工程塑料的焊接.docx
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工程塑料的焊接
热塑性塑料的焊接技术-----超声波
根据向焊缝导入热的方法的不同可以将塑料焊接技术分为三种不同的类别：
●通过机械运动
●通过外加的热源
●通过电磁性
通过机械运动产生热的焊接技术
直线性振动
在直线性振动的焊接过程中，待连接的两部分受摩擦之前在压力作用下互相接触;由往复运动
而产生的摩擦热使界面的塑料熔化,接下来将熔化的两部分对中并固定直到焊缝凝固。
大部分热塑性材料可以用这种技术焊接。
这种技术被广泛地应用在汽车工业部件的连接上，例
如：
两段减震器，油箱，通气管道和车门内面板。
旋转
在旋转焊接中，焊缝区的形状总是圆形的，并使其旋转运动。
这项技术已用于各种聚乙烯浮筒，
喷雾器，传动轴和聚氯乙烯管道及设备的制造中。
超声波
超声波焊接就是使用高频机械能软化或熔化接缝处的热塑性塑料。
被连接部分在压力作用下固
定在一起，然后再经过频率通常为20或40千赫的超声波振动。
超声波焊接过程很快，焊接时
间不到一秒，并且很容易实现自动化，在汽车、医疗器械、电子产品和包装行业的部件制造中
很受欢迎。
此主题相关图片如下：
使用外加热源的焊接技术
电热板
电热板焊接可能是最简单的塑料连接技术，从小的汽车蓄液器到直径超过1000㎜的管道都可
应用。
这种技术就是将待连接的两部分的端部紧贴在电热台面上加热，直到端面塑料充分地熔化。
然
后移出电热板，将待连接的两部分压在一起。
焊后需保持足够的冷却时间以增强焊缝的强度。
热棒和脉冲
这项技术主要用在连接厚度小于0.5㎜的塑料薄膜。
其工作原理是：
将两层薄膜紧压在热金属
棒上，软化后连接在一起。
焊接时间非常迅速，焊接厚100µm的薄膜大约需要2秒。
使用脉冲焊接的原理与热棒焊接相同。
当薄膜紧压在一起时，触发镍铬丝使电能瞬间释放产生
热量。
这种方法用在聚乙烯塑料袋快速封口的情况。
热气焊
在热塑性塑料的热气焊接中，所焊板厚通常在30㎜以内并开V型或T型坡口。
当热气流直接
吹向接缝区时，导致接缝区和与母材同材质的填充焊丝熔化。
通过填充材料与被焊塑料熔化在
一起而形成焊缝。
热气焊的主要优点是焊接设备容易携带。
但焊接过程缓慢，焊接质量主要取决于焊工的技能。
建议对焊工进行技能培训和资格认证以期达到较高的焊接水平。
挤压
挤压焊接类似于热气焊，有着热气焊的一些优缺点。
熔融的塑料填充材料从微型手持挤压机的
罐中送入接头坡口中。
熔融材料是从一聚四氟乙烯靴挤出的，该靴的形状要与被焊坡口的形状
相匹配。
靴的前段有热气流喷出，用以在熔融材料堆敷前对母材预热，以确保形成焊缝所需要
的足够的热量。
这种方法一般用于大型构件的装配制造，如壁厚达50㎜的化学储罐。
直接应用电磁学的焊接技术
电阻性插销
这指的是在通高电流产生电阻热之前,在两个被焊件之间放置一个导电的插销，当插销被加热
时，其周围的热塑性塑料软化，继而熔化，再施加压力，使熔化的焊件表面熔化在一起形成焊
缝。
广泛应用的电阻式插销焊接是电熔技术，即用特殊设计的含有整体电热线圈的套筒耦合器来连
接热塑性塑料管。
感应
由于接缝处通常也需要放入一个插销，因此与电阻性插销焊接有类似之处。
然而感应焊的焊接
过程中，在近接缝处放置一个连接高频电源的工作线圈，当高频电流通过工作线圈时，产生了
不断变化的磁场，磁场的磁力线与插销相互作用产生涡流，从而使插销及周围连接区域加热。
高频
高频（高频或射频）焊接是建立在被焊塑料在快速交变电场中可以产生热的基础上。
因此，这
项技术的应用通常限于聚氯乙烯（ＰＶＣ），ＥＶＡ和聚亚交脂等材料。
在焊接过程中，被连接部分收到施加在两个金属棒间的高频电场的作用。
这个动态电场引起塑
料的分子振动，一部分振动能转化为热能，使材料加热。
通过高频焊接制作的产品包括文具夹，可充气物品，防水衣和血袋。
红外线
在红外线焊接过程中，被连接的两部分放在贴近电热板的地方。
这项技术类似于电热板焊接，
然而没有直接与热源接触。
当时间足够时，连接部分被熔化，压在一起形成焊缝。
红外线焊接通常比电热板焊接快，时间约是电热板焊接的50%左右。
红外线焊接由于实现了
无接触加热，排除了热板表面的污染物进入焊缝的可能。
这项技术用来焊接塑料管。
激光
激光焊接技术是用通常存在于电磁光谱红外线区的集束强辐射波，熔化接头区的塑料。
所用激
光的类型和塑料的吸收特性决定可能焊接的程度。
最近TWI获得ClearWeldTM透射焊接（transmissionwelding）的专利，这种技术是在两个
可透射的塑料连接表面使用一种无色的红外线吸收介质，从而这两块光学透明的塑料在进行激
光焊接后几乎看不见接缝的存在。
激光焊接的优点是焊接速度快、干净、非接触过程，因而闪
光和变形最小。
何谓振动焊接
振动焊接是属于摩擦焊接的一种。
首先将一方的制品固定后，另一方在加压的同时使其在水平
方向发生振动，然后使接合面软化,焊接。
振动方式可分为线形与轨道型二种。
线型是左右方
向振动，轨道型则是小圆形的振动。
因焊接面相对时间轴的速度是一定的，故轨道型振动可得
到均一的焊接面。
最大振幅：
线型为1.8mm，轨道型为1.5mm。
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接合部的接合形状案例
图2-2为最具代表性的接合形状例。
一般来说，只要在接合面之间有可供发生摩擦的接触面
即可。
但当制品厚度较薄或者是过于细长时，为了防止偏移、污点而设置钩型的凸缘（b），当
焊接时出现飞边等外观问题时，则设置飞边滞留（c～e）。
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------------------焊接条件
焊接条件取决于加压、振幅、焊接量，下图为焊接条件对焊接强度所产生影响的实验结果。
加压
采用低压，则可以得到较高的焊接强度。
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2）振幅
几乎不受振幅的影响。
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（3）焊接量
因材料而异，就实验范围内的焊接量来说，Duracon是越多越好。
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振动焊接强度案例
（1）材料间的比较
使用模型对本公司材料的振动焊接强度进行比较的实验结果如图6所示。
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（2）耐久性
上图为DuraconM90振动焊接品的热老化（hearaging）、热冲击的实验结果。
无论是哪一种实
验，其强度变化不是很明显。
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何谓高频率焊接
对磁性体或导电体施加高频率磁场，利用过电流损失所引起的热能使制品软化，以达到
二种制品焊接在一起的方法即高频焊接法。
产生高频磁场的最为常用的方法是，利用高频电流通过线圈，从而得到一个强大的高频
磁场。
一般而言，发热体为铁、铝、不锈钢等金属丝或金属片，但也使用添加一些磁性
体的塑料、塑料薄膜。
也有利用高频率感应加热，用于金属部件的嵌入等。
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工程塑料成形品加工技术之【粘接方法】篇
第一篇粘接工程树脂
虽然有各种方式可将工程树脂成形品与其他树脂成形品或金属接合，但最简单也最广泛的
方式则是，利用粘合剂予以粘接。
一、利用环氧树脂系粘合剂
其中以一剂型之粘合剂与二剂型（主剂＋硬化剂）与三成以上混合比例最为知名，选择时
必须考虑到产品的使用环境与生产性等条件。
要粘接本公司制的Duranex或Fortron时，也常用这种粘合剂。
环氧树脂粘合剂经过硬化後会变硬，因此一般都用来粘接要求强度的构件。
此外，也有
用环氧树脂粘合剂封止组件，或填充组件空洞部位的使用范例。
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一剂型环氧树脂粘合剂
一剂型属于事先在主剂中混入硬化剂（硬化剂的前驱体）的环氧树脂粘合剂，因此可省
去如二剂型般的主剂与硬化剂的调配作业。
一剂型环氧树脂粘合剂，会因加热而硬化，以发挥粘接能力。
大致上的硬化处理温度在
120～160左右，而且需花费十几分钟～九十分钟左右的硬化时间才可使用。
二剂型环氧树脂粘合剂
二剂型属于个别准备主剂与硬化剂，在使用时才将两者调配在一起的粘合剂。
在工程上
若需以规定比率调配主剂与硬化剂时，会比一剂型花费更多的时间。
当调配硬化剂後二剂型便开始硬化，因此在室温环境下就足以达到硬化阶段。
此外利用
加热则可促进硬化速度。
二剂型的硬化速度，会因温度或粘合剂的型号而异。
有些在室温环境下，经过数分钟後
就会硬化，有些则需经过数十小时才会硬化，有些则甚至需进行某种程度的加热处理才会
硬化，因此最重要的是必须事先确认硬化处理条件。
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Duranex的环氧树脂粘接性
Duranex可藉由环氧树脂粘合剂轻松粘接。
但是，它的粘接性会因Duranex的等级而异，使用时请先利用树脂数据库进行确认。
此外，若需执行热硬化处理时，会因处理温度而让Duranex发生变形或收缩等情况，因
此最好避免使用硬化处理温度较高的环氧树脂粘合剂。
Fortron的环氧树脂粘接性
可用环氧树脂粘合剂坚固粘接Fortron。
由于Fortron具有高耐热性，因此即使实施热硬
化处理，大致上也不会出现问题。
Duracon的环氧树脂粘接性
不易使用环氧树脂粘合剂来粘接Duracon。
在正常状态下则无法粘接。
无论如何都必须使用环氧树脂粘合剂时，就必须实施特别的表面处理。
Vectra的环氧树脂粘接性
由於Vectora成形品容易引起表层剥离问题因此Vectra的环氧树脂粘接性会受到Vectra，，
成形品的表层状态所影响。
若能事先掌握成形品的表层剥离状态，就可获得良好的界面粘
接力。
粘接时注意事项：
属于采用一般的粘接性评价，但这是将ASTM1号拉伸实验片切断成2片，再将二者重叠
粘接後，再测量拉伸剪断强度的方法。
此时要注意的是，这种评估方法是用来判断属性的相对性比较，并非是用来判断与实
际产品的密合性。
例如：
采用封止方法时，即使用拉伸剪断实验的材料破坏属性较佳，但会因硬化时的
收缩，及施加加热冲击时的线膨胀不同，而引起剥离。
此外用适合Duracon的氰基丙烯酸
酯系粘合剂（瞬间），对粘接物施加冲击後，就会轻易的发生剥离现象。
因此需考量到施
加这些压力後所产生的差异。
选择粘合剂的注意事项
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*封止时
材料与粘合剂的线膨胀系数，并不会出现太大的差异。
树脂成形品属于刚体时，当粘合剂硬化时，并不会出现太大的收缩情况
当成形品会出现某种程度的变形时，虽然并不会剥离，但若属刚硬体时，收缩情况会较大，
且容易发生剥离。
当树脂成形品相当薄时，则同于
（2）一样，并不会出现太大的收缩情况
耐收缩、不断裂的成形品容易破裂。
上述内容是相当重要的内容。
即使采用拉伸剪断强度实验，最好采用强度较高者。
*已考虑到实际使用环境时
使用环境为粘合剂本身能承受的范围
丁腈橡胶等合成橡胶系、尿烷系、氰基丙烯酸酯系等粘合剂，会出现持久温度较低，尤其
是氰基丙烯酸酯系粘合剂，在高温、高湿度的环境下，强度会出现明显下降的情况。
遇冲击力时，属于高韧性
有时需要弹性体，为此须特别注意。
尤其象氰基丙烯酸系列或环氧树脂系列的粘合剂，硬
化后粘合剂会变得格外坚硬，在选择时必须考虑到是否会受冲击。
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如此说来，只根据拉伸剪断强度来选择粘合剂，可说是非常危险的行为。
拉伸剪断强度只
是选择粘合剂时的一项指标，因此还是必须注意使用环境、粘接种类（是否有粘接、有无
封止）、施力等情况。
二、硅胶系粘合剂
硅胶系粘合剂的耐溶剂性较高，在广泛的温度环境下具有稳定的性质。
虽然大部分皆属一剂型粘合剂，但也有二剂型（主剂＋硬化剂）与混合三成以上的粘
合剂。
硬化条件则可分为，在室温环境下就可硬化，以及必须以百数十度进行加热处理的方
式。
此外，也会因硬化反应的样式不同而有各种种类，而且树脂的粘接性也会因粘合剂的
种类而异。
几乎所有的硅胶粘合剂，在硬化後会出现具弹力的橡胶性状。
换言之，若与要
求粘接强度相较之下，反倒是适用于需要气密性、耐药品性的部份或严苛环境（温度范围
广泛、极高温或极低温）下。
此外，也被用于封止电子零组件等。
三、尿烷系粘合剂
由於尿烷系粘合剂和许多树脂与金属皆具有密合性，即使是环氧树脂系粘合剂或硅胶系粘
合剂等无法获得充分粘接力的树脂（聚缩醛树脂等），也可进行良好的粘接效果。
但有时
会出现较为柔软、耐热性、耐溶剂性方面的问题。
尿烷系粘合剂有一、二剂型。
若有粘接力的问题时，则实施专用底漆（primer）处理，就可
提昇粘接性。
尤其是一剂型的硬化反应，由於周边环境需要水份，因此会因湿度环境而改变硬化时间。
四、氰基丙烯酸酯粘合剂
氰基丙烯酸酯粘合剂就是所谓的瞬间胶。
它属于可将粘附物表面的水视为触媒，在室温环境下瞬间引起硬化反应，以坚固的粘接
粘附物。
它的优点是，具有高度的粘接强度，可用于室温环境下，属于无溶剂一剂型因而
使用便利，但必须注意使用环境、粘接处理时的操作方法与粘合剂的保管方法，而且使用
范围有某种程度的限制。
氰基丙烯酸酯粘合剂加水後容易分解，在高温、高湿度环境下使用时，必须注意长期的
粘接性。
此外，基于同样的理由，最好避免用于粘接硷性玻璃。
硬化後就会变硬，然而却因它具有脆弱的一面，因此最好避免用于可能会施加强劲冲击
的部位。
氰基丙烯酸酯粘合剂，能发挥高度的粘合剂流动性，并在粘附物与粘附物相互密合的状
态下，可发挥高度的粘接力，因此当成形品出现缩孔状凹斑，甚至出现缝隙时，可能就无
法获得充分的粘接力了。
基于相同理由，用砂纸磨粗表面时，会在粘接部位上产生缝隙，如此一来就会降低粘接
力。
此外，根据某些报告得知，执行表面活性化处理後，会衍生出抑制粘合剂硬化的成份而
降低粘接力，因此如有必要则需执行前置处理等作业。
最近，为了提昇氰基丙烯酸酯粘合剂的粘接性，也有采用专用底漆的方式。
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