塑料超聲焊的一些問題.doc

原來用ABS材料打的2個產(chǎn)品，用超聲波焊接沒問題，后把ABS換成PP的，焊接出現(xiàn)了問題，無法焊勞固。請專家釋疑，謝謝！影響超音波焊接的因素說起熱塑塑料的可焊接力，不能不說到超音波壓合對各種樹脂的要求。其最主要的因素包括聚合物結(jié)構(gòu)，熔化溫度、柔韌性（硬度）、化學(xué)結(jié)構(gòu)。聚合物結(jié)構(gòu)非結(jié)晶聚合物分子排列無序、有明顯的使材料逐步變軟、熔化 及至流動的溫度（Tg玻璃化溫度）。這類樹脂通常能有效傳輸超音速振動并在相當(dāng)廣泛的壓力/振幅范圍內(nèi)實現(xiàn)良好的焊接。半結(jié)晶型聚合物分子排列有序，有明顯的熔點（Tm熔化溫度）和再度凝固點。固態(tài)的結(jié)晶型聚合物是富有彈性的，能吸收部分高頻機械振動。所以此類聚合物是不易于將超聲波振動能量傳至壓合面，幫要求更高的振幅。需要很高的能量（高熔化熱度）才能把半結(jié)晶型的結(jié)構(gòu)打斷從而使材料從結(jié)晶狀態(tài)變?yōu)檎沉鳡顟B(tài)，這也決定了這類材料熔點的明顯性，熔化的材料一旦離開熱源，溫度有所降低便會導(dǎo)致材料的迅速凝固。所以必須考慮這類材料的特殊性（例如：高振幅、接合點的良好設(shè)計、與超音夾具的有效接觸、及優(yōu)良的工作設(shè)備）才能取得超聲波焊接的成功。聚合物：熱塑性與熱固性將單體結(jié)合在一起的過程稱為“聚合”。聚合物基本可分為兩大類：熱塑性和熱固性。熱塑性材料加熱成型后還可以重新再次軟化和成型，基所經(jīng)歷的只是狀態(tài)的變化而已-這種特性使決定了熱塑性材料超音波壓合的適應(yīng)性。熱固性材料是通過不可逆反的化學(xué)反應(yīng)生成的，再次加熱或加壓均不能使已成型的熱固性產(chǎn)品軟化，所以傳統(tǒng)上一直認為熱固性材料是不適合使用超音波的。熔化溫度聚合物的熔點越高，其焊接所需的超音波能量越多.硬度（彈力系數(shù)）材料的硬度對其是否能有效傳輸超音速振動是很有影響的?？偟恼f來，愈硬的材料其傳導(dǎo)力愈強。超聲波熔接 ：以超聲波頻率振動的焊頭，在預(yù)定的時間及壓力下，磨擦生熱，令塑膠接面相互熔合，既牢固，又方便快捷PP屬半結(jié)晶，與ABS是不一樣的超聲波焊接常見缺陷及處理辦法 一、強度無法達到欲求標準。 當(dāng)然我們必須了解超音波熔接作業(yè)的強度絕不可能達到一體成型的強度，只能說接近于一體成型的強度，而其熔接強度的要求標準必須仰賴于多項的配合，這些配合是什么呢？ 塑料材質(zhì)：ABS與ABS相互相熔接的結(jié)果肯定比ABS與PC相互熔 接的強度來的強，因為兩種不同的材質(zhì)其熔點也不會相同，當(dāng)然熔接的強度也不可能相同，雖然我們探討ABS與PC這兩種材質(zhì)可否相互熔接？我們的答案是絕對可以熔接，但是否熔接后的強度就是我們所要的？那就不一定了！而從另一方面思考假使ABS與耐隆、PP、PE相熔的情形又如何呢？如果超音波HORN瞬間發(fā)出150度的熱能，雖然ABS材質(zhì)己經(jīng)熔化，但是耐隆、PVC、PP、PE只是軟化而已。我們繼續(xù)加溫到270度以上，此時耐隆、PVC、PP、PE已經(jīng)可達于超音波熔接溫度，但ABS材質(zhì)已解析為另外分子結(jié)構(gòu)了！由以上論述即可歸納出三點結(jié)論： .相同熔點的塑料材質(zhì)熔接強度愈強。 .塑料材質(zhì)熔點差距愈大，熔接強度愈小。 .塑料材質(zhì)的密度愈高（硬質(zhì)）會比密度愈低（韌性高）的熔接強度高。 二、制品表面產(chǎn)生傷痕或裂痕。 在超音波熔接作業(yè)中，產(chǎn)品表面產(chǎn)生傷痕、結(jié)合處斷裂或有裂痕是常見的。因為在超音波作業(yè)中會產(chǎn)生兩種情形：1.高熱能直接接觸塑料產(chǎn)品表面2.振動傳導(dǎo)。所以超音波發(fā)振作用于塑料產(chǎn)品時，產(chǎn)品表面就容易發(fā)生燙傷，而1m/m以內(nèi)肉厚較薄之塑料柱或孔，也極易產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，這是超音波作業(yè)先決現(xiàn)象是無可避免的。而在另一方面，有因超音波輸出能量的不足(分機臺與HORN上模)，在振動摩擦能量轉(zhuǎn)換為熱能時需要用長時間來熔接，以累積熱能來彌補輸出功率的不足。此種熔接方式，不是在瞬間達到的振動摩擦熱能，而需靠熔接時間來累積熱能，期使塑料產(chǎn)品之熔點到達成為熔接效果，如此將造成熱能停留在產(chǎn)品表面過久，而所累積的溫度與壓力也將造成產(chǎn)品的燙傷、震斷或破裂。是以此時必須考慮功率輸出(段數(shù))、熔接時間、動態(tài)壓力等配合因素，來克服此種作業(yè)缺失。 解決方法： 1.降低壓力。 2.減少延遲時間（提早發(fā)振)）。 3.減少熔接時間。 4.引用介質(zhì)覆蓋（如袋）。 5.模治具表面處理（硬化或鍍鉻）。 6.機臺段數(shù)降低或減少上模擴大比。 7.易震裂或斷之產(chǎn)品，治具宜制成緩沖，如軟性樹脂或覆蓋軟木塞等（此項指不影響熔接強度）。 8.易斷裂產(chǎn)品于直角處加角。 三、制品產(chǎn)生扭曲變形。 發(fā)生這種變形我們規(guī)納其原因有三： 1.本體與欲熔接物或蓋因角度或弧度無法相互吻合. 2.產(chǎn)品肉厚薄(2m/m以內(nèi))且長度超出60m/m以上. 3.產(chǎn)品因射出成型壓力等條件導(dǎo)致變形扭曲. 所以當(dāng)我們的產(chǎn)品經(jīng)超音波作業(yè)而發(fā)生變形時，從表面看來好像是超音波熔接的原因，然而這只是一種結(jié)果，塑料產(chǎn)品未熔接前的任何因素，熔接后就形成何種結(jié)果。如果沒有針對主因去探討，那將耗費很多時間在處理不對癥下藥的問題上，而且在超音波間接傳導(dǎo)熔接作業(yè)中(非直熔)，6kg以下的壓力是無法改變塑料的軔性與慣性。所以不要嘗試用強大的壓力，去改變?nèi)劢忧暗淖冃?熔接機最高壓力為6kg)，包含用模治具的強迫擠壓。或許我們也會陷入一個盲點，那就是從表面探討變形原因，即未熔接前肉眼看不出，但是經(jīng)完成超音波熔接后，就很明顯的發(fā)現(xiàn)變形。其原因乃產(chǎn)品在熔接前，會因?qū)劬€的存在，而較難發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品本身各種角度、弧度與余料的累積誤差，而在完成超音波熔接后，卻顯現(xiàn)成肉眼可看到的變形。 解決方法： 1.降低壓力（壓力最好在 2kg 以下）。 2.減少超音波熔接時間（降低強度標準）。 3.增加硬化時間（至少 0.8 秒以上）。 4.分析超音波上下模是否可局部調(diào)整（非必要時）。 5.分析產(chǎn)品變形主因，予以改善。 四、制品內(nèi)部零件破壞 超音波熔接后發(fā)生產(chǎn)品破壞原因如下： 1.超音波熔接機功率輸出太強. 2.超音波能量擴大器能量輸出太強. 3.底模治具受力點懸空，受超音波傳導(dǎo)振動而破壞. 4.塑料制品高、細成底部直角，而未設(shè)緩沖疏導(dǎo)能量的R角. 5.不正確的超音波加工條件. 解決方法： 1.提早超音波發(fā)振時間（避免接觸發(fā)振）。 2.降低壓力、減少超音波熔接時間（降低強度標準）。 3.減少機臺功率段數(shù)或小功率機臺。 4.降低超音波模具擴大比。 5.底模受力處墊緩沖橡膠。 6.底模與制品避免懸空或間隙。 7.HORN（上模）掏孔后重測頻率。 8.上模掏孔后貼上富彈性材料。 五、產(chǎn)品產(chǎn)生溢料或毛邊 超音波熔接后產(chǎn)品發(fā)生溢料或毛邊原因如下： 1.超音波功率太強. 2.超音波熔接時間太長. 3.空氣壓力（動態(tài)）太大. 4.上模下壓力(靜態(tài))太大. 5.上模(HORN)能量擴大比率太大. 6.塑料制品導(dǎo)熔線太外側(cè)或太高或粗. 上述六項為造成超音波熔接作業(yè)后產(chǎn)品發(fā)生溢料毛邊的原因，然而其中最關(guān)鍵性的是在第六項超音波的導(dǎo)熔線開設(shè)，一般在超音波熔接作業(yè)中，空氣壓力大約在24kg范圍，根據(jù)經(jīng)驗值最佳的超音波導(dǎo)熔線，是在底部0.40.6m/m高度0.30.4m/m 如：此型，尖角約呈60，超出這個數(shù)值將導(dǎo)至超音波熔接時間、壓力、機臺或上模功率的升高，如此就形成上述16項造成溢料與毛邊的原因。 解決方法： 1.降低壓力、減少超音波熔接時間（降低強度標準）。 2.減少機臺功率段數(shù)或小功率機臺。 3.降低超音波模具擴大比。 4.使用超音波機臺微調(diào)定位固定。 5.修改超音波導(dǎo)熔線。 六、產(chǎn)品熔接后尺寸無法控制于公差內(nèi) 在超音波熔接作業(yè)中，產(chǎn)品無法控制于公差范圍有其下述原因： 1.機臺穩(wěn)定性(能量轉(zhuǎn)換未增設(shè)安全系數(shù)). 2.塑料產(chǎn)品變形量超出超音波自然熔合范圍. 3.治具定位或承受力不穩(wěn)定. 4.超音波上模能量擴大輸出不配合. 5.熔接加工條件未增設(shè)安全系數(shù). 解決方法： 1.增加熔接安全系數(shù)（依序由熔接時間、壓力、功率）。 2.啟用微調(diào)固定螺絲（應(yīng)可控制到 0.02m/m）。 3.檢查超音波上模輸出能量是否足夠（不足時增加段數(shù)）。 4.檢查治具定位與產(chǎn)品承受力是否穩(wěn)合。 5.修改超音波導(dǎo)熔線。 超聲波塑料焊接水、氣密導(dǎo)熔線（焊線）設(shè)計 我們欲求產(chǎn)品達到水、氣密的功能時，定位與超聲波導(dǎo)熔線是成敗的重要關(guān)鍵，所以在產(chǎn)品設(shè)計時的考慮，如：定位、材質(zhì)、肉厚，與超聲波導(dǎo)熔線的對應(yīng)比例有絕對的關(guān)系。在一般水、氣密的要求，導(dǎo)熔線高度應(yīng)在 0.50.8m/m 之范圍（視產(chǎn)品肉厚而定），如低于0.5m/m以下，要達到水氣密的功能，除非定位設(shè)定要非常標準，而且肉厚有 5 m/m 以上，否則效果不佳。一般要求水氣密的產(chǎn)品其定位與超音波導(dǎo)熔線的方式如下：斜 切 式 ：適合水密性及大型產(chǎn)品之熔 接，接觸面角度 =45， x=w/2，d=0.30.8mm為佳。 階梯尖式：適合水密性及防止外凸或龜裂之方法，接觸面的角度= 45，x=w/2，d=0.30.8mm為佳。 峰谷尖式：適合水密性且高強度熔接，d=0.30.6mm內(nèi)側(cè)接觸面之高度 h 依形狀大小而有變化，但 h 約在12mm左右。 產(chǎn)品實施超聲波作業(yè)無法達到水、氣密，除了超聲波導(dǎo)熔線、治具定位、產(chǎn)品本身定位等因素外，超聲波設(shè)定的條件也是一項主因。我們在此更深入探討引響水氣密的另一原因（熔接條件），在我們