热塑性塑料的焊接

1、熱塑性塑膠的焊接通常認爲熱塑性焊接是不可逆的少數工藝如感應焊接可生産可逆組裝件 至於選擇哪種方法應在製件沒計初作出，因爲焊接方法對製件設計的要求可能是 重要的,且不同焊接方法同差別顯蓍1. 超聲焊接2. 振動焊接3. 旋轉焊接4. 熱板焊接5. 感應焊接6. 接觸（電阻）焊7. 熱氣焊接8. 擠出焊接熱氣焊接技術通常用來焊接塑膠管，片或半成品製品而不是注塑成型製件. 但許多熱塑性模塑製件，特別是熱塑性汽車盤是用熱氣焊接技術修復的，另外熱 氣焊接有時用來製備塑膠樣模製件.焊接熱塑性製件的最普通的方法是超聲焊接.這種方法是採用低振幅，高頻 率（超聲）振動能量使表面和分子摩擦産生焊接相連墊塑性製件所

2、需的熱量 .（正 弦超聲振動）超聲焊接在20-50kHz的頻率範圍內發生，其一般振幅範圍爲15-60um.在低 達15kHz（較高振幅）的聲頻有時用於較大製件或較軟材料.焊接過程通常在 內發生.焊接工藝孌量包括焊接時間，焊頭位置和焊接壓力.超聲焊接 設備通常用來焊接中，小尺寸的熱塑性塑膠製件，而很大的製件可用多點焊接.超聲焊接方法可根據焊接時間或焊縫位置（塌陷距離）或焊接能量控制.也對 焊接壓力和冷卻時間提供附加控制.超聲焊接設備一般不是在20kHz就是在40kHz頻率下運行.20kHz裝置更常接頭設計：第一類即最常用的接頭類型，在被連接表面的垂直方向上利用超 聲振動.對接和Z形接合歸入這一類

3、，適用於多數聚合物.第二類超聲焊接接頭包 括與接頭表面平行的振動，形成剪切狀態.各種類型的剪切和嵌接歸入第二類.能量控制囂接點與無定形材料一起使用最佳，圖1所示較大的能量控制囂結 可在一些不密閉的半結晶材料中應用對接接頭3 不良的對接接頭設計焊接時間過長焊接能量過大擠出焊體導致外觀缺陷帶有能量導向囂的 對接接頭附加的溢料收集囂3 改出的對接接頭設計焊接時間縮短焊接能量減少 擠出的溢料（可見）焊接面積減少擠出熔體沒有形成品外觀無缺陷改進的耐剪切性有助部件定位擠出熔體沒形成外觀缺陷Z形接頭典型的能量控制囂尺寸/ mm無定形聚合物半結晶聚合物尺寸小部件大部件小部件大部件/ / 、累1hJ三一二上0-

4、3.76UU90H圖1無定形和半結晶聚合物所用的能量導向囂的近似尺寸此圖所示的焊接接頭是對普通能量控制接頭設計的獨特的 改進.下面式件用一個粗糙或有紋理的表面改進將會提高 焊接質量,焊接強度和焊接完成的容易程度其他許多有紋 理的接頭外形也是可行溢料問題可通過把溢料污染槽引入接關設計中而降低 ，爲安全,一般溢料槽 設計至少10%勺過度體積容量*緊壓接頭：爲了使溢料形成的可能性最小，緊壓接頭設計的目的是阻擋熔 體或將熔體保持在熔區內緊壓接頭對半結晶的塑膠材料如尼龍是有用的因爲 接關結構更複雜,緊壓接關所需的製件配合公差相對嚴格.與三角能量導向囂焊 接相比,較大的接頭結構也需要附加振幅和焊接能量典型

5、的緊壓焊接幾何結構 如圖2所示.圖2典型的超聲緊壓焊接結構製件找平簡單對接沒有任何措施解決製件相互找平或對中.製件找平更適於用模塑定位銷或雙頭螺完成.而z形接能自動找平，且在使用時耐拉伸且改 進了搞剪切負荷性.並能消除外部溢料.8滑動間隙圖3超聲焊接工藝用的典型z開接頭設計(a)焊接前的z接頭：(b)焊接後的z形接頭:(c)改進的 z形接頭：臺階附帶肩部掩蓋了不平性，結果使外觀改進*槽舌接合不但提供了剪切強度而且提供了拉伸強度.這種接合是自對中的接合區域的壁厚必須相對大以適應槽舌接合設計另外,製件公差要求相對嚴間 隔加強筋改善了接頭找平圖4超聲焊接工藝用的典型槽舌接合設計*剪切接頭 當焊接半結

6、晶聚合物（或其他難以焊接的聚合物）和需要密封 接頭號時，一般推薦使 用剪切接。需要高強度，高質量接碚的環形和矩形製件 都用剪切接頭。剪切接頭號具有搭接製件壁部分，當接頭被焊接和相互依次嵌入 時，搭接部分産生公差和局部剪切。爲了促進製件找平，接頭包含了調節部分。 爲了集中熔融能量，一邊上的阻礙物的頂角在初始接觸面上降低。因爲融化材料 的溫度在整個接觸面上保持一致，製件被焊接時，兩表面熔融均勻。深度爲 的使用範圍內的公差值。爲了防止在焊接過程中由於公 差而産生的外部側壁翹曲，垂直的製件應盡可能淺，但在一邊用剪切製件改進的 槽舌接頭可與較深的拉伸製件一起使用，提供中壁接頭，它使由於公差而産生的 側壁

7、翹曲最小。如圖5所示間隙CJB-CI.13圖5典型的超聲焊 接剪切接頭設 計和典型的中 壁組裝剪切接 頭設計（a）焊接前的部件；（b）焊接後的部件1-槽舌剪切接頭：有助於阻止部件向內彎曲；2-支撐夾具：目的是在焊接過程中 阻止下面部件壁向外彎曲；3-上面的部件；4-下面的部件*斜坡接合斜坡接合設計也可爲無定形和半結晶聚合物提供高強度密封接頭。斜坡接合是自固定的且最適合小尺寸的圓形或橢圓形制件。斜坡接合的焊 接能量要求很高。 圖6超聲焊執著用典型的斜坡接 合設計I( a)斜坡接合；J(b)改進的斜坡接合(附加公差)f 1-溢料槽；2-夾具層部件上層部件底層部件*電栓焊超聲焊接設備也可生産電栓焊和

8、銷套觸點焊接。在不需要密封接 頭的應用中，銷套接頭可用來連接相同的塑膠材料。徑向公差斜坡接合具有30-60。的角且應該在內裝配。爲附加的熔區材料厚度增加 的的公差産生焊縫和溢料。當從功能或審美上不能接受溢料時，就 使用收集器。*帶嵌入密封裝置的焊接用嵌入的彈性密封圈或韌性墊圈也可獲得可靠 的密封。如圖7所示接頭製件裝有一個彈性環，以改善用超聲焊接接合可達到的 密圭寸安全性，或在連續的周邊焊接不可能的情況下使用。圖7超聲焊 接製件通常需要密 封接頭1- 能量導向器；2- 彈性密封(0.2-0.4mm)圖8超聲焊接設備可形成銷孔型剪切接頭1-溢料收集器；2-焊接前;3-焊接後超聲鉚焊超聲焊接的變異

9、是超聲鉚焊.即把一個熱塑性製件固定在另 個不同材料的製件上的方法鉚釘或凸台在底部應該 有十分大的半徑或圓角，以 防裂紋或熔融爲了集中超聲能量，凸台的頂端應該設計成與焊頭的初始接觸最 小。凸台頂部可以是平的或圓錐形的， 半結晶或填充的聚合物以圓錐形的較佳。 超聲鉚焊的完整性取決於鉚釘和焊頭之間的精確容量關係。圖9超聲焊接設備可生産鉚焊或各種結構1- 三1.6mm的鉚釘；2-尖錐觸發熔融；3- 三14.0mm的鉚釘*標準鉚焊 直徑在這間的平頭鉚釘。剛性和柔性的不耐磨熱塑 性塑膠推薦使用標準外形。*半球形鉚焊直徑小於1.6m m的鉚釘建議用在半球形鉚焊上。對耐磨塑膠是合適的。*溢流式鉚焊溢流式鉚焊用

10、在要求表面爲平的或隆起的及鎖信製件的厚 度被允許使用的應用中。*空心鉚焊 直徑大於4mm的凸台或鉚釘去芯後可生盲孔凸台。如圖10所示 當嚙合製件中不允許有通孔時，超聲焊接設備也能形成機械 互鎖。模制塑膠鉚釘（與用於鉚焊的類似）和在嚙合製件中的盲倒角可形成以公 差爲基礎（假設帶倒角的製件不融化）的真正的機械接合。圖10用超聲焊接形成機械互鎖的示例1-帶軟化和變形鉚釘的熱塑性部件；2-具有倒角的嚙合部件；3-超聲波焊頭 *超聲焊接的材料因素 超聲焊接操作適合於多數熱塑性材料。1無定形聚合物，特別是室溫下外於玻璃態的無定形物，通常是焊接 工藝的好的候選材料。玻璃態無定形聚合物具有良好的透射性能，允

11、許用看近場和遠場焊接技術成功焊接。當材料較軟時，開定形材料的 超聲焊接就成問題。如：焊接高衝擊ps將比焊接通用ps 一般需要更 多能量和附加振幅。2半結晶聚合物一般更難用超聲能量焊接.增加由焊接體系發射的能 量值（即增加振幅）；縮短焊頭/製件接觸面與接頭介面間的距離；使 用近場超聲焊接技術；使用振幅高達的焊頭.這些高焊 接振幅需要使用鈦焊頭當需要高強度、密封組裝時，剪切接頭和斜 坡接合對半結晶聚合物都適用。3焊接吸濕性聚合物：模塑後馬上焊接製件（在它們仍是乾燥時）；焊接前乾燥製件；焊接前把製件存放在乾燥器內。振動焊接振動焊接是摩擦焊接過程，其間被焊接的製件在壓力下磨擦到一起直到生成 的磨擦和剪

12、切熱量使頭蚧面達到充分熔融狀態。一旦熔融膜已經形成滲入到足夠 深的遝接區域，相對運動停止，在壓力作用下焊縫冷卻並固化。振動焊接適用幾乎所有的熱塑笥塑膠，往復運動方向上具有允許的無約束運 動焊縫的製件，中型或大型製件。振動焊接的材料因素與超聲焊接類似：無定形材料比半結晶聚合物更適合採 用振動焊接的類似。環形振動焊接可連接焊區尺寸與焊區到旋轉軸的距離近似相等的 製件。線性振動焊接 用在允許一個方向上線性振動的成套製件上。接頭當被連接的整個表面是平的或稍向平面外彎曲時，對製件來說振動焊接工 藝是最理想的。圖11振動焊接用典型接頭設計（a）焊接前的標準對接接頭；（b）焊接後的標準對接接頭；（c）用溢料

13、收集改進的對接接頭1-焊接設備溝槽；2-單平面分型線；3-焊接溢料；4-帶溢料收集器的接合旋轉焊接旋轉焊接用來連接具有旋轉對稱接合表面的製件，它屬磨擦焊接工藝。是連 接可大可小的圓柱形熱塑性塑膠製件的最有效的工藝 。用旋轉焊接技術組裝的製 件常常具有與周邊垂直的連接板等特徵。它的生要加工變數是相對剪切速率、焊 接壓力和焊接時間。旋轉焊接的接頭強度取決於材料、接頭設計和所用的加工條 件；多數熱塑性塑膠可達到強的氣密封接焊縫。旋轉焊接對透射性能不好的材料 特別合適。圖12旋轉焊接工藝用的典型的基本接頭結構1-對接接頭；2-槽舌接合；3-帶收集器的T、G接合4-斜坡接合；5-剪切接合電磁焊接電磁焊接

14、（電感焊接）是利用能達到熔化溫度的電感能量連接熱塑性製件的 方法。也被稱作特種插入焊接，此間磁致旋光聚合插入物被一個高頻電磁場加熱焊接材料一般是磁致旋光的填充聚合物，它是由和製件材料相同的聚合物或 相容的聚合物製造的。這種強磁性填充聚合物包括細分散的、微米尺寸的鐵粒 子、氧化鐵粒子、不銹鋼粒子或其他磁性物質，它們成爲電磁能的靶子。按體積 計算的強磁性粉的裝填量通常少於 15%當施加在製件上的力在焊接接頭處産生 剪切時，焊縫最結實。實際中最常用的接頭是槽舌接頭和 Z形接合。感應焊接需 要使用具有附加成本的嵌入焊接材料，且很不適合與含有電磁敏感零件的製件如金屬嵌一起使用:I）接用的典型接頭結構(a

15、)平型到槽紋接頭(b)舌狀到槽紋接頭(c)剪切接頭(d)Z形接頭圖13電磁焊接觸（電阻）焊接觸電阻焊 電導線或条带被直接放入接头界面，电线连接在电路中且用电 阻损失直接加热。热量通过导热性传递给相邻的塑料材料， 因此塑性固体在局部 区域软化或溶化。断电后，焊接区或冷却，压力使啮合制件彼此接触。设备要求 最低，焊接过程简单且速度快，特别适合于焊接很大的制件。但需要损失加热电 线，焊接后电线保留在原位，增加了加工成本，且电线的存在也对成品的焊缝强 度有不利影响。热板焊接热板焊接（对平型制件），它是用电加热金属模具使被连接塑料制件表面软 化的热塑性焊接过程。几乎适用于所有的或大或小的热塑性制件。 特

16、别适合焊接 较软的半结晶热塑性塑料如 PE或PF。由于不同的模具表面温度能名适用于两种 不同的热塑性材料，此工艺最适于焊接不同的材料。热板焊接可达到很高的焊接 强度。但此工艺的周期可能相对长，小制件需 15s，而很大的制件需几分钟。热气焊接热气焊接是广泛用于连接热塑性型材和片材生产很大制件的焊接方法。 适用于需 要局部组装的较小的注塑成型制件、热塑性制件的修理及样模制件的制造。用与被焊接制件相同的聚合物品牌生产焊条是重要的挤出焊接挤出焊接是由热气焊接发展而来的焊接方法。主要较大片型结构的自动焊接。黏合剂可用来连接相同原料聚合物的塑料制件，一般用来边接由不同材料制 造的制件。使热固性塑料制件相互连接，或使塑料制件与金属连接。黏合剂的优 点包括：美观、设计灵活；均匀的应力分布； 能够连接不同的材料； 能够提供大气水气体的严密封口； 柔软黏合剂能缓冲振