超声波塑料焊接机的一些问题
原来用ABS材料打的2个产品,用焊接没问题,后把ABS换成PP的,焊接出现
了问题,无法焊劳固。
影响超音波焊接的因素说起热塑塑料的可焊接力,不能不说到超音波压合对各种树脂
的要求。其最主要的因素包括聚合物结构,熔化温度、柔韧性(硬度)、化学结构。
聚合物结构非结晶聚合物分子排列无序、有明显的使材料逐步变软、熔化 及至流动
的温度(Tg玻璃化温度)。这类树脂通常能有效传输超音速振动并在相当广泛的压力
/振幅范围内实现良好的焊接。半结晶型聚合物分子排列有序,有明显的熔点(Tm熔
化温度)和再度凝固点。固态的结晶型聚合物是富有弹性的,能吸收部分高频机械振
动。所以此类聚合物是不易于将超声波振动能量传至压合面,帮要求更高的振幅。需
要很高的能量(高熔化热度)才能把半结晶型的结构打断从而使材料从结晶状态变为
粘流状态,这也决定了这类材料熔点的明显性,熔化的材料一旦离开热源,温度有所
降低便会导致材料的迅速凝固。所以必须考虑这类材料的特殊性(例如:高振幅、接
合点的良好设计、与超音夹具的有效接触、及优良的工作设备)才能取得超声波焊接
的成功。聚合物:热塑性与热固性将单体结合在一起的过程称为“聚合”。聚合物基
本可分为两大类:热塑性和热固性。热塑性材料加热成型后还可以重新再次软化和成
型,基所经历的只是状态的变化而已-这种特性使决定了热塑性材料超音波压合的适
应性。热固性材料是通过不可逆反的化学反应生成的,再次加热或加压均不能使已成
型的热固性产品软化,所以传统上一直认为热固性材料是不适合使用超音波的。熔化
温度聚合物的熔点越高,其焊接所需的超音波能量越多.硬度(弹力系数)材料的硬
度对其是否能有效传输超音速振动是很有影响的。总的说来,愈硬的材料其传导力愈
强。超声波熔接 :以超声波频率振动的焊头,在预定的时间及压力下,磨擦生热,
令塑胶接面相互熔合,既牢固,又方便快捷PP属半结晶,与ABS是不一样的
超声波焊接常见缺陷及处理办法
一、强度无法达到欲求标准。 当然我们必须了解超音波熔接作业的强度绝不可能达
到一体成型的强度,只能说接近于一体成型的强度,而其熔接强度的要求标准必须仰
赖于多项的配合,这些配合是什么呢? ※塑料材质:ABS与ABS相互相熔接的结果肯
定比ABS与PC相互熔 接的强度来的强,因为两种不同的材质其熔点也不会相同,当然
熔接的强度也不可能相同,虽然我们探讨ABS与PC这两种材质可否相互熔接?我们的
答案是绝对可以熔接,但是否熔接后的强度就是我们所要的?那就不一定了!而从另
一方面思考假使ABS与耐隆、PP、PE相熔的情形又如何呢?如果超音波HORN瞬间发出
150度的热能,虽然ABS材质己经熔化,但是耐隆、PVC、PP、PE只是软化而已。我们
继续加温到270度以上,此时耐隆、PVC、PP、PE已经可达于超音波熔接温度,但ABS
材质已解析为另外分子结构了!由以上论述即可归纳出三点结论: 1.相同熔点的塑
料材质熔接强度愈强。 2.塑料材质熔点差距愈大,熔接强度愈小。 3.塑料材质的
密度愈高(硬质)会比密度愈低(韧性高)的熔接强度高。 二、制品表面产生伤痕
或裂痕。 在超音波熔接作业中,产品表面产生伤痕、结合处断裂或有裂痕是常见的
。因为在超音波作业中会产生两种情形:1.高热能直接接触塑料产品表面 2.振动传
导。所以超音波发振作用于塑料产品时,产品表面就容易发生烫伤,而1m/m以内肉厚
较薄之塑料柱或孔,也极易产生破裂现象,这是超音波作业先决现象是无可避免的。
而在另一方面,有因超音波输出能量的不足(分机台与HORN上模),在振动摩擦能量转
换为热能时需要用长时间来熔接,以累积热能来弥补输出功率的不足。此种熔接方式
,不是在瞬间达到的振动摩擦热能,而需靠熔接时间来累积热能,期使塑料产品之熔
点到达成为熔接效果,如此将造成热能停留在产品表面过久,而所累积的温度与压力
也将造成产品的烫伤、震断或破裂。是以此时必须考虑功率输出(段数)、熔接时间、
动态压力等配合因素,来克服此种作业缺失。 解决方法: 1.降低压力。 2.减少延
迟时间(提早发振))。 3.减少熔接时间。 4.引用介质覆盖(如PE袋)。 5.模治
具表面处理(硬化或镀铬)。 6.机台段数降低或减少上模扩大比。 7.易震裂或断之
产品,治具宜制成缓冲,如软性树脂或覆盖软木塞等(此项指不影响熔接强度)。
8.易断裂产品于直角处加R角。 三、制品产生扭曲变形。 发生这种变形我们规纳其
原因有三: 1.本体与欲熔接物或盖因角度或弧度无法相互吻合. 2.产品肉厚薄(2m/m
以内)且长度超出60m/m以上. 3.产品因射出成型压力等条件导致变形扭曲. 所以当我
们的产品经超音波作业而发生变形时,从表面看来好像是超音波熔接的原因,然而这
只是一种结果,塑料产品未熔接前的任何因素,熔接后就形成何种结果。如果没有针
对主因去探讨,那将耗费很多时间在处理不对症下药的问题上,而且在超音波间接传
导熔接作业中(非直熔),6kg以下的压力是无法改变塑料的轫性与惯性。所以不要尝
试用强大的压力,去改变熔接前的变形(熔接机最高压力为6kg),包含用模治具的强
迫挤压。或许我们也会陷入一个盲点,那就是从表面探讨变形原因,即未熔接前肉眼
看不出,但是经完成超音波熔接后,就很明显的发现变形。其原因乃产品在熔接前,
会因导熔线的存在,而较难发现产品本身各种角度、弧度与余料的累积误差,而在完
成超音波熔接后,却显现成肉眼可看到的变形。 解决方法: 1.降低压力(压力最好
在 2kg 以下)。 2.减少超音波熔接时间(降低强度标准)。 3.增加硬化时间(至
少 0.8 秒以上)。 4.分析超音波上下模是否可局部调整(非必要时)。 5.分析产
品变形主因,予以改善。 四、制品内部零件破坏 ※超音波熔接后发生产品破坏原因
如下: 1.超音波熔接机功率输出太强. 2.超音波能量扩大器能量输出太强. 3.底模
治具受力点悬空,受超音波传导振动而破坏. 4.塑料制品高、细成底部直角,而未设
缓冲疏导能量的R角. 5.不正确的超音波加工条件. 解决方法: 1.提早超音波发振时
间(避免接触发振)。 2.降低压力、减少超音波熔接时间(降低强度标准)。 3.减
少机台功率段数或小功率机台。 4.降低超音波模具扩大比。 5.底模受力处垫缓冲橡
胶。 6.底模与制品避免悬空或间隙。 7.HORN(上模)掏孔后重测频率。 8.上模掏
孔后贴上富弹性材料。 五、产品产生溢料或毛边 ※超音波熔接后产品发生溢料或毛
边原因如下: 1.超音波功率太强. 2.超音波熔接时间太长. 3.空气压力(动态)太
大. 4.上模下压力(静态)太大. 5.上模(HORN)能量扩大比率太大. 6.塑料制品导熔线
太外侧或太高或粗. 上述六项为造成超音波熔接作业后产品发生溢料毛边的原因,然
而其中最关键性的是在第六项超音波的导熔线开设,一般在超音波熔接作业中,空气
压力大约在2~4kg范围,根据经验值最佳的超音波导熔线,是在底部0.4~0.6m/m×高
度0.3~0.4m/m 如:此型Δ,尖角约呈60°,超出这个数值将导至超音波熔接时间、
压力、机台或上模功率的升高,如此就形成上述1~6项造成溢料与毛边的原因。 解决
方法: 1.降低压力、减少超音波熔接时间(降低强度标准)。 2.减少机台功率段数
或小功率机台。 3.降低超音波模具扩大比。 4.使用超音波机台微调定位固定。 5.
修改超音波导熔线。 六、产品熔接后尺寸无法控制于公差内 ※在超音波熔接作业中
,产品无法控制于公差范围有其下述原因: 1.机台稳定性(能量转换未增设安全系数
). 2.塑料产品变形量超出超音波自然熔合范围. 3.治具定位或承受力不稳定. 4.超
音波上模能量扩大输出不配合. 5.熔接加工条件未增设安全系数. 解决方法: 1.增
加熔接安全系数(依序由熔接时间、压力、功率)。 2.启用微调固定螺丝(应可控
制到 0.02m/m)。 3.检查超音波上模输出能量是否足够(不足时增加段数)。 4.检
查治具定位与产品承受力是否稳合。 5.修改超音波导熔线。 超声波塑料焊接水、气
密导熔线(焊线)设计 我们欲求产品达到水、气密的功能时,定位与超声波导熔
线是成败的重要关键,所以在产品设计时的考虑,如:定位、材质、肉厚,与超声波
导熔线的对应比例有绝对的关系。在一般水、气密的要求,导熔线高度应在
0.5~0.8m/m 之范围(视产品肉厚而定),如低于0.5m/m以下,要达到水气密的功能
,除非定位设定要非常标准,而且肉厚有 5 m/m 以上,否则效果不佳。一般要求水
气密的产品其定位与超音波导熔线的方式如下:?斜 切 式 :适合水密性及大型产品
之熔 接,接触面角度 =45°, x=w/2,d=0.3~0.8mm为佳。 阶梯尖式:适合水密性
及防止外凸或龟裂之方法,接触面的角度= 45°,x=w/2,d=0.3~0.8mm为佳。 峰谷
尖式:适合水密性且高强度熔接,d=0.3~0.6mm 内侧接触面之高度 h 依形状大小而
有变化,但 h 约在1~2mm左右。 产品实施超声波作业无法达到水、气密,除了超
声波导熔线、治具定位、产品本身定位等因素外,超声波设定的条件也是一项主因。
我们在此更深入探讨引响水气密的另一原因(熔接条件),在我们实施超音波熔接作
业时,求效率求快是最基本目标,但往往也忽略了其求效率的要领,正常有两种现象
出现: 一、下降速度、缓冲太快:此一形成的速度,使动态压力加上重力加速度将
把超声波导熔线压扁,使导熔线无法发挥导熔的作用,形成假相熔接。 二、熔接时
间过长:塑料产品因接收过长时间的热能,不仅使塑料材质熔化,更进而造成塑料组
织焦化现象,产生砂孔,水或气即由此砂孔渗透而出。这是一般生产技术者最不易发
现之处。
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