一种非直接接触法超声植入焊接塑料的方法技术

一种非直接接触法超声植入焊接塑料的方法，属于材料连接领域。该非直接接触法超声植入焊接塑料的方法是：将金属植入体局部夹持在两块热塑性塑料板材的焊接区域之间，并对焊接区域表面持续施加0.4～0.6MPa的压力；在未夹持在焊接区域之间的金属值入体的两端的一侧加入压力为0.2～0.6MPa的超声焊头，一侧放入垫块；在超声焊头和焊缝周围分别放入测温装置测量热量，进行超声焊接，得到热塑性塑料焊接接头。该方法利用金属植入体与两侧的超声焊头之间的摩擦，从而加热金属植入体，通过金属植入体作为传热介质，实现界面温度传递，有效提供焊接过程所需的热量，当焊接界面处温度达到塑料的熔点，在压力作用下完成热塑性塑料的连接。接。接。

【技术实现步骤摘要】
一种非直接接触法超声植入焊接塑料的方法


[0001]本专利技术属于材料连接
，具体涉及到一种非直接接触法超声植入焊接塑料的方法。

技术介绍

[0002]焊接技术在金属材料领域已经广泛应用，近些年来在高分子材料领域也开始逐步应用，但是将焊接技术应用在塑料材料中是一个新兴领域。为了应用于塑料材料的连接，许多传统的连接技术正在被改进，焊接技术则是其中的一大类。塑料焊接技术主要应用在热塑性塑料结构的连接中。
[0003]热塑性塑料因其优越的机械性能、良好的焊接性、短的生产周期和潜在的可回收性，越来越受到汽车和航空航天行业研究人员的关注。热塑性塑料的应用比例在一定程度上已经成为衡量结构进步的一个指标。因此，加快热塑性塑料的研究，改进热塑性塑料的装配技术是推进热塑性塑料轻量化发展的关键。超声波焊接作为一种热塑性塑料结构装配的通用焊接技术，其高频低振幅振动为焊接界面提供热量，同时通过焊头施加压力。此外，超声波焊接非常适合用于自动化连接长接缝(>10厘米)，广泛应用于碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料、碳纤维增强聚醚酮酮复合材料、碳纤维增强聚酰胺66(CF/PA66)复合材料和聚丙烯(PP)等塑料材料的制造和连接。
[0004]中国专利技术专利(授权公告号为：CN108908945B)专利技术了一种多层塑料片材的超声波焊接方法，但此方法仅针对薄塑料片(单层1毫米以下)，且会在焊接区域产生凹坑，会严重影响焊件的性能。
[0005]由于传统超声焊头的振动和压力，上部基板的受力位置往往会产生不可逆的损伤。类似的研究发现，上工件表面形成的压痕直接影响层合板的连续性和接头的力学性能，这似乎是一个不可避免的问题。因此，非直接接触的焊接方法的发展已经成为避免基材损伤的必然途径。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种非直接接触法超声植入焊接塑料的方法。该方法利用金属植入体与两侧的超声焊头之间的摩擦，从而加热金属植入体，通过金属植入体作为传热介质，实现界面温度传递，可有效提供焊接过程所需的热量，当焊接界面处温度达到塑料的熔点，在压力作用下完成热塑性塑料的连接。
[0007]本专利技术的一种非直接接触法超声植入焊接塑料的方法，包括以下步骤：
[0008]S1：将金属植入体局部夹持在两块热塑性塑料板材的焊接区域之间，并对焊接区域表面持续施加0.4～0.6MPa的压力；其中，金属植入体采用金属网；
[0009]S2：在未夹持在焊接区域之间的金属值入体的两端的一侧加入压力为0.2～0.6MPa的超声焊头，另一侧放入垫块；
[0010]S3：在超声焊头和焊缝周围分别放入测温装置测量热量，进行超声焊接，得到热塑
性塑料焊接接头；其中，根据热塑性塑料板材的熔点确定超声焊接的振幅和超声焊接时间，采用的超声焊接的焊接频率为15kHz。
[0011]所述的S1中，热塑性塑料选自聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚芳醚酮(PAEK)、聚酰胺66(PA66)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)中的一种，其中热塑性塑料板材的厚度为3～6mm。
[0012]所述的S1中，金属网选自铜网、不锈钢网、铁铬铝合金网、镍铜合金网中的一种，优选为铜网。
[0013]所述的S1中，金属网为编织网，其孔径为30～500μm，丝径为30～200μm。
[0014]所述的S2中，超声焊头振动方向为水平振动。
[0015]所述的S3中，更优选为，超声焊接的振幅为5～40μm，超声焊接时间为3～15s。
[0016]所述的S3中，测温装置优选为热电偶。
[0017]所述的S3中，根据热塑性塑料板材的熔点确定超声焊接的振幅和超声焊接时间的方法为：通过测温装置测量焊缝周围的温度，当测温装置检测焊缝周围的金属植入体的温度达到热塑性塑料板材的熔点，则超声焊接的振幅和超声焊接时间确定，如果测温装置检测金属植入体的温度没有达到热塑性塑料板材的熔点，则增加超声焊接的振幅和/或增加超声焊接时间，通过设置在超声焊头测温装置进行监测，避免温度过高(超过热塑性塑料的热分解温度)，导致塑料分解。
[0018]所述的S3中，振幅决定了摩擦的剧烈程度，振幅大小会影响塑料表面的清洁度、塑性流动状态和加热温度，因为不同的热塑性塑料具有不同的物理性能，所以在不同振幅的超声波作用下，热塑性塑料表面的升温速率也不同。如果振幅太小，则很难使热塑性塑料在焊接区域达到其熔化温度，因此对于每种聚合物材料，都应该有一个最佳焊接振幅的范围，并且适当增大振幅有利于提高焊接质量。
[0019]所述的S3中，焊接时间是指焊接过程中超声波作用施加的时间。焊接时间太短会导致无法产生足够的能量，不能形成高质量的焊接头。随着焊接时间的增加，焊接界面会吸收更多的能量，焊接头温度持续升高，焊接界面面积也会增加，焊接头的强度随之提高。然而焊接时间并不是越长越好，过长的焊接时间会造成焊接区域内材料热分解、变色、碳化以及溢出等破坏发生。
[0020]本专利技术的一种非直接接触法超声植入焊接塑料的方法，焊接制得的热塑性塑料焊接接头，界面拉伸强度为2～50MPa。
[0021]本专利技术的一种非直接接触法超声植入焊接塑料的方法，其有益效果为：
[0022]1)先进的超声焊接设备可全面控制和监控焊接的过程，且非常适合用于自动化连接长接缝(>10厘米)。
[0023]2)超声焊接技术的高效率使其相较于其他连接技术具有更高的产率和更低的成本，并且也不需要特定的循环系统来去除烟雾或降温。
[0024]3)传统超声波焊接上工件表面形成的压痕直接影响层合板的连续性和接头的力学性能，而非直接接触法超声植入焊接方法可以避免基材损伤。
[0025]4)非直接接触法超声植入焊接，利用金属植入体与超声焊头之间的摩擦，加热金属植入体使其作为加热介质，实现界面温度传递，可有效提供焊接过程所需的热量，在压力下完成热塑性连接。
附图说明
[0026]图1为非直接接触法超声植入焊接示意图；图中，1
‑
超声焊头；2
‑
金属植入体；3
‑
第一热塑性塑料；4
‑
第二热塑性塑料；5
‑
夹持装置；6
‑
热电偶；7
‑
垫块。
[0027]图2为聚丙烯塑料接头在不同超声焊接时间下的焊缝显微组织图；(a)超声焊接时间为3s；(b)超声焊接时间为5s；(c)超声焊接时间为10s。
具体实施方式
[0028]以下结合技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。
[0029]以下实施例中，针对不同热塑性树脂和不同金属植入体，在不同焊接参数下，利用金属植入体与两侧的超声焊头之间的摩擦加热金属植入体，以金属植入体作为传热介质，实现界面温度传递，当焊接界面处温度达到热塑性塑料的熔点，在压力作用下完成热塑性塑料的连接。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非直接接触法超声植入焊接塑料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将金属植入体局部夹持在两块热塑性塑料板材的焊接区域之间，并对焊接区域表面持续施加0.4～0.6MPa的压力；其中，金属植入体采用金属网；S2：在未夹持在焊接区域之间的金属值入体的两端的一侧加入压力为0.2～0.6MPa的超声焊头，另一侧放入垫块；S3：在超声焊头和焊缝周围分别放入测温装置测量热量，进行超声焊接，得到热塑性塑料焊接接头；其中，根据热塑性塑料板材的熔点确定超声焊接的振幅和超声焊接时间。2.根据权利要求1所述的非直接接触法超声植入焊接塑料的方法，其特征在于，所述的S1中，热塑性塑料选自聚丙烯、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚酰胺66、聚醚酰亚胺、聚氯乙烯、聚乙烯中的一种。3.根据权利要求1所述的非直接接触法超声植入焊接塑料的方法，其特征在于，热塑性塑料板材的厚度为3～6mm。4.根据权利要求1所述的非直接接触法超声植入焊接塑料的方法，其特征在于，所述的S1中，金属网选自铜网、不锈钢网、铁铬铝合金网、镍铜合金网中的一种。5.根据权利要求1所述的非直接接触法超声植入焊接塑料的方法，其特征在于，所述的S1中，金属网为编织网，其孔径为30～500μm，丝径为30～200μm。6.根据权利要求1所述的非...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，肖存勇，熊需海，姚健，任荣，陈平，赵普，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：