水平。占空比可為0-100% (參見圖3)。磁場工作線圈由高頻功率發生器電路接收固定或可調頻率脈沖寬度調制信號，以 控制工作線圈的磁場磁通密度。該高頻功率發生器電路在5KHz-30MHz范圍下運行。在本發明的一個實施方式中，導電性和磁性的顆粒均勻分布在用于層合或包封感 應材料結構體以形成雙感應體復合物的樹脂基體中。在另一個實施方式中，在濕態施涂該樹脂基體，并接著將其用于層合或包封織造、 非織造或穿孔感應材料結構體。可將該樹脂基體加熱到濕態并接著將其用于層合或包封非織造材料以通過熱傳 遞結合非織造結構體，并由此形成雙感應體感應加熱復合物。當施涂該樹脂基體并接著將其用于層合或包封織造或穿孔感應材料結構體時，在 結合過程期間通過表面張力將該樹脂基體結合在該結構體上。可以理解本發明的雙感應體感應加熱復合物可以為一個或多個層合體或包封體。該聚合物或熱固性組分具有導電性，并且取決于加工成形成雙感應體復合物的感 應材料結構體的基體聚合物反應或者熱固性反應，磁性顆粒以重量計存在有從約到約 75%或更多。并且在本發明還有的進一步實施方式中，該聚合物組分具有包括熱塑性材料的樹 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。在雙感應體復合物的進一步的實施方案中，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施方式
下對本發明進行了說明，但對本領域技術人員而 言，許多其它的變化和改進以及其它用途將變得顯而易見。因此，聲明本發明不受文中具體 公開的限制，而僅受所附權利要求的限制。
權利要求
1.雙感應體復合物，其包含磁性或導電性顆粒和至少一種聚合物或熱固性材料形成 的樹脂基體；用該樹脂基體層合或包封的感應材料結構體。
2.根據權利要求1的雙感應體復合物，其中該顆粒的尺寸大于或等于約10納米。
3.根據權利要求1的雙感應體復合物，其中以重量計存在約-約75%的該顆粒。
4.根據權利要求1的雙感應體復合物，其中該樹脂基體包含熱塑性材料。
5.據權利要求4的雙感應體復合物，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.根據權利要求1的雙感應體復合物，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.根據權利要求1的雙感應體復合物，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.根據權利要求1的雙感應體復合物，其中該感應材料結構體為織造、非織造或穿孔 材料。
9.根據權利要求1的雙感應體復合物，其中該顆粒均勻分布在樹脂基體中。
10.根據權利要求8的雙感應體復合物，其中該感應材料結構體為導電性并且在高頻 發生器輸出下為磁響應性。
11.控制溫度感應加熱的方法，包括步驟 提供感應材料結構體；用磁性或導電性顆粒和至少一種聚合物或熱固性材料形成的樹脂基體層合或包封該 感應材料結構體，以形成雙感應體復合物；在固定頻率下用電感應能頻率加熱該復合物；以及 通過可變時間循環將該頻率進行脈沖寬度調制。
12.根據權利要求11的方法，其中該頻率在5KHz-30MHz的范圍。
13.根據權利要求11的方法，其中在濕態下施涂該樹脂基體以層合或包封該感應材料 結構體。
14.根據權利要求11的方法，其中該感應結構體為非織造材料，該樹脂基體被加熱到 濕態，并且層合或包封該非織造材料以通過熱傳遞來結合該非織造結構體。
15.根據權利要求11的方法，其中該感應結構體為非織造或穿孔材料，層合該樹脂基 體或該樹脂基體包封該感應結構體以使得通過表面張力將樹脂基體結合在該結構體上。
全文摘要
雙感應體復合物，其具有磁性或導電顆粒與至少一種聚合物或熱固性材料，和用該樹脂基體層合或包封的感應材料結構體。
文檔編號H05B6/02GK102067722SQ200980122656
公開日2011年5月18日 申請日期2009年5月20日 優先權日2008年6月19日
發明者B·阿高斯托, D·P·拉馬卡, J·伯克, T·茲科 申請人:伊瑪邦德解決方案有限責任公司