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超声波焊接材料的可焊性

对于超声波焊接,热塑性塑料的可焊性可以通过以下几条来判定。

能量转化

材料的性能与材料在加工频率下的刚性或储能模量直接相关,并且决定了材料的传声效果。低储能模量材料,如弹性体、聚丙烯和聚乙烯等的传声效果不好,所以比较难焊接,除非部件设计可以弥补材料性能对焊接的影响。例如,焊接低储能模量材料时,焊头和焊接面之间的距离应该尽可能小(近场焊接)。

能量耗散

材料的性能决定了材料将机械能(声波)转换为热能(热)的能力。这种转换能力与材料的损耗模量有直接关系。材料的损耗模量越高,材料将所施加机械能转换为热的能力越好。损耗模量相对较高的材料,如聚苯乙烯很容易用超声波加热。

自黏合和恢复

材料的这种性能决定了材料在熔化状态下界面自我恢复的效果。也就是说,是熔融界面自粘接的速度和程度的一种度量。自我恢复可以分成两个主要的阶段:自润湿,即熔融聚合物润湿来自另一部分焊件熔融聚合物;分子间扩散,即聚合物分子在接触面扩散和缠结。这两个阶段实际上是挤压流动和分子间扩散阶段。对于不同聚合物,如果它们很容易彼此润湿,并且如果彼此相容,仍然可能进行焊接或黏合。推荐焊接不同聚合物时,这两种聚合物应该具有相似的黏度和熔融温度。切记熔体黏度会影响润湿和扩散动力学,这一点非常重要。因此,对于高分子量聚合物,如许多含氟聚合物和超高分子量聚乙烯,如果可以焊接,那么润湿和分子扩散所需要的时间很长,以至于焊接很困难。

总之,很容易采用超声波焊接的材料可将来自焊头/焊件接触面的振动能量传递到焊接区域,并很容易地将机械能转化为热能。多数情况下,一种材料很难同时具有好的能量传递和能量耗散性能,如聚丙烯的耗散性能很好,但传递性能却很差,相反,聚碳酸酯具有优异的传递性能,而耗散性能相对较弱。


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