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添加劑對超聲波焊接的影響
更新時間:2019-1-12 12:55:47  游覽人次:421   【打印此頁


塑料的性能影響超聲波焊接的效果,塑料超聲波焊接性取決于塑料對超聲振動的衰減能力和熔化溫度的高低以及物理性能如彈性模量、抗沖擊性、摩擦系數及導熱系數等。一般來說,塑料制品硬度越大,越容易焊接。硬度大的塑料容易傳遞超聲波能量,而軟塑料在能量到達接頭區域之前常常衰減能量。塑料制品硬度也會隨著環境溫度和濕度不同而改變。而顏料、脫模劑、玻璃填料和增強纖維對它的影響更大。

1.填料和增強物對超聲波焊接的影響

熱塑性塑料中的填料(玻璃、滑石、礦物質)可以改善或抑制超聲波焊接。碳酸鈣、高嶺土、滑石、氫氧化鋁、有機填料、硅石、玻璃球(硅灰石)和云母等材料能增加樹脂的剛性,在含量達20%時能夠提高整個材料(尤其是半結晶性塑料)的超聲波能量傳遞性能。在含量達35%時,可能在需可靠氣密封接的接頭處出現熱塑性樹脂不足。填料達40%時,纖維在接合面處聚集,熱塑性材料不足,不能形成牢固的連接。長纖維在模塑過程中可能產生聚集,造成導能筋可能含有比基體材料更高百分含量的玻璃。這個問題可以通過使用短纖維玻璃填料加以解決。在填料含量超過10%時,許多填料中的磨料顆粒引起焊頭磨損。推薦使用淬硬鋼或涂硬質合金的鈦焊頭。也可能需要更高功率的超聲波設備在接頭處產生足夠的熱量。

2.添加劑對超聲波焊接的影響

添加劑盡管可以提高母材的綜合性能或成形性,但通常增加獲得優質焊接接頭的難度。典型的添加劑包括:增塑劑、抗沖改性劑、阻燃劑、著色劑、潤滑劑、發泡劑、回收料。增塑劑、高溫有機液體或低溫熔化體增加塑料的柔性和軟度,降低其剛性。它們降低聚合物內分子間吸引力,影響振動能量的傳遞。高度增塑的材料如乙烯樹脂是非常差的超聲波能量傳遞介質。增塑劑通??醋魘悄謨錳砑蛹?,但隨著時間的推移它們會遷移到表面,使超聲波焊接變得幾乎不可能。含金屬的增塑劑比美國食品藥品管理局(FDA)批準的增塑劑有害作用更大??鉤甯男約寥縵鸞航檔筒牧洗莩穸哪芰?,需更高的振幅以產生熔化??鉤甯男約良跎倭私岷廈媧Φ娜人芐圓牧鮮?,因而也影響材料的焊接性。阻燃劑、無機氧化物或鹵化有機元素如鋁、銻、硼、氯、溴、硫、氮或磷添加到樹脂中以抑制燃燒或改變材料的燃燒性能。在大多數情況下,它們是不可焊的。阻燃劑可能占材料總重量的50%或更多,降低了零件中可焊材料量。焊接這些材料時,有必要采用高功率的設備、高于通常的振幅和更改接頭設計以增加結合面處可焊材料的數量。顏料對超聲波焊接的影響可能相當大。大多數顏料是無機化合物,所用的濃度一般為0.5%~2%。大多數著色劑并不抑制超聲波能量傳遞。但它們會造成結合面處有效可焊材料量減少。白色顏料中的二氧化鈦是無機物,具有化學惰性。它可充當潤滑劑,如果使用含量超過5%,會降低可焊性。炭黑也會阻礙材料的超聲波能量傳遞。塑料中含著色劑時可能需要變更工藝參數。如果焊接設備采用未染色零件產生優質焊縫的規范焊接著色零件,著色零件的焊縫質量可能會明顯偏低(焊縫強度低、脆性大)。顏料影響超聲波焊接的機理迄今為止還沒有得到確認。顏料的存在似乎影響接頭處的發熱方式。通常著色零件焊接時間長于未染色零件的預期時間,藉此可解決焊縫質量低的問題。焊接時間可能必須增加50%或更多。然而,較長焊接時間可能會產生不良影響如形成過多的焊接飛邊和造成焊頭下的損傷。在打算用超聲波焊接必須模塑的著色材料時,建議對模制樣品進行試焊以確定其可行性。在許多商業應用中,焊縫強度和韌度并不是關鍵要求。使用并不顯著影響超聲波焊接的顏料也許是一種可選擇的解決方案。內潤滑劑(蠟、硬脂酸鋅、硬脂酸、脂肪酸酯)降低聚合物分子間的摩擦系數,造成發熱量減少。不過,由于它們的濃度很低并且彌散分布在塑料中而不是集中于結合面處,因而通常影響最小。發泡劑降低樹脂傳遞能量的能力。依密度的不同,微孔結構中的空洞不同程度地中斷能流,減少到達接頭區域的能量。對含有較高或不同含量回收料的待焊材料應仔細加以評估。為實現最佳焊接有必要控制待焊零件中回收料的質量和數量。在某些情況下,可能需要100%的純凈原材料。

3.脫模劑對超聲波焊的影響

外脫模劑(硬脂酸鋅、硬脂酸鋁、碳氟化合物、硅酮)通常噴涂于模腔表面形成便于零件移去的分離涂層。脫模劑可能會轉移到結合面處,降低待焊材料的摩擦系數,影響結合面的發熱,阻礙熔化表面的熔合和形成合適的連接。硅酮的有害影響最大。外脫模劑有時可用溶劑加以清除。如果必需用外脫模劑,可涂、可印級脫模劑并不轉移到模制零件上,但阻礙樹脂潤濕模具表面,這些級別的脫模劑對超聲波焊接的有害作用最小。

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