制造刷毛制品尤其刷子的方法 本发明涉及一种制造刷毛制品尤其刷子的方法。
在制造刷毛制品具体如刷子、画笔、垫子、席子、地毯等时，必须将许多单根刷毛或刷毛束与刷体连接成一体。在先有技术中已知各种用于此目的的方法，但是所有的这些方法都带来一些缺点。
自从用塑料既制造刷毛又制造刷体后作了许多试验，将早先刷毛或刷毛束机械地固定在刷体上的方法，用一种形状相配或材料自身相互连接并且无需其它机械固定装置的连接方法替代。对于刷毛制品一个重要的质量标志是各刷毛或刷毛束的拔出强度，也就是说，刷毛必须这样埋在刷体的塑料块内，即，它们不会在使用时产生的力作用下脱落。因此，在已知的这些方法中只有那些在刷毛束端部加粗的方法才证实是适用的，这种加粗的端部在置入刷体塑料块内后形成一种锚固的型式，并除此以外刷毛在其固定一侧的端部互相连接起来，所以在毛束或也只在一根根刷毛上作用的拔拉力导入加粗部分并通过其卡紧段固定在刷体内。
由DE 36 37 750 A1已知，在刷体内制有盲孔，盲孔周围的塑料加热至可流动的程度。接着，非焊接的或焊接的带锚固端的刷毛束压入熔化的盲孔中，从而将刷毛固定在刷体中。但往往还需要在孔边区将熔体附加地机械压实。这种方法地缺点主要在于，必须在非常准确地选定的比较低的加热温度下进行刷体材料所要求的加热，直至处于热塑性范围内。由于这种缓慢的加热，所以采用这种方法必然周期较长，这是不经济的。此外，单方面地加热刷体存在着刷体翘曲变形的危险。还有，很难将热量目标准确地加入许多紧挨着的盲孔中，因为尤其在刷子很小的情况下存在有在加热时盲孔倒塌的危险。在将单根刷毛装入盲孔时产生这样的问题，即，单根刷毛低的抗弯刚度在其加热时再次明显降低，所以在安装时可能引起刷毛的侧向偏移。
此外还已知刷毛焊接在刷体上。为此，用相同材料制造的刷毛或刷毛束和刷体一直加热到热塑性状态，接着将两个构件互相压紧。由于刷毛被强烈加热导致刷毛材料的分子再定向，并因而显著恶化各刷毛的抗弯刚度以及降低其拉伸强度。在一种方法方案中，可在刷毛或刷毛束的端部制成略加粗的头。因为这两个构件只是通过在连接部位融合的材料连接，所以这两个构件并不始终具有足够的连接。此外，这种方法也需要比较长的周期。在刷毛或刷毛束焊接时在刷体上形成焊脚(Schweiβfuβe)，所以刷体有阶梯形表面，在这种表面可能聚积细菌或别的污垢。它使刷子的清洗变得非常困难，以及除此之外也极不卫生。
尤其困难的是将单根刷毛有足够质量保证地固定在刷体的盲孔内。在加热单根刷毛时形成滴状，它的直径超过单根刷毛应插入其中的很小的盲孔的直径。因此在将单根刷毛置入时导致塑料的涂抹，从而不能保证单根刷毛与刷体之间可靠的连接。当单根刷毛在加热状态装入盲孔时，在单根刷毛镦粗的情况下会导致屈曲，所以不可能达到许多单根刷毛彼此正确地定向。
人们希望，无论是通常用优质塑料如聚酰胺制的刷毛还是刷体，用料尽可能少，这要通过刷毛有比较短的夹紧部分来实现。还有这样一些刷毛制品，这种刷毛制品出自于使用方面的原因刷体应有尽可能小的厚度。这种情况例如适用于牙刷，以便鉴于口腔内狭窄的状况保证有一种连同刷毛长度在内尽可能扁平的结构。
此外在这些已知的方法中还有一个缺点，即，通过单丝的拉伸和热稳定化获得的刷毛抗弯刚度或弯曲弹性(重新竖立的能力)，由于刷毛端的熔化在形成增粗部分之际受到损害。在刷毛的加热区造成分子的再定向，并因而导致恶化单根刷毛的弯曲特性以及降低拉伸强度。只有通过有足够大的埋入长度并因而侧向支承刷毛才能抵消上述影响，然而这样做由于前面已说明的原因因而是有害的。
本发明的目的是创造一种制造刷毛制品尤其刷子的方法，按此方法用少量材料便可获得单根刷毛如刷毛束有足够的拔出强度，保持刷毛的弯曲弹性和重新竖直的能力不变，并保证在制造刷毛制品时高的生产率。
按本发明通过按权利要求1所述的方法达到此目的。
在按本发明的方法中，在用热塑性材料制的刷体内首先按已知的方式制造许多盲孔，在盲孔中一般来说最好以紧配合分别插入用热塑性材料制的单根刷毛或相应的刷毛束，直至它的下端搁在盲孔底上。在这里，在单根刷毛或刷毛束的下端没有设计加粗部分或足，所以盲孔并因而单根刷毛或刷毛束彼此可以很邻近地排列。这就允许刷毛装置可以一直布置到刷体的边缘附近。
在冷态彼此已相对定位的构件(刷体和单根刷毛或刷毛束)，然后通过激光束的直接作用，在盲孔的底部它们的接触区互相直接连接，激光束最好由CO2激光器、钕激光器或Eximer激光器发出。激光束可以直接穿过其中一个激光束可以穿透和不被吸收的构件以及基本上没有能量损失地一直发送到或导引到刷毛与刷体之间的连接部位。激光束在接触区被大量吸收，因此产生热量，热量熔化热塑性材料，所以刷毛或刷毛束与刷体焊接。
在这种情况下不影响刷毛的分子结构，因为在刷毛内纵向定向的分子保持它们的方向不变，在这种情况下它们没有偏移的可能性，也就是说没有收缩成滴状的可能性。
经过短时激光脉冲后将刷毛和刷体长期地紧压在一起便不再必要。盲孔在未焊接状态已固定刷毛并在经短的焊接时间后才真正固定，所以在焊接后便可立即进一步传送到其他加工工位。
为了吸收激光束，在接触区至少其中一个要连接的构件可至少区段地具有吸收激光束的特征。这例如可以这样获得，即，此整个构件用一种吸收激光束的热塑性塑料制造，如聚丙烯的均聚物和共聚物、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚甲醛、苯乙烯聚合物、含硫聚合物、聚酰亚胺、含氟聚合物、聚酮、聚醚酮，或用另一种在激光束作用下可熔化、变形、具有热塑性特性的天然材料制造，在结束供能后材料重新固化。
激光束只有很小的射束发散度，所以在均匀的能量密度的情况下可以保证在要加工的表面上激光束高的方向稳定性。此外，激光束有小的频谱带宽和高的谱能量密度，所以在很短的周期时间内可以释放比较大的能量，与此同时能量可以限制作用在狭窄的地方。激光束大的时间和空间的相干性保证恒定的工艺条件以及高的加工精度和模制件质量。此外，激光束可以产生很短的光脉冲，所以能量可以非常准确计量地发送。
采用上述方法可以做到使熔化区保持限制在一个很小的刷毛长度上，由此防止了刷毛由于分子重新定向而减弱并因而避免恶化机械性能。此外，可以做到空间严格限制的材料区目标非常准确而迅速地熔化。许多刷毛或刷毛束可以在唯一的一个过程中同时固定，所以使周期很短。还证实，采用上述方法在将刷毛固定在刷体中时可以在安置长度或植入长度短的情况下获得高的固定力和拔出力。
按简单的方式也可以将加填料的刷毛，例如具有磨蚀性附加物的刷毛与一种可穿透激光束的刷体连接。
激光束与要熔化的材料尤其是塑料之间的相互作用，主要取决于所使用激光器的波长和塑料的吸收特性。在适当地吸收了激光能量后，可以一方面通过热力学过程如母体材料的熔化和蒸发、有机染料的退色、黑色的清除、发泡或另一方面通过例如在紫外区内与光敏的白色的光化学过程进行反应。
由于具有每单位加载面积高能量密度的激光器的大功率，所以在加工时可以达到很高的运动速度并因而有很短的周期，与上述已知的方法相比周期可低至70％。此外，例如对于牙刷，一把或多把牙刷的全部安置表面可以在唯一的一个过程中加工。
业已证实，采用按本发明的方法可以获得高度的灵活性，因为能容易地适应刷体不同的几何形状。此外，不同壁厚的设计也不会延长加工时间，并在高的生产速度和高的过程质量亦即低的废品率和高的均匀的质量的情况下总体上导致高的生产率。
最好其中一个要连接的构件激光束可以穿透亦即不吸收，而另一个构件至少在连接区用一种吸收激光束可熔化的材料制成、因此激光束穿过可穿透的构件对准连接区，它们在那里将另一个构件的吸收性材料熔化。
吸收激光束的材料或可以是本来就有吸收性的，但也可以是通过至少区域性地加入填料和/或染料造成材料的吸收作用。以此方式可以使两个要连接的构件(刷体和刷毛或刷毛束)用同样的基本材料制造，其中只有构件之一通过加入上述物质获得吸收作用。因此例如同样的塑料，它们通过加入不同的添加剂或填料具有互不相同的透光和吸收性能，便可以互相连接起来。
此外还可以规定，可透过激光束的构件例如刷毛，至少在连接区亦即在刷毛下端，通过涂覆和/或添加填料或染料制成吸收性的。激光束便可通过可穿透的构件对准此连接区，在那里激光束熔化此构件中采取上述措施后有吸收作用的部分。这种方式突出的优点在于，另一个构件在其造型和其材料方面是完全自由的。
此外还可以在连接区设用吸收激光的材料制的垫层，以便在连接区产生熔化所需的热。垫层也可以由辅助工具构成，接着可将此辅助工具移走，所以被熔化的构件端部可与另一个必要时同样也熔化的构件连接。按另一种方案也可以将垫层设计为不回收的辅助装置留在连接区。
在将刷毛固定在刷体中时最好采用下列材料组合。一方面刷体和刷毛可用聚丙烯制成，其中构件之一，最好是刷体制成透明的，而刷毛例如通过用TiO2染色并因而是吸收的。另一方面也可以用SAN(由苯乙烯和丙烯腈组成的热塑性共聚物)制造以及刷毛用聚酰胺制造，其中，为使刷毛获得吸收性能将其染色，而用SAN制的刷体设计成透明的。因此，激光束穿过由SAN制的刷体并熔化刷毛。按另一种设计也可以用聚丙烯制刷体和用聚酰胺制刷毛，其中，刷体为了获得吸收性能而被染色，而刷毛设计成透明的。激光束便可穿过刷毛作用在连接区上，在那里熔化刷体的材料。
由下面参见附图对一些实施例所作的说明中可以看出本发明的其他细节和特征。其中：
图1a、1b、1c将单根刷毛装到刷体上的方法的各个步骤；
图2a、2b、2c方法的第一种改变；
图3a、3b、3c方法的第二种改变；
图4a、4b、4c方法的第三种改变；
图5a、5b、5c将刷毛束装到刷体上的方法的各个步骤；
图6a、6b、6c方法的第一种改变；
图7a、7b、7c方法的第二种改变；以及
图8a、8b、8c方法的第三种改变。
在图1a、1b和1c中表示了方法的各个步骤，以便将许多单根刷毛12通过材料本身连接地装在刷体10上。刷体10制有许多盲孔11，在未加热状态每个盲孔插入一根刷毛12。单根刷毛12用可透过激光束的材料制造，而刷体10至少在盲孔11区内用一种吸收激光束的材料制成。单根刷毛12一般以紧配合插入每一个盲孔11内，直至它们的下端碰到盲孔底部。接着，激光束LS同时穿过可穿透的单根刷毛作用在盲孔底部的连接区上，由于在盲孔底部吸收激光束而生热，热量熔化刷体10的材料。通过对流换热单根刷毛12的材料也会熔化，所以材料互相融和渗入，在盲孔11与单根刷毛12之间可能存在的间隙被填满，以及单根刷毛12在其下端全面植入刷体10内并与之焊接。
按图2a、2b和2c的设计与上述实施例的区别在于，现在刷体10的材料是可透过激光束的，而刷毛至少在其下端可以吸收激光束，在将单根刷毛12置入刷体10的盲孔11中后，穿过刷体10的激光束作用在盲孔底部的连接区上，因此单根刷毛12按已说明的方式与刷体11焊接。
与按图2a、2b和2c的实施例相比，按图3a、3b和3c的改变在于，单根刷毛12在其插入盲孔11的下部加可以吸收激光束LS的填料和染料微粒14，所以单根刷毛12在其不插入盲孔11中的上部同样可以用一种透过激光束的材料制成。
图4a、4b和4c表示了一种设计，其中无论单根刷毛12还是刷体10都用可透过激光束的材料制造，所以在将单根刷毛12插入盲孔11之前，在盲孔底部放一个吸收激光束的垫层15。当单根刷毛12装入盲孔11中直至坐落在盲孔底部或垫层15上后，激光束穿过单根刷毛12或如图表示的那样穿过刷体10作用在连接区上，在那里激光束被垫层15吸收。由于对流换热，在刷体10和单根刷毛12的接触区内既熔化了刷体10又熔化了单根刷毛12，所以形成了材料本身的连接。
凡是在前面四种实施例中分别通过单根刷毛所说明的，均以相同的方式也可以通过刷毛束13来实施，刷毛束作为分离的集束，以紧配合分别插入盲孔11中，在供入激光束时，刷毛束13的每一根刷毛一方面互相连接，另一方面与刷体10焊接。其他特征与安置单根刷毛的方法是一致的，可以参见有关的说明。