PPS塑料的超聲波焊接工藝

　　PPS塑料能夠超聲波焊接嗎？文章對PPS塑料超聲焊接的常見問題，如超聲焊筋設計、焊接條件和焊接強度，進行詳細描述。超聲波技術(shù)不僅用于組件焊接，也同樣適合超聲波鉚接和超聲波鑲嵌工藝。

　　我公司在PPS塑料制品超聲波焊接工藝方面有著非常豐富的經(jīng)驗，我們廣泛做過PPS塑料葉輪、汽車電器連接器等部件；掃面網(wǎng)站左側(cè)二維碼，免費提供PPS塑料超聲波焊接工藝參數(shù)咨詢。

   PPS（聚苯硫醚）是一種半結(jié)晶熱塑性塑料，具有陡峭的熔融曲線和較高的熔化溫度（285°C，545°F)，其純料PPS不適合超聲波焊接。但在添加玻璃纖維和其它填料后，因PPS混合物剛度大大增加，有助于超聲波振動傳遞，所以可用超聲波焊接。在焊接筋設計合理的條件下，玻纖含量40% PPS可以很容易焊接。然而繼續(xù)增加玻纖含量和礦物粉時，因為混合物中樹脂成分含量變低了，導致超聲焊接困難。

直徑128PPS材質(zhì)葉輪超聲波焊接視頻

超聲波焊接筋設計

   PPS產(chǎn)品焊接筋設計對焊接強度至關重要。需要從組件裝配上考慮零件及焊接筋的設計，以及這些設計對超聲波焊接工藝的影響。

　　對于PPS材料焊接，一般采用剪切縫設計。對于采用三角導能筋或者臺階式焊筋設計，不同型號含有不同成分的PPS有不同的焊接結(jié)果。對于含填料份量高的PPS混合物，在熔化時沒有足夠的流動性，無法流入兩側(cè)形成更多粘接區(qū)域，因此該類PPS混合物不適合采用三角導能筋或者臺階式焊筋設計。

　　對于剪切縫，在焊接過程中在連接界面上產(chǎn)生類似“涂抹”的動作，從而使得熔融塑料產(chǎn)生更大的流動性，更容易焊接。試驗證明，對于填料含量高的PPS，使用剪切縫的產(chǎn)品拉拔力是采用臺階式焊筋拉拔力的6倍。同時，剪切縫熔融和粘接區(qū)域更大，有助于密封。

典型的剪切縫和臺階式焊筋設計見下圖1和圖2。

    PPS塑料超聲波焊接——剪切式超聲波焊接線設計、 臺階式超聲波焊接線設計

　　對于最大尺寸大于89mm，或者形狀不規(guī)則的產(chǎn)品，由于注塑誤差難以控制會導致焊接結(jié)果不穩(wěn)定。因此，對于尺寸較大或者形狀不規(guī)則的產(chǎn)品不推薦剪切縫設計，而是推薦三角導能筋/臺階式/溝槽縫設計。一般來說，剪切縫的焊接深度大約是壁厚的1.25倍。

　　對于薄壁PPS塑料件的超聲焊接，采用20Khz頻率以上的焊接工藝更容易獲得成功。同時，具有瞬時功率小和防止部件損害的優(yōu)點。當采用導能筋焊筋設計時，對于典型的半結(jié)晶材料，三角筋尖角采用60°，底邊寬度一般是20%-25%的壁厚，高度是底邊寬度的0.866倍。

　　在設計選擇超聲波焊接工藝的產(chǎn)品時，必須考慮到盡量減少非必要的超聲波能量損失，記住這一點很重要。超聲波沿焊頭運動的方向傳播振動，能量大小與墻壁截面大小成正比。要振動的部分應該是裝配件中位置最上、重量最輕的零件，同時在焊筋上方應設計方便與焊頭接觸的較大平面。有時，還需要設計特殊的結(jié)構(gòu)將振動能量直接傳遞到焊縫處，例如在蓋子邊緣增加凸起的唇邊結(jié)構(gòu)。適當?shù)牧慵M裝間隙也是必要的，以避免干涉導致焊筋虛焊。振動路徑上的零件應增加倒圓角結(jié)構(gòu)，圓角大小是墻壁壁厚的0.6倍，以避免超聲波焊接時零件開裂。對稱設計的零件更容易焊接，因為其壓力和能量分布均勻。       

                                                                      PPS葉輪超聲波焊接案例

總而言之，以下是要避免的錯誤焊縫設計：

　　裝配組件間隙設計太小，存在緊或者干涉配合，阻礙超聲波振動有效傳遞到焊筋處；傳遞超聲振動的零件截面過小/薄，導致在大振幅下產(chǎn)生破裂；焊筋尺寸過大，導致瞬時功率輸出過大，可能損傷零件；直接與焊頭接觸的零件，不是組件中位置最上、重量最輕的零件；內(nèi)部尖角可能導致零件開裂；內(nèi)部金屬插件會吸收超聲振動，降低焊接效率，因此應在超聲焊接后組裝金屬件。焊接工藝建議

　　最佳超聲波焊接工藝很大程度上取決于零件質(zhì)量和組件裝配精度，以及所使用的焊接設備和治具。在產(chǎn)品設計階段，征求制造商的意見是很重要。焊接參數(shù)的調(diào)整應考慮零件材料成分、尺寸誤差和剛度，以及焊頭接觸產(chǎn)品位置與焊縫之間的距離。產(chǎn)品的可焊接性能，是指材料在不受損傷情況下傳遞超聲波振動的能力。

　　由于PPS是一種高熔點的半結(jié)晶熱塑性塑料，通常需要大振幅的超聲波振動來熔化塑料形成焊縫?？紤]PPS的高模量（高剛度）特性，因此輸出的振幅能夠在塑料件中傳遞相當長的距離。當焊頭與焊縫之間距離越大，需要的振幅也就越大。在近場焊接（焊頭接觸面與焊縫之間距離小于6mm）時，采用高頻率和較低振幅的焊接工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的焊接效率。在遠場焊接（焊頭接觸面與焊縫之間距離大于6mm）時，振幅傳遞距離受限于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，當墻壁越薄，超聲振動傳遞距離越短。

　　焊接所需的功率取決于焊接區(qū)域面積的大小，零件的幾何形狀和材料的吸收特性。PPS焊接時通常需要高功率輸出，以保證大部分能量非?？焖俚膫鬟f到焊縫處，同時避免對零件造成振動損傷。焊頭的速度要與PPS塑料熔化和焊縫成形速度相匹配。

當產(chǎn)品采用剪切縫設計時，初始參數(shù)可設定為高功率輸出、大變比調(diào)幅器、低焊接壓力，和較慢的焊接速度。然后，再根據(jù)實際焊接結(jié)果進行下一步調(diào)整。焊接時注意，大振幅和長時間振動會損傷零件表面。最大的焊接強度是在保壓階段形成。若氣密性不佳，可增大動態(tài)保壓距離或者保壓時間來進行改善。

　　采用剪切縫設計時，需要注意的是產(chǎn)品墻壁的側(cè)面支撐，以避免焊接中零件側(cè)壁張開導致焊接強度不良問題。治具可由鋁、鋼、樹脂或其它材料制成。治具與產(chǎn)品的配合間隙要適當，以提供適當?shù)闹?，并方便零件的取放?/span>

影響PPS塑料焊接強度的原因

　　焊縫的強度通常比本體材料低得多。因為焊縫上幾乎沒有什么玻璃纖維，所以焊縫強度主要取決于樹脂本身的強度。即變是在焊接純樹脂材料（不含玻璃纖維增強）時，焊縫強度通常也沒有本體材料大。對于某些特定的PPS材料，焊接強度可達50Mpa；對于大多數(shù)PPS材料，焊接強度不足35Mpa。此外，焊接強度隨著溫度升高而降低，如下圖（純料PPS抗拉強度隨溫度變化圖）所示。

除此之外，還有許多其它因素會影響焊接強度：

　　焊接區(qū)域面積。焊線越長，熔融塑料越多，焊接強度越大。但實際上，受注塑精度和治具等因素影響，焊接區(qū)域面積會比設計預想的要小很多。

　　注塑件尺寸精度和質(zhì)量。注塑缺陷如空隙，會吸收超聲振動，影響能量傳遞?？赡軙е铝慵砻鏍C傷和內(nèi)部裂紋，以及較低的焊接強度。

潤滑劑或脫模劑的此類表面污染，會減少摩擦生熱從而阻礙焊接過程。同時，因雜質(zhì)進入焊縫，會損害焊縫強度。

　　焊接過程中，焊縫處PPS塑料迅速熔化和迅速冷卻，容易產(chǎn)生較多的非晶態(tài)（無定形）的狀態(tài)。當產(chǎn)品使用溫度超過85°C，PPS會逐步轉(zhuǎn)變成半結(jié)晶狀態(tài)，從而在產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生額外的應力。