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超声波塑料焊接机能焊接哪些材料?

2021-04-10 11:18
塑料由于其生产成本低廉,种类繁多,性能较好,而被广泛运用于食品包装、建材、装饰等众多领域。塑料被广泛运用,但是与之对应的加工方式却并不是高效的;同时超声波加工由于其良好的效果进入了人们的视野。超声波焊接由于不需要焊剂、焊缝质量较好、加工效率较高而被运用于塑料焊接领域; 此外,经由超声波焊接完成的构件还有良好的整体性和密封性。

塑料的性能影响超声波的成功焊接。塑料的超声波焊接性取决于塑料对超声振动的衰减能力和熔化温度的高低以及物理性能如弹性模量、抗冲击性、摩擦系数及导热系数等等。实验证明,塑料的焊接性G正比于弹性模量 E、导热系数 λ、摩 擦系数μ,反比于塑料的密度 ρ、比热 C、熔点 t ,如下式表示: G = K·E·λ·μ/ρ·C·t ( W /m²·K) 
式中 K-焊件形状因子,取决于焊件的壁厚、 尺寸大小及焊头的形状尺寸
E - 塑料的弹性模量( GN /m² )
λ - 导热系数( W /m·K)
μ - 塑料的摩擦系数 
ρ - 塑料的密度( kg / m³ )
C - 比热( J/kg·K)
t - 熔点( K)

通常限定选择特定用途材料的性能是那些使焊接变困难的性能如高的熔点或结晶度。一般来说,塑料刚性愈大,愈容易焊接 。 刚性塑料容易传递超声波能量,而软塑料在能量到达接头区域之前常常衰减能量。待焊材料的刚性是一个可能受到环境温度和湿度影响的重要性能。颜料脱模剂、玻璃填料和增强纤维的影响更大。

非结晶性塑料具有任意的分子结构,在较宽的温度范围内逐渐软化,达到玻璃化转变状态,然后是液体熔化状态 。凝固也是逐步的,避免了过早凝固 。 非结晶性塑料能有效地传递超声振动,能够在各种工艺条件下进行焊接,也能比较容易地获得密封接头。半结晶性塑料的特点是分子结构有序排列 。 需高热量破坏这种有序排列 。熔点明显,温度稍 稍降低就很快地出现再凝固 。 流出接头加热区的熔液因而快速凝固。固态时半结晶性分子象弹簧 一样吸收很大一部分超声振动而不是将其传递到接头界面处,所以必需采用高振幅以产生足够的热量用于焊接 。


每种塑料自身均可以很好地熔接在一起,一般能用超声波焊接机焊接的塑料都是热塑性塑料,但不同种类的塑料之间的相熔性差距很远。但是总体来说,结构越相似的塑料,相熔性越好。

同种材料的超声波焊接
聚苯乙烯、SAN、ABS、聚碳酸酯和丙烯酸塑料通常能获得优良的结果,PVC 和纤维素塑料易于衰减能量,在表面处变形或降解。如果焊头位置 靠近接头区域( 近场焊接) ,低模量材料如聚乙烯通常也是可焊的。各种热塑性塑料超声波焊接相容性见下表1:
各种热塑性塑料的超声波焊接性

异种材料的超声波焊接
在焊接异种材料时,两材料之间的熔点差不应 超过 22℃,分子结构应相似。对于熔点差异较大的情况,低熔点材料熔化和流动,阻止足够的热生成 量熔化高熔点材料。例如,高温丙烯酸同低温丙烯酸相焊,导能筋铸在高温零件上,低温零件在导能筋之前熔化和流动,连接强度会很差。只有具有相似分子团的化学相容材料才能进行焊接。 相容性仅仅存在于某些非结晶性塑料或含有非结 晶性塑料的混合物中。典型的例子如 ABS 与丙烯 酸,PC 与丙烯酸、聚苯乙烯与改性聚苯醚。半结晶性聚丙烯与聚乙烯有很多相同的物理性质,但化学不相容,不能进行超声波焊接。下表列出了 部分热塑性塑料的超声波焊接相容性。

各种热塑性塑料的超声波焊接性
 
下面是一些常见材料的超声波焊接性能:
ABS、PS、SNA这三种材料,这三种材料是公认最适合超声波焊接的材料。
容易焊接的材料:
SNA:超声波焊接效果好。 丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物,简称:ABS:质轻,兼具轫性,刚性与耐化学品性,用途广泛,此材质导热性佳,特别适合超声波焊接。ABS具有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明好的优点。
ABS广泛应用于:机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域,是一种用途极广的热塑性工程塑料。 聚苯乙烯,简称:PS:比重轻,对水及化学物之抗蚀性强,安定、绝缘性佳,特别适合于射出及押出成形。由于弹强性系数高,适合超声波焊接。
PS常用于:玩具、装饰品、盂洗设备、磐子、透镜、浮动轮等的制造。
不是很好焊接的材料:
尼龙,简称:PA
聚甲醛,简称:POM
聚甲基丙烯酸甲酯,简称:PMM
丙烯腈-苯乙烯共聚物,简称:A/S
PPS:因材质太软导致非常的不好焊。
聚碳酸酯,简称:PC;熔点高,所需熔接时间长。
聚乙烯,简称:PE;此材料比较软所以不好焊,密度趆高焊接难度就相对减少。
聚氯乙烯,简称:PVC;因此材料比较柔软不好焊,所以很少人用此种材料,此材料的产品一般用高周波来熔接。