塑料超声焊的一些问题

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1、原来用 ABS 材料打的 2 个产品，用超声波焊接没问题，后把 ABS 换成 PP 的，焊接出现了问题，无法焊劳固。请专家释疑，谢谢！影响超音波焊接的因素说起热塑塑料的可焊接力，不 能不说到超音波压合对各种树脂的要求。其最主要的因素包括聚合物结构，熔化温度、柔韧性（硬度） 、化学结构。聚合物结构非结晶聚合物分子排列无序、有明显的使材料逐步变软、熔化 及至流动的温度（Tg 玻璃化温度） 。这类树脂通常能有效传输超音速振动并在相当广泛的压力/振幅范围内实现良好的焊接。半结晶型聚合物分子排列有序，有明显的熔点（Tm 熔化温度） 和再度凝固点。固态的结晶型聚合物是富有弹性的，能吸收部分高频机械振动。所

2、以此类聚合物是不易于将超声波振动能量传至压合面，帮要求更高的振幅。需要很高的能量（高熔化热度）才能把半结晶型的结构打断从而使材料从结晶状态变为粘流状态，这也决定了这类材料熔点的明显性，熔化的材料一旦离开热源，温度有所降低便会导致材料的迅速凝固。所以必须考虑这类材料的特殊性（例如：高振幅、接合点的良好设计、与超音夹具的有效接触、及优良的工作设备）才能取得超声波焊接的成功。聚合物：热塑性与热固性将单体结合 在一起的过程称为“聚合”。聚合物基本可分为两大类：热塑性和热固性。热塑性材料加热成型后还可以重新再次软化和成型，基所经历的只是状态的变化而已-这种特性使决定了热塑性材料超音波压合的适应性。热固性

3、材料是通过不可逆反的化学反应生成的，再次加热或加压均不能使已成型的热固性产品软化，所以传统上一直认为热固性材料是不适合使用超音波的。熔化温度聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多.硬度（弹力系数）材料的硬度对其是否能有效传输超音速振动是很有影响的。总的说来，愈硬的材料其传导力愈强。超声波熔接 ：以超声波频率振动的焊头，在预定的时间及压力下，磨擦生热，令塑胶接面相互熔合，既牢固，又方便快捷PP 属半结晶，与 ABS 是不一样的超声波 焊接常见缺陷及处理办法 一、强度无法达到欲求标准。 当然我们必须了解超音波熔接作业的强度绝不可能达 到一体成型的强度，只能说接近于一体成型的强度，而其熔接强度

4、的要求标准必须仰赖于多项的配合，这些配合是什么呢？ 塑料材质： ABS 与 ABS 相互相熔接的结果肯定比 ABS 与 PC 相互熔 接的强度来的强，因为两种不同的材质其熔点也不会相同，当然熔接的强度也不可能相同，虽然我们探讨 ABS 与 PC 这两种材质可否相互熔接？我们的答案是绝对可以熔接，但是否熔接后的强度就是我们所要的？那就不一定了！而从另一方面思考假使 ABS 与耐隆、PP、PE 相熔的情形又如何呢？如果超音波 HORN 瞬间发出150 度的热能，虽然 ABS 材质己经熔化，但是耐隆、PVC、PP、PE 只是软化而已。我们继续加温到 270 度以上，此时耐隆、PVC、PP、PE 已经

5、可达于超音波熔接温度，但 ABS 材质已解析为另外分子结构了！由以上论述即可归纳出三点结论：.相同熔点的塑料材质熔接强度愈强。 .塑料材质熔点差距愈大，熔接强度愈小。 .塑料材质的密度愈高（硬质）会比密度愈低（韧性高）的熔接强度高。 二、制品表面产生伤痕或裂痕。 在超音波熔接作业中，产品表面产生伤痕、结合处断裂或有裂痕是常见的。因为在超音波作业中会产生两种情形：1.高热能直接接触塑料产品表面2.振动传导。所以超音波发振作用于塑料产品时，产品表面就容易发生烫伤，而 1m/m以内肉厚较薄之塑料柱或孔，也极易产生破裂现象，这是超音波作业先决现象是无可避免的。而在另一方面，有因超音波输出能量的不足(分

6、机台与 HORN 上模)，在振动摩擦能量转换为热能时需要用长时间来熔接，以累积热能来弥补输出功率的不足。此种熔接方式，不是在瞬间达到的振动摩擦热能，而需靠熔接时间来累积热能，期使塑料产品之熔点到达成为熔接效果，如此将造成热能停留在产品表面过久，而所累积的温度与压力也将造成产品的烫伤、震断或破裂。是以此时必须考虑功率输出(段数)、熔接时间、动态压力等配合因素，来克服此种作业缺失。 解决方法： 1.降低压力。 2.减少延迟时间（提早发振)）。 3.减少熔接时间。 4.引用介质覆盖（如袋）。 5.模治具表面处理（硬化或镀铬）。 6.机台段数降低或减少上模扩大比。 7.易震裂或断之产品，治具宜制成缓冲

7、，如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）。 8.易断裂产品于直角处加角。 三、制品产生扭曲变形。 发生这种变形我们规纳其原因有三： 1.本体与欲熔接物或盖因角度或弧度无法相互吻合. 2.产品肉厚薄(2m/m 以内)且长度超出 60m/m 以上. 3.产品因射出成型压力等条件导致变形扭曲. 所以当我们的产品经超音波作业而发生变形时，从表面看来好像是超音波熔接的原因，然而这只是一种结果，塑料产品未熔接前的任何因素，熔接后就形成何种结果。如果没有针对主因去探讨，那将耗费很多时间在处理不对症下药的问题上，而且在超音波间接传导熔接作业中(非直熔)，6kg 以下的压力是无法改变塑料的轫性与惯性。

8、所以不要尝试用强大的压力，去改变熔接前的变形(熔接机最高压力为 6kg)，包含用模治具的强迫挤压。或许我们也会陷入一个盲点，那就是从表面探讨变形原因，即未熔接前肉眼看不出，但是经完成超音波熔接后，就很明显的发现变形。其原因乃产品在熔接前，会因导熔线的存在，而较难发现产品本身各种角度、弧度与余料的累积误差，而在完成超音波熔接后，却显现成肉眼可看到的变形。 解决方法： 1.降低压力（压力最好在 2kg 以下）。 2.减少超音波熔接时间（降低强度标准）。 3.增加硬化时间（至少 0.8 秒以上）。 4.分析超音波上下模是否可局部调整（非必要时）。 5.分析产品变形主因，予以改善。 四、制品内部零件破

9、坏 超音波熔接后发生产品破坏原因如下： 1.超音波熔接机功率输出太强. 2.超音波能量扩大器能量输出太强. 3.底模治具受力点悬空，受超音波传导振动而破坏. 4.塑料制品高、细成底部直角，而未设缓冲疏导能量的 R 角. 5.不正确的超音波加工条件. 解决方法： 1.提早超音波发振时间（避免接触发振）。 2.降低压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。 3.减少机台功率段数或小功率机台。 4.降低超音波模具扩大比。 5.底模受力处垫缓冲橡胶。 6.底模与制品避免悬空或间隙。 7.HORN（上模）掏孔后重测频率。 8.上模掏孔后贴上富弹性材料。 五、产品产生溢料或毛边 超音波熔接后产品发生溢料或

10、毛边原因如下： 1.超音波功率太强. 2.超音波熔接时间太长. 3.空气压力（动态）太大. 4.上模下压力(静态)太大. 5.上模(HORN)能量扩大比率太大. 6.塑料制品导熔线太外侧或太高或粗. 上述六项为造成超音波熔接作业后产品发生溢料毛边的原因，然而其中最关键性的是在第六项超音波的导熔线开设，一般在超音波熔接作业中，空气压力大约在 24kg 范围，根据经验值最佳的超音波导熔线，是在底部 0.40.6m/m高度 0.30.4m/m 如：此型 ，尖角约呈 60，超出这个数值将导至超音波熔接时间、压力、机台或上模功率的升高，如此就形成上述 16 项造成溢料与毛边的原因。 解决方法： 1.降低

11、压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。 2.减少机台功率段数或小功率机台。 3.降低超音波模具扩大比。 4.使用超音波机台微调定位固定。 5.修改超音波导熔线。 六、产品熔接后尺寸无法控制于公差内 在超音波熔接作业中，产品无法控制于公差范围有其下述原因： 1.机台稳定性(能量转换未增设安全系数). 2.塑料产品变形量超出超音波自然熔合范围. 3.治具定位或承受力不稳定. 4.超音波上模能量扩大输出不配合. 5.熔接加工条件未增设安全系数. 解决方法： 1.增加熔接安全系数（依序由熔接时间、压力、功率）。 2.启用微调固定螺丝（应可控制到 0.02m/m）。 3.检查超音波上模输出能量是否足

12、够（不足时增加段数）。 4.检查治具定位与产品承受力是否稳合。 5.修改超音波导熔线。 超声波塑料焊接水、气密导熔线（焊线）设计 我们欲求产品达到水、气密的功能时，定位与超声波导熔线是成败的重要关键，所以在产品设计时的考虑，如：定位、材质、肉厚，与超声波导熔线的对应比例有绝对的关系。在一般水、气密的要求，导熔线高度应在 0.50.8m/m 之范围（视产品肉厚而定），如低于 0.5m/m 以下，要达到水气密的功能，除非定位设定要非常标准，而且肉厚有 5 m/m 以上，否则效果不佳。一般要求水气密的产品其定位与超音波导熔线的方式如下： 斜 切 式 ：适合水密性及大型产品之熔 接，接触面角度 =45

13、， x=w/2，d=0.30.8mm 为佳。 阶梯尖式：适合水密性及防止外凸或龟裂之方法，接触面的角度= 45，x=w/2，d=0.30.8mm 为佳。 峰谷尖式：适合水密性且高强度熔接，d=0.30.6mm内侧接触面之高度 h 依形状大小而有变化，但 h 约在 12mm 左右。 产品实施超声波作业无法达到水、气密，除了超声波导熔线、治具定位、产品本身定位等因素外，超声波设定的条件也是一项主因。我们在此更深入探讨引响水气密的另一原因（熔接条件），在我们实施超音波熔接作业时，求效率求快是最基本目标，但往往也忽略了其求效率的要领，正常有两种现象出现： 一、下降速度、缓冲太快：此一形成的速度，使动态压力加上重力加速度将把超声波导熔线压扁，使导熔线无法发挥导熔的作用，形成假相熔接。 二、熔接时间过长：塑料产品因接收过长时间的热能，不仅使塑料材质熔化，更进而造成塑料组织焦化现象，产生砂孔，水或气即由此砂孔渗透而出。这是一般生产技术者最不易发现之处。