塑料應用于國民經濟的各個領域,塑料制品光靠模具等一次性不能解決的,需要進行裝配而成為可用的產品。由塑件變成可用的產品的過程中,有的需要塑料焊接加工,有的需要其他加工。本文闡述了熱塑性塑料各種塑料焊接原理方法,介紹了塑料焊接應用方面的情況。

?現代塑料材料已被廣泛應用于國民經濟各個領域,從日常生活用品到科學領域都離不開塑料,而塑料是通過制造成各種制品來實現其使用價值的,所以對塑料賦予形狀進而產生實際功能的成型加工技術具有重要的價值。塑料制品的實現離不開設備,模具,工藝,材料和環境的五大因素,由于塑料的加工工藝等方面的原因,很多結構復雜的產品不能一次加工成型,通過焊接方法可以需要把多個零部件無縫連接到一起,完成一個完整的塑料零件。對于熱塑性的塑料焊接工藝得到了越來越廣泛的應用,只有分子結構相同或相近的熱塑性塑料才能進行焊接,在焊接面上是分子間的化學結合,焊接效果好,焊接質量高。塑料焊接是連接塑料部件的有效方法。焊接的方法很多。目前使用較多的超聲波焊接、激光焊接、熱板焊接、摩擦焊接、振動焊接、高頻焊接、熱風焊接和感應焊接。本文就常用的熱塑性塑料焊接加工方法進行介紹,供大家參考和應用。

?超聲波塑料焊接方法

超聲波焊接國外在1960年開始應用超聲波焊接技術,至今已有50余年的歷史,而我國在80年代末才開始推廣使用,是一種廣泛應用塑料焊接技術。超聲波焊接原理如下:焊接物垂直方向振動,可產生超聲波之縱振動,使加壓的塑料產生應力。當這種應力超過虎克定律范圍時,塑料本身除變形稍有變化外,內部將產生熱能,在兩種塑料接觸面加壓力,利用超聲波高速振動摩擦生熱來軟化塑料塑料內部使之產生粘性而焊接。這種焊接均勻牢靠,變形小,外觀好,效益高。

?超聲波焊接實際是通過超聲波發生器將50/60赫茲電流轉換成15、20、30或40千赫茲電能。當超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時,會產生每秒幾萬次的高頻振動,這種達到一定振幅的高頻振動,通過上焊件把超聲能量傳送到焊區,由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大,因此會產生局部高溫。又由于塑料導熱性差,一時還不能及時散發,聚集在焊區,致使兩個塑料的接觸面迅速熔化,加上一定壓力后,使其融合成一體。當超聲波停止作用后,讓壓力持續幾秒鐘,使其凝固成型,這樣就形成一個堅固的分子鏈,達到焊接的目的,焊接強度能接近于原材料強度。超聲波焊接的特點是,發熱只集中在焊接部分,焊縫牢固而美觀,不管塑料的極性大小,幾乎所有加熱熔融的塑料薄膜都可以采用超聲波焊接,尤其適合于焊接剛性較大的薄膜材料。

?超聲波焊接不受待焊表面污染的限制,焊接過程很快,焊接時間不到1s,并且很容易實現自動化,可通過計算機程序控制來實施對大件和不規則工件的焊接,超聲波焊接一般在專門的超聲波焊接機上完成操作,可以進行直接焊接法,點焊法,傳遞焊接法,金屬嵌件插入法等。主要對同種性質的塑料能焊接,不同種類的塑料也可焊接。如ABS何PMMA可同時焊接,但不同種類的塑料因粘性、結晶度、硬度和彈性率以及溶化溫度不同,焊接后的外觀不十分理想。主用應用于汽車保險杠、前后門、內飾件、濾清器、剎車燈、燈具等,同時反光片及反光材料也越來越多的采用超聲波焊接。

?激光焊接

激光焊接作為一種熔接塑料制品的手段已趨于普及。激光焊接方法具有焊接不同吸收性能的熱塑性塑料零件的能力。在焊接前,連接零件相互接觸,但不是處于其他焊接方法所需要的外加壓力下。激光焊接由短波、固態的二極管或高性能的激光器發射出貫穿透光零件的激光束是透明的。激光束激活吸收材料表面,被零件吸收轉化為熱量。使該吸收激光束的零件濡濕,因而增加了兩零件之間的熱接觸點(面)。有效透過激光的零件也通過吸收零件的熱傳導被加熱和溶化,最終在兩零件之間形成瞬時滲透焊縫。利用激光把兩件塑料部件焊接,首先把部件夾緊(壓緊)在一起,然后以近紅外線激光NIR(波長810-1064nm),透射過一部件,然后被第二個部件所吸收,所吸收的近紅外線激光化為熱能,將兩個部件的接觸表面溶化,形成焊接區。這種焊接方法,能夠造出超過原材料的強度的焊接縫。激光焊接塑料的方法為2種,一種是利用遠紅外CO2激光焊接塑料--非接觸激光焊接(簡稱NCLW);另一種是利用近紅外激光焊接熱塑性塑料--透過激光塑料焊接(TTLE)。目前使用較廣泛的是透過激光塑料焊接。

?高聚物材料的激光焊接是一種透射式焊接工藝。因為許多熱塑高聚物對于可見光和近紅外光具有較好的光學穿透性,這樣激光就可以穿過上層材料到達焊接面,下層的材料含有一種可以吸收激光的著色劑,它吸收激光,從而受熱融化下層材料。由于上下兩層材料都有很好的熱傳導性并且接觸很緊密,下層產生的熱量可以傳到上層材料并使它融化,這樣就把兩個部件粘接在一起。絕大多數本色的塑料和許多有色的半透明塑料都能被激光焊接,例如聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯烯(PP)等材料,也通常在熱作用區添加碳黑等吸收劑增強吸熱效果。

?激光焊接塑料有以下幾方面的優點:焊接縫尺寸精密、牢固、不透氣及不漏水,部件表面能夠嚴密地連接起來;在焊接過程中樹脂降解少、產生碎屑少;與其他熔接方法比較,大幅減少制品的振動應力和熱應力;能夠將多種不同塑料焊接起來(其他焊接方法有較大限制);擅長焊接具有復雜外形(甚至是三維)的制品;能夠焊接其他方法不易達到的區域,易于控制,具有良好的適應性;

?塑料激光焊接還具有焊接速度快、精度高、自動化、精密數控容易實現、成本相對較低等優點,因此塑料激光焊接技術在汽車、醫療器械、含有線路板的塑料制品、包裝等領域得到了比較廣泛的應用,也特別吸引了那些尋求更清潔的方式來熔接復雜部件的加工商。