具有改進強度的摩擦焊接熱塑製品的製作方法

2023-07-06 11:23:51 1

專利名稱：具有改進強度的摩擦焊接熱塑製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱塑製品的焊接；特別是涉及具有改進強度的包括摩擦焊接對接接頭的熱塑製品和形成焊接接頭的方法。
2.背景技術在本領域中，熱塑構件的摩擦焊接已經良好的實現。摩擦焊接包括線性振動焊接技術、軌跡焊接技術和旋轉焊接技術。對於這些技術中的每一種，將兩個待焊接的工件放置以疊置並列的關係，在工件之間施加壓力，然後在兩個工件之間的交界面上彼此相對作振動、軌道運動或旋轉運動，從而實施該焊接方法。交界面的摩擦加熱導致熔化區中的熱塑材料的熔化和流動。運動停止後，隨後在壓力下冷卻，在熔化區內的材料的固化形成了工件之間的一個焊接接頭。
待焊接部件通常具有不同厚度。典型地，在焊接區中，一個部件可以是2至4mm厚，而另一個部件是4至6mm厚。
振動焊接法的現象學已經描述和分析過。參見V.K.Stokes著，「Vibration Welding of Thermoplastics，Part IPhenomenologyof the Welding Process」，Polymer Engineering and Science，28，718(1988)；「Vibration Welding of Thermoplastics，PartIIAnalysis of the Welding Process」，Polymer Engineering andScience，28，728(1988)。Stokes將焊接法描述為發生在四個階段1)通過摩擦加熱交界面；2)熔化和在橫過振動的方向上向外流動；3)固體的熔化率等於熔融材料的流出的該穩定狀態；和4)當振動停止時熔融材料的固化。
在焊接操作過程中從接頭擠出的熔融材料不同地被稱為「溢料(flash)」或「隆起(flush)」。如果在完成的部件中溢料的存在是有害的，那麼在焊接後就需要獨立的操作來去掉該溢料。作為替換，待焊接的部件可採用看起來遮掩溢料的「溢料阱」。
摩擦焊接區的強度是許多參數的複變函數。這些參數是振動(縱向、橫向、角向、軌道)的振動頻率、幅度和方向，垂直於工件之間的交界面的壓力，焊接時間或焊透深度(熔化深度)和保持或冷卻時間。這些參數中的部分參數對若干未填充熱塑性塑料的強度的影響已經記錄在V.K.Stokes著，「Vibration Welding of Thermoplastics，Part IVStrengths of Poly(Butylene Terepthalate)，Polyetherimide and Modified Polyphenylene Oxide Butt Welds」，Polymer Engineering and Science，28，998(1988)。
對於許多用途，例如汽車車蓋用途、動力工具和其它裝置，有必要在基本熱塑材料中採用加強纖維。這些加強纖維，例如玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維、芳族聚醯胺纖維或其它纖維大大增加了基礎樹脂的強度、剛度和熱扭變溫度。這些加強纖維的存在影響並使焊接處理參數與待連接熱塑材料中的焊接強度之間的關係複雜化。V.Kagan等在下文描述了這種填充熱塑性塑料的振動焊接，即「The OptimizedPerformance of Linear Vibration Welded Nylon 6 and Nylon 66Butt Joints」，Plastics-Racing into the Future，Proceedingsof the SPE 54thAnnual Technical Conference and Exhibits，1266-1274頁，1996，並參見第5874146號美國專利，該專利公開文本在此提供作為參考。人們已經發現在最佳焊接處理條件下，並且，來自其中一個工件的纖維刺入焊縫並進入另一個工件內，焊縫達到最大的抗張強度。在並非最佳處理條件下，加強纖維不能跨過焊縫區域，結果，焊縫的強度較低。
在每個上述研究中，待焊接的工件具有嚴格的平面的相對表面。無需再說明平面的初始交界面的幾何形狀是具有優點的，實際上在「Vibration Welding of Thermoplastics，Part IPhenomenologyof the Welding Process」，Polymer Engineering and Science，28，718(1988)的第718頁第1欄、第二自然段中，如作者所述，「振動焊接方法理想地適合熱塑部件沿相對平的接縫焊接。該方法還適合平面外曲率較小的接縫。」這樣，作者指出非平面縱向交界面是不利於被「接納」的。但作者沒有對待焊接部件的橫截面的幾何形狀提出建議。
將本發明的方法和製品與超聲焊接和超聲焊接製品進行對照。在超聲焊接中，通常利用超聲喇叭，在垂直於焊接平面的方向上而不是在焊接平面上施以振動。超聲喇叭是較低的能量源。結果，與摩擦焊接相反，超聲焊接僅適合較小的部件或點焊。
為了工件吸收的超聲波能量足以導致局部熔融，有必要使能通量集中。這是通過在其中一個工件的配合表面上設的突出部分，也被稱為「能量導向器」來實現的。參見例如美國專利4618516。
在超聲波焊接時的能量導向器或突出部分是使能通量集中的一種方式。在設計準備超聲波焊接的部件時，通常使用一個單獨的縱向能量導向器(小或大)(參見「Specification for StandardizedUltrasonic Test Specimen for Thermoplastics」，AmericanWelding Society，AWS G1.2m/G1.21999，美國國家標準，第5部分，第3頁)。在特定情況下儘管可使用多於一個的能量導向器，通常不用這樣做，因為多於一個的能量導向器使已經微弱的能量源分散，並使焊接困難且緩慢。但在美國專利5540808中可以找到一個例外，這裡使用了雙能量導向器來將剛性材料焊接到一種容易熔化的柔性材料上。可以看到，這些能量導向器的幾何形狀、目的和功能與本發明的矩形邊緣突出部分的幾何形狀、目的和功能不同。
希望提供一種焊接熱塑製品的方法，以便在非最佳條件下獲得高強結合。所希望的是該方法是否適合於焊接剛性、纖維增強熱塑性塑料。該方法是否適合形成基本尺寸的焊接，這也是希望的。特別需要的是強的、摩擦焊接的、剛性的、纖維增強的熱塑製品。

發明內容
本發明提供一種具有改進強度的摩擦焊接增強的熱塑製品。這是通過限制熔融材料從工件之間的間隙橫向流出，以便從熔化開始至固化開始充分保持基本深度的熔池來實現的。通過在其中一個工件的每個側邊緣設置基本上矩形橫截面的阻擋部(突出部分)，實現限制材料從工件之間的間隙橫向流出，而另一個工件具有基本上平的配合表面。
一般說來，本發明提供包括第一熱塑工件和第二熱塑工件的摩擦焊接的熱塑製品。每個所述第一和第二熱塑工件具有配合表面。第一熱塑工件的配合表面和第二熱塑工件的配合表面在熔化區連結。在焊接前，第一工件的配合表面已包括限制熔融物從工件之間橫向流出的阻擋物。所述第二工件的配合表面基本上為平面的。
特別是，根據本發明提供一種振動焊接熱塑製品，它包括一個第一熱塑工件和一個第二熱塑工件，每個所述第一和第二熱塑工件具有配合表面；所述第一熱塑工件的所述配合表面和所述第二熱塑工件的所述配合表面在熔化區連結；在焊接前，所述第一工件的所述配合表面已包括限制熔融物從工件之間橫向流出的阻擋物，且所述第二工件的配合表面基本上為平面的；限制熔融物從工件之間橫向流出的阻擋物是沿第一工件的每個側邊緣的基本上矩形的突出部分；其中，每個所述突出部分的厚度為第一工件的厚度的約5％至約35％；而每個所述突出部分相對於初始的配合表面上的最低點的高度為熔化區尺寸的至少約25％。
本發明還提供有一種振動焊接的熱塑製品，它包括一個第一熱塑工件和一個第二熱塑工件，每個所述第一和第二熱塑工件具有配合表面；所述第一熱塑工件的配合表面和所述第二熱塑工件的配合表面在熔化區連結；在焊接前，所述第一工件的所述配合表面已包括限制熔融物從工件之間橫向流出的阻擋物，且所述第二工件的配合表面基本上為平面的；限制熔融物從工件之間橫向流出的阻擋物是沿第一工件的每個側邊緣的基本上矩形的突出部分；其中，每個所述突出部分的厚度為第一工件的厚度的約5％至約35％；在焊接前，矩形突出部分的上邊之間的一條線和它們之間的材料表面限定的空間的橫截面面積是第一工件的厚度與熔化區的尺寸的乘積的至少約15％。
本發明還提供一種製備具有改進強度的摩擦焊接且增強的熱塑製品的方法，該方法是限制熔融材料從工件之間的間隙橫向流出，從而從熔化開始至固化開始在工件之間保持基本深度的熔池。
通過下述方法實現第一熱塑工件摩擦焊接到第二熱塑工件上，該方法的步驟包括在壓縮的夾緊壓力下將第一和第二工件壓到一起；在平行於其交界面的一個平面內使第一工件相對於第二工件運動，以便充分摩擦加熱該交界面；使第一和第二工件的交界表面熔化以形成熔化區；提供一個裝置以限制熔融材料從所述交界表面之間的間隙橫向流出；和從熔化開始至固化開始在工件之間保持基本深度的熔池。
本發明的製品對於汽車應用來說具有改進的實用性，例如用於進氣歧管、汽車橫梁、共振器、流體箱和空氣濾清器外殼。這種製品也可以很好地適用於許多其它用途，例如草坪和園藝設備和動力工具。


參考附圖及下面的詳細說明，將更容易理解本發明及其優點，在整個附圖中相同的參考標記表示相同的元件。附圖中圖1a是具有平表面的第一工件的透視圖，該第一工件與也具有平的配合表面的第二工件(未表示)配合；圖1b是沿線A-A的該第一工件的截面視圖，圖1a和1b中表示的交界面幾何形狀是對比實例；圖2a是具有三角形「齒」的第一工件的透視圖，該三角形「齒」沿與具有平的配合表面的第二工件(未表示)配合的表面分布；圖2b是在圖2a中沿線A-A截取的第一工件的截面圖，圖2a和2b中表示的交界面幾何形狀是對比實例；圖3a是具有凸起的「隆起」的第一工件的透視圖，該凸起的「隆起」沿與具有平的配合表面的第二工件(未表示)配合的表面分布；圖3b是在圖3a中沿線A-A截取的第一工件的截面圖，圖3a和3b中表示的交界面幾何形狀是對比實例；圖4a是在其側面的每個邊緣具有矩形突出部分並在所述矩形突出部分之間具有平滑凹槽的第一工件的透視圖，該矩形突出部分和平滑凹槽沿與具有基本上平的配合表面的第二工件(未表示)配合的表面分布；圖4b是在圖4a中沿線A-A截取的第一工件的截面圖，圖4a和4b中表示的交界面幾何形狀是本發明的一個實例；圖5a是在其側面的每個邊緣具有矩形突出部分並在所述矩形突出部分之間具有兩個半圓凹槽的第一工件的透視圖，該矩形突出部分和半圓凹槽沿與具有基本上平的配合表面的第二工件(未表示)配合的表面分布；圖5b是在圖5a中沿線A-A截取的第一工件的截面圖，圖5a和5b中表示的交界面幾何形狀是本發明的一個實例；圖6a是在其側面的每個邊緣具有矩形突出部分並在所述矩形突出部分之間具有平滑凹槽的第一工件的透視圖，該矩形突出部分和平滑凹槽沿配合表面分布，第一工件的配合表面沿其長度具有波狀起伏或波，第一工件適合與具有基本上平的配合表面的第二工件(未表示)配合；圖6b和6c分別是沿線A-A和B-B截取的該第一工件的截面圖，圖6a，6b和6c中表示的交界面幾何形狀是本發明的一個實例；圖7a是在其側面的每個邊緣具有矩形突出部分並在所述矩形突出部分之間具有兩個半圓凹槽的第一工件的透視圖，該矩形突出部分和半圓凹槽沿配合表面分布，第一工件的配合表面沿其長度具有波狀起伏或波，第一工件適合與具有基本上平的配合表面的第二工件(未表示)配合；圖7b和7c分別是圖7a中沿線A-A和B-B截取的該第一工件的截面圖，圖7a，7b和7c中表示的交界面幾何形狀是本發明的一個實例；圖8a是在其側面的每個邊緣具有矩形突出部分並在所述矩形突出部分之間具有多個凹槽的第一工件的透視圖，該矩形突出部分和凹槽沿與具有基本上平的配合表面的第二工件(未表示)配合的表面分布；圖8b是在圖8a中沿線A-A截取的第一工件的截面圖，圖8a和8b中表示的交界面幾何形狀是本發明的一個實例；圖9是已有技術的具有溢料阱的複雜的對接接頭的截面圖，該截面示意性圖示了當平表面摩擦焊接時產生的大量溢料；和圖10是本發明的複雜的對接接頭的截面圖，該截面示意性圖示了溢料如何減少和熔池存在於矩形邊緣突出部分之間的區域內。
具體實施例方式
本發明提供一種摩擦焊接的增強的改進強度的熱塑製品，它是通過限制熔融材料從工件之間的間隙向外橫向流出，以便從熔化開始至固化開始保持基本深度的熔池來增強的。特別是，通過在其中一個工件的每個側邊緣設置基本上矩形橫截面的阻擋物(突出部分)，實現限制材料從工件之間的間隙橫向流出，同時，另一個工件具有基本上平的配合表面。
本發明還提供一種製備改進強度的摩擦焊接且填滿增強的熱塑製品的方法，該方法是限制熔融材料從工件之間的間隙橫向流出，從而從熔化開始至固化開始在工件之間保持基本深度的熔池。
在本領域中摩擦焊接技術和實施摩擦焊接的設備是公知的。摩擦焊接機(線性振動焊、軌跡焊、旋轉焊)市場上可從北美、亞洲、歐洲等的跨國公司(Branson Ultrasonics，Forward Technologies，Inc，Bielomatik，etc.)購得。例如，Branson UltrasonicsCorporation，Danbury，Conn.製造出線性振動焊接機，該焊接機名為VW/8UH型號的Ultra HY-Line的微型振動焊接機，和型號為VW/6的90系列的振動焊接機。
通過使第一熱塑工件和第二熱塑工件在壓縮夾緊力作用下接觸可實現摩擦焊接。例如通過在氣缸或液壓缸施加的壓力作用下將配合表面置於平臺上，使該配合表面保持預定的夾緊力。然後，使一個表面相對於另一個表面運動，以產生摩擦，從而產生熱，這樣，在「熔化」區內第一工件和第二工件的表面熔化，且將熱塑材料混合和熔合。熔化區的尺寸由提供夾緊力的相對的平臺的線性運動測量，並通過適當的機器調整來控制。
夾緊力是其中一個重要的參數。當熱塑材料用短纖維例如玻璃纖維、碳纖維、芳族聚醯胺纖維或其它纖維加強時，相對的工件的材料混合的方式變得非常重要。在焊接前，典型地，熱塑材料中的纖維隨機取向，即沒有優選的朝向。然而，如果不仔細注意焊接條件，相對運動會導致焊接區內的纖維變得僅在焊接的平面內取向。這導致較低的強度和機械性能，比較而言，如果焊接條件最佳，將導致纖維不僅滲透進焊接區，而且滲透相對的工件內，這會導致較高的強度和機械性能。
不幸的是，並不能總是獲得最佳的焊接條件。必要的壓縮夾緊力的大小取決於塑料部件的尺寸和幾何形狀，還取決於在以前的模製操作過程中熱塑件的空間穩定性。實際上，待連結的工件經常模製出突出部、壁和肋，這導致要配合的表面產生不同的收縮和變形。許多應用需要焊接接頭與外界隔絕密封。在這些情況下，必須使用比最佳夾緊力高的夾緊力，以便使配合表面均勻接觸。該比最佳夾緊力高的夾緊力使交界面的剪切應力增加，增強了纖維在焊接的平面內定向的趨勢，並降低了獲得的抗張強度。
焊接強度對夾緊力的這種靈敏度由下表1中的數據說明，該數據由每個工件上的平面的交界面幾何形狀獲得。表1的焊接由BransonUltrasonics Corp.的Mini Welder II通過縱向振動焊接來實現，該焊接機的額定頻率為240Hz，振動幅度為1.8mm，和熔化1.5mm。使用的材料是New Jersey的Morristown的Honeywell InternationalInc.的Capron nylon 6。
表1CaDron8233G HS BK-102，nylon 6，33wt.％玻璃纖維在室溫下，夾緊力(MPa)對焊縫抗張強度的影響增強

沒有任何特定理論的限制，假定比最佳夾緊力高的夾緊力產生的效果與具有太低的焊縫交界面厚度的效果類似，這可能導致纖維旋轉的空間不夠，因此，限制纖維橫穿交界面並滲透進入相對的工件中。
與該趨勢相反，在本發明中，初始的交界面幾何形狀構造成限制熔融材料從工件之間的間隙向外橫向流出，從熔化開始至固化開始保持基本深度的熔池(對比圖9和圖10)。
根據本發明，待焊接的兩個熱塑工件包括任意相容的熱塑聚合材料。適當的熱塑聚合物非限定地包括聚醯胺、聚酯、聚碳酸酯、聚碸、聚醯亞胺、聚氨脂、聚醚、聚烯烴、乙烯基聚合物、及其混合物。優選的是聚醯胺如尼龍6和尼龍66，例如New Jersey的Morristown的Honeywell International Inc.的Capron 8233G HS nylon 6和Capron 5233G HS nylon 66，以及聚酯，例如購自HoneywellInternational Inc.的Petra130聚對苯二甲酸乙二醇酯。只要適當地混合，還可使用不同的熱塑材料。至少一種，最好兩種熱塑材料經過纖維增強。適當地增強纖維非限定地包括不軟化的材料，即通常在噴射模製法使用的溫度例如至多約400度的溫度下不失去其剛性的材料。最好，纖維增強包括例如玻璃、碳、矽、金屬、礦物、聚合纖維及其混合物的材料的纖維增強是優選的。玻璃纖維增強是最優選的。在優選實施例中，纖維是剛性的，並具有從約8至約12微米的直徑，較好的是從約9至約11微米，最好是約10微米。優選的纖維長度是從約120至約300微米，較好的是從約130至約250微米，最好是從約140至約200微米。在優選實施例中，纖維包括重量百分比為從約6％至約63％的熱塑成分，較好的是從約10％至約40％，最好是從約14％至約25％。
根據本發明，第一工件具有一個初始配合表面，它包括在每個側邊緣的基本上矩形橫截面的突出部分。突出部分的厚度與工件的厚度成比例關係。每個突出部分的厚度(在圖4-7中為尺寸t；在圖8中為尺寸t1)典型的在工件的厚度(在圖4-8中為尺寸W1)的約5％至約35％之間。
t/W1≌0.05至0.35；t1/W1≌0.05至0.35最好，每個突出部分的厚度為工件的厚度的約10％至約20％之間。
t/W1≌0.10至0.20；t1/W1≌0.10至0.20每個突出部分(圖4-8中為尺寸h)相對於初始配合表面上的最低點的高度應該與理想的熔化深度(MD)成比例。每個突出部分的高度通常為熔化深度的至少約25％，最好為熔化深度的至少約33％。
h/MD≥0.25；最好，h/MD≥0.33作為替換，第一工件的初始配合表面的幾何形狀可根據包含的最大熔池的體積相對於焊接所形成的熔融物的最大體積來限定。包含於矩形邊突出部分之間的最大熔池的體積等於工件的長度乘以矩形突出部分的上邊緣之間的水平線和矩形突出部分所限定的空間的邊界以及它們之間的材料表面所限定的區域的橫截面面積。該橫截面面積稱為A。焊接所形成的熔融物的最大體積是工件的長度乘以熔化深度(MD)乘以工件的厚度(W1)。因此，包含於矩形突出部分之間的最大熔池的體積相對於焊接所產生的熔融物的最大體積之比是A/(MD×W1)。根據本發明，該比例至少約為0.15(15％)，最好是至少約0.20(20％)。
A/(MD×W1)≥0.15；最好，A/(MD×W1)≥0.20還計劃除了在每個側邊緣設基本上矩形突出部分外，第一工件可以沿其長度具有波狀起伏或波。該波狀起伏的幅度(峰至谷)是熔化深度的從約20％至約800％。
第二工件將具有基本上平的配合表面。在本發明的內容中，基本上平的配合表面是保持限制熔融物從兩個工件的配合表面之間流出的平面。在靠近第一工件的矩形突出部分的區域，第二工件可以具有一些凸起或者凹陷，只要偏離平面小於約1mm，最好小於約0.5mm。
下面的非限定性的實例用來說明本發明。應該認識到，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的實質的前提下，本發明的元件和比例可做修改。
實例和對比例一系列線性振動焊接製品利用不同纖維加強的熱塑材料和不同初始交界面幾何形狀的噴射模製板製成，它們都採用了下列的恆定條件·接頭類型採用相同熱塑性塑料的對接接頭·焊接機/焊接設備Branson UltrasonicsCorp.，型號為MiniWelder II·模製板的初始尺寸-第一工件寬度(W1)×長度(L)×厚度(T)15.24cm×6.35cm×0.396cm-第二工件寬度(W2)×長度(L)×厚度(T)15.24cm×6.35cm×0.624cm焊接板的尺寸(W×L)15.24cm×12.7cm工件1的初始交界面設計見表2工件2的初始交界面設計平的焊接條件振動頻率240Hz(額定)振動幅度1.77mm焊接夾緊力3MPa振動方向板的寬度(縱向)焊接環境標準實驗室.大氣壓，23℃，50±5％R.H.
熔化深度1.5mm熱塑材料Capron8233G HS尼龍6，重量百分比為33％的玻璃纖維Capron8267G尼龍6，重量百分比為15％的玻璃纖維+25％的礦物質填料CapronRX-1104，尼龍6，重量百分比為33％的玻璃纖維Zytel70G33 HS 1L(DuPont)，尼龍66，重量百分比為33％的玻璃纖維焊接板切割成1.27cm寬的條(矩形試樣)，在5mm/分的應變速率(Strain Rate)和23℃的室溫下，通過針對塑料的ISO527/ASTM D 638測試方法來確定焊接接頭的抗張強度。
如圖中所示，對比實例和本發明的實例確定的抗張強度在下表2中顯示。
表2焊接接頭的抗張強度與交界面設計

分析張力數據的變化表明本發明的實例和對比實例的抗張強度之間的非常顯著的差別。從技術的角度來看，這種統計上的顯著差別是非常有利的。
該數據說明初始交界面設計的構造的優點，該初始交界面設計成通過利用其中一個工件的每個側邊緣上的基本上矩形橫截面的阻擋物(突出部分)，而另一個工件具有基本上平的配合表面，來限制熔融物從工件之間的間隙橫向流出。這可以多種方式看出。
與對比實例1相比，本發明的實例(實例1和實例2)具有較高的強度，且在兩個工件上的初始配合表面是平的。本發明的實例與對比實例2相比具有較高的強度，它在初始配合表面的每個邊緣上具有「齒」狀突出部分。所有這些中的最大差別在於本發明的實例和對比實例3之間。在對比實例3中，第一工件具有傾向於加速熔融物流出工件之間的間隙的凸起的「隆起」。
實例3焊接板如上面的實例1和2中一樣利用圖6的工件設計形成。焊接接頭的抗張強度相對於對比實例1的是改進的。
實例4焊接板如上面的實例1和2中一樣利用圖7的工件設計形成。焊接接頭的抗張強度相對於對比實例1的是改進的。
經過這樣詳細的描述本發明，對本領域的普通技術人員來說，可以理解這種細節並非嚴格地限制本發明，在不超出附後的權利要求書所限定的本發明的範圍的前提下，本發明可作進一步的修改和變化。
權利要求
1.一種摩擦焊接的熱塑製品，它包括a.一第一熱塑工件和一第二熱塑工件，每個所述第一和第二熱塑工件具有配合表面；b.所述第一熱塑工件的所述配合表面和所述第二熱塑工件的所述配合表面在熔化區連結；和在焊接前，所述第一工件的所述配合表面已包括限制熔融物從工件之間橫向流出的阻擋物，所述第二工件的所述配合表面基本上為平面。
2.如權利要求1所述的製品，其特徵在於，限制熔融物從工件之間橫向流出的阻擋物是沿第一工件的每個側邊緣的基本上矩形的突出部分。
3.如權利要求2所述的製品，其特徵在於，每個所述突出部分的厚度為第一工件的厚度的約5％至約35％之間，每個所述突出部分相對於初始配合表面的最低點的高度是熔化區的尺寸的至少約25％。
4.如權利要求2所述的製品，其特徵在於，a.每個所述突出部分的厚度為第一工件的厚度的約5％至約35％之間；和b.在焊接前，矩形突出部分的上邊緣之間的一條線和它們之間的材料表面所限定的空間的橫截面面積是第一工件的厚度與熔化區的尺寸的乘積的至少約15％。
5.如權利要求2所述的製品，其特徵在於，第一工件的配合表面沿其長度具有波狀起伏或波，該波狀起伏的幅度(峰至谷)是小於熔化深度的約800％。
6.如權利要求3所述的製品，其特徵在於，所述第一工件和所述第二工件中的至少一個包括纖維增強熱塑性塑料。
7.如權利要求6所述的製品，其特徵在於，每個所述第一和第二熱塑工件包括熱塑聚合物，該熱塑聚合物選自由聚醯胺、聚酯、聚碳酸酯、聚碸、聚醯亞胺、聚氨脂、聚醚、聚烯烴、乙烯基聚合物及其混合物組成的組中。
8.如權利要求6所述的製品，其特徵在於，纖維包括具有比它所加強的熱塑聚合物高至少50℃的熔點的材料。
9.一種振動焊接的熱塑製品，它包括a.一第一熱塑工件和一第二熱塑工件，每個所述第一和第二熱塑工件具有配合表面；b.所述第一熱塑工件的配合表面和所述第二熱塑工件的配合表面在熔化區連結；c.在焊接前，所述第一工件的所述配合表面已包括限制熔融物從工件之間橫向流出的阻擋物，且所述第二工件的配合表面基本上為平面；d.限制熔融物從工件之間橫向流出的阻擋物是沿第一工件的每個側邊緣的基本上矩形的突出部分；e.每個所述突出部分的厚度為第一工件的厚度的約5％至約35％；和f.每個所述突出部分相對於初始的配合表面上的最低點的高度為熔化區的尺寸的至少約25％。
10.一種振動焊接的熱塑製品，它包括a.一第一熱塑工件和一第二熱塑工件，每個所述第一和第二熱塑工件具有配合表面；b.所述第一熱塑工件的配合表面和所述第二熱塑工件的配合表面在熔化區連結；c.在焊接前，所述第一工件的所述配合表面已包括限制熔融物從工件之間橫向流出的阻擋物，且所述第二工件的所述配合表面基本上為平面；d.限制熔融物從工件之間橫向流出的阻擋物是沿第一工件的每個側邊緣的基本上矩形的突出部分；e.每個所述突出部分的厚度為第一工件的厚度的約5％至約35％；和f.在焊接前，矩形突出部分的上邊緣之間的一條線和它們之間的材料表面所限定的空間的橫截面面積是第一工件的厚度與熔化區的尺寸的乘積的至少約15％。
11.一種將第一熱塑工件摩擦焊接到第二熱塑工件上的方法，該方法的步驟包括a.在壓縮的夾緊壓力下將第一和第二工件壓到一起；b.在平行於其交界面的一個平面內使第一工件相對於第二工件充分運動，以便摩擦加熱該交界面；c.使第一和第二工件的交界表面熔化以形成熔化區；d.提供一個裝置以限制熔融材料從所述交界表面之間的間隙橫向流出；和e.從熔化開始至固化開始在工件之間保持基本深度的熔池。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述限制裝置是沿所述第一工件的每個側邊緣的基本上矩形突出部分，所述第二工件的所述配合表面基本上是平的。
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，每個所述突出部分的厚度為第一工件的厚度的約5％至約35％；每個所述突出部分相對於初始的配合表面上的最低點的高度為熔化區的尺寸的至少約25％。
14.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，a.每個所述突出部分的厚度為第一工件的厚度的約5％至約35％之間；和b.在焊接前，矩形突出部分的上邊緣之間的一條線和它們之間的材料表面所限定的空間的橫截面面積是第一工件的厚度與熔化區的尺寸的乘積的至少約15％。
15.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，第一工件和第二工件之間的相對運動是線性振動運動。
16.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，第一工件和第二工件之間的相對運動是軌跡運動。
17.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，第一工件和第二工件之間的相對運動是旋轉運動。
18.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，每個所述熱塑工件包括熱塑聚合物，該熱塑聚合物選自由聚醯胺、聚酯、聚碳酸酯、聚碸、聚醯亞胺、聚氨脂、聚醚、聚烯烴、乙烯基聚合物及其混合物組成的組中。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，每個所述熱塑工件包括聚醯胺。
20.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述第一和第二工件中的至少一個包括纖維增強熱塑性塑料。
全文摘要
一種摩擦焊接的填充的熱塑製品，其通過限制熔融材料從工件之間的間隙橫向流出來加強，因此，從熔化開始至固化開始保持了基本深度的熔池。限制材料橫向流出的阻擋物是在其中一個工件的每個側邊緣上的基本上矩形橫截面的障礙物(突出部分)，而另一個工件具有基本上平的配合表面。
文檔編號B29C65/06GK1434763SQ00819174
公開日2003年8月6日 申請日期2000年12月19日 優先權日1999年12月23日
發明者V·A·卡甘, C·S·李 申請人:霍尼韋爾國際公司