塑料连接工艺培训课件.ppt

1 18塑料连接工艺JoiningProcessesforPlastics 主要目的 通过对本节内容的学习掌握哪种塑料能够焊接以及塑料焊接原理 了解塑料焊接的典型工艺及确保焊接质量对塑料焊接操作人员的要求 主要内容 塑料的类型塑料焊接原理塑料焊接方法几种塑料焊接工艺介绍塑料焊工的培训与考试 塑料的类型 塑料是以合成或天然高分子化合物 树脂 为基本成份 加入适当的添加剂 在一定温度和压力下 经塑性变形加工而成的一类高分子材料 合成树脂是高分子化合物 也称聚合物 塑料的结构是由链状分子构成 或称纤维状分子 与棉花的网状纤维相类似 是无序卷绕状 根据分子链的构造 塑料可分热塑性塑料 弹性塑料 合成橡胶 和热固性塑料 非交联链状分子在室温下 通常处于软到硬 韧状态类型 热塑性塑料 粗网目的交联链状分子不能熔化 可膨胀及不溶解 类型 弹性塑料在室温下 通常处于弹性 软 合成橡胶 状态 细网目的交联链状分子不能熔化 不能膨胀及不溶解 类型 热固性塑料在室温下 通常处于硬状态 塑料的基本结构与性能 热塑性塑料在一定温度下 热塑性塑料可以达到热塑性状态乃至熔融流动 冷却后 又变成一定的形状 热塑性塑料的分子排列形式有2种 非结晶型和结晶型见下图 由于分子结构不同 其材料的强度性能也不同 非规则的卷绕 非结晶型非结晶区如玻璃透明结晶型 乳状 不透明 纤维状分子 热塑性塑料的构造 弹性塑料该类塑料由于内部结构的原因 粗网目交联链状分子结构 而不能熔化 不能达到热塑性状态 故不具备可焊性 热固性塑料这类塑料由于内部结构的原因 细网目交联链状分子结构 在受热时不会变软 一直处于硬状态 直到破坏 因此不具备可焊性 从另一角度看 能够进行焊接的塑料 其材料熔化指数MFI应在某一范围 德国标准DIN53735对此做了规定 在DIN16776中给出了MFI的分类组别 德国焊接学会规程2201TI给出了HDPE熔化指数在005 010时可以焊接 每一种塑料都相对应一熔化指数 表1 表1高密度聚乙烯的熔化指数 热塑性塑料的种类热塑性塑料约占塑料总产量70 其中应用最广泛的的品种有聚氯乙烯 聚乙烯 聚丙烯和聚苯乙烯等 以下是对各种热塑性塑料的简要介绍 聚烯烃类聚烯烃塑料的主要品种有聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯及聚丁烯 聚乙烯 PE LDPE 低密度PE 熔点 105 130 MDPE 中密度PE HDPE 高密度PE 熔点 105 137 性能 白色蜡状半透明材料 柔而韧 比水轻 无毒 应用 电线绝缘 管材 薄膜 容器 板材等 聚丙烯 PP 熔点 170 176 PP H等规聚丙烯 PP B间规聚丙烯 PP R无规聚丙烯 性能 聚丙烯是热塑性塑料中材质量最轻的一种树脂 密度为0 91 0 92g 呈白色蜡状 比聚乙烯透明度高 强度 刚度和热稳定性也高于聚乙烯 易燃 化学稳定性好 应用 薄膜 电绝缘体 容器 包装品等 聚丁烯 PB 熔点 126 135 性能 耐应力开裂性强 应用 管道 密封件 缓冲器 压敏粘合剂等 聚苯乙烯 PS 熔点 105 150 性能 非结晶聚合物 透明度达88 92 折光率为1 59 1 60 由于折光率高 所以具有良好的光泽 具有优异的电绝缘性 刚性大等特点 应用 照明指示 电绝缘材料 光学仪器零件 透明模具等 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 ABS 改性聚苯乙烯 以丁二烯为基石的ABS管或管件 丁二烯含量 6 丙烯腈 15 苯乙烯 25 性能 在 40 100 范围内仍能保持韧性 强度 刚度 具有良好的抗热变形能力 ABS表面光滑 具有优良的抗沉积性 不使油污固化结垢 堵塞管道 不受电腐蚀和土壤腐蚀 宜作埋地管 应用 灌溉 潜水泵 地下电气导管 腐蚀性盐水溶液 原油和食物 含流体腐蚀剂的有机物 以及纯化学品及其它敏感产品的工业管装置 聚氯乙烯聚氯乙烯 PVC 熔点 212 PVC U 硬PVC PVC P 软PVC PVC C 氯化PVC聚氯乙烯 PVC 是由氯乙烯单体聚合而成的一种非结晶型通用热塑性塑料 性能 PVC为无定形聚合物 结晶度在5 以下 难燃 离火即灭 应用 薄膜 硬管 门窗 电线电缆绝缘层 录音材料等 硬聚氯乙烯管的连接以承插式粘接为最佳 但接头的承插管件与管件的公差配合要求很高 要求不能满足时可采用承插式焊接接头 缺乏管件时则采用接触 摩擦 焊 另外 热塑性塑料还有聚乙烯醇类及丙烯酸类 塑料焊接原理 将两个塑料部件连接起来 通常有三种加工工艺 机械固定件 粘合剂及焊接工艺 其中焊接形式多样 可根据不同材料 尺寸 用途而使用不同的焊接工艺 热塑性塑料在热塑性状态和压力的作用下就可实现焊接 热塑性聚合物受热后可转变到粘流状态 粘流态下的聚合物大分子通过链段运动 可从一个塑料件的连接部位越过界面层扩散到另一塑料件的连接部位中 从而实现连成一体 热塑性塑料在热塑性状态和压力的作用下就可实现焊接 它是机械连接 二个焊件纤维状分子互相非规则的卷绕 通常仅相同类型的塑料可以焊接 综上所述 热塑性塑料的焊接原理是 焊接面处于热塑性状态 加热 在一固定外压力的作用下实现焊接 焊接压力 保持 冷却直至接头凝固结束焊接 冷却 根据德国标准DIN1910第3部分 塑料焊接方法 塑料焊接方法分为热风焊 加热元件焊 超声波焊 高频焊 摩擦焊 溶剂焊 激光焊接 接头形式 对接接头 T型接头 搭接接头 塑料焊接方法 表2塑料焊接方法分类 几种塑料焊接工艺介绍 塑料焊接与金属焊接一样 焊接工艺选择是否合理将直接影响到焊接质量 塑料焊接工艺具有下列要求 1 焊缝表面平整 不得有波纹形及焊条吹毛现象 2 焊条排列必须紧密 不得有空隙 3 焊条必须充分熔融 但不能有分解及烧焦现象 4 焊条的延伸不能过大 否则容易产生裂纹 以上的焊接要求是通过正确的焊接操作及适当地掌握焊接工艺条件来保证 不同焊接材料与焊接方法的适宜关系注 V表示焊接性能良好 O表示有条件的焊接性能 热风焊手工热风焊 WF 所谓热风焊就是将热风作为热源 德国焊接学会规程DVS2207T3对此做了规定 焊接材料根据需要可以是焊条 硬 也可以是带状的 软 焊接时将焊条往坡口里压 随着热风的加热使焊件坡口侧和焊条都处于热塑性状态 在外加压力的作用下实现焊接 通常软 硬PVC PE均采用此法焊接 焊接速度在250mm min左右 手工热风焊设备热风焊接法与氧炔气焊焊接法相似 唯一的区别在于 氧炔焊所用的明火由热气流代替 压缩空气 氮气 氢气 氧气或二氧化碳通过焊枪时由电热盘管加热 所谓热风焊就是将热风作为热源 见下图 a 焊接气体b 热气c 隔热体d 电加热e 连接导线f 喷气咀g 马达 1 手工热风摆动焊 见下图 优点 能焊接大型 复杂的部件 缺点 焊接速度慢 焊接质量与焊工的技能有直接关系 手工热风焊工艺 2 坡口形式热风焊主要用来焊接板材 3 操作要领 焊接时焊条施力方向应与母材的焊缝成90 如果角度大于90 或小于90 都会造成所焊焊缝的不良后果 4 根部状态 5 手工热风拉焊 WZ 1 马达 2 焊丝 3 送丝机 4 挤出器 5 熔化室 6 焊接压头 7 加热咀 8 空气加热器 机械热风焊机械热风焊接设备机械热风焊接设备用热风作为热源 也称挤压式焊接设备 机械热风焊工艺其焊接过程与手工热风焊原理是相似的 1 坡口形式 2 操作要领 U5R型焊机 3 焊接参数 U5R型焊机 焊接材料 PE PP PVC PC DF焊接效率 0 5 2 h焊丝 3 板厚 6 25 起动功率 1000W230V AC 转数控制挤压加热器 675W230V AC 空气加热器 2200W230V AC 熔化室控制器 温度控制控制器空气温度 温度控制对气体的要求 0 46ar 300l min挤压加热器 空气加热器对最低温度都有要求 加热元件焊接加热板式焊接 HS 热板焊接主要通过一个由温度控制的加热板来焊接塑料件 焊接时 加热板置于两个塑料件之间 当工件紧贴住加热板时 塑料开始熔化 在一段预先设置好的加热时间过去之后 工件表面的塑料将达到一定的熔化程度 此时工件向加热板两边分开 加热板移开 随后两片工件并合在一起 当达到一定的焊接时间和焊接深度之后 整个焊接过程完成 加热板式焊接设备加热板焊机主要由恒温电加热板 温度最高可达270 双面电动平整切削刀 固定支架 压力装置等部分组成 电热板是热板焊常用的工具 其由钢 铜和铝等金属制成 表面抛光后镀镍或涂一层聚丙氟乙烯树脂 加热板式焊工艺 1 打开开关接通电源 恒温加热板进行加热 加热板要保持清洁 不能碰撞划伤 2 将待焊接的塑料管放到卡具上对中卡好 3 用电动双面平整刨刀清理接头端部 使焊件达到平齐 无错边并保持焊接部位清洁 4 将已预热完毕的加热板移至两清理合格的焊件之间 施加一定预焊压力 使两管的接头端部靠在加热板上达到一定时间后撤掉加热板 将两个塑料管端面靠紧 施加一定焊接压力 作用在焊接表面的焊接压力为0 15N mm 固定锁死 开始冷却 冷却一定时间后 松开锁紧装置 则完成焊接 承插式焊接设备承插式焊接设备以加热凸凹套模为加热元件提供焊接热源 用于管道焊接 承插式焊接 承插式焊接工艺 热丝套筒式焊接热丝套筒式焊接设备的铜线圈通电后产生焦耳效应 使电热丝发热为热源 将刮好的塑料管分别从电熔管件两端插入管件内 直至接头端紧密接触 接好管件电源线 并根据管件上的标志在控制箱上调整焊接参数 打开开关接通电源 直到电源自动关闭并达到一定冷却时间后 则完成焊接 热丝套筒式焊接设备设备主要由电源控制箱 热丝套筒和固定支架等组成 用于管道焊接 热丝套筒式焊接工艺 1 先检查塑料管的待焊端 应无椭圆度 2 分别将待焊的塑料管待焊端部 约100毫米长 用刮刀均匀地刮干净 如同削土豆皮 3 将刮好的塑料管分别从电熔管件两端插入管件内 直至接头端紧密接触 4 接好管件电源线 并根据管件上的标志在控制箱上调整焊接参数 5 打开开关接通电源 直到电源自动关闭并达到一定冷却时间后 则完成焊接 超声波焊接超声波焊接设备我们人类耳朵能听到的声波频率为20 20000赫兹 当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时 我们便听不见了 因此 我们把频率高于20000赫兹的声波称为 超声波 超声波焊接设备的主要组成部分 超声波发生器 声波传递压头 振动声波极和转换器 底座 压力机 控制装置超声波焊接装置见下图 塑料超声波焊工艺超声波焊接是通过超声波发生器将50 60赫兹电流转换成15 20 30或40千赫兹电能 被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动 随后机械运动通过一套可以改变振幅的调幅器装置传递到焊头 焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部 在该区域 振动能量被通过摩擦方式转换成热能 将塑料熔化 1 接头型式德国焊接学会规程DVS2216T2 塑料工件和半成品的超声波焊 对此做了规定 常用于焊接薄膜 板或半成品工件 2 塑料的种类和规格应用的塑料主要是PS PE 其次硬PVC和聚丙烯酸脂 常用于焊接薄膜 板或半成品工件 3 应用范围在电子工业中下列产品的加工 线圈滑架 继电器 信号灯 盒式磁带等 在汽车工业中下列部件的连接 除霜器喷嘴 暖气管 通风管 仪表盘 燃料过滤器等 在照相工业中产品的生产 闪光灯 照相器材等 在包装工业中下列塑料产品的封口 软管 杯子 化妆品罐 食品包装和其他物品包装 在其他工业领域如 玩具 家用电器 办公用品 广告用品和服装工业等 超声波焊接技术是一种较为合理和经济的加工方法 高频焊接高频焊接设备高频塑料焊机由高频发生器 带有滤波器的高频电路 匹配器 工作装置 控制装置和电极组成 高频发生器的作用是将网路低频电能转变成高频电能 对于塑料焊接经常采用的工作频率为27 12MHZ 并且其偏差为 0 6 这是国际上认可的工业频率 其功率一般为0 6 150kW 采用高频焊接的塑料薄膜必须是极性高分子材料 如聚氯乙烯 聚偏二氯乙烯等 聚烯烃 PE PS PP 非极性分子 所以不能用热合机进行高频焊接 高频焊工艺 HF 见德国焊接学会规程DVS2219 高频焊所需的热量是通过高频交变电场产生的 所能焊接的材料必须满足电介质损失 逸散 系数足够大的条件 德国标准DIN16960中给出了标准值 0 1时 高频加热良好 0 01时 高频加热有可能 0 001时不可能进行高频加热 施加一定的压力 通过高频交变电场 在适宜的塑料中产生振子 分子振动 他的高频运动使其内部摩擦 由此产生热量 只有具备该性能的塑料并且在加热时具有足够的塑性和熔化流动性 才能进行高频焊接 满足上述条件最典型的材料为硬PVC和软PVC 在室温时 PVC P处于较软的并且是弹性状态 当其被加热时 首先通过一塑性区 在该区域内 对其可进行热变形 而这时仍实现不了对其焊接 只有将其一直加热到熔化状态时 才能被焊接 PVC P的熔化状态的温度范围相对较宽 是理想的进行高频焊接材料 高塑料焊接方法进行焊接的热塑性塑料还有如 PA 聚酰胺 ABS 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 PUB 聚氨酯 低分子PMMA 聚甲基丙烯甲酯 以及 CAB 乙酰丁酯纤维素 CA 乙酸酯纤维素 CP