[发明专利]全氟聚合物组合物部件的制备方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2006年12月22日提交的美国临时专利申请60/876,836的优先权，该临时专利申请全文以引用方式并入本文。

发明领域

本发明涉及用于焊接包含长纤维的全氟聚合物部件的方法。本发明尤其涉及在基本上不打乱纤维取向的情况下摩擦焊接包含呈基本上平行于平面的取向的长纤维的全氟聚合物部件的方法。

发明背景

为热塑性塑料并包含呈平行于片材的主平面(所谓的x-y平面，相对于穿过片材厚度的z轴)取向的连续纤维或长纤维的全氟聚合物片材是已知的(参见如美国专利4,163,740、5,194,484、5,232,975、5,470,409、5,503,662、和5,506,052，所有专利据此以引用方式并入)。然而，现有技术并未描述在不打乱纤维取向的情况下将纤维增强的全氟聚合物材料(其中纤维在x-y平面内取向)焊接在一起的方法。

常规方法的另一个缺点在于通过常规焊接方法得到的片材厚度稍微受到了该方法的限制。例如，当期望获得厚片材时，基质聚合物的固结就可能不完全。可通过将几个片材压缩模塑在一起来获得较厚的片，例如具有大于0.05cm标称厚度的片。然而，如果需要相对厚的片材时，此类方法可能较为耗时，因为如果加热和/或冷却速率过快，则热应力可引起开裂或其他缺陷。在制备工艺中，人们通常寻求介于产品质量和生产效率之间的平衡。期望有一种用于获得此类厚部件、同时避免纤维取向发生实质性变化的更快捷方法。

发明概述

在一个方面，本发明是一种用于形成包含全氟聚合物或聚氯三氟乙烯聚合物的部件的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)使包含全氟聚合物的第一部件的平坦表面与包含全氟聚合物或聚氯三氟乙烯聚合物的第二部件的平坦表面接触，所述第一和第二部件包含基本平行于所述平坦表面的平面取向的纤维；

(b)在相对彼此移动所述第一部件和所述第二部件的同时保持所述第一和第二部件的所述平坦表面之间的接触，以在所述第一和第二部件之间产生足量的摩擦热，从而使所述第一和第二部件的各自平坦表面熔融和/或软化；以及，

(c)在保持所述平坦表面之间接触的同时停止所述第一和第二部件的运动，并持续足够的时间以使得所述第一和第二部件的平坦表面冷却并彼此粘附。

本发明的另一方面是通过本发明的方法形成的部件。

附图简述

图1示出了已振动焊接在一起的本发明的两个全氟聚合物部件。图中标记有比例和焊接线，可以看到在焊接线处的纤维取向并未发生改变。

发明详述

在本文中使用了某些术语，其中一些定义如下：

所谓片材或平坦表面的“x-y平面”是指平行于指定表面的表面的平面。“z”方向垂直于x-y平面。

所谓“接触”是指两个(或更多个)部件实际触碰，并且它们可以使用极小的压力(力)或很大的压力接触。

所谓“片材”是指具有两个优选地彼此平行的主表面的形式，其具有边缘。片材的x-y平面平行于所述表面中的至少一个，优选地同时平行于两个表面。“z”方向穿过片材的厚度。优选地，片材厚度小于片材表面的最小线性尺寸的20％，更优选小于10％。如本文所用，本发明的片材无需为正方形或矩形形式，而是其也可以为近似于成品所需形状的“预成形件”，但其中最终制品的厚度需要大于单个片材。例如，如果制备某些类型的环，尽管两个主表面是平坦的，但片材可以为环状，并且环可具有用于获得环的片材的几个厚度。

所谓“基本平行于x-y平面取向的纤维”是指纤维的长轴平行于x-y平面取向。纤维的长轴可弯曲，但该长轴通常平行于x-y平面。

在一个实施方案中，用于本发明方法中的片材包含全氟聚合物。普通技术人员将会知道全氟聚合物是合成的有机高分子，其中基本上所有的氢原子已被氟原子取代。就本发明的目的而言，此类聚合物包含小于0.5重量％的氢，更优选小于0.2重量％且非常优选小于0.1重量％的氢。作为另外一种选择，其中至少一些但非全部氢原子被氟原子取代的氟聚合物适合以与全氟聚合物相同的方式使用。全氟聚合物是优选的。