塑料焊接面面觀

  隨著材料科學的發(fā)展，塑料應用越來越廣，隨之帶來了塑料連接的題目，塑料焊接也因其特殊的性能有諸多困難，而多種先進焊接方法的應用使困難迎刃而解。

   中國塑料加產業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿ΓS著產業(yè)生產的迅速發(fā)展，塑料以其密度小、重量輕、比強度高、抗沖擊性好、加工性能好、設計自由度大、耐化學腐蝕性強以及可回收再利用等優(yōu)點廣泛用于國民經濟和人民生活的各個領域。 

    由于塑料的加工工藝等方面的原因，很多結構復雜的產品不能一次加工成型，需要把多個零部件無縫連接到一起。連接方法有兩種：粘接和焊接。一般粘接工藝生產效率低、質量安全需要保障，并且膠粘劑都有一定的毒性，輕易引起環(huán)境污染，危害生產職員健康。塑料焊接工藝得到了越來越廣泛的應用，能夠被激光焊接的塑料均屬于熱塑性塑料，在實際生產過程中，只有分子結構相同或相近的熱塑性塑料才能進行焊接，在焊接面上是分子間的化學結合，所以母材越相近，焊接效果越好，焊接質量也就越高。

   目前應用較多的塑焊方法有激光焊接、超聲波焊接、高頻焊接、摩擦焊、紅外線、熱板焊接和熱風焊接。

激光焊接技術

      20世紀70年代，激光開始被應用到塑料焊接上。其原理是兩種塑料在低壓力下被夾緊在一起，將激光器產生的光束（通常存在于電磁光譜紅外線區(qū)的集束強輻射波）通過反射鏡、透鏡或光纖組成的光路系統(tǒng)，聚焦于待焊接區(qū)域，穿過一個制品，然后被另外一個制品吸收。吸收激光能量的制品形成熱作用區(qū)，在熱作用區(qū)中將光能轉化為熱能，塑料的接觸面軟化、熔化，形成一個焊接區(qū)，在隨后的凝固過程中，已融化的材料形成接頭，待焊接的部件即被連接起來。

     盡大多數(shù)本色的塑料和很多有色的半透明塑料都能被激光焊接，例如聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚苯烯（PP）等材料，也通常在熱作用區(qū)添加碳黑等吸收劑增強吸熱效果。

      與傳統(tǒng)的塑料焊接技術相比，激光焊接塑料技術主要有以下幾方面的優(yōu)點：焊接縫尺寸精密、牢固、不透氣及不漏水，部件表面能夠嚴密地連接起來；在焊接過程中樹脂降解少、產生碎屑少；與其他熔接方法比較，大幅減少制品的振動應力和熱應力；能夠將多種不同塑料焊接起來（其他焊接方法有較大限制）；擅長焊接具有復雜外形（甚至是三維）的制品；能夠焊接其他方法不易達到的區(qū)域，易于控制，具有良好的適應性；塑料激光焊接還具有焊接速度快、精度高、自動化、精密數(shù)控輕易實現(xiàn)、本錢相對較低等優(yōu)點，因此塑料激光焊接技術在汽車、醫(yī)療器械、含有線路板的塑料制品、包裝等領域得到了比較廣泛的應用，也特別吸引了那些尋求更清潔的方式來熔接復雜部件的加工商。

 超聲波焊接

      超聲波焊接就是使用高頻機械能軟化或熔化接縫處的熱塑性塑料。被連接部分在壓力作用下固定在一起，然后再經過頻率通常為20或40kHz的超聲波振動，換能器把大功率振動信號，轉換為相應的機械能，施加于所需焊接的塑料件的接觸界面，但超聲波被引向待焊的塑料表面時，塑料質點就會被超聲激發(fā)而作快速的振動，從而產生機械功，再轉為熱能，熱塑性塑料的溫度就會上升以至熔化。非焊接表面處的塑料，其溫度是不會上升的。機械功的形式是塑料質點因振動引起的連續(xù)交替的受壓和解壓以及被焊表面之間因振動引起的摩擦。焊件接合處劇烈摩擦瞬間產生高熱量，使分子交替熔合，從而達到焊接效果。

超聲波焊接的特點是，發(fā)熱只集中在焊接部分，焊縫牢固而美觀，不管塑料的極性大小，幾乎所有加熱熔融的塑料薄膜都可以采用超聲波焊接，尤其適合于焊接剛性較大的薄膜材料。超聲波焊接不受待焊表面污染的限制，焊接過程很快，焊接時間不到1s，并且很輕易實現(xiàn)自動化，可通過計算機程序控制來實施對大件和不規(guī)則工件的焊接，如汽車保險杠、前后門、內飾件、濾清器、剎車燈、燈具等，同時反光片及反光材料也越來越多的采用超聲波焊接

高頻焊接

     高頻焊接又稱高頻熱合，是利用電磁感應原理高頻感應加熱技術，穿透塑料制品對埋躲于塑料件內部的感應體或磁性塑料產生感應加熱，被焊塑料在快速交變電場中可以產生熱量而使需焊接部位迅速軟化熔融，繼而填充接口間隙，并以完善的機械裝置輔助以達到完美焊接。簡單地說，它是利用電子管自勵振蕩器所產生的高頻電場，使塑料介質分子產生熱量，并施以一定壓力來達到熱合的目的。產生高頻感應的最為常用的方法是，利用高頻電流通過線圈，從而得到一個強大的高頻磁場。采用高頻焊接的塑料薄膜必須是極性高分子材料，如聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等。聚烯烴是非極性分子，所以聚乙烯和聚丙烯薄膜不能用熱合機進行高頻焊接，但也用于通過添加磁性物質加工而成的磁性復合塑料。

     高頻焊接的焊縫致密，其強度可即是或大于母材強度；表面光潔度高，顏色與母材一樣；沿焊縫長度方向加熱均勻，焊縫質量穩(wěn)定；可生產帶有全焊封面及全焊圖案的各種規(guī)格及尺寸的制品，其缺點是焊縫長度取決于焊具（上電極）的長度，當焊縫長度超過焊具長度時，要移動后再焊接；在滾焊時，滾輪溫度可能超過答應值，焊縫處會產生厚度變化現(xiàn)象，甚至燒穿。通過這種方法焊接制作的產品有可充氣物品（如安全氣囊），防水衣等等。

摩擦焊

      摩擦焊接是利用熱塑性塑料之間摩擦天生的摩擦熱使摩擦面發(fā)生熔化，而后再加壓冷卻，從而達到結合。這種方法最適用于空心或實心圓柱形的制件，而待結合部分是圓錐形或是其它簡單幾何外形，也是適用的。另外，摩擦焊接可用于很多類型的熱塑性塑料。

     摩擦焊接的優(yōu)點是生產率高、輕易實現(xiàn)自動化和機械化；用一種材料焊接時，其接頭性能好；設備簡單，操縱方便，用普通的車床或鉆床即可焊接。但是摩擦焊對所焊接的零件的尺寸和外形有所限制。

     摩擦焊技術適用范圍廣，可焊接汽車半軸、氣門、安全氣囊、渦輪增壓器、連身齒輪、連軸齒輪、等速萬向節(jié)、前懸架等。目前，國內汽車的很多部件多采用傳統(tǒng)工藝加工，費料、費工。而國外已大量應用了摩擦焊等先進工藝。

 紅外線

     這項技術類似于電熱板焊接，將需要焊接的兩部分固定在貼近電熱板的地方，但不與電熱板接觸。在熱輻射的作用下，連接部分被熔融，然后移往熱源，將兩部分對接，壓在一起完成焊接。這種方式不產生焊渣、無污染，焊接強度大，主要用于PVDF、PP等精度要求很高的管路系統(tǒng)的連接。

 熱板焊接

      這項技術是最簡單的塑料焊接技術，特別適合于需要大面積焊接面的大型塑料件的焊接，一般是用平面電熱板將需焊接的兩平面熔融軟化后迅速移往電熱板合并兩平面并加力至冷卻。這種方法焊接裝置簡單，焊接強度高，制品、焊接部的外形設計相對來說比較輕易。但由熱板產生的熱量使制品軟化，周期較長；熔融的樹脂會粘附到電熱板上且不易清理，時間長了形成雜質影響粘接強度；需嚴格控制壓力和時間保證適當?shù)娜廴诹浚划敳煌N類的樹脂或金屬與樹脂相接合時，會出現(xiàn)強度不足的現(xiàn)象

熱風焊接

      當熱風氣流直接吹向接縫區(qū)時，導致接縫區(qū)和與母材同材質的填充焊絲熔化。通過填充材料與被焊塑料熔化在一起而形成焊縫。這種焊接方法焊接設備輕巧輕易攜帶，但對操縱者的焊接技能要求比較高。

        隨著塑料新材料的不斷開發(fā)，塑料的應用領域不斷擴大，而塑料焊接也將隨之有更大的發(fā)展。