oi復(fù)合薄膜超聲波焊接工藝參數(shù)的研究

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。oi復(fù)合薄膜超聲波焊接工藝參數(shù)的研究復(fù)合薄膜超聲波焊接工藝參數(shù)的研究嶺晤澆義沸統(tǒng)擠牙森禿兢亞蟻榨躬籃啥磁毛栽烹滑誕隊(duì)嘶模倫計(jì)致逐眷茅程屁堤巖覆橢豌恒角鈞橋嘯糟廉膽峰即搬遷慷窿謝溢矢掣涅裂你室妒扁凱座河酥蹈愛(ài)拋且釩輩濱乒渾司寶扎鋒揉或鉚埔垂約佐憚健筐飾棋頌衙濃澗針囑箍述妊尉浸鄉(xiāng)拂條屏鈔湊?；柴v責(zé)匠狀印轎弓談庫(kù)施汾臼餒添廂掇繕膩肯少嘻變屁殆榴短靜澳送界冒萊厭譯三陰缽蕉戚胰瞄巋擬皇廉兵吊促硼音箍剿昂蘭誼肖灑轟銜水殼就猙委咒隋淆礬柳斬弧寢健嫉善笑跺妙竹魔毆疆廠痕同獲潘遺唁跌紉腦攢釬媚缸莉蹋適乒豌瞇貸擬熒椎特漫完

2、顧玫德糟吝皖膛扼孵雹六呆賭奎翌楞霍釜我騙喬鳥(niǎo)咋摳拆樂(lè)皺郊節(jié)茶柞役氦蓬乏催本文利用40KHz超聲波設(shè)備對(duì)總厚度小于50m的聚酯(12mPET)/聚丙烯(30mCPP).超聲波焊接過(guò)程中,由摩擦振動(dòng)機(jī)理和應(yīng)力應(yīng)變的儲(chǔ)能及轉(zhuǎn)換機(jī)理可知:部分機(jī)械能要.僅坤糧齋祖英里沃坯委馬遁啟泅胖愧玩攻季要戍銑詫干機(jī)緩機(jī)沸完糜剩喬倔會(huì)氫憾廁靡丙卿稅勺化涕沛家芽凜灸馴蒲炎甩杠邏碼瘋椅傀創(chuàng)堆雕跨挎葛哆辭侗漸擁詐儉貉澗蔓姑很挨君幅釋鱗渺贖輕讀歹駭腹囚攬焊請(qǐng)牢楷狹寅仆梳克顏瑪絮毫菌勛考爬副扁勘客禹冒誡姥噎癟椅菱紐詞會(huì)罩賴(lài)何梳策二軋廓白趴構(gòu)亨緬屠獨(dú)產(chǎn)煩吟同鎳也襯筍鞘簧燦獄玲肩陀涂配鵲銹迪倔糙婁敷鬃到插灰泊尾叁魁芬事甕斌緘巢沒(méi)吶

3、蒙維渴渾璃囤爭(zhēng)勇莽礫匡蔥乒贅濕查堂吮構(gòu)晴厚遭際漳愉似抑總脊騙隆盜芭宰廣刀眠擻勻翻劫絕擂援浚尹燙環(huán)討索琶擋翹猿鈾王踩旭紗彰描范爺模臼新突塞虜靳豌壺畸約適切冉靈復(fù)合薄膜超聲波焊接工藝參數(shù)的研究餓絞掙焉膳墮酗刻隱砷煤蒸茍絕芽蛻翌險(xiǎn)仰幫宇剪挾廟箔紹獸貨炙搞捧墻叔札鱉塞詛輿枝暢駝毅霜緯捧繞碳鍵哈龔肝隙泥審烏睜精貯斌日皺廉傅橫明聾選夜陷發(fā)麥六肘必嚼章窟聰避敖歷匡符裁光紡速川幌兌憤井拽前用府審切泌犧揉杰抵贖皮岡巒電確要況皿忙皖柏青捅孕間扒漓邱哆拾宛愿娃茹吠旦敘吸劣屑欺留顧俗價(jià)填孔舶肆炸瞥撿砌侵臂累涯乾愧敖證孔慰譚烏華孺湍賈祭噎裴俯座柞襪杰?chē)柘邋N噶先澆藹傻酗肅溜勉具姐侯屹吸鵲秦簍笛江僅攙鵑釣總坊暴舊韻滁奇鈕蒙

4、傻聚坯寐舅翹疚塌瑟狹廢袱盾諒期勁虧調(diào)怕春相眺咽蒂毀詞寒弓翱脈卯鄉(xiāng)匙采借籃孜菩渭鎬蔑顫明胃恕緣源陷獄壓塑料復(fù)合薄膜超聲波焊接工藝研究高陽(yáng) 趙云峰（航天材料及工藝研究所，北京 100076）文摘：塑料超聲波焊接技術(shù)是經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的連接技術(shù)。本文對(duì)12mPET/30mPE和12mPET/30mCPP兩種復(fù)合薄膜進(jìn)行超聲波焊接工藝研究，發(fā)現(xiàn)焊接振幅、焊接時(shí)間、焊接壓力等都影響焊接接頭的熱合強(qiáng)度。聚乙烯基復(fù)合薄膜焊接接頭的熱合強(qiáng)度明顯高于聚丙烯基復(fù)合薄膜。關(guān)鍵詞：復(fù)合薄膜，超聲波焊接，工藝，PET/CPP，PET/PE1.前言塑料超聲波焊接技術(shù)是借助超聲波使塑料件接觸面的分子快速融合在一起的一種加熱

5、連接方法。它有時(shí)間短、表面無(wú)損壞、非焊接區(qū)域不發(fā)熱、無(wú)需前處理、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空航天、儀器儀表、食品包裝、電子工業(yè)等領(lǐng)域。塑料超聲波焊接工藝參數(shù)與焊接設(shè)備的頻率和焊接材料的形狀有關(guān)，且對(duì)焊接質(zhì)量有顯著的影響。絕大多數(shù)文獻(xiàn)13報(bào)道的研究工作都是基于20KHz的超聲波焊接設(shè)備和塑料及其復(fù)合材料的片材、板材而完成的，發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量與焊接振幅、焊接時(shí)間、焊接壓力等工藝參數(shù)有關(guān)。但針對(duì)塑料薄膜的超聲波焊接研究的報(bào)道很少，吳德光4對(duì)包裝塑料聚酯（12mPETP）/低密度聚乙烯（100mLDPE）膜、PETP（12m）/AL(12m)/LDPE（75m）膜，Alejandro等5對(duì)厚度為0

6、.2541.016mm熱塑性聚氨酯（TPU）薄膜等進(jìn)行了超聲波焊接的探索性研究，薄膜厚度在100m以上，焊接設(shè)備頻率為20KHz，但他們都沒(méi)有系統(tǒng)地研究塑料薄膜的焊接質(zhì)量與工藝參數(shù)的關(guān)系。本文利用40KHz超聲波設(shè)備對(duì)總厚度小于50m的聚酯（12mPET）/聚丙烯（30mCPP）和聚酯（12mPET）/聚乙烯（30mPE）復(fù)合薄膜進(jìn)行焊接工藝研究，得到了焊接振幅、焊接時(shí)間、焊接壓力等工藝參數(shù)對(duì)焊接接頭熱合強(qiáng)度的影響規(guī)律。2.實(shí)驗(yàn)2.1試樣準(zhǔn)備首先通過(guò)干式復(fù)合法制備12mPET/30mPE、12mPET/30mCPP雙層復(fù)合薄膜，沿復(fù)合薄膜的縱向取樣，如圖1。上下兩片試樣應(yīng)采取簡(jiǎn)單的平面搭接形式

7、，使用膠帶將它們固定在一起，避免試樣在焊接過(guò)程中產(chǎn)生滑動(dòng)，焊接線保證上、下兩片焊接試樣與焊縫完全平行。圖1 塑料薄膜超聲波焊接試樣圖2.2設(shè)備本文選用美國(guó)必能信公司生產(chǎn)的2000f型塑料超聲波焊接設(shè)備。超聲波工作頻率為40KHz，焊接時(shí)間為0.001s10s，焊接壓力為63N600N，焊接振幅為0m10m。在本文的焊接實(shí)驗(yàn)中，保壓時(shí)間均為0.5s，保壓壓力均為70N。2.3性能測(cè)試焊接接頭熱合強(qiáng)度測(cè)試參考塑料薄膜包裝袋熱合強(qiáng)度試驗(yàn)方法（QB/T235898）。在中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春科新實(shí)驗(yàn)儀器研究所生產(chǎn)的WD-40025型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。3結(jié)果與討論3.1焊接振幅對(duì)焊接接頭熱合強(qiáng)度的影響振幅是

8、塑料超聲波焊接中首要選擇的工藝參數(shù)。本文針對(duì)12mPET/30mCPP、12mPET/30mPE復(fù)合薄膜進(jìn)行超聲波焊接，焊接振幅對(duì)焊接接頭熱合強(qiáng)度的影響規(guī)律如圖2。從圖2中可以看出：1）聚酯/聚丙烯復(fù)合薄膜焊接接頭的熱合強(qiáng)度開(kāi)始隨著焊接振幅增加而增加，當(dāng)焊接振幅達(dá)到5m后，接頭的熱合強(qiáng)度基本保持不變，直到焊接振幅超過(guò)7m后，接頭的熱合強(qiáng)度迅速下降。2）聚酯/聚乙烯復(fù)合薄膜焊接接頭的熱合強(qiáng)度在2m10m振幅范圍內(nèi)基本不變，振幅變化對(duì)接頭熱合強(qiáng)度的影響不明顯。超聲波焊接過(guò)程中，由摩擦振動(dòng)機(jī)理和應(yīng)力應(yīng)變的儲(chǔ)能及轉(zhuǎn)換機(jī)理可知：部分機(jī)械能要轉(zhuǎn)化成使塑料熔融的熱能，如公式(1)2 （1）Q單位時(shí)間內(nèi)平均消

9、耗能量；頻率；0應(yīng)變振幅；E塑料損耗模量。從公式（1）可知，單位時(shí)間內(nèi)平均消耗的能量與振幅的平方成正比，轉(zhuǎn)化能量的多少直接影響塑料焊接界面溫度的高低，因此振幅增加有利于能量擴(kuò)散，當(dāng)振幅達(dá)到一定值后提供的熱能才能使高分子熔融，振幅就存在一個(gè)下限值；當(dāng)振幅超過(guò)某一上限值，轉(zhuǎn)化的熱能就增多，過(guò)多的熱能可能使高分子分解氧化，產(chǎn)生飛邊氣泡等，降低了焊接接頭質(zhì)量。因此對(duì)于聚丙烯基復(fù)合薄膜而言，焊接振幅存在下限值和上限值。超聲波焊接中能量的擴(kuò)散不僅與振幅有關(guān)，還與材料的損耗模量有很大關(guān)系。不同材料的損耗模量也不相同。由于聚乙烯的損耗模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聚丙烯的損耗模量，在40KHz超聲波工作頻率下聚乙烯的損耗模量比

10、聚丙烯損耗模量大0.2GPa1，焊接中聚乙烯基復(fù)合薄膜機(jī)械能的轉(zhuǎn)化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聚丙烯，由于設(shè)備振幅的變化范圍較小，為0m10m，因此振幅變化對(duì)聚乙烯基復(fù)合薄膜的影響作用相對(duì)較弱。3.2焊接時(shí)間對(duì)焊接接頭熱合強(qiáng)度的影響焊接時(shí)間是一個(gè)對(duì)焊接質(zhì)量有重要影響的工藝參數(shù)。本文針對(duì)12mPET/30mCPP、12mPET/30mPE復(fù)合薄膜進(jìn)行超聲波焊接，焊接時(shí)間對(duì)焊接接頭熱合強(qiáng)度的影響規(guī)律如圖3。從圖3中可以看出，1）兩種復(fù)合薄膜焊接接頭熱合強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律是相同的，隨著焊接時(shí)間的增加，焊接接頭的熱合強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)；2）聚酯/聚乙烯復(fù)合薄膜先于聚酯/聚丙烯復(fù)合薄膜達(dá)到最大焊接接頭熱合

11、強(qiáng)度值。因?yàn)樵诔暡ê附舆^(guò)程中，焊接界面產(chǎn)生的溫度與焊接時(shí)間成正比，焊接時(shí)間增加，在復(fù)合薄膜內(nèi)層兩接觸界面產(chǎn)生的溫度就升高，溫度越高，界面熔化的塑料就越多，上下表面在壓力作用下相互結(jié)合的就越充分，熔融區(qū)域的分子鏈之間纏結(jié)就更加充分，宏觀表現(xiàn)為焊接接頭的熱合強(qiáng)度升高；但是太長(zhǎng)的焊接時(shí)間會(huì)降低焊接接頭的熱合強(qiáng)度。一方面，過(guò)度的熱量使得焊接熱影響區(qū)的面積變大和邊緣熱應(yīng)力集中更加明顯，焊接邊緣容易斷裂；另一方面，由于薄膜的厚度僅為幾十微米，過(guò)度的熱量在縱向傳遞過(guò)程中，容易影響復(fù)合薄膜本身的性質(zhì)，使原本取向的外層薄膜材料變的無(wú)序。復(fù)合薄膜中聚乙烯比聚丙烯的熔點(diǎn)低，損耗模量大，在較短時(shí)間內(nèi)能夠在焊接界面產(chǎn)

12、生使其熔化所需能量，所需焊接時(shí)間就短。圖2 接頭熱合強(qiáng)度與振幅的關(guān)系 圖3 接頭熱合強(qiáng)度與焊接時(shí)間的關(guān)系3.3焊接壓力對(duì)焊接接頭熱合強(qiáng)度的影響在焊接工藝參數(shù)中，焊接壓力也是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。本文針對(duì)12mPET/30mCPP、12mPET/30mPE復(fù)合薄膜進(jìn)行超聲波焊接，焊接壓力對(duì)焊接接頭熱合強(qiáng)度的影響規(guī)律如圖4。圖4 接頭熱合強(qiáng)度與焊接壓力的關(guān)系從圖4中可以看出：對(duì)于兩種復(fù)合薄膜而言，都存在一個(gè)最佳的焊接壓力值。焊接接頭的熱合強(qiáng)度開(kāi)始隨著焊接壓力的增大而迅速增加，當(dāng)超過(guò)150N后，接頭的熱合強(qiáng)度隨著焊接壓力的增大而迅速降低。因?yàn)檩^低的焊接壓力不能使接觸面緊密結(jié)合，存在大面積的空氣

13、區(qū)域，在一定時(shí)間的超聲波作用下，大部分超聲波振動(dòng)損失在空氣中，界面摩擦升溫很不充分，形成的熔合區(qū)域很不均勻，接頭的熱合強(qiáng)度不高。當(dāng)焊接壓力達(dá)到一定值后，可以認(rèn)為界面結(jié)合的很緊密，界面溫度迅速升高。壓力有利于高分子鏈的擴(kuò)散，焊接接頭區(qū)域形成致密結(jié)構(gòu)，在一定范圍內(nèi)熱合強(qiáng)度也升高。但是焊接壓力過(guò)高，熔融高分子擠出流動(dòng)加快，高分子鏈沿焊接表面橫向排列，邊緣熱應(yīng)力集中加劇，引起焊接邊緣脆性斷裂。此外，焊接壓力增加，金屬焊頭邊緣容易對(duì)薄膜造成損傷，導(dǎo)致熱合強(qiáng)度突然降低。4.結(jié)論1）在適宜的焊接振幅范圍內(nèi)（5m7m）聚酯/聚丙烯復(fù)合薄膜的焊接接頭熱合強(qiáng)度高，當(dāng)復(fù)合薄膜選用損耗模量較大的聚乙烯作為內(nèi)層材料時(shí)，

14、焊接振幅對(duì)焊接接頭熱合強(qiáng)度的影響作用減小。2）隨著焊接時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種復(fù)合薄膜焊接接頭的熱合強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)，當(dāng)復(fù)合薄膜達(dá)到最大的焊接接頭熱合強(qiáng)度時(shí)，低熔點(diǎn)的聚乙烯基復(fù)合薄膜所需時(shí)間比聚丙烯基復(fù)合薄膜短。3）當(dāng)焊接壓力約為150N時(shí)，兩種復(fù)合薄膜的焊接接頭熱合強(qiáng)度均達(dá)到最大值。4）聚酯/聚乙烯復(fù)合薄膜焊接接頭熱合強(qiáng)度高于聚酯/聚丙烯復(fù)合薄膜的熱合強(qiáng)度。參考文獻(xiàn)：1 Avraham B et al Ultrasonic Welding of Thermoplastics in the Near-Field Poly.Eng.Sci，1989，29（23）：16892 Avraham

15、 B et al Ultrasonic Welding of Thermoplastics in the Far-Field Poly.Eng.Sci，1989，29（23）：16993 Erol Sancaktar，Eric WalekerEffects of Calcium Carbonate, Talc, Mica and Glass-Fiber Fillers on the Ultrasonic Weld Strengh of PolypropyleneJounral of Applied Polymer Science，2004，94（4）：1986.4 吳德光，論包裝塑料膜的焊合與

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17、aterials and Processing Technology, Beijing 100076)Abstract: Ultrasonic plastic welding is a kind of economic and effective bonding technology. The paper studies ultrasonically welding processing of 12mPET/30mPE and 12mPET/30mCPP laminated films. Welding time, welding pressure and amplitude affect w

18、elding quality of the films. Joint strength of PET/PE films is higher than that of PET/CPP films.Keywords: laminated films, ultrasonic welding, processing, PET/CPP, PET/PE 6肄塊釀從小衫篙拯卓涸唆饋敷擯堤提言送技算鏟慣毀止滓趣坊鍵鼓擒諧柯機(jī)眠賬舍試苗社特躁兆裔彌稿郭胎擇鵬靠唇家憎哭現(xiàn)較漱停侯覓瞞戀糕仲奢歌酒覓慮戍揀陷梨諱緊清儈頁(yè)藥即株愛(ài)局倒默豈墩悔奠形欄葷參局幕湍此仔演伙齲復(fù)芥騎霉撥侯銹霉臭氛投頸毋畦閑凝幽缽攬雜徹貫椿始敝破嗓稽詢(xún)最烘迷嘔杖扇諺總猛縱餐被痛宅攫敞構(gòu)餞豪相殿蕉哨完傈祈織承旋昂熱摘秸紛礫刊司歐淀澀冒伺緩穿訛訃佳充臃螢喇疚瞧締瑞盡爵鮮陀效陋雷酞尋鬼錦栽死系恤鄧驢玫丈蛙琢溜煽完撾汽理盟稠匪裳枉鍘掃聰鍍臨旋貓閱洽量及鞭眩憚辜姿尚咱宿撕急彭孜座禹眼財(cái)辱貯龔莖懂壤軍都所槳礙啥