Ultrasone plastic assemblagetechnologie wordt veel gebruikt bij het aansluiten van thermoplastics. De door het geproduceerde gewrichten zijn niet alleen sterk en duurzaam, maar ook mooi in uiterlijk. Deze technologie omvat vier hoofdcategorieën, waaronder ultrasoon lassen de focus van onderzoek is. Ultrasone lassen maakt gebruik van hoogfrequente ultrasone energie (15-50 kHz) om mechanische trillingen met lage amplitude (1-100 μm) te genereren. Deze trillingen werkt op de gewrichten van de componenten, smelt het thermoplastische materiaal door wrijvingswarmte generatie en vormt vervolgens een las. De lassnelheid is extreem snel, meestal tussen 0,1 seconden en 1,0 seconden.
Tijdens het ultrasone lasproces worden sinusvormige staande golven gegenereerd in thermoplastics. Vanwege intermoleculaire wrijving wordt een deel van de energie omgezet in warmte -energie, wat de temperatuur van het materiaal verhoogt. Een ander deel van de energie wordt geconcentreerd en overgebracht naar het gewricht, dat verder lokaal wordt verwarmd door grenswrijving. Daarom worden het transmissiepad van ultrasone energie en het smeltgedrag van het materiaal gezamenlijk beïnvloed door de geometrie van het onderdeel en de ultrasone absorptiekarakteristieken van het materiaal.
Wanneer de trillingsbron dicht bij het lasgewricht ligt, heeft het materiaal minder energieabsorptieverlies. Als de afstand van de trillingsbron tot het gewricht minder is dan 6,4 mm, wordt het proces bijna-veldlassen genoemd, dat geschikt is voor kristallijne materialen met hoge energie-absorptie en lage stijfheidsmaterialen. Als de afstand groter is dan 6,4 mm, wordt deze verre-veldlassen genoemd, wat geschikt is voor amorfe materialen met lage energie-absorptie en hoge stijfheidsmaterialen.
Vanwege de "ongelijke" kenmerken van het gewrichtsoppervlak is het gemakkelijk om hoge temperatuur en hoge wrijving te genereren, die bevorderlijk is voor de accumulatie van ultrasone energie. In veel ultrasone lastoepassingen is een driehoekig uitsteeksel ontworpen op het oppervlak van het bovenste gedeelte, de energiegidsrib genoemd, die de trillingsergie begeleidt om zich te concentreren op het gewricht.
Tijdens het ultrasone lasproces werkt de trillingsenergie verticaal op het gewrichtsoppervlak en de punt van de energiegidsrib neemt contact op met het gelaste deel onder druk. Vanwege de generatie van wrijvingswarmte wordt een grote hoeveelheid warmte op de punt gegenereerd, waardoor de rib van de energiegids begint te smelten. Het hele lasproces kan worden verdeeld in vier fasen. Ten eerste begint de bovenkant van de energiegidsrib te smelten en de smeltsnelheid neemt geleidelijk toe. Naarmate de opening aan beide zijden van het gewricht afneemt, zal de gesmolten energiegidsrib zich volledig verspreiden en contact opnemen met het onderstaande onderdeel, en de smeltsnelheid zal op dit moment afnemen. Ten tweede zijn de bovenste en onderste delen in oppervlaktecontact en wordt het smeltgebied verder uitgebreid. Vervolgens komt het de steady-state smeltfase binnen, op welk moment een gesmolten laag van een bepaalde dikte wordt gevormd, vergezeld van een stabiel temperatuurveld. Wanneer de vooraf ingestelde lassenergie, tijd of andere controlecondities worden bereikt, zal de ultrasone trillingen stoppen. Ten slotte wordt de druk gehandhaafd, wordt de overtollige smelt uit de las geperst en de delen worden verbonden door moleculaire bindingen en geleidelijk gekoeld.
Voor- en nadelen van ultrasoon lassen
Als een plastic bundeltechnologie die veel wordt gebruikt in het industriële veld, valt ultrasone lassen op voor zijn snelle, economische, gemakkelijke automatiseringsintegratie en geschiktheid voor massaproductie. De lasstabiliteit is uitstekend, de sterkte is ook hoog en de lastijd is korter dan andere processen. Bovendien vereist deze technologie geen complex ventilatiesysteem om rook of een koelsysteem te verwijderen om overtollige warmte te verwijderen, met een hoge energieverbruik, hogere productie -efficiëntie en lagere kosten. Het schimmelontwerp is relatief eenvoudig en de schimmelveranderingssnelheid is snel, waardoor het gebruikssnelheid en de veelzijdigheid van de apparatuur worden verbeterd. Het is vermeldenswaard dat, aangezien geen andere hulp lasmaterialen in de las worden geïntroduceerd, de las schoon en vrij van onzuiverheden blijft, geen invloed heeft op de biocompatibiliteit van de apparatuur en zeer geschikt is voor gebruik in de gezondheidszorg met hogere vereisten voor netheid.
Ultrasone lassen wordt echter ook geconfronteerd met enkele beperkingen. Voor producten met een grootte van meer dan 250 mmx300 mm wordt het ontwerp van de laskop moeilijk en is het vaak nodig om meerdere laskoppen te gebruiken voor synchroon lassen of een enkele laskop voor meervoudig lassen om te voltooien. Bovendien zijn de resultaten van ultrasoon lassen nauw verwant aan factoren zoals lasstructuurontwerp, spuitgegoten onderdeeldimensionale fouten en vervorming. Tegelijkertijd kunnen ultrasone trillingen schade veroorzaken aan gevoelige elektronische componenten, hoewel dergelijke risico's kunnen worden verminderd door de frequentie te verhogen en de amplitude te verminderen.
Aanvraagvelden
Ultrasone lassen wordt veel gebruikt in veel industrieën. In de auto -industrie wordt het bijvoorbeeld gebruikt om componenten zoals koplampen, dashboards, knoppen en schakelaars aan te sluiten; In de elektronica- en elektrische industrie wordt deze technologie ook vaak gebruikt om componenten zoals schakelaars, sensoren en actuatoren te verbinden; Bovendien is ultrasoon lassen ook onmisbaar in het productieproces van producten zoals filters, katheters, medische kleding en maskers op medisch gebied. Tegelijkertijd profiteert de productie van producten zoals blisterzakken, tassen, opslagcontainers en sproeiers in de verpakkingsindustrie ook van de efficiëntie en het gemak van ultrasoon lassen.
De koffiekopje is gemaakt van PS-materiaal, en het lasontwerp combineert slim de groove en de energierijke rib, die niet alleen de stabiliteit van de verbinding waarborgt, maar ook de efficiëntie van de productie verbetert.
De elektronische schakelaar is gemaakt van ABS -plastic en verfijnd door ultrasone meeslepen.
De reflector is gemaakt van een gemengd materiaal van ABS en PC, en combineert het lasproces van stappen en energierijke ribben om een uniek structureel ontwerp te creëren.
De elektronische lamp maakt gebruik van een composietmateriaal van ABS en PMMA, gecombineerd met het voortreffelijke lasproces van vlakke en energiebestendige ribben, die een unieke ontwerpstijl presenteren.
De elektrische connector combineert de vaste materialen van ABS en metaal en zorgt voor de stabiliteit en duurzaamheid van de verbinding door precieze ultrasone meeslepen.
De medische fles is gemaakt van pc-materiaal en gebruikt slim het fusieontwerp van vlakke en energiegidsriblassen.
De flankfilterfles is gemaakt van nylon 6-6 en het ontwerp combineert slim de dubbele processen van afschuifnaden en lassen.
De assemblage van het filtermembraan en het geluidsabsorberende katoen maakt gebruik van een composietmateriaal van nylon gedoteerd met 30% glasvezel en wordt fijn geassembleerd door een doordringend lasproces.
De elektrische doos maakt gebruik van een composietmateriaal van PS en koperen moeren en wordt fijn gemaakt via ultrasone Inlay -technologie.
De rotor maakt gebruik van PS-materiaal en combineert het slimme ontwerp van het vlak en energie-geleidende riblassen.
Polymeerstructuur
De moleculaire structuur van amorfe kunststoffen is willekeurig verdeeld en mist een vaste opstellingsrichting. Het kenmerk is dat het geleidelijk verzacht met het temperatuurbereik. Wanneer dit type materiaal de glasovergangstemperatuur bereikt, verzacht het geleidelijk en komt het uiteindelijk in een vloeibare gesmolten toestand. Het materiaalproces van vloeistof tot stolling is geleidelijk. Amorfe kunststoffen kunnen ultrasone trillingen effectief overbrengen, en vanwege hun brede verzachtingstemperatuurbereik zijn ze gemakkelijker te lassen en te bereiken.
Aan de andere kant is de moleculaire structuur van semi-kristallijne kunststoffen geordend gerangschikt. Hoge hitte is de sleutel om de ordelijke opstelling op te splitsen. Deze kunststoffen hebben scherpe smeltpunten, en zodra de temperatuur enigszins daalt, zal de vloeibare toestand snel stollen. Daarom zal de smelt die uit het hete smeltgebied stroomt, snel stollen. Wanneer vaste stof is het moleculaire gedrag van semi-kristallijne materialen als een veer, waardoor de meeste ultrasone trillingen worden geabsorbeerd in plaats van ze over te dragen naar het gewrichtsgebied. Daarom is voor semi-kristallijne kunststoffen een laskop met hoge amplitude vereist om voldoende warmte te genereren.
TG -glasovergangstemperatuur en TM smelttemperatuur
Bij het bespreken van de polymeerstructuur noemden we twee belangrijke temperatuurconcepten: TG -glasovergangstemperatuur en TM -smelttemperatuur. TG is de temperatuur waarbij het materiaal van een glazige toestand verandert in een zeer elastische toestand, op welk moment het materiaal geleidelijk begint te verzachten. TM is de temperatuur die nodig is om het materiaal volledig in een vloeistof te smelten. Deze twee temperatuurkenmerken zijn cruciaal om de verwerking en prestaties van polymeermaterialen te begrijpen.
De linkerkant van de bovenstaande figuur toont een amorf plastic, terwijl de rechterkant een semi-kristallijn plastic toont. In thermoplasten kunnen vulstoffen zoals glasvezel, talk en mineralen het effect van ultrasoon lassen verbeteren of remmen. Bepaalde materialen, zoals calciumcarbonaat, kaolin, talk, aluminiumoxide, evenals organische vezels, silica, glazen ballen, calciummetasilicaat (wollastoniet) en mica, kunnen de hardheid van de hars vergroten. Studies hebben aangetoond dat wanneer het vulstofgehalte 20%bereikt, dit de transmissie-efficiëntie van ultrasone trillingen in het materiaal effectief kan verbeteren, vooral voor semi-kristallijne materialen. Wanneer het vulstofgehalte echter 35%overschrijdt, kan de betrouwbaarheid van het zegel worden beïnvloed als gevolg van onvoldoende harsgehalte bij de las. Wanneer het vulstofgehalte 40%bereikt, verzamelen de glasvezels zich op de gewrichtspositie, wat resulteert in onvoldoende harsgehalte bij de las, die op zijn beurt de lassterkte beïnvloedt. Bovendien hebben tijdens het spuitgietproces lange glasvezels de neiging om zich op te hopen op de energiebeoordelingsribben. Een effectieve oplossing is om korte glasvezels te gebruiken in plaats van lange glasvezels.
Bovendien, wanneer het vulgehalte groter is dan 10%, kunnen schurende deeltjes in het materiaal slijtage van de laskop veroorzaken. Daarom wordt het aanbevolen om een laskop van een carbide stalen of een laskop van titaniumlegering te gebruiken bedekt met wolfraamcarbidecoating. Tegelijkertijd kan het nodig zijn om een ultrasone apparaat met een hoger vermogen te selecteren om ervoor te zorgen dat voldoende warmte wordt gegenereerd bij het gewricht.
Aan de andere kant, hoewel additieven de algehele prestaties of spuitgieten van het materiaal kunnen verbeteren, hebben ze vaak een remmend effect op ultrasoon lassen. Typische additieven omvatten smeermiddelen, weekmakers, impactmodificatoren, vlamvertragers, kleurstoffen, schuimmiddelen en hergroundharsen. Smeermiddelen zoals was, zink stearaat, stearinezuur en vetzuuresters verminderen bijvoorbeeld de wrijvingscoëfficiënt tussen polymeermoleculen, waardoor de opwekking van warmte wordt verminderd. Dit effect is echter meestal kleiner bij het gewricht omdat de smeermiddelconcentratie laag en gelijkmatig verspreid is. Aan de andere kant verhogen weekmakers zoals organische vloeistoffen op hoge temperatuur of smeltende vaste stoffen op lage temperatuur de zachtheid van het materiaal en verminderen de stijfheid, maar ze verminderen de aantrekkingskracht tussen de interne moleculen van het polymeer en verstoren de transmissie van trillingsergie. In het bijzonder zijn sterk geplastificeerde materialen zoals vinyl zeer ongeschikt als transmissiematerialen voor ultrasone trillingen. Bovendien kunnen weekmakers als interne additieven in de loop van de tijd naar het oppervlak van het plastic migreren, wat het effect van ultrasoon lassen verder beïnvloedt. Evenzo verminderen impactmodificatoren zoals rubber ook het vermogen van het materiaal om ultrasone trillingen over te dragen, waardoor een grotere amplitude nodig is om het plastic te smelten.
Vlamvertragers, anorganische oxiden of gehalogeneerde organische elementen (zoals aluminium, antimoon, boor, chloor, broom, zwavel, stikstof of fosfor) toegevoegd aan het materiaal kunnen de brandweerkolte van het materiaal effectief onderdrukken of de verstrijlingskenmerken wijzigen. Deze ingrediënten maken het materiaal echter vaak onbelast, vooral wanneer de vlamvertragende goed is voor 50% of meer, wat de hoeveelheid lasbaar materiaal aanzienlijk zal verminderen. Voor dergelijke materialen zijn hoogkrachtige ultrasone apparatuur en laskoppen met grote amplitudes vereist en het gewrichtsontwerp wordt aangepast om het aandeel lasbaar materiaal te vergroten.
De meeste kleurstoffen, waaronder pigmenten en kleurstoffen, belemmeren de overdracht van ultrasone trillingen niet. Ze kunnen echter de hoeveelheid lasbaar materiaal in het gewrichtsgebied verminderen. In het bijzonder, wanneer het gehalte aan titaniumdioxide (TiO2) groter is dan 5%, zal het smeereffect duidelijk worden, wat een remmend effect zal hebben op ultrasoon lassen. Tegelijkertijd zal Carbon Black de verspreiding van ultrasone energie in het materiaal verstoren.
Schuimmiddelen verminderen het vermogen van het materiaal om ultrasone trillingen over te dragen omdat hun lage dichtheid en een groot aantal poriën in de moleculaire structuur effectieve energietransmissie voorkomen.
Wanneer gemalen hars (regrinding) in het materiaal wordt gemengd, moeten de toevoeging en volume zorgvuldig worden geëvalueerd en geregeld om het laseffect te optimaliseren. In sommige gevallen mag regroind helemaal niet worden gebruikt en is 100% maagdelijk materiaal vereist.
Hoewel schimmelafgifte -middelen zoals zink stearate, aluminium stearaat, fluorocoolwaterstoffen en siliconen kunnen helpen om spuitgegoten onderdelen vrij te maken, kunnen ze overbrengen naar het gewrichtsoppervlak en de wrijvingscoëfficiënt van het materiaal verminderen, waardoor de warmtegeratie wordt verminderd en ultrasoon lassen remmen. Tegelijkertijd kunnen schimmelafgifte -middelen ook chemische besmetting in de hars veroorzaken en de vorming van de juiste chemische bindingen beïnvloeden. Vooral siliconen hebben de belangrijkste impact. Daarom is het bij gebruik van schimmelafgifte -agenten noodzakelijk om de juiste cijfer zorgvuldig te selecteren en maatregelen te nemen om te voorkomen dat het naar het oppervlak van het onderdeel wordt overgebracht.
Bovendien kunnen verschillende soorten materialen verschillende smelttemperaturen en stroomindexen hebben, die ook het effect van ultrasoon lassen kunnen beïnvloeden. Cast cijfers van PMMA kunnen bijvoorbeeld moeilijker te lassen zijn dan injectie/extrusiegraden vanwege hun hogere molecuulgewicht en smelttemperatuur. Om het beste laseffect te verkrijgen, probeer dan om materialen van dezelfde graad voor lassen te selecteren en ervoor te zorgen dat de stroomindex van de twee materialen vergelijkbaar is en het verschil in smelttemperatuur binnen 22 graden is.
Het vochtgehalte van een materiaal heeft een aanzienlijk effect op de lassterkte. Hydroscopische materialen zoals PBT, PC, PSU en nylon absorberen gemakkelijk vocht uit de lucht. Tijdens het lasproces zal dit geabsorbeerde vocht koken bij hoge temperaturen, en het gegenereerde gas, indien gevangen in de las, zal poriën vormen en het plastic afbreken, waardoor de esthetiek, sterkte en afdichting van de las wordt beïnvloed. Om dit te voorkomen, moeten hydroscopische materialen onmiddellijk na spuitgieten worden gelast. Als onmiddellijk lassen niet mogelijk is, moeten de gedroogde delen worden opgeslagen in een droge PE -zak of gedurende 3 uur in een oven worden geplaatst vóór het lassen.
Bij het lassen van verschillende soorten materialen moet bovendien speciale aandacht worden besteed aan de smelttemperatuur en de moleculaire structuur van de twee materialen. De ideale lasvoorwaarde is dat het smelttemperatuurverschil van de twee materialen niet groter is dan 22 graden en de moleculaire structuur vergelijkbaar is. Als het smelttemperatuurverschil te groot is, zal het materiaal met een lager smeltpunt eerst smelten en stromen, en zal het niet voldoende warmte bieden om het materiaal met een hoger smeltpunt te smelten. Bij het lassen van PMMA met hoge smeltende punten met een pMMA met een laag smeltende punt, als de energiegeleider zich op de hoogsmeltende PMMA bevindt, zal het laagsmeltende materiaalgewricht eerst smelten en stromen, waardoor de energiegeleider verzacht, die op zijn beurt de lassterkte beïnvloedt.
Bovendien is materiaalcompatibiliteit ook een sleutelfactor voor succesvol lassen. Alleen chemisch compatibele materialen, dat wil zeggen materialen met vergelijkbare moleculaire structuren, kunnen worden gelast. Het is vermeldenswaard dat materiaalcompatibiliteit voornamelijk bestaat tussen amorfe materialen, zoals ABS en PMMA, PC en PMMA en PS en gemodificeerde PPO. Semi-kristallijne kunststoffen zoals PP en PE, hoewel ze vergelijkbare fysische eigenschappen hebben, hebben echter verschillende moleculaire structuren en hebben daarom geen materiaalcompatibiliteit en kan niet worden gelast.
