塑料焊接

塑料焊接，是用于半成品塑性材料的焊接，在ISO472中将其描述为将材料的软化表面结合在一起的过程，通常借助加热（溶剂焊接除外）。热塑性塑料的焊接分三个顺序进行，即表面准备，施加热和压力以及冷却。已经开发出多种焊接方法来连接半成品塑料材料。根据焊接界面发热的机理，热塑性塑料的焊接方法可分为内部和外部加热方法。

高质量焊缝的生产不仅取决于焊接方法，还取决于基础材料的可焊性。因此，可焊性的评估比塑料的焊接操作具有更高的重要性。

以下是用于焊接半成品塑料的多种技术：

热气焊（也称为热风焊）是一种利用热量的塑料焊接技术。专门设计的热风枪（称为热风焊机）产生一股热风，软化要连接的零件和塑料填充杆，所有填充杆必须是相同或非常相似的塑料。（将PVC焊接到丙烯酸是该规则的例外。）

热空气/气体焊接是用于制造较小物品（例如化学箱、水箱、热交换器和水暖配件）的常用制造技术。

在网和薄膜的情况下，可以不使用填充杆。两片塑料通过热气体（或加热元件）加热，然后卷在一起。这是一个快速的焊接过程，可以连续进行。

塑料焊条，也称为热塑性焊条，是具有圆形或三角形横截面的焊条，用于将两块塑料粘合在一起。它们有多种颜色可供选择，以匹配基础材料的颜色。绕线塑料焊条被称为“花键”。

塑料焊条设计和制造的一个重要方面是材料的孔隙率。高孔隙率会在焊条中导致气泡（称为空洞），从而降低焊接质量。因此，最高质量的塑料焊条是零孔隙率的焊条，被称为无空隙焊条。

热封是利用热和压力将一种热塑性塑料密封到另一种相似的热塑性塑料的过程。热密封的直接接触方法利用持续加热的模具或密封条将热量施加到特定的接触区域或路径，以将热塑性塑料密封或焊接在一起。热封用于许多应用，包括热封连接器、热活化粘合剂以及薄膜或箔片密封。热封工艺的常见应用：热封连接器用于将LCD连接到PCB在许多消费电子产品以及医疗和电信设备中。使用热粘合剂对产品进行热封可将透明的显示屏固定在消费类电子产品上，以及用于其他由于部件设计要求或其他组件考虑而不能选择热熔或超声焊接的密封热塑组件或设备。热密封还用于制造血液、病毒和当今医学领域中使用的许多其他测试条设备的血液测试膜和过滤介质。层压箔和薄膜通常在热塑性医疗托盘，微量滴定板（微孔板），瓶子和容器的顶部进行热封，以密封和/或防止对医疗测试设备，样品收集托盘和食品容器的污染。医疗和食品工业生产的袋子或柔性容器使用热封来进行袋子塑料材料的周边焊接和/或将端口和管子密封到袋子中。可以使用多种热合机来连接热塑性材料，例如塑料薄膜：热压机、脉冲热合机等。

通过徒手焊接，来自焊工的热空气（或惰性气体）射流同时作用于焊缝区域和焊条尖端。当杆变软时，它被推入接头并融合到零件上。该过程比大多数其他过程慢，但是几乎可以在任何情况下使用。

通过快速焊接，塑料焊机在外观和功率上类似于烙铁，并配有用于塑料焊条的送料管。高速焊头加热焊条和基体，同时将熔化的焊条压入位置。将软化的塑料珠放入接头中，然后零件和焊条熔断。用某些类型的塑料例如聚丙烯，熔化的焊条必须与正在制造或修理的半熔化的基础材料“混合”。随着时间的推移，这些焊接技术已经得到改进，并且在国际上已经被专业的塑料制造商和维修商使用了50多年。快速尖端焊接方法是一种快得多的焊接技术，实践中可以在狭窄的角落使用。高速烙铁头“喷枪”的一种版本实质上是具有宽而平坦的烙铁头的烙铁，可用于熔化焊接接头和填充材料以形成粘结。

挤压焊接允许在单个焊道中应用更大的焊缝。这是用于连接厚度超过6毫米的材料的首选技术。将焊条拉入微型手持式塑料挤出机中，进行塑化，然后将其压出挤出机，使其紧贴所要连接的零件，然后用热空气将其软化以进行粘结。

这与点焊相同，不同之处在于，热量是通过夹头的热传导而不是电来提供的。将两个塑料部件放在一起，在加热的尖端将其捏住，在此过程中将其熔化并连接在一起。

与接触焊接有关，此技术用于焊接较大的零件或具有复杂焊接接头几何形状的零件。将要焊接的两个零件放在与压机的两个相对压板相连的工具中。将形状与待焊接零件的焊接接头几何形状相匹配的加热板在两个零件之间移动到位。两个相对的压板移动零件使其与加热板接触，直到热量使界面软化到塑料的熔点为止。当达到此条件时，将热板移开，并将零件压在一起并保持直到焊接接头冷却并重新固化以形成xxx性结合。

热板焊接设备通常由伺服电机气动、液压或电动控制。

此过程用于焊接汽车引擎盖下组件、汽车内部装饰组件、医疗过滤设备、消费类家电组件以及其他汽车内部组件。

与热板焊接类似，非接触式焊接使用红外热源而不是热板来熔化焊接界面。该方法避免了材料粘附到热板上的可能性，但是更昂贵且更难以实现一致的焊接，尤其是在几何形状复杂的零件上。

高频焊接（也称为介电密封或射频（RF）热密封）是一种非常成熟的技术，自1940年代就已经存在。射频范围内的高频电磁波可以加热某些聚合物，从而软化连接的塑料。在压力下将加热的塑料焊接在一起。聚合物中某些化学偶极的快速重新取向会在聚合物内产生热量，这意味着加热可以局部化，并且过程可以连续进行。

只有某些包含偶极子的聚合物才能通过RF波加热，特别是具有高损耗功率的聚合物。其中，PVC，聚酰胺（PA）和乙酸酯通常采用该技术焊接。实际上，将两片材料放在台式压力机上，向两个表面区域施加压力。模具用于指导焊接过程。当压力机放在一起时，高频波（通常为27.120 MHz）穿过模具和进行焊接的工作台之间的小区域。这种高频率（射频）加热在压力下焊接的塑料，从而形成模具的形状。

RF焊接快速且相对容易执行，即使焊接较厚的层也不会造成聚合物的有限降解，不会产生烟雾，需要适量的能量，并且可以产生防水，防空气和细菌的焊缝。焊接参数是焊接功率、（加热和冷却）时间和压力，而温度通常不受直接控制。辅助材料也可以用于解决一些焊接问题。这种类型的焊接用于连接聚合物膜，该膜用于需要牢固一致的防漏密封的各种行业。在织物行业，RF最常用于焊接PVC和聚氨酯（PU）涂层织物。通常使用该技术焊接的其他材料是尼龙、PET、PEVA、EVA和某些ABS塑料。焊接氨基甲酸乙酯时要格外小心，因为已知熔融时会散发出氰化物气体。

当诸如塑料的电绝缘体被嵌入具有高导电性的材料（诸如金属或碳纤维）时，可以执行感应焊接。焊接设备包括感应线圈，该感应线圈被射频电流激励。这会产生作用在导电或铁磁工件上的电磁场。在导电工件中，主要的加热效果是电阻加热，这归因于被称为涡流的感应电流。碳纤维增强热塑性材料的感应焊接是例如在航空航天工业中通常使用的技术。

在铁磁工件中，可以通过将塑料与金属或铁磁化合物（称为感受器）一起配制来对塑料进行感应焊接。这些基座从感应线圈吸收电磁能、变热，并通过热传导将其热能损失给周围的材料。

注射焊接与挤压焊接类似/相同，不同之处在于，可以使用手持式焊机上的某些焊嘴，将焊嘴插入各种尺寸的塑料缺陷孔中，然后从内向外打补丁。优点是不需要进入缺陷孔的后部。另一种选择是贴片，除了不能用原始的周围塑料将贴片打磨到相同的厚度。PE和PP最适合此类过程。Drader注射就是这种工具的一个例子。

在超声焊接中，高频（15 kHz至40 kHz）低振幅振动用于通过待连接材料之间的摩擦产生热量。两部分的界面经过专门设计，可集中能量以实现xxx的焊接强度。超声波几乎可以用于所有塑料材料。这是目前最快的热封技术。

在摩擦焊接中，将要组装的两个零件以比超声波焊接更低的频率（通常为100-300 Hz）和更高的振幅（通常为1至2 mm（0.039至0.079英寸））摩擦在一起。由运动引起的摩擦加上两个零件之间的夹紧压力会产生热量，热量开始融化两个零件之间的接触区域。此时，增塑的材料开始形成相互缠绕的层，因此形成牢固的焊接。振动运动完成后，零件保持在一起，直到焊缝冷却并且熔化的塑料重新凝固。摩擦运动可以是线性的也可以是轨道的，并且两个部分的联合设计必须允许这种运动。

旋转焊接是摩擦焊接的一种特殊形式。通过这种方法，一个带有圆形焊接接头的零件将保持静止，而配对零件则高速旋转并压在静止的零件上。两个组件之间的旋转摩擦会产生热量。一旦接合表面达到半熔融状态，纺丝成分就会突然停止。保持施加在两个组件上的力，直到焊缝冷却并重新固化。这是生产中低档塑料轮的常见方式，例如用于玩具、购物车、回收箱等。此过程还用于将各种端口开口焊接到引擎盖下的汽车部件中。

该技术要求一部分透射激光束，而另一部分吸收或界面处的涂层吸收光束。当激光束沿连接线移动时，将两个部分置于压力下。光束穿过xxx部分，并被另一部分或涂层吸收，以产生足够的热量来软化界面，从而形成xxx焊接。

半导体二极管激光器通常用于塑料焊接。808 nm至980 nm范围内的波长可用于连接各种塑料材料组合。根据材料、厚度和所需的处理速度，需要的功率水平应低于1W至100W。

二极管激光系统在连接塑料材料方面具有以下优点：

• 比粘接更清洁
• 没有微喷嘴被堵塞
• 没有液体或烟雾影响表面光洁度
• 无消耗品
• 更高的吞吐量
• 可以接触具有挑战性的几何形状的工件
• 高水平的过程控制

高强度接头的要求包括：

• 通过上层充分传输
• 被下层吸收
• 材料相容性–润湿
• 良好的接头设计–夹紧压力，接头面积
• 较低的功率密度

可以加入的材料示例清单包括：

• 聚丙烯
• 聚碳酸酯纤维
• 亚克力
• 尼龙
• ABS

具体应用包括以下方面的密封/焊接/连接：导管袋、医疗容器、汽车遥控钥匙、心脏起搏器外壳、注射器防拆接头、前灯或尾灯组件、泵壳和手机零件。

新的光纤激光技术可输出更长的激光波长，最佳结果通常在2,000 nm左右，远长于传统激光塑料焊接所用的平均808 nm至1064 nm的二极管激光器。由于与传统塑料焊接的红外辐射相比，这些更长的波长更容易被热塑性塑料吸收，因此有可能在没有任何着色剂或吸收添加剂的情况下焊接两种透明的聚合物。常见的应用将主要落在医疗行业中，例如导管和微流控设备。在医疗器械行业中，大量使用透明塑料，尤其是TPU、TPE和PVC等柔性聚合物，使得透明激光焊接自然而然。而且，该方法不需要吸收激光的添加剂或着色剂，从而使测试和满足生物相容性要求变得更加容易。

在溶剂焊接中，使用的溶剂可在室温下暂时溶解聚合物。发生这种情况时，聚合物链可以在液体中自由移动，并且可以与其他组分中的其他类似溶解的链混合。如果有足够的时间，溶剂将透过聚合物渗透并渗入环境，从而使链失去流动性。这留下了缠结的聚合物链的固体，构成了溶剂焊缝。

这项技术通常用于连接PVC和ABS管道，例如家用管道。塑料（聚碳酸酯、聚苯乙烯或ABS）模型的“胶合”也是溶剂焊接工艺。

二氯甲烷（二氯甲烷）可以溶剂焊接聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯。它是某些溶剂型水泥的主要成分。ABS塑料通常与丙酮基溶剂焊接，这些溶剂通常以涂料稀释剂的形式出售，或者以较小的容器作为指甲油去除剂出售。

溶剂焊接是塑料制造中的一种常用方法，并且被店内陈列柜、小册子架、展示柜和防尘罩的制造商所使用。在业余爱好段另一个普遍使用的溶剂的是模型建立从为注塑成型试剂盒比例模型的其中主要使用飞机，船舶和汽车聚苯乙烯塑料。

为了测试塑料焊缝，对检查员和测试方法都有一些要求。此外，有两种不同类型的测试焊接质量。这两种类型是破坏性测试和非破坏性测试。破坏性测试用于鉴定和量化焊接接头，而非破坏性测试用于识别异常、不连续、裂纹和/或裂缝。就像这两个测试的名称所暗示的那样，破坏性测试将破坏正在测试的零件，而非破坏性测试则可以在以后使用该测试件。这些类型中的每一种都有几种可用的方法。