塑料聚合物的超声焊接探讨.pdf

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1、至Q!鱼生箜呈!塑【璺簋!塑塑】江亘建挝旌王筮苤塑料聚合物的超声焊接探讨●范振林一厦门瑞尔特卫浴科技股份有限公司，福建厦门361000摘要：随着时代不断演变，塑料聚合物制品的应用领域持续扩大，社会大众更加关注“快速、可靠、经济”的高质量焊接方法。随之，由于塑料聚合物超声焊接具有多样化优势，被广泛应用到办公用品、医疗、汽车等领域中，发挥着不可替代的作用。关键词：塑料聚合物超声焊接探讨1塑料以及聚合物1．1体型结构体型结构又被称之为体型高分子化合物，某些高分子间存在交联，但并不多，属于网状结构。就体型结构高聚物来说，

2、并没有具有独立性的大分子，不具备较好的弹性、可塑性，无法溶解、熔融，唯一可以的是溶胀，具有较大的强度、脆性。热固性塑料就是由体型高分子结构构成的，比如，氨基塑料、酚醛塑料。由于其成型后的不可塑性，因而体型结构的高分子化合物不能直接进行超声波焊接：1．2线型结构线型结构就是线型高分子化合物，如果高分子存在支链，属于支链高分子，是线型结构的一种。对于线型结构高聚物来说，不同于体型结构高聚物，拥有独立的分析，具有较好的弹性、可塑性，能够溶解在溶剂中，在加热状态下可以实现熔融、可再成形，硬度、脆性不大。因而，线型结构高分

3、子化合物理论上都可以进行超声焊接。一般而言，超声波焊接最适用于硬质非结晶性塑料，连接同种塑料时效果最好j但熔化温度相差在20℃以内，且在化学性质上具有一定相容性的两种塑料，如聚碳酸酯和丙烯酸之间也可进行焊接。通常情况下，硬质塑料的焊接性能比柔性的好，非结晶性塑料的焊接性能比结晶性的好。2塑料聚合物的超声焊接2．1焊接原理和方法以加热方法为基点，一般来说，有两种焊接方法，内加热、外加热，其中外加热焊接方法还可以进一步细分。比如，热气焊接、热板焊接。电磁加热、机械加热属于内加热焊接方法，它们也可以进一步细分，激光焊接

4、、射频焊接属于前者，超声焊接、振动焊接属于后者：就线型塑料聚合物、复合材料来说，其焊接都采用的是加热方法，促使聚合界面处于熔融状态，实现熔接，有机连接焊件：实际上，焊件在熔融之后，界面的聚合物长链高分子不断扩散。在焊接过程中，要尽可能使制品形状有利于焊接，提高焊接效率。表l是传达距离对焊件结合强度的影响情况。表1传达距离对焊件结合强度的影响情况形状传达距离a(mm)结合强度(N)强度比(％)‘P30ram40429572Q40mm40516882图1是超声波焊接机构造-q,t旱接方法结构图一图l超声波焊接机构造与

5、焊接方法结构图2．2能量导引体就其焊接原理来说，根据焊件性质，在其表面施加“低振幅、高频率”的机械振动，频率：10—70kHz，振幅：l—250um，作用到塑料零部件，使其在一定压力作用下，局部温度迅速升高，并在熔化作用下形成焊缝。超声波焊接可以顺利实现自动化控制，进行大批量的焊接，焊接速度特别快，1分钟内可以焊接60个焊件，能有效驱除烟雾、热量，焊接效率与质量却特别高。超声焊接过程被分为4个阶段，图2是相关的结构示曹图压王．；玎啦墨1卜零t下话乒餐7=Jf段，叶}}塔m?门t王宥／中_+纠“／“●●I．迫。．／

6、岛；∞1k芋jn皓手4抑路图2超声波焊接过程通常情况下，在焊接过程中，会根据焊件特征、性质，在焊接件界面合理位置制作一些三角形凸台、矩形凸台，即能量导引体、集中体，确保焊件具有较好的坚固性。在凸台位置处，超声波振幅被作为位移节点、应变腹点，会产生大量的热量。随之，能量导引体在热熔融作用下，顺利流动，焊件将被顺利熔结。2．3远场焊接、近场焊接在新形势下，远场焊接、近场焊接被广泛应用到工业中，大都采用的是工作频率为20kHz的超声波，在热塑性塑料、聚合物中，其波长大都不会小于6厘米，也会超过13厘米。在焊接过程中，焊

7、接人员必须严格按照其波长范围，准确计算，合理控制焊头、焊接部件接触位置、焊接界面二者的间距，一定不能超过6．4毫米，这被称之为近场焊接。如果并没有要求其间距不能超过6．4毫米，则属于远场焊接。在近场超声焊接过程中，必须控制好焊头、焊接部件接触面、焊接界面二者的距离，不能超过超声波在其中的波长，也就是说焊件焊接面、焊头表面二者的振幅并没有明显的区别。一般来说，近场焊接大都用于硬度较低的半结晶形材料，但必须具有较高的超声能量吸收能力，如PA、PP、PE和POM这样的半结晶性塑料中，超声能量很快衰减，因而只适合于近场焊

8、接。对于远场焊接来说，其材料必须具备较高的硬度，超声能量吸收能力较低。如SAN、PS、PC、ABS和PMMA等非结晶性硬质塑料，对超声波能量通常具有良好的透射性，高频振动能经过较长的距离传输到焊接口区域，因此这些材料在近场或远场均具有良好的焊接性能。此外，在应用过程中，还要多角度、多层次分析传播过程中出现的耗损问题，优化解决。2．4切入与连续式焊接不连续是切入式焊接的显著