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塑料的性能影響超聲波的焊接質(zhì)量。塑料超聲波焊接性取決于塑料對超聲振動(dòng)的衰減能力和熔化溫度的高低以及物理性能如彈性模量、抗沖擊性、摩擦系數及導熱系數等。
實(shí)驗證明，塑料的焊接性G正比于彈性模量E、導熱系數λ、摩擦系數μ，反比于塑料的密度ρ、比熱容C、熔點(diǎn)t，如下式表示：G=K·E·λ·μ/(ρ·C·t)(W/m2·K)式中：
K——焊件形狀因子，取決于焊件的壁厚、尺寸大小及焊頭的形狀尺寸
E——塑料的彈性模量（GN/m2）
λ——導熱系數（W/m·K）
μ——塑料的摩擦系數
ρ——塑料的密度（kg/m3）
C——比熱（J/kg·K）
t——熔點(diǎn)（K）
通常限定選擇特定用途材料的性能是那些使焊接變困難的性能如高的熔點(diǎn)或結晶度。一般來(lái)說(shuō)，塑料剛性愈大，愈容易焊接。剛性塑料容易傳遞超聲波能量，而軟塑料在能量到達接頭區域之前常常衰減能量。待焊材料的剛性是一個(gè)可能受到環(huán)境溫度和濕度影響的重要性能。顏料、脫模劑、玻璃填料和增強纖維的影響更大。
1.高分子塑料結構
非結晶性塑料有任意的分子結構，在較寬的溫度范圍內逐漸軟化，達到玻璃化轉變狀態(tài)，然后是液體熔化狀態(tài)。凝固也是逐步的，避免了過(guò)早凝固。非結晶性塑料能有效地傳遞超聲振動(dòng)，能夠在各種工藝條件下進(jìn)行焊接，也能比較容易地獲得密封接頭。半結晶性塑料的特點(diǎn)是分子結構有序排列。需高熱量破壞這種有序排列。熔點(diǎn)明顯，溫度稍稍降低就很快地出現再凝固。流出接頭加熱區的熔液因而快速凝固。固態(tài)時(shí)半結晶性分子象彈簧一樣吸收很大一部分超聲振動(dòng)而不是其傳遞到接頭界面處，所以必需采用高振幅以產(chǎn)生足夠的熱量用于焊接。
2.填料和增強物對超聲波焊接的影響
熱塑性塑料中的填料（玻璃、滑石、礦物質(zhì)）可以改善或抑制超聲波焊接。碳酸鈣、高嶺土、滑石、氫氧化鋁、有機填料、硅石、玻璃球（硅灰石）和云母等材料能增加樹(shù)脂的剛性，在含量達20%時(shí)能夠提高整個(gè)材料（尤其是半結晶性塑料）的超聲波能量傳遞性能。在含量達35%時(shí)，可能在需可靠氣密封接的接頭處出現熱塑性樹(shù)脂不足。填料達40%時(shí)，纖維在接合面處聚集，熱塑性材料不足，不能形成牢固的連接。長(cháng)纖維在模塑過(guò)程中可能產(chǎn)生聚集，造成導能筋可能含有比基體材料更高百分含量的玻璃。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)使用短纖維玻璃填料加以解決。在填料含量超過(guò)10%時(shí)，許多填料中的磨料顆粒引起焊頭磨損。推薦使用淬硬鋼或涂硬質(zhì)合金的鈦焊頭。也可能需要更高功率的超聲波設備在接頭處產(chǎn)生足夠的熱量。
3.添加劑對超聲波焊接的影響
添加劑盡管可以提高母材的綜合性能或成形性，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(zhù)色劑、潤滑劑、發(fā)泡劑、回收料。增塑劑、高溫有機液體或低溫熔化體增加塑料的柔性和軟度，降低其剛性。它們降低聚合物內分子間吸引力，影響振動(dòng)能量的傳遞。高度增塑的材料如乙烯樹(shù)脂是非常差的超聲波能量傳遞介質(zhì)。增塑劑通�？醋魇莾扔锰砑觿�，但隨著(zhù)時(shí)間的推移它們會(huì )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）批準的增塑劑有害作用更大�？箾_改性劑如橡膠降低材料傳遞超聲振動(dòng)的能力，需更高的振幅以產(chǎn)生熔化�？箾_改性劑減少了結合面處的熱塑性材料數量，因而也影響材料的焊接性。阻燃劑、無(wú)機氧化物或鹵化有機元素如鋁、銻、硼、氯、溴、硫、氮或磷添加到樹(shù)脂中以抑制燃燒或改變材料的燃燒性能。在大多數情況下，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備、高于通常的振幅和更改接頭設計以增加結合面處可焊材料的數量。顏料對超聲波焊接的影響可能相當大。大多數顏料是無(wú)機化合物，所用的濃度一般為0.5%~2%。大多數著(zhù)色劑并不抑制超聲波能量傳遞。但它們會(huì )造成結合面處有效可焊材料量減少。白色顏料中的二氧化鈦是無(wú)機物，具有化學(xué)惰性。它可充當潤滑劑，如果使用含量超過(guò)5%，會(huì )降低可焊性。炭黑也會(huì )阻礙材料的超聲波能量傳遞。塑料中含著(zhù)色劑時(shí)可能需要變更工藝參數。如果焊接設備采用未染色零件產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)焊縫的規范焊接著(zhù)色零件，著(zhù)色零件的焊縫質(zhì)量可能會(huì )明顯偏低（焊縫強度低、脆性大）。顏料影響超聲波焊接的機理迄今為止還沒(méi)有得到確認。顏料的存在似乎影響接頭處的發(fā)熱方式。通常著(zhù)色零件焊接時(shí)間長(cháng)于未染色零件的預期時(shí)間，藉此可解決焊縫質(zhì)量低的問(wèn)題。焊接時(shí)間可能必須增加50%或更多。然而，較長(cháng)焊接時(shí)間可能會(huì )產(chǎn)生不良影響如形成過(guò)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(zhù)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)應用中，焊縫強度和韌度并不是關(guān)鍵要求。使用并不顯著(zhù)影響超聲波焊接的顏料也許是一種可選擇的解決方案。內潤滑劑（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，造成發(fā)熱量減少。不過(guò)，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合面處，因而通常影響小。發(fā)泡劑降低樹(shù)脂傳遞能量的能力。依密度的不同，微孔結構中的空洞不同程度地中斷能流，減少到達接頭區域的能量。對含有較高或不同含量回收料的待焊材料應仔細加以評估。為實(shí)現佳焊接有必要控制待焊零件中回收料的質(zhì)量和數量。在某些情況下，可能需要100%的純凈原材料。
4.脫模劑對超聲波焊的影響
外脫模劑（硬脂酸鋅、硬脂酸鋁、碳氟化合物、硅酮）通常噴涂于模腔表面形成便于零件移去的分離涂層。脫模劑可能會(huì )轉移到結合面處，降低待焊材料的摩擦系數，影響結合面的發(fā)熱，阻礙熔化表面的熔合和形成合適的連接。硅酮的有害影響大。外脫模劑有時(shí)可用溶劑加以清除。如果必需用外脫模劑，可涂、可印級脫模劑并不轉移到模制零件上，但阻礙樹(shù)脂潤濕模具表面，這些級別的脫模劑對超聲波焊接的有害作用小。
5.塑料級別對超聲波焊接的影響
不同級別的同種材料可能具有不同的流速和不同的熔點(diǎn)。一個(gè)零件熔化和流動(dòng)，而另一個(gè)不是這樣，不會(huì )形成連接。譬如，澆鑄級丙烯酸具有更高的分子量和熔點(diǎn)，比注射、擠壓級更脆，因而它們較難焊接在一起。一般說(shuō)來(lái)，待焊兩種材料應具有相似的熔化流動(dòng)速度（熔化流動(dòng)速度反映出分子量的大�。�，彼此的熔點(diǎn)差在22℃以?xún)�。要獲得好的結果，應焊接同級樹(shù)脂。
6塑料水分含量
材料中的水分含量影響超聲焊縫強度。吸濕材料如聚酯、聚碳酸酯、聚砜，尤其是尼龍從空氣中吸收水分。焊接時(shí)吸收的水分在100℃會(huì )沸騰，殘存氣體會(huì )產(chǎn)生氣孔及可能降解結合面處的塑料，造成外觀(guān)變差、結合不良及難以獲得氣密封接。為獲得佳效果，這些材料應在模制后立即進(jìn)行焊接。如果這樣不可行，零件應儲存在乙烯包裝袋中保持鑄態(tài)干燥。焊前可用專(zhuān)用烘箱干燥零件，但必須注意避免材料降解。
7.同種材料的超聲焊接
聚苯乙烯、SAN、ABS、聚碳酸酯和丙烯酸塑料通常能獲得優(yōu)良的結果，PVC和纖維素塑料易于衰減能量，在表面處變形或降解。如果焊頭位置靠近接頭區域（近場(chǎng)焊接），低模量材料如聚乙烯通常也是可焊的。各種熱塑性塑料超聲波焊接相容性見(jiàn)表1。
8.異種材料的超聲焊接
在焊接異種材料時(shí)，兩材料之間的熔點(diǎn)差不應超過(guò)22℃，分子結構應相似。對于熔點(diǎn)差異較大的情況，低熔點(diǎn)材料熔化和流動(dòng)，阻止足夠的熱生成量熔化高熔點(diǎn)材料。例如，高溫丙烯酸同低溫丙烯酸相焊，導能筋鑄在高溫零件上，低溫零件在導能筋之前熔化和流動(dòng)，連接強度會(huì )很差。只有具有相似分子團的化學(xué)相容材料才能進(jìn)行焊接。相容性?xún)H僅存在于某些非結晶性塑料或含有非結晶性塑料的混合物中。典型的例子如ABS與丙烯酸，PC與丙烯酸、聚苯乙烯與改性聚苯醚。半結晶性聚丙烯與聚乙烯有很多相同的物理性質(zhì)，但化學(xué)不相容，不能進(jìn)行超聲波焊接。
