[发明专利]用于激光焊接三个聚合物层的方法以及由该方法生产的制品

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光焊接聚合物物体的方法。

背景技术

经常希望生产可以机械地组合成更复杂部件的模塑聚合物部件。传统上，已经通过胶粘或螺钉或应用咬合装配(snap-fit)连接或使用化学方法例如胶粘剂将塑料部件组合。这些方法具有的缺点是会给安装过程增加复杂的额外步骤，咬合装配连接经常并非不透气和不透液的，并且可能需要复杂的设计。较新技术是振动和超声波焊接，但是这些也需要复杂的部件设计和焊接设备。此外，由该方法导致的摩擦会产生可能污染部件内部的灰尘。当包括灵敏的电气或电子组件时这尤其成问题。

新近发展的技术是激光焊接。在该方法中，两个要连接的聚合物物体在所使用的激光波长下具有不同的光透射水平。一个物体对于该激光波长至少是部分透明的(并被称作“相对透明的”物体)，而第二部件吸收很大部分的入射辐射(并被称作“相对不透明的”物体)。每一物体具有接合面(faying surface)并且相对透明的物体具有相对于其接合面的碰撞面。使所述接合面接触由此形成接合点(juncture)。将一束激光束对准相对透明的物体的碰撞面使之穿过第一个物体并且辐照第二物体的接合面，致使第一和第二物体在接合面的接合点被焊接。一般性地，参见U.S.5,893,959，其引入本文作为参考，和JP S60-214931 A和JPS62-142092 A。该方法可以很清洁、简单和快速而且提供非常强的、可容易再现的焊接和较大的设计灵活性。

然而，在高激光输出功率时，可能很难产生具有较好强度的焊接，因为某些材料在高功率下可能开始燃烧，这会导致焊接强度的降低。很期望获得一种即使当使用高激光输出功率时仍有效地激光焊接制品的方法。

JP 2003-181931 A公开了一种将两个在用于焊接的激光波长下对光是透明的物体激光焊接在一起的方法，该方法中将一种在用于焊接的波长下吸收红外辐射的非常薄的薄膜放置在两个物体之间，在所放置的位置点处，物体将被焊接在一起。该薄膜吸收激光辐射并且熔化，从而作为胶粘剂将两个物体连接在一起。

发明概述

在这里公开和要求保护一种使用激光辐射焊接第一聚合物物体和第二聚合物物体的方法，其中第一聚合物物体对于该激光辐射是相对透明的并且第二物体对于该激光辐射是相对不透明的，第一和第二物体每个具有接合面，所述第一物体具有相对于其所述接合面的碰撞面，所述方法包括如下步骤：(1)将第一物体的接合面与聚合物薄膜的一面物理接触，并且第二物体的接合面与聚合物薄膜的另一面物理接触，形成在第一物体、第二物体和聚合物薄膜之间的接合点；以及(2)用所述激光辐射辐照所述第一和第二物体和聚合物薄膜使所述激光辐射碰撞该碰撞面，穿过所述第一物体和聚合物薄膜并且辐照所述第二物体的所述接合面，致使所述第一和第二物体在接合面的接合点处被焊接，其中该聚合物薄膜在该激光辐射波长下具有5％或更小的吸收率。

附图说明

图1(a-1)是用于激光焊接方法的相对透明的物体的顶视图。

图1(a-2)是用于本发明方法的聚合物薄膜的视图。

图1(a-3)是用于激光焊接方法的相对不透明的物体的顶视图。

图1(b)是与聚合物薄膜物理接触的相对透明的物体和相对不透明的物体的顶视图。

图2是被激光焊接的两个试件的顶视图。

图3(a)是被激光焊接的两个试件的侧视图。

图3(b)是本发明方法制备的激光焊接物体的视图。

图4是显示按照本发明和比较例由激光焊接形成的制品的焊接强度作为激光能量的函数的图表。

发明详述

本发明涉及一种将相对透明的物体和相对不透明的物体激光焊接在一起的方法，其中在两个物体之间在将制品焊接在一起的区域(即它们的接合面)处放置聚合物薄膜。该薄膜的存在减少了当它们在高激光能量焊接时将出现的所述物体燃烧的可能性。这会导致当使用高能量时具有改善强度的焊接，由此增加焊接过程的灵活性。

用于本发明的聚合物薄膜具有在该被用来焊接的激光的波长下小于或等于大约5％、或优选小于或等于大约3％或更优选小于或等于大约1％的吸收率。在给定波长下的吸收百分率可以通过从100％中减去薄膜在该波长下的透射百分率和反射百分率来计算。透射百分率和反射百分率可以使用任何适当的方法测量，包括可商购的分光光度计。在不同仪器给出该薄膜吸收百分率的不同结果的情况下，应当用Shimadzu Corp.UV3100 UV-VIS-NIR分光光度计来测量。