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塑料添加劑對超聲波焊接性能的影響

2021-08-17 17:31
添加劑盡管可以提高母材的綜合性能或成形，但通常增加獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難度。典型的添加劑包括:增塑劑、抗沖改性劑、阻燃劑、著色劑、潤滑劑、發(fā)泡劑、回收料。
 
增塑劑、高溫有機(jī)液體或低溫熔化體增加塑料的柔性和軟度，降低其剛性。它們降低聚合物內(nèi)分子間吸引力，影響振動能量的傳遞。高度增塑的材料如乙烯樹脂是非常差的超聲波能量傳遞介質(zhì)。增塑劑通常看作是內(nèi)用添加劑，但隨著時(shí)間的推移它們會遷移到表面，使超聲波焊接變得幾乎不可能。含金屬的增塑劑比美國食品藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)的增塑劑有害作用更大。
 
抗沖改性劑如橡膠降低材料傳遞超聲振動的能力，需更高的振幅以產(chǎn)生熔化?？箾_改性劑減少了結(jié)合面處的熱塑性材料數(shù)量，因而也影響材料的焊接性。
 
阻燃劑、無機(jī)氧化物或鹵化有機(jī)元素如鋁、銻、硼、氯、溴、硫、氮或磷添加到樹脂中以抑制燃燒或改變材料的燃燒性能。
 
在大多數(shù)情況下，它們是不可焊的。阻燃劑可能占材料總重量的50%或更多，降低了零件中可焊材料量。焊接這些材料時(shí)，有必要采用高功率的設(shè)備、高于通常的振幅和更改接頭設(shè)計(jì)以增加結(jié)合面處可焊材料的數(shù)量。
 
顏料對超聲波焊接的影響可能相當(dāng)大。大多數(shù)顏料是無機(jī)化合物，所用的濃度一般為0．5%～2%。大多數(shù)著色劑并不抑制超聲波能量傳遞。但它們會造成結(jié)合面處有效可焊材料量減少。白色顏料中的二氧化鈦是無機(jī)物，具有化學(xué)惰性。它可充當(dāng)潤滑劑，如果使用含量超過5%，會降低可焊性。炭黑也會阻礙材料的超聲波能量傳遞。塑料中含著色劑時(shí)可能需要變更工藝參數(shù)。如果焊接設(shè)備采用未染色零件產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)焊縫的規(guī)范焊接著色零件，著色零件的焊縫質(zhì)量可能會明顯偏低(焊縫強(qiáng)度低、脆性大)。顏料影響超聲波焊接的機(jī)理迄今為止還沒有得到確認(rèn)。顏料的存在似乎影響接頭處的發(fā)熱方式。通常著色零件焊接時(shí)間長于未染色零件的預(yù)期時(shí)間，藉此可解決焊縫質(zhì)量低的問題。焊接時(shí)間可能必須增加50%或更多。然而，較長焊接時(shí)間可能會產(chǎn)生不良影響如形成過多的焊接飛邊和造成焊頭下的損傷。在打算用超聲波焊接必須模塑的著色材料時(shí)，建議對模制樣品進(jìn)行試焊以確定其可行性。在許多商業(yè)應(yīng)用中，焊縫強(qiáng)度和韌度并不是關(guān)鍵要求。使用并不顯著影響超聲波焊接的顏料也許是一種可選擇的解決方案。
 
內(nèi)潤滑劑(蠟、硬脂酸鋅、硬脂酸、脂肪酸酯)降低聚合物分子間的摩擦系數(shù)，造成發(fā)熱量減少。不過，由于它們的濃度很低并且彌散分布在塑料中而不是集中于結(jié)合面處，因而通常影響最小。發(fā)泡劑降低樹脂傳遞能量的能力。依密度的不同，微孔結(jié)構(gòu)中的空洞不同程度地中斷能流，減少到達(dá)接頭區(qū)域的能量。對含有較高或不同含量回收料的待焊材料應(yīng)仔細(xì)加以評估。為實(shí)現(xiàn)最佳焊接有必要控制待焊零件中回收料的質(zhì)量和數(shù)量。在某些情況下，可能需要100%的純凈原材料。