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| 发布时间:2010.12.29 新闻来源:影响超声波焊接的塑胶材料因素 浏览次数: | |||
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<塑胶材料与超声波焊接><>
许多情况下,聚合物合金或共混物通过超声焊接连接到单组分或更多组分的树脂上。用超声波焊接工艺也可以焊接结构泡沫制件,然而通常需要做实验。泡沫制件的可焊接性随着密度减小而降低。另外一个问题是由于存在未反应的化学发泡剂,在焊接区域将形成泡沫。
半结晶聚合物 与刚性或半刚性无定形热塑性材料相比,半结晶聚合物一般更难用超声能量焊接。然而如果采用适当的加工条件和接头设计,半结晶热塑性塑料制件通常可以采用超声焊接工艺使彼此相连。半结晶聚合物与玻璃态无定形聚合物相比往往使超声振动衰减较快。总的来说,半结晶材料是不良的振动能量传送器。因此,当焊接这些材料时,必须①增加由焊接体系发射的能量值(即增加振幅);②缩短焊头/制件接触面与接头界面间的距离。当使用半结晶聚合物时,几乎只用近场超声波焊接技术和接头设计。由于经过较长距离的信号衰减,远场焊接要求的能量输入过大并能使制件在焊头/制件界面上而不是在接头上熔融。被焊接的制件应被很好地支撑。在焊接过程中,由于相对高的振幅(即由于机械损伤),无支撑的悬臂制件,特别是那些拐角半径太小的制件可能产生裂缝甚至破坏。因为空洞、阶梯或弯头等特性妨碍了超声能量的直接传送,焊接振动进一步衰减。半结晶聚合物需要有效的能量输入,因此必须使用振幅高达0.05~0.15mm的焊头。这些高焊接振幅需要使用钛合金超声波模具。使超声波焊头在每一焊接点与制件接触是重要的。和无定形材料一样,由于改进了能量发送,半结晶聚合物的焊接能量随熔融温度增加而增加并随模量或刚性的增加而降低。像PTFE这类共有很高Tm、低摩擦系数和不良流动性能的材料是相当难以焊接的。
当要高强度或密封组装时,许多来源显示普通的能量导向器型接合对半结晶聚合物是不适用的。作用于能量导向器型接头上的超声能能不能使始于接触点的导向器材料融化,最终使熔体分散遍布相邻接头表面,然而,相对灵敏的半结晶材料的熔融和固化范围以及为克服熔解热所需要的额外的能量输入通常导致差的焊接强度。在熔体薄膜和相邻的制件表面间发生任何显著的分子级扩散之前,融化的聚合物趋向于过早的固化。尽管通常不建议半结品聚合物中使用能量导向器,但在有些情况下可以使用能增加熔体材料质量的较大的能量导向器。当需要高强度、密封组装时,剪切接头和斜坡接合对半结晶聚合物都适用。 焊接吸湿性聚合物 许多塑料材料,特别是带有极性基团的塑料是吸水性的,注塑成型后它们从大气中吸收水分。制件模塑时是干的(因为在模塑前预先干燥过),但是它们将再次吸收水分。吸收水分的速率取决于材料种类、原有的水分含量和环境条件。高度吸水的聚合物(如尼龙66)在模压之后不久,表而的含水量可达到干扰焊接的程度。水分的存在可导致泡沫、空洞、微孔的形成并需要增加焊接能量,由于振动阻尼的增加,焊接甚至于能使许多缩聚物水解。因此,需要采用以下措施降低水分的影响, ·模塑后马上焊接制件(在它们仍是干燥时); ·焊接前干燥制件; ·超声波焊接前把制件存放在干燥器内。 为方便起见,经常用自封式聚乙烯袋子(最好装有干燥剂)代替干燥器。避免吸水的最简单的方法是模塑后立即焊接制件,此时制件不含水分且处于高温状态。这个解决方法在处理无定形材料时很好,然而为了计算出模后的收缩和形态变化(如模塑后的结晶),更好的方法是在模塑后/焊接前把半结晶制件存放在密闭容器中至少24h。 添加剂对超声波焊接的影响 几乎所有的塑料材料配方中都包含一种或多种添加剂。在有些情况下,添加剂对材料的可焊接性没有影响或影响很小;而在其他情况下对超声可焊接性有显著影响。尽管所得到的有关添加剂对可焊接性影响的定量信息很少,但有定性指标。 填充剂和补强剂 CaCO3、滑石粉、玻璃、炭黑或任何增加复合材料刚性的无机/有机粒子填充剂和补强剂对聚合物超声波焊接性可能既有正面的又有负面的影响。因为复合材料的刚性改进了,而制件表面仍然是多树脂的,因此焊接特性通常在低填充剂浓度处被增强。在填充剂浓度超过35%处,可能难以获得密封接头。填充剂浓度超过40%可能使制件难以焊接,然而由于有些材料(如填充40%滑石粉的聚丙烯)仍具有优良的焊接特性,所以还是需要进行实验。当使用耐磨填充剂或补强剂的浓度超过10%时,通常使用的是涂钛碳化物焊头,也就是硬钢焊头。应该注意到某些填充剂本身是吸水性的,因此湿分可能引起与焊接相关的问题。使用较高频率、较低振幅的焊接设备可能改善填充的聚合物的焊接能力。 脱模剂 当模制制件用超声波焊接工艺连接时最好避免使用脱模剂。脱模剂易黏附于制件表面并影响摩擦热的生成。脱模剂残渣也是污染物,在焊接时必须从接合区域清理干净。如果由于制件挤出困难必须使用脱模剂,只推荐使用那些被称作油漆或印刷用脱模剂。 润滑剂 内、外润滑剂都是因为降低摩擦而妨碍了焊接,超声波焊接机 然而外润滑剂可能污染制件表面。如果内润滑剂浓度低且添加剂很容易分散,内润滑剂对聚合物可焊接性的影响据说最小。为了达到最佳结果建议进行试验。 阻燃剂 阻燃剂对热塑性塑料可焊接性的影响取决于阻燃剂品种、浓度和分散程度。含有阻燃剂的塑料焊接时可能需要较大焊接振幅和焊接能量。 增塑剂/抗冲击改性剂 任何通过增加柔软性改善聚合物韧性的添加剂都增加了材料的吸收特性,因此增加了所需的焊接能量。用较高的焊接振幅和较短的焊接距离(焊头和接头之间)可改善较柔软材料的可焊接性。极端情况下,高度塑化的弹性聚合物也许不可能用超声技术焊接。非固定的、可迁移的增塑剂可能会带来额外的污染问题。 颜料 通常颜料对材料可焊接性的影响很小或不显著,除非所用颜料浓度很高,在这种情况下干颜料开始起类似填料的作用,或如果挤出油基液体颜料体系时,也能引起问题。 回用料 回用料的使用预计不会带来问题,超声波塑焊机除非存在污染或已经发生显著的分子降解。 |
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