塑料熱板焊接機原理及其工藝介紹

1、熱板焊接簡介

　　熱板焊接是連接熱塑性合物最常用的方法之一，因為這種方法可形成軍固焊接，且簡單、可幕、經(jīng)濟。熱板焊接是將兩個焊接件貼近或靠近熱工具，通過傳導、對流和輻射加熱焊接表面，促使表面熔融，一且在焊接表面形成一定量的熔融層，就可以將熱源撤離，并將兩個焊接面合在一。通常存在一定量的擠壓流體可以確保徹底熔接，同時也可以除去表面污染。之后，接觸面固化，形成焊接熱板焊接是一個比較容易控制的一個操作過程，也是可形成牢固焊接的簡單工藝，其焊接產(chǎn)品可長期使用。事實上，其焊接強度比采用其他焊接方法獲得的強度都高。通常采用熱板焊接可以焊接未填充材料，如果選擇的參數(shù)合適，且焊接設(shè)計合理，可以獲得接近本體強度的焊接強度。為了提高力學性能或降低成本，在熱塑性聚合物中加入填料將對焊接有副作用，這增加了選擇合適參數(shù)和獲得高焊接強度的難度。這種情況下，要達到希望的焊接點強度，需要對工藝步驟進行更多的試驗。為了通過焊接點傳遞所設(shè)計的負荷，焊接點的設(shè)計也是很重要的熱板焊接通常用于批量生產(chǎn)，其焊接周期相對較長（10～30s或更長），這比內(nèi)加熱焊接方法如振動或超聲波焊接的周期還長。不過，熱板焊接的周期與注射模壓的周期相當，所以進行連續(xù)生產(chǎn)沒有問題。另外，可以增加焊接設(shè)備，來同時焊接多個部件，以縮短焊接周期。

　　熱板焊接早在20世紀30年代起就應用于連接PVC半成品。隨著聚烯烴應用的日益廣泛，熱板焊接也越來越重要，因為聚烯烴很難連接。熱板焊接可用于管道和儀器儀表的焊接，也可用于批量生產(chǎn)的熱塑性模壓制品。因此，幾乎所有比較大的塑料研究機構(gòu)都把他們的研發(fā)和模擬擴展到熱板焊接。與此同時，許多國內(nèi)外的焊接技術(shù)研究機構(gòu)［例如：德國的Deutscher Verband fuer Schweissen（DVS），美國的 American Welding Society（AWS）以及制定歐洲標準的 Comite Europeen de Normalisation（CEN）］編輯了一些指導手冊和說明書可以幫助使用者組裝焊接設(shè)備，并處理焊接過程中的問題。

2、熱板焊接工藝

2．1常規(guī)熱板焊接

與其他熱塑性材料的焊接方法相類似，熱板焊接也是通過提供必要的熱量和壓力來熔融和焊接部件。

圖3．1描述了熱板焊接的各個步驟。在加熱階段，焊點區(qū)域與熱板直接物理接觸，并通過傳導受熱。熱板溫度范圍大約為材料熔點以上30～70℃．在現(xiàn)實生產(chǎn)實際中，由于部件成型時的熱變形，部件的焊接面很少能符合理論焊接面。因此，在配合階段，焊接表面在高壓(0.2~0. 5MPa)下熔融， 使之與熱板表面的幾何形狀相符，也就是要求的焊接形狀。在這個階段擠壓出的熔體會燃燒掉。一旦焊接部分與熱板完全接觸，壓力就可以減到最小(但必須保證焊接部分與熱板繼續(xù)保持接觸),這時就是加熱時間的開始。該階段在不發(fā)生熔融材料明顯變形的情況下，熱量傳人焊點區(qū)域，熔融表面的溫度繼續(xù)緩慢升高，達到低于熱板表面溫度20左右。通過設(shè)定熱板溫度和控制加熱時間，可以精確控制熔融材料的黏度和塑化層厚度。為了減少熔融材料粘到熱板上，通常在熱板上涂一層聚四氟乙烯膜。為了避免聚四氟乙烯的降解，熱板的最高溫度要控制在250C以內(nèi)。

　　加熱階段結(jié)束后，開始進入過渡階段。此時，焊接件離開熱板，熱板縮回，焊接件在預定壓力下粘接在一起。這個時間越短越好，因為熔融層會逐漸變涼，如圖3.2.

　　焊接部分壓在一起時，就是焊接(熔焊)階段的開始。焊接壓力取決于熔體的粘度和熔融部分的厚度。焊接壓力一般為0. 025 ~0.05MPa。在整個冷圖3.2熱板焊接過程中溫度 和壓力歷程卻階段應該一直保持壓力不變。冷卻階段由于熱量向周圍空氣和材料內(nèi)部擴散，會引起熔融層溫度的降低。當熔融層溫度明顯低于晶體(半結(jié)晶性聚合物)熔點，或低于軟化溫度(無定形熱塑性聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)時，冷卻階段就結(jié)束了，此時可以撒消壓力，焊接件離開機器。如果焊接部分冷卻速度過快(例如使用冷卻劑),有可能焊接不好。應該非常注意的是已經(jīng)焊接完的部件在完全冷卻到室溫之前，不能承受壓力。焊接質(zhì)量很大程度上取決于熔融層的厚度，以及焊接完后焊接區(qū)城是否仍存在部分熔融層。如果施加的焊接壓力過大，有可能導致熔融層完全被擠出，反面對焊接質(zhì)量不利。

　　批量生產(chǎn)焊接產(chǎn)品中使用焊接設(shè)備的，可利用氣動、液壓或電氣設(shè)備提供焊接所需配合位置和焊接壓力。這些設(shè)備可以確保焊接過程中所需壓力得到精確控制和重現(xiàn)。有些設(shè)備利用機械制動來代替壓力，從而控制配合和焊接位移。該制動裝置可以確保焊接區(qū)域以外熔融材料不變形.