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二手超声波
wxfu
塑料复合薄膜超声波焊接工艺研究
(航天材料及工艺研究所,北京
100076
)
文
< br>摘
:
塑
料
超
声
波
焊
接
技
术
是
经
p>
济
、
环
保
、
高
效
的
连
接
技
术
< br>。
本
文
对
12μmPET/30μmPE
和
12μmPET/30μm
CPP
两种复合薄膜进行超声波焊接工
艺研究,发现焊接振幅、
焊接时间、焊接压力等都影响焊接接头的热合强
度。聚乙烯基复合薄膜焊接接头的热合强
度明显高于聚丙烯基复合薄膜。
关键词
:复合薄膜,超声波焊接,工艺,
PET/CPP
,
PET/PE
1.
前言
塑
料超声波焊接技术是借助超声波使塑料件接触面的分子快速融合在一起的
一种加热连接方
法。
它有时间短、
表面无损坏、
非焊接
区域不发热、
无需前处理、
操作简单等优点,已经广泛地应用于
航空航天、仪器仪表、食品包装、电子工业
等领域。
塑料超声波焊接工艺参数与焊接设备的频率和焊接材料的形状有关,且对焊
接质量有显著的影响。绝大多数文献
[1
~
< br>3]
报道的研究工作都是基于
20KHz
的超声
波焊接设备和塑料及其复合材料的片材、板材而完成的,发现焊接质量与
焊接振
幅、焊接时间、焊接压力等工艺参数有关。但针对塑料薄膜的超声波焊接研究的<
/p>
报道很少,
吴德光
[4]
对包装塑料聚酯
(
12
μm<
/p>
PETP
)
/
低
密度聚乙烯
(
100
μm
LDPE
)
膜、
PETP<
/p>
(
12μm
)
/
AL(12μm)/LDPE
(
75
μ
m
)膜,
Alejandro
等
[5]
对厚度为
0.254
< br>~
1.016mm
热塑性聚氨酯(
TPU
)薄膜等进行了超声波焊接的探索性研究,薄膜厚
度在
100
μm
以上,焊接设备频率为
p>
20KHz
,但他们都没有系统地研究塑料薄膜的
< br>焊接质量与工艺参数的关系。
本文利用
40KHz
超声波设备对总厚度小于
50
μm
的聚酯(
12μm
PE
T
)
/
聚丙烯
(
30
μm
CPP
)和聚酯(
12
μm
PET
)
/
聚乙烯(
30<
/p>
μm
PE
)复合薄膜进行焊接工艺研
p>
二手超声波
wxfu
究,得到了焊接振幅、焊接时间、焊接压力等工艺参数对焊接接头热合强度的影
响规律。
2.
实验
2.1
试样准备
首先通过干式复合法制备
12
μ
m
PET/30
μ
mPE
、
12
μ
mPET/30
μ<
/p>
mCPP
双层复合薄
膜,沿复合薄膜的纵
向取样,如图
1
。上下两片试样应采取简单的平面搭接形式,<
/p>
使用胶带将它们固定在一起,避免试样在焊接过程中产生滑动,焊接线保证上、
下两片焊接试样与焊缝完全平行。
图
1
塑料薄膜超声波焊接试样图
2.2
设备
本文选用美国必能信公司生产的
2000f
型塑料超声波焊接设
备。
超声波工作频
率为
40KHz
p>
,
焊接时间为
0.001s
~
10s
,
焊接压力为
63N
~
600N
,
焊接振幅为
0μm
~
< br>10μm
。在本文的焊接实验中,保压时间均为
0.5s
,保压压力均为
70N
。
2.3
性能测试
焊接接头热合强度测试参考塑料薄膜包装袋热合强度试验方法(
QB/
T2358
-
98
)
< br>。在中国科学院长春科新实验仪器研究所生产的
WD-40025
型电子万能试验机
上进行。
3
结果与讨论
3.1
焊接振幅对焊接接头热合强度的影响
振幅是塑料超声波焊接中首要选择的工艺参数。
本文针对
12
μ
mPET/30
μ
mCPP
、
二手超声波
wxfu
12
μ
< br>mPET/30
μ
mPE
复合薄
膜进行超声波焊接,焊接振幅对焊接接头热合强度的影
响规律如图
2
。
从图
2
中可以看出:
1
)
< br>聚酯
/
聚丙烯复合薄膜焊接接头的热合强度开始随着焊<
/p>
接振幅增加而增加,当焊接振幅达到
5
μ
m
后,接头的热合强度基本保持不变,直
到焊接振幅超过
7
μ
m
后,接头的热合强度迅速下降。
2
)聚酯
/
聚乙烯复合薄膜焊
接接头的热合强度在
2
μ
m
~
10
μ
m
振幅范围内基本不
变,
振幅变化对接头热合强度
的影响不明显。
< br>
超声波焊接过程中,由摩擦振动机理和应力应变的储能及转换机理可知:部
p>
分机械能要转化成使塑料熔融的热能,如公式
(1)
[2]
Q
?
2
??
0
E
'
'
2
(
1
)
p>
Q
—单位时间内平均消耗能量;
ω
—频率;
ε
0
—应变振
幅;
E
′′—塑料损耗模
量。
从公式(
1
)可知,
单位时间内平均消耗的能量与振幅的平方成正比,转化能
量的多少直接影响塑料焊接界面
温度的高低,因此振幅增加有利于能量扩散,当
振幅达到一定值后提供的热能才能使高分
子熔融,振幅就存在一个下限值;当振
幅超过某一上限值,转化的热能就增多,过多的热
能可能使高分子分解氧化,产
生飞边气泡等,降低了焊接接头质量。因此对于聚丙烯基复
合薄膜而言,焊接振
幅存在下限值和上限值。
超声波焊接中能量的扩散不仅与振幅有关,还与材料的损耗模量有很大关系。
不
同材料的损耗模量也不相同。由于聚乙烯的损耗模量远远大于聚丙烯的损耗模
量,
在
40KHz
超声波工作频率下聚乙烯的损耗
模量比聚丙烯损耗模量大
0.2GPa
[1]
< br>,
焊接中聚乙烯基复合薄膜机械能的转化能力远远大于聚丙烯,由于设备振幅的变
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