CMF實驗室 | 塑料連接的19種方式（下）

2020-08-23 51DESIGN我要設計


塑料因其具有質輕、耐衝擊性好、具有較好的透明性、絕緣性好、成型性好、著色性好、加工成本低等諸多優點被廣泛應用於醫療器械、汽車及日用產品中。自從人類早期的時候想把矛頭綁在樹棍上，裝配就成為人類重要的努力方向，塑料件最終使用性能很大程度上取決於塑料件之間的連接方式的。科學家及相關工程技術人員經過長期的研究和實踐，開發出很多不同的塑料連接方式。


01

塑料鉚焊接技術


用來連接由不同材料製造的製件,使熱固性塑料與熱熔性塑料製件間實現相互連接，或使塑料製件與金屬連接。

原理：利用模塑件上預留固有的塑料鉚柱、肋翼、立筋,對應穿過衝壓成形金屬板結構上預製孔壓緊，金屬表面凸出部分鉚柱(熱樁) 在受控熱融軟化後再用特製金屬成型鉚頭壓緊冷卻重新成型並夾緊。



利用特定形狀的鉚頭可以實現塑料鉚柱的埋頭鉚接(齊平鉚接)、半球鉚接 圓弧翻邊鉚接立筋肋條狀鉚接、機械鍛壓、折邊鑲嵌包覆等，實現不同材質的材料機械鉚合組裝在一起的連接方式， 連接部位不易脆化、美觀、牢固、密封性好，從而實現結構的最優化設計，充分利用各種材料的機械特性最佳組合，極大地提高整體組件的性能，整體結構耐衝擊，從而達到最完美的配合，尤其適合於長期機械振動、環境溫度及溼度變化範圍大，自然環境極其惡劣的場合。



02

感應加熱焊


感應焊接是一門簡單、快捷、可靠的塑料焊接技術。該技術是通過感應加熱向設計接頭精確輸出能量，接頭處的植入材料選擇吸收能量、熔化和流動以填滿接頭。塑料感應焊接商業應用已有三十多年歷史，在焊接壓力容器和其它高要求零件（需高強度和外形美觀的結構、密封接頭）方面獲得了持續成功。



特點：感應焊接是一種非常快速(一般3~10s；甚至只1s)和多樣化的焊接方法，焊接強度多數情況下都能符合使用要求。缺點是: 焊縫處留有金屬品、設備投資高和焊接強度不如其它焊接方法高。


03

熱氣焊


熱氣焊是利用焊槍噴出的熱空氣或氮氣對塑料焊件和塑料焊條進行加熱，使焊條填充到連接部位後加熱連接表面，冷卻後形成接頭。熱氣焊在各種塑料焊接方法中，歷史最長，應用最廣，是「萬能焊」。



焊接速度比較慢，需要焊槍、焊嘴、氣源、填充焊條。其中焊條的截面形狀有多種多樣，常見是形狀有圓形、矩形、繩形、D形、B形等，直徑2~8mm。

熱氣焊有熱氣擺動焊、熱氣嵌入焊、熱氣搭接焊、熱氣擠塑焊。熱氣焊通常溫度為200~400℃，流速15~70L/min。典型塑料品種熱氣焊的溫度範圍：PVC 210± ；PP 220±20；PMMA 250±10；PC 330±10；POM 230±10。具體準確溫度要試焊測試後最終確定。



04

超聲波焊


超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。一套超聲波焊接系統的主要組件包括超聲波發生器/換能器/變幅杆/焊頭三聯組/模具和機架。



原理：超聲波作用於熱塑性的塑料接觸面時，會產生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由於焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。又由於塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力後，使其融合成一體。當超聲波停止作用後，讓壓力持續幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的，焊接強度能接近於原材料強度。



超聲波塑料焊接的好壞取決於換能器焊頭的振幅，所加壓力及焊接時間等三個因素，焊接時間和焊頭壓力是可以調節的，振幅由換能器和變幅杆決定。這三個量相互作用有個適宜值，能量超過適宜值時，塑料的熔解量就大，焊接物易變形；若能量小，則不易焊牢，所加的壓力也不能太大。這個最佳壓力是焊接部分的邊長與邊緣每1mm的最佳壓力之積。


05

摩擦焊


摩擦焊是利用連接表面相互摩擦生成的熱量而實現連接的方法，摩擦焊包括三類：旋轉摩擦焊、線性振動摩擦焊和攪拌摩擦焊。

①旋轉摩擦焊：被連接件以很高的速度旋轉，同時在軸向施加一定的壓兩個連接表面相互摩擦，停止旋轉時，被連接件冷卻並形成焊縫。適合於連接硬塑性塑料，連接速很快，被連接件應接近圓柱形，需旋轉裝置才能施焊。



②線性振動焊摩擦焊：又稱振動焊，採用0.5~5MPa的焊接壓力將塔接好的焊件壓緊，然後一側的焊件在夾具的帶動下以1mm左右的振幅，100~500Hz左右的頻率，在平行於焊接界面的方向振動，焊接界面在摩擦和粘性切應力的作用下溫度逐漸升高到塑料的熔點以上，熔融的塑料被擠出，振動停止，熔融的焊縫在壓力下凝固。可以焊接超聲波焊難以焊接的大型塑料焊件；被焊件形狀受到限制；需要專用振動焊接設備。



③攪拌摩擦焊：是利用軸待摩擦產生的熱量使焊縫塑料進入塑性流動狀態，並利用攪拌針攪拌焊縫進入塑性狀態的材料，消除原來焊接界面並形成焊縫的焊接方法。只能用於熱塑性塑料的焊接，主要適用於大型厚板，接變形量小，設備原理簡單，可靠性相對較高，適於批量生產以及焊接精度和外觀質量相對較低場合。需要專用設備及複雜的工裝夾具。



06

雷射焊


最常用的雷射焊接形式被稱為雷射透射焊接，首先將兩個待焊接塑料零部件加壓力夾在一起，然後將一束短波紅外區的雷射定向到待粘結的部位。雷射束通過上層透光材料，然後被下層材料吸收，雷射能量被吸收後轉換為熱能，由於兩層材料被壓在一起。熱能從吸收層傳導到透光層上，使得兩層材料熔化並結合。



特點：焊接設備不需要和被粘結的塑料零部件相接觸；速度快；設備自動化程度高，很方便的用於複雜塑料零部件加工；不會出現飛邊；焊接牢固；可以得到高精度的焊接件；無振動技術；能產生氣密性的或者真空密封結構；最小化熱損壞和熱變形；可以將不同組成或不同顏色的樹脂粘結在一起。



應用：當被粘接的塑料零部件是非常精密的材料(如電子元件)或要求無菌環境(如醫療器械和食品包裝)時，雷射焊接技術就能派上很大用場。雷射焊接技術速度快，特別適用於汽車塑料零部件的流水線加工。另外對於那些很難使用其它焊接方法粘接的複雜的幾何體，可以考慮使用雷射焊接技術。



07

熱板熔接


熱板熔接是指將要連接的兩塊塑料件的邊放到恆溫器控制的熱板上加熱直至表面熔化，然後採用較小的壓力將軟化了的兩表面壓在一起實現塑料件的連接。另外有一種常用的熱板熱合工藝，首先將需要連接的兩個部件疊放在一起，使用電熱管等途徑使熱合板發熱，熱合板下降至兩部件中的上部件，同時對熱合板施加一定的壓力，熱合板將兩部件接觸區域熔化然後固化連接在一起。

應用：這種工藝主要用於高分子樹脂膜材與塑料件件的密封連接。



08

熱金屬絲焊接


熱金屬絲焊也被稱作電阻焊，使用金屬絲在連接的兩個塑料件之間傳遞熱量使得塑料件表面熔化，並施加一定的壓力而使其連接在一起。

金屬絲放置在要連接零件中的一個表面上，當電流通過金屬絲時，利用他的電阻使金屬絲生熱，並將熱量傳遞給塑料件。焊接完後金屬絲仍留在塑料製品內，而伸出連接處以外的部分在焊接後剪掉。一般會在零件上設計溝槽或其他的定位結構保證金屬絲在合適的位置。


本篇文章部分圖片素材來源自網絡

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