淺談塑料激光焊接工藝發(fā)展和應(yīng)用前景

1、淺談塑料激光焊接工藝發(fā)展和應(yīng)用前景塑料論文（優(yōu)選8篇）之第四篇關(guān)鍵詞：塑料,塑料制品,激光焊接,涂料塑料作為一種常用材料, 已經(jīng)作為僅次于金屬的第二大材料體系。塑料不僅可以被制作成各種塑料產(chǎn)品, 也慢慢作為金屬以及其他材料的替代料在使用。所謂塑鋼比, 即一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)塑料和鋼材數(shù)量的比值, 塑料的產(chǎn)量也作為衡量國(guó)家發(fā)達(dá)程度中重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。比如在發(fā)達(dá)國(guó)家中, 塑鋼比基本維持在65:35左右, 我國(guó)僅為30:70, 人均塑料消費(fèi)量與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距。塑料制品的應(yīng)用范圍相比金屬更為廣泛, 我國(guó)珠三角、長(zhǎng)三角龐大的塑料產(chǎn)業(yè)鏈和配套的產(chǎn)品鏈為我國(guó)塑料制品行業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。隨

2、著我國(guó)GDP以及國(guó)民生活水平的不斷提高, 塑料行業(yè)將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇, 并有機(jī)會(huì)不斷突破。1 塑料的組成和應(yīng)用塑料是以單體為原料, 通過(guò)加聚或縮聚反應(yīng)聚合而成的高分子化合物。通過(guò)工藝調(diào)整, 可以自由改變聚合成分及形體樣式。各種塑料制品就是塑料與填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、色料等添加劑組合而成。塑料是重要的有機(jī)合成高分子材料, 應(yīng)用非常廣泛。比如農(nóng)業(yè)上的地膜, 大棚膜, 排灌管道等;電氣和電子工業(yè)上的絕緣材料和封裝材料;機(jī)械工業(yè)上的齒輪、軸瓦等;化學(xué)工業(yè)中的各種容器及其他防腐材料;建筑工業(yè)中的門窗, 樓梯扶手, 隔板, 水管等;國(guó)防工業(yè)上的武器, 重兵器, 人造衛(wèi)星等;包裝領(lǐng)域的容器, 瓦楞箱

3、, 打包帶等。醫(yī)學(xué)上的醫(yī)學(xué)儀器, 醫(yī)用品等。我們每天也都在與塑料制品打交道, 家用電器, 家具, 塑料袋, 保鮮膜, 牙刷, 廚具, 衣服, 鞋等, 塑料已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的重要材料。2 塑料材料的基本特性塑料的主要成分是樹(shù)脂。樹(shù)脂是指尚未和各種添加劑混合的高分子化合物。塑料的基本性能主要決定于樹(shù)脂的本性, 但添加劑也起著重要作用。塑料中樹(shù)脂含量一般在40%以上, 100%的樹(shù)脂塑料相對(duì)較少, 如有機(jī)玻璃、聚苯乙烯等。同時(shí), 為滿足巨大的塑料市場(chǎng), 除天然樹(shù)脂外, 合成樹(shù)脂儼然成為最為有效的塑料原料獲取方式, 是兼?zhèn)浠虺^(guò)天然樹(shù)脂固有特性的一種樹(shù)脂。塑料材料的基本特性:大多數(shù)塑料質(zhì)輕,

4、 化學(xué)性穩(wěn)定, 抗腐蝕能力強(qiáng), 不與酸、堿反應(yīng), 防水防塵;耐沖擊性好, 強(qiáng)度高;具有較好的透明性和耐磨耗性, 部分帶光澤;絕緣性好, 導(dǎo)熱性低;制造、加工成本低, 容易被塑制成不同形狀, 成型性、著色性好;大部分塑料耐熱性差, 熱膨脹率大, 易燃燒;尺寸穩(wěn)定性差, 容易變形;多數(shù)塑料耐低溫性差, 低溫下變脆, 容易老化;可以用于制備燃料油和燃料氣, 可以降低原油消耗;部分塑料易溶于溶劑。一般塑料分為熱固性與熱塑性二類。熱固型塑料的微觀結(jié)構(gòu)為線型交聯(lián)成網(wǎng)狀, 強(qiáng)熱則會(huì)分解破壞其分子結(jié)構(gòu), 不具有循環(huán)重復(fù)性, 所以不能用于焊接。熱塑性塑料加熱后會(huì)熔化, 分子結(jié)構(gòu)不改變, 可流動(dòng)至模具冷卻后成型。

5、此類塑料雖然沒(méi)有明顯的熔沸點(diǎn) (塑料為混合物) , 但冷卻后呈固態(tài), 再加熱后又會(huì)熔化, 即為物理變化, 遂此類塑料具有可焊接性。因此不是所有塑料都能用激光焊接焊接。傳統(tǒng)塑料激光焊接技術(shù)僅針對(duì)熱塑性塑料的焊接。3 塑料激光焊接原理激光焊接技術(shù)顧名思義, 即通過(guò)激光產(chǎn)生高溫溶解, 對(duì)兩件產(chǎn)品進(jìn)行固定的技術(shù)。塑料激光焊接技術(shù)主要用于連接敏感性的塑料制品, 例如PCB電路板、精密塑料零件電子感應(yīng)器、真空塑料制品, 以及無(wú)菌醫(yī)療器械等要求密封及潔凈度高的塑料制品。利用激光焊接技術(shù)進(jìn)行塑料零件焊接時(shí), 首先需要增加適當(dāng)?shù)耐饬蓚€(gè)零件之間需要焊接的區(qū)域夾緊, 調(diào)整適合零件材質(zhì)的近紅外線激光的波長(zhǎng), 激光

6、先透射過(guò)第一個(gè)零件, 被第二個(gè)零件吸收并化為熱能, 從而將兩個(gè)零件的接觸表面熔化形成焊接區(qū), 完成焊接?，F(xiàn)階段可通過(guò)涂料技術(shù)簡(jiǎn)化焊接過(guò)程, 即在第一個(gè)零件末端增加可吸收近紅外激光的涂層, 激光透射過(guò)第一個(gè)零件到達(dá)末端后被吸收, 融化焊接區(qū), 實(shí)現(xiàn)焊接。此種方式對(duì)第二個(gè)零件的塑料材質(zhì)不做過(guò)多的限制, 應(yīng)用范圍更廣。4 塑料激光焊接常用焊接方法在實(shí)際應(yīng)用中, 塑料激光焊接有幾種常用的工藝方法:順序型周線焊接:激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動(dòng)并使其熔化, 將塑料逐漸粘結(jié)在一起。主要用于規(guī)則外形且有焊接速度要求的零件。同步焊接:使用帶有多個(gè)激光口的激光發(fā)射器, 通過(guò)光學(xué)器件調(diào)整激光束的方向和形狀;激光束

7、通過(guò)程序引導(dǎo), 沿著焊接層的輪廓線焊接, 使整個(gè)輪廓線同時(shí)熔化并粘結(jié)在一起。主要用于焊接面積較大, 且焊接一致性要求較高的零件。掃描焊接:又稱準(zhǔn)同步焊接, 綜合了上述兩種焊接技術(shù)。利用光學(xué)器件產(chǎn)生高速激光束, 沿著待焊接的部位移動(dòng), 使得整個(gè)焊接處逐漸發(fā)熱并熔合在一起。此方案對(duì)于激光發(fā)射設(shè)備要求較高。照射掩膜焊接:通過(guò)預(yù)先制作的模板遮擋無(wú)效區(qū)域的激光束, 只暴露出精確的焊接部位, 對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行熔化, 實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程。這種焊接技術(shù)精度高, 是目前應(yīng)用較廣的激光焊接技術(shù), 設(shè)備通用性強(qiáng), 模板制作簡(jiǎn)單、成本低, 可以實(shí)現(xiàn)低至10μm的高精度焊接。5 塑料激光焊接的優(yōu)勢(shì)塑料激光焊接相比于超聲波

8、焊接以及熱板焊接的優(yōu)勢(shì)包括:焊接速度快, 適用于精密器件焊接, 可以得到高精度的焊接件;能產(chǎn)生真空密封結(jié)構(gòu), 防水防塵;焊接牢固, 能夠制造出超過(guò)原材料強(qiáng)度的焊接縫;焊接過(guò)程中樹(shù)脂降解少, 熱損壞和熱變形小, 無(wú)飛邊, 焊縫嚴(yán)密, 沒(méi)有殘?jiān)? 非常適用于醫(yī)藥制品及精密電子類產(chǎn)品。激光本身由計(jì)算機(jī)軟件控制, 易于調(diào)整, 可靈活透射到零件各個(gè)部位。同時(shí), 激光焊接能夠焊接其它焊接方法無(wú)法達(dá)到的區(qū)域, 對(duì)于復(fù)雜外形、三維幾何形狀的制品尤為適用。塑料激光焊接是一項(xiàng)無(wú)振動(dòng)焊接技術(shù), 該工藝大幅減少塑料制品的振動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力, 降低制品本身的老化速度, 可應(yīng)用于易損壞的塑料零件。塑料激光焊接可以將不同組成

9、、不同顏色、不同結(jié)構(gòu)以及不同軟化點(diǎn)的塑料零件焊接在一起。對(duì)于其他焊接方法很難實(shí)現(xiàn)或者無(wú)法實(shí)現(xiàn)。焊接設(shè)備即為激光發(fā)射裝置, 其本身并不需要和被焊接塑料零部件相接觸, 設(shè)備自動(dòng)化程度高, 方便加工。6 塑料激光焊接技術(shù)應(yīng)用前景目前國(guó)內(nèi)塑料激光焊接設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)還處于起步階段, 大部分設(shè)備需要依靠進(jìn)口。同時(shí), 塑料激光焊接技術(shù)也是很專業(yè)化的粘結(jié)技術(shù), 目前主要應(yīng)用的行業(yè)都集中在高科技領(lǐng)域, 并處于逐年上升趨勢(shì)。該技術(shù)已經(jīng)在很多應(yīng)用領(lǐng)域比超聲波焊接以及熱板焊接更具競(jìng)爭(zhēng)力, 成本也在不斷降低。涂料和填料技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成功解決塑料激光焊接早期的技術(shù)瓶頸, 同時(shí)新工藝、新設(shè)備的不斷研發(fā)和升級(jí), 為激光焊接技術(shù)帶來(lái)更廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1張勝玉,