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[分享] 塑料焊接--最常见的塑料接合形式

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发表于 2019-10-11 15:27:26 | 显示全部楼层 |阅读模式

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塑料焊接是最常见的塑料接合形式之一,它是一种利用热量(或摩擦产生的热量)和压力来产生永久接合的方法。当所用塑料材料兼容,且工艺(参见本文末尾的图表)和应用要求部件之间实现永久接合或密封时,塑料焊接方法是理想的装配选择。与机械和粘合剂接合方法不同,塑料焊接不使用紧固件或胶水等耗材。一般来说,塑料焊接的唯一成本是购买焊机和打造特定部件模具的初始资本投资,以及运行所耗费的电力成本。! s9 [% s* M  b" [, M
塑料焊接技术经过不断地发展,已经能够满足一系列装配需求。在医疗器械领域,焊接技术的基本受欢迎次序如下:
% N! d8 B/ b: c) c- M+ n• 超声波焊接。
2 x- e7 d" Q3 i. V• 激光焊接。0 z: G4 s6 Z2 ~6 s: T
• 旋转焊接。
$ i  }. m1 z- H. N8 X• 振动和“清洁”振动焊接  r: C0 K5 p  s4 W/ Y  G
• 热处理
/ k+ Y2 T; S; t' Z! a2 {& ?• 清洁红外技术
4 H. f& Y8 f) G& b% E让我们简单了解一下它们。1 }/ i9 Y& J/ d0 y: w( o
超声波焊接% A( c( P( i% e+ t; \% T
超声波焊接是一种颇具成本效益的可靠装配技术。凭借一系列组件 - 电源、换能器、变幅杆、焊头和驱动器 - 它可以提供相对低幅度的高频机械振动和向下的应力。这种运动会在部件交接处摩擦生热,熔化塑料,同时下压力会压缩接合处,以打造牢固的接合。超声波焊接产品的工作频率范围为15 - 40kHz,最常见的是20 kHZ。振动的长度(称为振幅)通常由应用工程师根据待焊接材料确定。
* k$ x& v# f& M/ M* Z如果可以使用超声波焊接,它将能够提供诸多优势,如速度快(大多数焊接循环不到一秒即可完成)、能够处理小型易碎部件、无需耗材、无部件安装时间、低设备投入,以及能够轻松集成到自动化生产工艺之中。该工艺的局限性主要在于它适用的材料范围相对狭窄,无法用于尺寸更小、轮廓或几何形状复杂的部件。在医疗产业中,超声波焊接通常用于诸如注射器、导管和外壳(例如,血糖仪、尿量计导管)等应用。
& _# N/ a6 ]) I+ y1 E7 t, @* p+ |对于“易于”采用超声波焊接的材料,例如ABS、直径超过6英寸的部件,可以使用 15 kHz 的超声波焊接机进行接合。(注意:部件越大=频率越低)。当部件由难以采用超声波焊接的材料制成时(例如尼龙),待焊接部件的尺寸减小到约3.5平方英寸(或直径)。具有深轮廓的部件也可能难以焊接,因为这些特征会影响超声波工艺的范围和性能。
) D4 E, M5 u+ U" w8 ~8 U+ [激光焊接
, C7 n# I; ^2 y1 E' p9 C由于初始设备成本较高,因此激光焊接通常不是制造商的首选解决方案。但那些需要它的人很快就会了解这种具有洁净室功能的技术十分通用,非常适合医疗应用。它可以焊接由各种形状和尺寸材料制成的部件,同时不会产生颗粒和闪光。9 ]+ X0 u" e9 ~# s( @3 u3 }5 k- @
激光焊接采用 780-980nm 范围内的激光光源提供热量。焊接工具通过光纤束集中光源,然后根据所需的加热密度,在部件的焊接区域上进行分布。由于部件之间不存在振动或相对运动,因此它可以在不损坏部件的前提下,焊接精细部件和精密零件,提供精确的对齐和部件之间的紧密密封。因此,它是体外诊断(IVD)和微流体装置装配的理想之选,但也可以用于更大且不十分精细的应用。" }& r$ Z1 ?1 ~; r: E
相对于超声波焊接,激光焊接能够为更广泛的材料提供服务。它只有两个部件设计要求:首先,每个组件必须具有一个部件,并且其材料对所使用的激光波长应是“透射的”或“透明的”,而配合部件材料对于该波长是“吸收性的”或“抵制的”。其次,部件几何形状和叠层必须使激光能量能够通过透射部分到达焊接区,并在吸收部件上部发生熔化。(见下图1)。9 J' k7 t3 x# ]* g1 P8 ]; }* U
要满足这些设计要求并不困难。有许多“透明的”塑料材料可供选择,包括彩色材料 - 即使它们看起来不透明,但也能轻松传输激光。吸收部件也是如此。除炭黑外,还有一系列吸收激光的彩色颜料。为确保您部件颜色和颜料组合的正确性,请咨询您的焊接设备供应商。
; n1 t* G, z9 z( w8 N旋转焊接
. ^6 I! Q1 B" S7 ]  L4 \2 c' `与超声波焊接一样,旋转焊接工艺是一种基于摩擦的接合方法。在夹持载荷条件下,通过保持一半静止,另一半旋转的方式进行旋转焊接。旋转会产生材料熔化所需的热量。一旦旋转停止,驱动器会向下加压,以固化粘合,然后释放部件。当然,待焊接两个部件之间的接头必须呈圆形。2 P' ?( {4 t; F2 y0 D# j- \
这一工艺可以用于许多热塑性塑料,包括在不同注塑工艺中成型的部件(即注塑、挤出或吹塑),只要配合材料的熔化温度和流动指数相似即可。旋转焊接还提供“远场”焊接,即焊接的配合表面可以距离接触表面相对较远(>¼英寸),这是相对于超声波焊接的优点。
/ ]7 W2 T' P+ y, c6 H旋转焊接通常用于相对较小的圆形部件,例如注射器帽、筒式过滤器帽和外科套管针,但也可以用于大直径部件。1 j, m; b* U. u- I0 W% C
振动(和“清洁振动技术”)焊接
8 s, ~9 {+ @. x; j, W9 m/ K% Z振动焊接是超声波焊接的近亲,但它采用往复直线运动,而非垂直运动,通过施加向下的压力接合两个部件。振动焊接使用的频率远低于超声波焊接,范围在100 - 240 Hz之间,但振动幅度较大,范围为0.030 - 0.160 英寸。因此,它能够能实现大型部件之间更稳定的接合。
  l% d: v4 P; ~- R( ]振动焊接十分通用。它能够接合几乎所有类型的塑料,并处理复杂的形状和大尺寸。该工艺及其工具可扩展,因此可以在一个循环中焊接多个部件。
  T. c2 A9 ^2 K% L- d; t5 j6 ^8 M) x6 x% `- {; R8 ]
振动焊接的发展带动了清洁振动技术(CVT)的创新。CVT 利用红外热源,可以在振动焊接之前,精确预热焊接表面。预热能够减少熔化所需的振动量,减少闪光和颗粒的形成,对于可能包含电路板或其他敏感电子器件来说,这种方法更加温和。尽管 CVT 在部件装载和处理方面与振动焊接基本类似,但预热过程增加了循环时间和能耗。虽然振动焊接循环为3-5秒,但 CVT 焊接通常需要25到40秒的循环时间。  T; R1 n7 `# B* x6 ]

* \7 `. t. e! ]! f! e* a7 ]/ o* W6 s! A振动或清洁振动技术通常用于医疗制造领域中较大的部件系统,如患者监测器、输液泵或流体收集容器。& U# C" ^( Y2 u- [4 H

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发表于 2019-11-14 06:16:16 | 显示全部楼层

塑料焊接 最常见的塑料接合形式

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