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文檔簡介

塑料分料熱塑性塑料熱塑性塑料指具有加熱軟化、冷卻硬化特性的塑料。我們日常生活中使用的大部分塑料屬于這個范疇。加熱時變軟以至流動,冷卻變硬,這種過程是可逆的,可以反復進行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸類塑料、其它聚烯烴及其共聚物、聚砜、聚苯醚,氯化聚醚等都是熱塑性塑料。熱塑性塑料中樹脂分子鏈都是線型或帶支鏈的結構,分子鏈之間無化學鍵產生,加熱時軟化流動.冷卻變硬的過程是物理變化。熱塑性塑料又可再區(qū)分為通用塑料、通用工程塑料、高性能工程塑料等三類。主要的熱塑性塑料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,俗稱有機玻璃)、聚氯乙烯(PVC)、尼龍(Nylon)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯(特富龍,

PTFE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET,PETE)等。熱固性塑料第一次加熱時可以軟化流動,加熱到一定溫度,產生化學反應-交鏈固化而變硬,這種變化是不可逆的,此后,再次加熱時,已不能再變軟流動了。正是借助這種特性進行成型加工,利用第一次加熱時的塑化流動,在壓力下充滿型腔,進而固化成為確定形狀和尺寸的制品。這種材料稱為熱固性塑料。熱固性塑料的樹脂固化前是線型或帶支鏈的,固化后分子鏈之間形成化學鍵,成為三度的網狀結構,不僅不能再熔觸,在溶劑中也不能溶解。主要用于隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等在惡劣環(huán)境中使用的塑料,大部分是熱固性塑料,最常用的應該是炒鍋把手和高低壓電器。常用的熱固性塑料品種有酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂、聚氨酯等。熱塑性彈性體在室溫下呈橡膠彈性,加熱又能流動的彈性體叫做熱塑性彈性體。SBS嵌段共聚物就是一種。兩端位聚苯乙烯硬段,玻璃化溫度高于室溫。中間為玻璃化溫度低于室溫的橡膠段-聚丁二烯(PB)段。PS段聚集在一起稱為“微區(qū)”。這些微區(qū)分散在周圍大量的橡膠彈性鏈段之間,為分散相,形成物理交聯(lián),阻止聚合物鏈的冷流。中間軟段形成連續(xù)的橡膠相呈現(xiàn)高彈性,在通常使用溫度下,這種共聚物幾乎與普通的硫化橡膠沒有區(qū)別,但它們的分子鏈間無共價鍵交聯(lián),當溫度超過PS的玻璃化溫度時,PS“微區(qū)”破壞,可進行流動成型,又具有熱塑性。熱塑性塑膠焊接知識一.塑膠焊接方式、原理及應用二.焊接結構設計三.常用塑膠材料焊接特性一.塑膠焊接方式、原理及應用焊接方式

1.超聲波焊接

2.熱板焊接

3.旋轉焊接

4.振動摩擦焊接原理超聲波焊接通過設備換能器,將電能量轉換成機械振動能量,由焊接模將振動能量傳遞到被焊接工件,進而使被焊接工件接觸面產生高頻撞擊達到焊接效果。換能器振幅ConverterAmplitude40kHz10microns20kHz

20microns15kHz

30microns30kHz15microns超音波原理UltrasonicTheory橫向運動TransverseMotion5”3.5~4”此區(qū)域之振幅為最均勻為邊緣上之橫行運動之力為工件面上之垂直運動之力Horn熱板焊通過一個電加熱板,在一定溫度范圍內,將需要進行焊接的塑料零件通過直接接觸(直熱式),加熱到熔融狀態(tài)后,借助外力壓合在一起,冷卻固化后達到焊接效果。

旋轉焊被焊接工件在外力作用下,焊接件間以焊接結構的回轉中心作相對圓周運動,焊接結構間由于摩擦而產生熱量達到熔融狀態(tài),最終達到焊接效果。(線性)振動摩擦焊線性振動摩擦焊接利用在兩個待焊工件接觸面所產生的摩擦熱能來使塑料熔化。熱能來自一定壓力下,一個工件在另一個表面以一定的位移或振幅往復的移動。一旦達到預期的焊接程度,振動就會停止,同時仍舊會有一定的壓力施加于兩個工件上,使剛剛焊接好的部分冷卻、固化,從而達到焊接效果。應用超聲波焊接

焊接

鉚焊

埋植

點焊

切割\封口

熱板焊

焊接:理論上,但凡熱塑性塑料,只要結構允許,都可以采用熱板焊接方式實現(xiàn)零配件間的連接并達到密封效果;除了可于同種材料的焊接外,可用于特性接近的不同材料的焊接

鉚接

旋轉焊

用來連接具有旋轉對稱接合表面的製件,是具有圓柱形焊接結構膠件最有效的焊接工藝

振動摩擦焊

振動焊接適用于幾乎所有的熱塑性塑料制品間的焊接,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。二.常用焊接結構設計1.超聲波焊接基本的導熔結構導熔線之優(yōu)點減少溢膠減少熔接時間減少焊接溢料TEMPTIMETEMPTIME導熔線之限制對于(半)結晶塑料,熔接強度有限,且密封可靠性較差平面度要求較高階梯熔接面

BeforeAfter+0.010"to0.025"(0.25to0.64mm)W8W8W3(min.0.023"[0.6mm])SlipFitW4W(min.0.080"[2mm])不同結構使用場所選擇合適的導熔結構槽舌型咬花面設計0.13~0.29 75μm0.30~0.44 115μm0.45以上 150μm導熔線高度咬花面深度可提高焊接質量,焊接強度和降低焊接完成的容易程度.咬花面設計

EnergyDirectorwithOpposingTexturedSurface剪切式結構熔接前之示意圖熔接深度Interference干涉量

底模最小導入之尺寸0.5mm熔接後之示意圖參考設計尺寸

零件尺寸

單邊干涉量

最大公差

≤18mm

0.2~0.3mm

+0.025mm

18-35mm

0.3to0.4mm

+0.050mm

≥35mm

0.4to0.5mm

+0.075mm剪切式熔接:熔接深度推薦值1.25W最小值0.5W最大值1.75W(W=壁厚)剪切式熔接之優(yōu)點焊接強度及質量高創(chuàng)造一個堅固密封保證適用於所有的塑膠材質

剪切式之限制緊密公差之要求Requirestighttolerances要求外牆支撐堅固良好Requiresrigidside-wallsupport工件尺寸較小Partsizesmall不規(guī)則形狀Irregularshapes直角/轉角SharpCorners

Avoid避免Preferred優(yōu)先選擇孔洞及轉折HolesandBendsSemi-Crystalline

Resins半結晶塑膠Amorphous

Resins非結晶塑膠PotentialLackofWeld

inthisArea可能在此區(qū)域無熔接Void缺口Horn肢節(jié)潛在性出現(xiàn)斷裂的地方焊頭焊頭之接觸HornContactCorrect正確CouplingSurface聯(lián)結接觸面Incorrect不正確TooSmall接觸面太小焊頭之接觸HornContactFlangeaddedforhorncontactdirectlyoverweldarea針對焊頭接觸之額外凸緣要垂直地超過熔接區(qū)域其他設計之考慮OtherDesignConsiderations直角/轉角SharpCorners孔洞及轉折Holes&Bends附屬物Appendages隔膜(薄膜效應)Diaphragmming焊頭之接觸HornContact超聲波鉚接低矮型平頭鉚接

BeforeAfter焊頭設計考量DesignConsiderations上層材料需比下層材料薄TopSheetThicknessMustBeLessThanBottomSheetThickness材料需平整SheetsShouldBeFlat點焊之優(yōu)點

AdvantagesofSpotWelding快速之循環(huán)時間FastCycleTime無需夾具或溶劑NoExtraFastenersOrAdhesivesNeeded無需特殊治具(一般而言)NoSpecialFixturingRequired(Generally)無需接口設計MoldedJointDesignUnnecessary可以手焊機方式完成工作CanBeDoneUsingAHand-heldWelder超聲波嵌插埋植Insertion埋植之剖面

CrossSectionOfInsertion2.熱板焊工藝特性

塑料熱板焊接,是通過一個電加熱板,在一定溫度范圍內,將需要進行焊接的塑料零件通過直接接觸(直熱式),加熱到熔融狀態(tài)后,借助外力壓合在一起,冷卻固化后達到焊接效果。由于零件經由電加熱板進行二次局部加熱,在工藝周期時間內,零件局部受熱升溫至熔融溫度范圍,因而此種工藝不可避免地存在因焊接而導致的變形,變形的程度由于塑膠材質、制品結構、熔接深度不同而存在較大差異;一般來說,塑膠材質熱變形系數(shù)、收縮率越小,焊接變形越小;零件本身強度越好,焊接變形越小。由于不同的模具表面溫度能各適用于兩種不同的熱塑性材料,因此該工藝最適于不同材料的焊接;熱板焊接可達到很高的焊接強度,工藝的周期相對較長,小制件需15~30秒,而很大的制件需幾分鐘。焊接結構

a≥0.5b≥1.0c≥1.5

注:a≥0.8mm產品定位結構為確保產品焊接品質,產品本身須設計可靠的外部定位結構,避免出現(xiàn)以類似曲面結構作為定位基準

不好可行為確保產品在焊接工裝或模具上能有效固定,產品須設置可供機械抓夾的結構

a<60a>80熱板焊熔接深度h熔接深度主要取決于產品焊接面大?。ㄒ驭祅表示)及制品變形量參考尺寸

Φnh

~500.450~1000.6100~1501.0150~3001.5熱板焊接溫度設定一般情況下:熱模溫度T設定在所焊接材質熔融溫度Tm以上20~30度左右,且低于所焊接材質產生分解等質變溫度參考模溫如下材質模溫(℃)

pom280

ppo300abs260

聚砜4803.旋轉焊工藝特性具有回轉焊接結構的制件,在外力作用下,焊接面緊密壓合在一起,同時,待焊接制件間產生以焊接結構回轉中心為圓心的相對圓周運動;焊接面由于摩擦生熱并熔融;可適用于任何具有回轉焊接結構的熱塑性制件的焊接;多數(shù)熱塑性塑膠可達到強的氣密焊接效果.

焊接結構垂直端面?zhèn)让婕羟袇⒖汲叽?/p>

零件尺寸

單邊干涉量

最大公差

≤50mm

0.3~0.4mm

+0.05mm

50~80mm

0.4

~0.5mm

+0.075mm

80~120mm

0.5

~0.6mm

+0.1mm120~180mm0.6~0.8mm+0.15mm

斜坡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-剪切接合工藝參數(shù)剪切速率:指在任一工件焊接接觸面上任意點相對于另一工件焊接面的相對線速度,因材質不同而不同焊接壓力:焊接面間的相互作用力焊接時間:焊接面在外力作用下壓合在一起并產生相對運動到停止相對運動的時間線性振動摩擦焊三、常見塑膠焊接特性:1.超聲波焊接①分析

熱塑性塑料非結晶性結(半)結晶性結晶性(Crystalline)塑料

塑料高分子鏈排列整齊,在凝固過程中有晶核(nuclei)到晶球(spherulites)的生成過程,并依照固定樣式排列高分子鏈。一般而言,由于具備晶格結構(latticestructure),因此在發(fā)生相變化如熔解時,須突破結構的能量障壁(energybarrier),使晶格結構崩潰。因此結晶性塑料具備明顯的相轉移溫度及潛熱(latentheat)值。結晶性塑料的特性為不透明(opacity)、在鏈排列方向及垂直排列方向不均勻的物理性質(各向異性,anisotropic),以及明顯而狹窄的相變化區(qū)域。

常見的結晶性塑料包括:PE(Xc=80%)、PP(Xc=5O%)、POM(Xc=99%)、PEO、PPO、Nylon(Xc=35%)等等。

比熱溫度結晶性非結晶性Amorphous軟化溫度融溶溫度熔化特性常見塑膠焊接性能對照表材料焊接(近場)焊接(遠場)鉚

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