高分子后加工技術(shù)

1、高分子后加工技術(shù)制作人：學(xué) 號(hào)：專(zhuān) 業(yè)：高分子成型加工流程：高分子成型加工流程：聚合物固體粒子輸送熔融或軟化熔體流動(dòng)混合熔體化學(xué)反應(yīng)脫揮與解吸擠出口模成型模塑成型二次成型壓延成型涂覆成型退火焊接刻蝕制品后加工下面就重點(diǎn)介紹一下這幾種后加工技術(shù)。l 退火處理（Annealing ），主要是指將材料曝露于高溫一段很長(zhǎng)時(shí)間后，然后再慢慢冷卻的熱處理制程。主要目的是： l （1）釋放應(yīng)力；l （2）增加材料延展性和韌性；l （3）產(chǎn)生特殊顯微結(jié)構(gòu)。一、退火一、退火 由圖1可見(jiàn)，未經(jīng)退火的PP原始試樣在此100-120區(qū)間內(nèi)幾乎呈一平直的直線，而其它經(jīng)過(guò)不同退火時(shí)間后的試樣表現(xiàn)出明顯的吸熱峰，而且隨著退

2、火時(shí)間的延長(zhǎng)，此峰的面積大致也呈增大趨勢(shì)。一、退火一、退火 由圖2可見(jiàn)，PP在不同溫度下退火32小時(shí)后，它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度都有不同程度的變化。圖示雖然沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，但是還是可以看出隨著退火溫度的提高，試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度呈升高趨勢(shì)。一、退火一、退火l 高分子及其復(fù)合材料在復(fù)雜結(jié)構(gòu)組裝中得到越來(lái)越多的應(yīng)用，這些結(jié)構(gòu)（負(fù)載）應(yīng)用要求高分子材料之間的結(jié)構(gòu)連接必須能承受靜態(tài)和疲勞加載，加上成本因素考慮，高分子及其復(fù)合材料之間的連接變得越來(lái)越重要。l 高分子焊接因?yàn)橐蟛牧舷热廴冢缓笤诤附颖砻婺绦纬蛇B接，所以只適用于熱塑性高分子。二、焊接二、焊接1、熱粘接二、焊接二、焊接l 熱氣體焊接廣泛

3、用于工業(yè)生產(chǎn)中手工制造部分。在焊接過(guò)程中,熱塑性填料棒被插入焊接處，然后被加熱到軟化直至將工件融合。該法最大優(yōu)點(diǎn)在于其靈活性。通常用于大尺寸儲(chǔ)槽、管件、管道以及熱塑性高分子膜的密封。l 擠出焊接類(lèi)似熱氣體焊接,與其不同指出在于熱塑性填料是被擠出到焊接處。該法適用于大型工件組裝的自動(dòng)焊接。l 熱工具焊接中，需連接表面首先與預(yù)先加熱的金屬工具表面直接接觸以升到其熔融溫度，然后熔融的連接表面彼此接觸，在一定壓力作用下焊接界面冷卻、固化，形成連接。2、摩擦（機(jī)械）焊接二、焊接二、焊接摩擦焊接是通過(guò)工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生足夠的熱，從而使兩工件表面在一定壓強(qiáng)作用下融合在一起。當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)停止后，熔融高分子

4、層固化，形成連接。旋轉(zhuǎn)焊接、振動(dòng)焊接和超聲焊接是3種主要的摩擦焊接方式。各自有著不同的摩擦機(jī)理。a、旋轉(zhuǎn)焊接l 旋轉(zhuǎn)焊接是通過(guò)工件間的旋轉(zhuǎn)摩擦完成的。l 該方法的優(yōu)點(diǎn)在于其技術(shù)簡(jiǎn)單、速度快。其主要缺點(diǎn)在于僅限于不要求角向校準(zhǔn)的圓形表面焊接，而且軟化的材料可能在焊接未完成以前被擠出焊接表面。l 旋轉(zhuǎn)焊接廣泛應(yīng)用于組裝設(shè)備把手、瓶子部件、工具手柄、容器端蓋、管件以及管件連接件等等。二、焊接二、焊接b、振動(dòng)焊接l 振動(dòng)焊接又稱(chēng)線性焊接和線性摩擦焊接。焊接是通過(guò)兩工件在一定壓強(qiáng)下，沿著共同面振動(dòng)，摩擦生熱實(shí)現(xiàn)焊接的。l 其主要加工參數(shù)包括振動(dòng)頻率、振幅以及焊接周期。工業(yè)常用振動(dòng)頻率在120Hz至240

5、Hz之間，常用振幅在15mm之間。l 振動(dòng)焊接優(yōu)點(diǎn)在于：對(duì)大型復(fù)雜線性連接生產(chǎn)效率高；焊接周期短（約5s）；焊接工具簡(jiǎn)單；對(duì)大多數(shù)熱塑性高分子材料都適用。其缺點(diǎn)在于其局限于平面焊縫工件。二、焊接二、焊接c、超聲焊接l 超聲焊接是施加一定壓力以使焊接工件相接觸，并運(yùn)用高頻（20kHz50kHz），低振幅（1560 m）機(jī)械振動(dòng)在局部產(chǎn)生熱量，從而在熱塑性高分子工件間形成連接。l 焊接性能取決于焊接設(shè)備設(shè)計(jì)、高分子材料物理性能、組件設(shè)計(jì)以及焊接參數(shù)。該焊接設(shè)計(jì)的關(guān)健在于滑動(dòng)配件和能量取向器的設(shè)計(jì)。l 超聲焊接的優(yōu)點(diǎn)在于能實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，生產(chǎn)率高。典型的焊接時(shí)間在0.51.5s之間。其缺點(diǎn)在于焊接設(shè)

6、備費(fèi)用高、多用于小組件焊接。對(duì)大型組件需要復(fù)雜而昂貴的多頭機(jī)器。二、焊接二、焊接3、電磁焊接a、阻抗(內(nèi)置)焊接l 阻抗（內(nèi)置）焊接的關(guān)鍵是植入連接界面的導(dǎo)電線圈或編織物。當(dāng)電流通過(guò)線圈或編織物時(shí)產(chǎn)生熱量，使周?chē)叻肿尤刍?，?dāng)其冷卻后完成焊接。l 其主要的優(yōu)點(diǎn)在于其過(guò)程簡(jiǎn)單、適用與大型組件的復(fù)雜連接。其焊接時(shí)間短，即便大型組件也小于30s。但是因?yàn)閷?dǎo)電線圈或編織物留在連接處，會(huì)影響其機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)也會(huì)增加其成本。二、焊接二、焊接b、感應(yīng)焊接l 感應(yīng)焊接是在接近高分子工件連接表面的諸如金屬絲網(wǎng)篩、金屬線圈、金屬導(dǎo)電顆粒之類(lèi)的金屬植入體內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生高頻電流，高頻電流誘導(dǎo)產(chǎn)生熱量。金屬植入體周?chē)植慨a(chǎn)

7、生的熱量將高分子加熱到融合溫度，在適當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)下，工件實(shí)現(xiàn)連接。l 感應(yīng)焊接是最快和最靈活的焊接方式之一。其缺點(diǎn)在于金屬植入體仍留在最終產(chǎn)品里，感應(yīng)設(shè)備成本高，而且焊接強(qiáng)度不如其他方式高。二、焊接二、焊接c、電介質(zhì)焊接l 電介質(zhì)焊接是利用13 120MHz的高頻電磁場(chǎng)通過(guò)介電加熱方式直接加熱高分子材料。l 該方法對(duì)諸如ABS和聚氯乙烯之類(lèi)高介電損耗因子材料最適合，但不適合聚乙烯和聚丙烯之類(lèi)低介電損耗因子材料。l 其生產(chǎn)效率高，但設(shè)備費(fèi)用也相對(duì)高。電介質(zhì)焊接主要用于粘結(jié)薄膜和薄片。二、焊接二、焊接三、刻蝕三、刻蝕l 刻蝕是指通過(guò)溶液、反應(yīng)離子或其它機(jī)械方式來(lái)剝離、去除材料的一種統(tǒng)稱(chēng)，成為微加工制造

8、的一種普適叫法 。l 刻蝕最簡(jiǎn)單最常用分類(lèi)是：干法刻蝕和濕法刻蝕。l 濕法使用溶劑或溶液來(lái)進(jìn)行刻蝕。濕法刻蝕是一個(gè)純粹的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，是指利用溶液與預(yù)刻蝕材料之間的化學(xué)反應(yīng)來(lái)去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而達(dá)到刻蝕目的。l 干法刻蝕種類(lèi)很多，包括光揮發(fā)、氣相腐蝕、等離子體腐蝕等。 1、光刻蝕l 光刻技術(shù)從原理上來(lái)說(shuō)是一種攝影技術(shù)的發(fā)展，它使用掩摸板、光刻膠和紫外光等進(jìn)行微結(jié)構(gòu)的制造。l 光刻的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)制的圖形準(zhǔn)確、精細(xì)，工藝成熟，適宜大批量生產(chǎn)，是制造微米量級(jí)器件的優(yōu)秀方法。l 但由于其技術(shù)特點(diǎn)的制約，光刻技術(shù)有著諸多的缺陷限制著其自身的發(fā)展：（1）光刻設(shè)備昂貴，成本高；（2）實(shí)驗(yàn)環(huán)境比較苛刻；

9、（3）僅適于制造平面材料的微結(jié)構(gòu)，難以在曲面上進(jìn)行微結(jié)構(gòu)的制造；（4）適用的材料范圍較窄，僅能制作一些光敏性物質(zhì)的微結(jié)構(gòu)。三、刻蝕三、刻蝕2、軟刻蝕l 軟刻蝕（PL）主要是基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）彈性印章進(jìn)行圖案的復(fù)制與轉(zhuǎn)移來(lái)制備材料的微結(jié)構(gòu)。l SL技術(shù)己經(jīng)發(fā)展壯大成一系列的相關(guān)微制造技術(shù)，具體包括復(fù)制微模塑（REM）、微接觸印刷（CP）、毛細(xì)微模塑（MIMIC）、溶劑輔助微模塑（SAMIM）、轉(zhuǎn)移微模塑（TM）、近場(chǎng)光蝕刻，現(xiàn)在的軟刻蝕技術(shù)特指這些微制造技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)。三、刻蝕三、刻蝕PDMS彈性印章的制備操作示意圖三、刻蝕三、刻蝕3、等離子刻蝕l 通過(guò)等離子體中荷能粒子對(duì)材料表面的轟擊

10、，或通過(guò)自由基、離子與表面分子反應(yīng)生產(chǎn)可揮發(fā)性小分子將材料表面弱邊界去除，以引起表面形貌的變化，變得粗糙，并伴隨著鏈的斷裂、自由基的形成等。l 等離子體處理具有干態(tài)環(huán)保、低能，僅改變材料表面不影響材料本體特性的優(yōu)點(diǎn)，因此尤其適合于聚合物等有機(jī)材料的表面改性。三、刻蝕三、刻蝕l 高分子材料的等離子體表面處理技術(shù)廣義上說(shuō)就是等離子體干法刻蝕法。l 它的能量可通過(guò)光輻射、中性分子流和離子流作用于材料表面。在等離子體系中的中性粒子將通過(guò)連續(xù)不斷地轟擊固體表面將能量轉(zhuǎn)移給高分子材料。三、刻蝕三、刻蝕等離子體與高分子材料表面的相互作用4、準(zhǔn)分子激光刻蝕l 由于用遠(yuǎn)紫外（193nm）激光脈沖對(duì)高分子材料可以進(jìn)行精確干凈