[发明专利]弹性层压材料和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹性层压材料和利用超声波焊接系统制造该材料的方法，尤其涉及利用旋转超声波焊接系统制造弹性层压材料的方法。

背景技术

在超声波焊接(有时被称为″声学焊接″或″声焊″)中，两个被连接部件(通常是包括某些热塑性材料的部件)贴近用来传递振动能量的、被称为超声波″焊头″的工具放置。这些部件(或″材料″)被限制在焊头和砧座之间。在许多情况下，焊头在材料和砧座上方垂直设置。焊头通常以20,000Hz到40,000Hz振动，通常以摩擦热的形式在压力下向材料传递能量。由于摩擦热和压力，至少一个材料的一部分软化或被熔化，因此连接材料。

超声波类型振动焊接系统，在其基本形式中，包括发电机构和用于将电能转换成振动能的电学超声波转换器。还包括用于将振动能传递到焊接区中的焊头，和用于向材料施加静力以便将材料维持在与焊头处于力接触的组件。能量以选择的波长、频率和振幅从工具传到材料。超声波焊头是将机械振动能传递到材料的声学工具，例如由钢、铝或钛制成。

一种类型的超声波焊接被称为″连续超声波焊接″。这类型的超声波焊接一般被用来密封织物和薄膜或其他的″幅材″材料，这些材料可以以大体连续的方式通过焊接设备进给。在连续焊接中，超声波焊头一般是固定的并且要被焊接的材料在其下方移动。一种连续超声波焊接使用可旋转固定的棒材焊头(bar horn)和旋转的砧座表面。在焊接期间，材料在棒材焊头和旋转砧座之间被拉动。焊头一般朝着材料纵向延伸并且振动沿焊头轴向移动进入材料。

在另一种连续超声波焊接中，焊头是回转式的，该焊头是圆柱形的并且绕纵向轴线转动。输入振动处于焊头轴线方向而输出振动处于焊头的径向方向。焊头靠近砧座设置，该砧座一般也能旋转以便要焊接材料以大体上等于圆柱形表面的切线速度的线速度在圆柱形表面之间经过。这类超声波焊接系统在美国专利No.5,976,316中描述，在这里全文引用以供参考。

砧座相对焊头的并置允许向材料提供静力，允许超声波能量传输到材料。这个静力一般通过从力作用系统(例如流体液压系统)向材料提供夹紧力来维持，该力朝着砧座挤压焊头。对于这种固定材料的方法，问题是当要被焊接的材料非常薄或包含孔时，焊头和砧座可能彼此物理接触。当焊头接触砧座时，类似于电气短路，在系统中出现能量消耗的大尖峰。当材料的生产量速度增加时，通过焊头引入的能量级也增加，造成在焊头和砧座接触期间发生的能量的冲击频率成指数增加。这些能量的高尖峰促使机器处于过载状态，造成机器死机以及潜在地造成在产品中生成的孔或易碎点。简而言之，当焊头和砧座彼此接触时工艺过程变得低效并造成产品损坏和潜在的设备损坏。在力模式下，当焊接面积变化时焊机不得不改变力以获得均匀的焊接。而且，由于面积的变化引起的力的改变不得不以高速相当快的进行，当力的变化变更时这会导致力的尖峰。这种尖峰可导致部件的过焊或不足焊。

补救这个问题的一种方式是研制在砧座和焊头之间维持预定间隙的超声波焊接系统。这个间隙一般比材料的厚度小。当在焊头和砧座之间维持间隔时，在产品上提供夹紧(或保持)力的必要性要求用于焊头和砧座两者的大的刚性支撑结构。支撑结构是刚性的，以维持焊头和砧座相对于彼此的角位置。焊头和砧座表面的不对准造成劣质焊接和产品的损耗。同样地，在这类系统中试图调整间隙距离允许无法接受的移动程度被引入该系统，再一次造成焊头和砧座表面失调。

虽然超声波焊接系统被用于多种用途，但是在超声波焊接系统和由那些系统制造的产品中总有改进的余地。

发明内容

本发明提供一种利用超声波焊接设备制造的、将各个层密封在一起的多层产品。该产品包括密封到第二材料层的第一材料，该密封已经由超声波焊接形成。

在某一特定方面，公开内容旨在一种将无纺层焊接到基层的方法和由该方法制造的产品。方法包括提供超声波系统，例如旋转超声波系统，包括砧座和包括焊头的焊头组，砧座和焊头之间具有间隙，将无纺层和基层一起放置在位于砧座和焊头之间的间隙中，当利用超声波能量振动焊头以获得频率时转动焊头和砧座中的至少一个，将无纺层和基层与焊头和砧座接触，监控焊头或砧座中的至少一个的频率和温度中的至少一个，以及当根据温度或者频率的变化维持砧座和焊头之间的间隙时，将无纺层焊接到基层。

焊头或砧座都可接触无纺层，同样地，焊头或砧座中的另一个可接触基层。在一个实施例中，无纺层由焊头接触并且基层由砧座接触。