Teknologi pemasangan plastik ultrasonik digunakan secara meluas dalam sambungan termoplastik. Sendi yang dihasilkan olehnya bukan sahaja kuat dan tahan lama, tetapi juga cantik dalam penampilan. Teknologi ini merangkumi empat kategori utama, di antaranya kimpalan ultrasonik adalah tumpuan penyelidikan. Kimpalan ultrasonik menggunakan tenaga ultrasonik frekuensi tinggi (15-50 kHz) untuk menghasilkan getaran mekanikal amplitud (1-100μm) rendah. Getaran ini bertindak pada sendi komponen, mencairkan bahan termoplastik melalui penjanaan haba geseran, dan kemudian membentuk kimpalan. Kelajuan kimpalannya sangat cepat, biasanya antara 0.1 saat dan 1.0 saat.
Semasa proses kimpalan ultrasonik, gelombang berdiri sinusoidal dihasilkan dalam termoplastik. Oleh kerana geseran intermolecular, sebahagian daripada tenaga ditukar menjadi tenaga haba, yang meningkatkan suhu bahan. Satu lagi bahagian tenaga tertumpu dan dipindahkan ke sendi, yang terus dipanaskan secara tempatan oleh geseran sempadan. Oleh itu, laluan penghantaran tenaga ultrasonik dan tingkah laku lebur bahan dipengaruhi oleh geometri bahagian dan ciri -ciri penyerapan ultrasonik bahan.
Apabila sumber getaran dekat dengan sendi kimpalan, bahan tersebut mempunyai kerugian penyerapan tenaga yang kurang. Jika jarak dari sumber getaran ke sendi adalah kurang daripada 6.4 mm, proses itu dipanggil kimpalan berhampiran bidang, yang sesuai untuk bahan kristal dengan penyerapan tenaga yang tinggi dan bahan kekakuan yang rendah. Jika jarak lebih besar daripada 6.4 mm, ia dipanggil kimpalan jauh, yang sesuai untuk bahan amorf dengan penyerapan tenaga yang rendah dan bahan kekakuan yang tinggi.
Oleh kerana ciri -ciri "tidak sekata" permukaan sendi, mudah untuk menghasilkan suhu tinggi dan geseran yang tinggi, yang kondusif untuk pengumpulan tenaga ultrasonik. Dalam banyak aplikasi kimpalan ultrasonik, protrusi segitiga direka pada permukaan bahagian atas, yang dipanggil Rib Guide Energy, yang membimbing tenaga getaran untuk menumpukan pada sendi.
Semasa proses kimpalan ultrasonik, tenaga getaran bertindak secara menegak pada permukaan sendi, dan ujung panduan tenaga tulangnya menyentuh bahagian yang dikimpal di bawah tekanan. Oleh kerana penjanaan haba geseran, sejumlah besar haba dihasilkan di hujung, menyebabkan rusuk panduan tenaga mula mencairkan. Seluruh proses kimpalan boleh dibahagikan kepada empat peringkat. Pertama, bahagian atas tulang rusuk panduan tenaga mula mencairkan, dan kadar lebur secara beransur -ansur meningkat. Apabila jurang di kedua -dua belah sendi berkurangan, rusuk panduan tenaga lebur akan sepenuhnya menyebar dan menghubungi bahagian di bawah, dan kadar lebur akan berkurangan pada masa ini. Kedua, bahagian atas dan bawah berada dalam hubungan permukaan, dan kawasan lebur semakin berkembang. Kemudian, ia memasuki tahap lebur keadaan mantap, pada masa itu lapisan cair ketebalan tertentu terbentuk, disertai dengan medan suhu yang stabil. Apabila tenaga kimpalan pratetap, masa atau keadaan kawalan lain dicapai, getaran ultrasonik akan berhenti. Akhirnya, tekanan dikekalkan, cair yang berlebihan akan diperah keluar dari kimpalan, dan bahagian -bahagiannya disambungkan oleh ikatan molekul dan secara beransur -ansur disejukkan.
Kelebihan dan Kekurangan Kimpalan Ultrasonik
Sebagai teknologi yang menyertai plastik yang digunakan secara meluas dalam bidang perindustrian, kimpalan ultrasonik menonjolkan integrasi dan kesesuaian automasi yang cepat, ekonomik, mudah untuk pengeluaran besar -besaran. Kestabilan kimpalannya sangat baik, kekuatannya juga tinggi, dan masa kimpalan lebih pendek daripada proses lain. Di samping itu, teknologi ini tidak memerlukan sistem pengudaraan yang kompleks untuk menghilangkan asap atau sistem penyejukan untuk menghilangkan haba yang berlebihan, dengan penggunaan tenaga yang tinggi, kecekapan pengeluaran yang lebih tinggi dan kos yang lebih rendah. Reka bentuk acuan agak mudah dan kelajuan perubahan acuan cepat, dengan itu meningkatkan kadar penggunaan dan fleksibiliti peralatan. Perlu dinyatakan bahawa kerana tiada bahan kimpalan tambahan lain yang diperkenalkan ke dalam kimpalan, kimpalan tetap bersih dan bebas daripada kekotoran, tidak menjejaskan biokompatibiliti peralatan, dan sangat sesuai untuk digunakan dalam industri penjagaan kesihatan dengan keperluan yang lebih tinggi untuk kebersihan.
Walau bagaimanapun, kimpalan ultrasonik juga menghadapi beberapa batasan. Bagi produk dengan saiz lebih daripada 250mmx300mm, reka bentuk kepala kimpalan menjadi sukar, dan sering perlu menggunakan pelbagai kepala kimpalan untuk kimpalan segerak atau kepala kimpalan tunggal untuk pelbagai kimpalan untuk diselesaikan. Di samping itu, hasil kimpalan ultrasonik berkait rapat dengan faktor -faktor seperti reka bentuk struktur kimpalan, kesilapan dan ubah bentuk dimensi bahagian suntikan. Pada masa yang sama, getaran ultrasonik boleh menyebabkan kerosakan kepada komponen elektronik sensitif, walaupun risiko tersebut dapat dikurangkan dengan meningkatkan kekerapan dan mengurangkan amplitud.
Medan permohonan
Kimpalan ultrasonik digunakan secara meluas dalam banyak industri. Sebagai contoh, dalam industri automotif, ia digunakan untuk menghubungkan komponen seperti lampu, papan pemuka, butang dan suis; Dalam industri elektronik dan elektrik, teknologi ini juga sering digunakan untuk menghubungkan komponen seperti suis, sensor dan penggerak; Di samping itu, kimpalan ultrasonik juga sangat diperlukan dalam proses pembuatan produk seperti penapis, kateter, pakaian perubatan dan topeng dalam bidang perubatan. Pada masa yang sama, pengeluaran produk seperti beg lepuh, beg, bekas penyimpanan dan muncung dalam industri pembungkusan juga mendapat manfaat daripada kecekapan dan kemudahan kimpalan ultrasonik.
Cawan kopi diperbuat daripada bahan PS, dan reka bentuk kimpalannya dengan bijak menggabungkan alur dan tulang rusuk yang membentuk tenaga, yang bukan sahaja memastikan kestabilan sambungan, tetapi juga meningkatkan kecekapan pengeluaran.
Suis elektronik diperbuat daripada plastik ABS dan disempurnakan oleh riveting ultrasonik.
Reflektor ini diperbuat daripada bahan campuran ABS dan PC, dan menggabungkan proses kimpalan langkah-langkah dan tulang rusuk tenaga untuk membuat reka bentuk struktur yang unik.
Lampu elektronik menggunakan bahan komposit ABS dan PMMA, digabungkan dengan proses kimpalan indah satah dan tulang rusuk yang menanggung tenaga, membentangkan gaya reka bentuk yang unik.
Penyambung elektrik menggabungkan bahan -bahan pepejal ABS dan logam, dan memastikan kestabilan dan ketahanan sambungannya melalui pemutihan ultrasonik yang tepat.
Botol perubatan diperbuat daripada bahan PC dan bijak menggunakan reka bentuk fusion pesawat dan kimpalan tulang rusuk tenaga.
Botol penapis bahan api diperbuat daripada nilon 6-6, dan reka bentuknya dengan bijak menggabungkan proses dua lipit ricih dan kimpalan.
Perhimpunan membran penapis dan kapas menyerap bunyi menggunakan bahan komposit nilon yang doped dengan serat kaca 30%, dan dipasang dengan halus melalui proses kimpalan menusuk.
Kotak elektrik menggunakan bahan komposit PS dan kacang tembaga, dan dibuat dengan halus melalui teknologi inlay ultrasonik.
Rotor menggunakan bahan PS dan menggabungkan reka bentuk pintar pesawat dan mengendalikan tenaga riban.
Struktur polimer
Struktur molekul plastik amorf secara rawak diedarkan dan tidak mempunyai arah susunan tetap. Ciri -cirinya adalah bahawa ia secara beransur -ansur melembutkan dengan julat suhu. Apabila jenis bahan ini mencapai suhu peralihan kaca, ia secara beransur -ansur melembutkan dan akhirnya memasuki keadaan cair cecair. Proses bahan dari cecair ke pemejalan adalah beransur -ansur. Plastik amorf dengan berkesan dapat menghantar getaran ultrasonik, dan kerana julat suhu melembutkan mereka yang luas, mereka lebih mudah untuk mengimpal dan mencapai pengedap.
Sebaliknya, struktur molekul plastik separa kristal diatur. Panas yang tinggi adalah kunci untuk memecahkan susunan yang teratur. Plastik ini mempunyai titik lebur yang tajam, dan apabila suhu jatuh sedikit, keadaan cecair akan menguatkan dengan cepat. Oleh itu, cair yang mengalir keluar dari kawasan cair panas akan menguatkan dengan cepat. Apabila pepejal, tingkah laku molekul bahan semi-kristal adalah seperti musim bunga, menyerap kebanyakan getaran ultrasonik dan bukannya menghantarnya ke kawasan bersama. Oleh itu, untuk plastik separa kristal, kepala kimpalan output amplitud tinggi diperlukan untuk menghasilkan haba yang cukup.
Suhu peralihan kaca TG dan suhu lebur TM
Apabila membincangkan struktur polimer, kami menyebut dua konsep suhu penting: suhu peralihan kaca TG dan suhu lebur TM. TG adalah suhu di mana material berubah dari keadaan berkaca ke keadaan yang sangat elastik, di mana bahan itu mula melembutkan secara beransur -ansur. TM adalah suhu yang diperlukan untuk bahan untuk mencairkan sepenuhnya ke dalam cecair. Kedua -dua ciri suhu ini adalah penting untuk memahami pemprosesan dan prestasi bahan polimer.
Bahagian kiri angka di atas menunjukkan plastik amorf, manakala sebelah kanan menunjukkan plastik separa kristal. Dalam termoplastik, pengisi seperti serat kaca, talc, dan mineral dapat meningkatkan atau menghalang kesan kimpalan ultrasonik. Bahan -bahan tertentu, seperti kalsium karbonat, kaolin, talc, alumina, serta serat organik, silika, bola kaca, kalsium metasilicate (wollastonite) dan mika, dapat meningkatkan kekerasan resin. Kajian telah menunjukkan bahawa apabila kandungan pengisi mencapai 20%, ia dapat meningkatkan kecekapan penghantaran getaran ultrasonik dalam bahan, terutamanya untuk bahan separuh kristal. Walau bagaimanapun, apabila kandungan pengisi melebihi 35%, kebolehpercayaan meterai mungkin terjejas kerana kandungan resin yang tidak mencukupi di kimpalan. Apabila kandungan pengisi mencapai 40%, serat kaca akan berkumpul di kedudukan bersama, mengakibatkan kandungan resin yang tidak mencukupi di kimpalan, yang seterusnya mempengaruhi kekuatan kimpalan. Di samping itu, semasa proses pengacuan suntikan, serat kaca panjang cenderung berkumpul pada tulang rusuk yang menanggung tenaga. Penyelesaian yang berkesan adalah menggunakan serat kaca pendek dan bukannya serat kaca panjang.
Di samping itu, apabila kandungan pengisi melebihi 10%, zarah -zarah yang kasar dalam bahan boleh menyebabkan memakai kepala kimpalan. Oleh itu, adalah disyorkan untuk menggunakan kepala kimpalan keluli karbida atau kepala kimpalan aloi titanium yang ditutup dengan salutan karbida tungsten. Pada masa yang sama, mungkin perlu untuk memilih peranti ultrasonik kuasa yang lebih tinggi untuk memastikan haba yang mencukupi dijana pada sendi.
Sebaliknya, sementara bahan tambahan dapat meningkatkan prestasi keseluruhan atau ciri -ciri pencetakan suntikan bahan, mereka sering mempunyai kesan perencatan terhadap kimpalan ultrasonik. Aditif tipikal termasuk pelincir, plastik, pengubah kesan, retardan api, pewarna, agen berbuih, dan resin semula. Sebagai contoh, pelincir seperti lilin, zink stearate, asid stearic, dan ester asid lemak mengurangkan pekali geseran antara molekul polimer, dengan itu mengurangkan penjanaan haba. Walau bagaimanapun, kesan ini biasanya lebih kecil pada sendi kerana kepekatan pelincir adalah rendah dan merata tersebar. Sebaliknya, plasticizer seperti cecair organik suhu tinggi atau pepejal lebur suhu rendah meningkatkan kelembutan bahan dan mengurangkan kekakuan, tetapi mereka mengurangkan tarikan antara molekul dalaman polimer dan mengganggu penghantaran tenaga getaran. Khususnya, bahan -bahan yang sangat plastik seperti vinil sangat tidak sesuai sebagai bahan penghantaran untuk getaran ultrasonik. Di samping itu, plasticizer sebagai bahan tambahan dalaman boleh berhijrah ke permukaan plastik dari masa ke masa, lebih banyak mempengaruhi kesan kimpalan ultrasonik. Begitu juga, pengubah kesan seperti getah juga mengurangkan keupayaan bahan untuk menghantar getaran ultrasonik, yang memerlukan amplitud yang lebih besar untuk mencairkan plastik.
Retardan api, oksida tak organik atau unsur -unsur organik halogenasi (seperti aluminium, antimoni, boron, klorin, bromin, sulfur, nitrogen atau fosforus) yang ditambah kepada bahan itu dapat menindas titik api bahan atau mengubah ciri -ciri pembakarannya. Walau bagaimanapun, bahan -bahan ini sering membuat bahan yang tidak dapat dielakkan, terutamanya apabila retardant api menyumbang 50% atau lebih, yang akan mengurangkan jumlah bahan yang boleh dikimpal. Bagi bahan tersebut, peralatan ultrasonik berkuasa tinggi dan kepala kimpalan dengan amplitud besar diperlukan, dan reka bentuk bersama diselaraskan untuk meningkatkan perkadaran bahan dikimpal.
Kebanyakan pewarna, termasuk pigmen dan pewarna, tidak menghalang penghantaran getaran ultrasonik. Walau bagaimanapun, mereka boleh mengurangkan jumlah bahan yang boleh dikimpal di kawasan bersama. Khususnya, apabila kandungan titanium dioksida (TiO2) melebihi 5%, kesan pelincirnya akan menjadi jelas, yang akan memberi kesan penghambatan pada kimpalan ultrasonik. Pada masa yang sama, karbon hitam akan mengganggu penyebaran tenaga ultrasonik dalam bahan.
Ejen berbuih mengurangkan keupayaan bahan untuk menghantar getaran ultrasonik kerana ketumpatan rendah dan jumlah liang yang besar dalam struktur molekul menghalang penghantaran tenaga yang berkesan.
Apabila resin tanah (regrind) dicampur ke dalam bahan, penambahan dan kelantangannya perlu dinilai dengan teliti dan dikawal untuk mengoptimumkan kesan kimpalan. Dalam sesetengah kes, regrind tidak boleh digunakan sama sekali dan 100% bahan dara diperlukan.
Di samping itu, sementara agen pelepasan acuan seperti zink stearate, aluminium stearate, fluorokarbon dan silikon dapat membantu melepaskan bahagian -bahagian yang dibentuk suntikan, mereka boleh memindahkan ke permukaan bersama dan mengurangkan pekali geseran bahan, dengan itu mengurangkan penjanaan haba dan menghalang kimpalan ultrasonik. Pada masa yang sama, ejen pelepasan acuan juga boleh menyebabkan pencemaran kimia ke resin dan mempengaruhi pembentukan ikatan kimia yang betul. Silikon, khususnya, mempunyai kesan yang paling penting. Oleh itu, apabila menggunakan ejen pelepasan acuan, perlu dengan teliti memilih gred yang sesuai dan mengambil langkah -langkah untuk menghalangnya daripada memindahkan ke permukaan bahagian.
Di samping itu, gred bahan yang berbeza mungkin mempunyai suhu lebur dan indeks aliran yang berbeza, yang juga boleh menjejaskan kesan kimpalan ultrasonik. Sebagai contoh, gred PMMA mungkin lebih sukar untuk dikimpal daripada gred suntikan/penyemperitan kerana berat molekul dan suhu lebur yang lebih tinggi. Oleh itu, untuk mendapatkan kesan kimpalan terbaik, cuba pilih bahan gred yang sama untuk kimpalan, dan pastikan indeks aliran kedua -dua bahan adalah serupa dan perbezaan suhu lebur berada dalam masa 22 darjah.
Kandungan kelembapan bahan mempunyai kesan yang signifikan terhadap kekuatan kimpalannya. Bahan hidroskopik seperti PBT, PC, PSU dan nilon mudah menyerap kelembapan dari udara. Semasa proses kimpalan, kelembapan yang diserap ini akan mendidih pada suhu tinggi, dan gas yang dihasilkan, jika terperangkap dalam kimpalan, akan membentuk liang -liang dan merendahkan plastik, sehingga mempengaruhi estetika, kekuatan dan pengedap kimpalan. Untuk mengelakkan ini, bahan hidroskopik harus dikimpal sejurus selepas pengacuan suntikan. Sekiranya kimpalan segera tidak mungkin, bahagian kering harus disimpan dalam beg PE kering atau diletakkan di dalam ketuhar pada 80 darjah selama 3 jam sebelum kimpalan.
Di samping itu, apabila kimpalan pelbagai jenis bahan, perhatian khusus harus dibayar kepada suhu lebur dan struktur molekul kedua -dua bahan. Keadaan kimpalan yang ideal adalah bahawa perbezaan suhu lebur kedua -dua bahan tidak melebihi 22 darjah dan struktur molekul adalah serupa. Jika perbezaan suhu lebur terlalu besar, bahan dengan titik lebur yang lebih rendah akan mencairkan dan mengalir terlebih dahulu, dan tidak akan memberikan haba yang cukup untuk mencairkan bahan dengan titik lebur yang lebih tinggi. Sebagai contoh, apabila kimpalan PMMA yang tinggi melambai dengan PMMA yang rendah-titik, jika konduktor tenaga terletak pada PMMA yang tinggi melambai, sendi bahan bergegar rendah akan mencairkan dan mengalir terlebih dahulu, menyebabkan konduktor tenaga melembutkan, yang seterusnya mempengaruhi kekuatan kimpalan.
Di samping itu, keserasian bahan juga merupakan faktor utama untuk kimpalan yang berjaya. Hanya bahan yang serasi secara kimia, iaitu, bahan dengan struktur molekul yang sama, boleh dikimpal. Perlu diingat bahawa keserasian bahan terutamanya wujud antara bahan amorf, seperti ABS dan PMMA, PC dan PMMA, dan PS dan PPO yang diubah suai. Walau bagaimanapun, plastik separa kristal seperti PP dan PE, walaupun mereka mempunyai sifat fizikal yang sama, mempunyai struktur molekul yang berbeza dan oleh itu tidak mempunyai keserasian material dan tidak boleh dikimpal.
