塑料连接是一个具有挑战性的问题！

特别是对于医疗行业，很难找到满足生物相容性要求和FDA批准的粘合剂。此外，许多常用的聚合物，例如PP，PE和PTFE，其表面能低 (Low surface energy)，也导致难以用粘合剂粘接。

粘合剂通常被用作原型制造中的快速、临时的解决方案。然而在后续量产时，塑料焊接则是一种更为经济有效的方案，能够提供一致性好、高强度的焊接，且不需要额外的耗材。

塑料焊接的风险和挑战，往往是由于焊接工艺选择、焊缝设计和测试方法不当，以及零件变形和尺寸偏差造成的。通过采取一步一步的排除分析和改善措施，可以减少或者消除这些问题。

塑料焊接工艺的开发过程遵循以下步骤：

• Step1：定义问题
• Step2：选择工艺
• Step3：接头设计
• Step4：测试验证

1. 定义问题

在选择焊接工艺时，前期明确产品材料和性能要求，对工艺选择至关重要。通过早期定义这些，您可以避免后续损失。

在决定焊缝位置或焊接工艺之前，应思考并回答以下问题。

1.1 强度

载荷方向是什么?将会经历什么样的拉伸或剪切力?

如果可能的话，设计的焊缝应使其工作时尽量承受剪切力，因为塑料焊接在剪切力方向承受的载荷最大。塑料焊接可承受的拉伸载荷次之，可承受的剥离力最弱。如图1所示。

1.2 密封

这个产品需要密封吗？如果需要，要承受压强是多少？是气密还是水密？有测试温度要求吗？

对于有密封要求的产品，通常是在要密封的腔室一周设计有闭合的焊接线，以及相应的沟槽或者狭小的缝隙空间，熔化的塑料填充满槽或者缝隙，以实现密封要求。产品的尺寸大小和形状不同，选择的塑料焊接工艺也会不同。

1.3 外观

有什么外观要求吗？“A”面在哪里？允许溢料可见吗？

大多数焊接工艺都有可能产生外观缺陷。然而，这些问题可以通过改善治具和优化焊接参数、或者简化零件表面、或者隐藏焊接面的方式加以限制。如果无法避免，那么需要增加前一道工序（例如烘干）加以预防，或者增加后一道工序（例如去溢料）加以修正，不过这些措施会增加成本。

1.4 颗粒污染物

产品内是否允许有颗粒物或者松散的溢料？

对于依靠表面摩擦产生热量的焊接工艺，例如旋转焊接和振动摩擦焊接，很难避免不产生颗粒污染物，以及松散的溢料。

1.5 材料

材料对焊接性能的影响因素，除了材料中的基础树脂特性，还包括各种添加剂，如着色剂、填充剂、冲击改性剂、润滑剂等。这些组成共同影响焊接工艺的选择。例如，采用激光焊接工艺时，要求上层零件无着色剂，以允许激光穿透传输；下层零件要求添加碳黑，以充分吸收激光能量。

一般情况下，应尽量减少填料含量，以确保有足够的树脂进行焊接，从而保证焊接强度。因此，建议填料含量控制在33%以下。

另外，两个零件必须是材料相容的，即具有相同或相似的熔点和粘度，以保证分子间发生扩散完成焊接。

2. 选择工艺

常见的塑料焊接工艺对比如下表1：

激光焊接（图2）要求在上下零件吸收少量的光能（2um焊接系统），或者在焊接处上层透射-下层吸收光能（1um焊接系统）。能量吸收效率，由所选择的波长，以及树脂与填料在该波长上的透射度决定。

超声波焊接（图3）通过因聚合物的粘弹特性而产生的机械振动能量损失，即产生热量来工作。产生超声波振动的模具叫做焊头。焊头与零件接触表面，必须平行于焊接筋，且距离较短（一般＜6mm）。此外，在焊接区域及附近，应避免尖角和薄的悬臂结构，防止损坏。

热板和红外焊接，分别加热两个部件的焊接表面，然后将两个部件合在一起，施加压力以促进分子扩散。在热板焊接（图4）中，零件表面与加热工具直接接触，因此适合具有较高粘度的塑料焊接，以避免材料粘在热板上。在红外焊接中，零件表面应避免白色，并添加填料以增加能量吸收效率，减小生产节拍。

旋转和振动摩擦焊接（图5）通过表面摩擦产生热量以实现焊接。这些运动过程中，接头设计必须适应摩擦运动/振动方向，对于旋转摩擦来说，这意味着焊线设计必须是圆形。对于振动摩擦来说，接头设计必须有足够的侧向间隙，以容纳一定的振动幅度。另外，十分重要的一点，焊筋下方支撑壁必须有足够刚性，在载荷作用下不变形，以实现摩擦生热。

高频焊接（图6）的工作原理是将高介电损耗的聚合物暴露电磁场中，磁场方向高频交替变化（通常27MHz)。应用于10-50mm厚度的薄材料焊接。可用该工艺的材料非常有限。其中，聚氯乙烯(PVC)是最容易的。

3. 接头设计

在塑料焊接中，接头强度取决于聚合物链在熔体界面上的流动，并在接头处产生分子链纠缠的程度。为了实现这一点，一个合理的焊缝设计非常重要。它可以熔化和塌陷，产生熔体流动。此外，一个良好设计的焊缝，有助于提高加热速率，防止泄漏，隐藏溢料，并帮助上下零件对齐。常见的接头设计如图7。

不同的焊接工艺，通过不同的方式产生热量，加热速率也不相同。好的接头设计实际上可以提高加热速率。例如，超声波焊接通过使用一个称为“三角导能筋”的接头来提高加热速率。旋转摩擦焊接，采用正压力更大的剪切焊缝设计，比采用斜搭焊缝设计的加热速率更快。

采用沟槽焊缝设计，有助于提高密封性能。这种类型的接头，熔体可以停留在沟槽内及侧壁间隙中，从而减少空隙，提高密封性能。然而，在某些情况下，空气可能被困在沟槽中，当被困的空气产生足够的压力在熔体中形成气孔时，会导致泄露。

焊接过程中，从接头处会挤出一定数量的熔料，可通过接头设计来控制。接头两侧增加挡边，隐藏溢料，甚至控制熔体流动方向，侧壁也有助于上下零件的对齐。

4. 试验验证

焊接结果的好坏，必须要有正确的测试方法和治具来进行评估。如果遵循一些简单的指导方针，焊接强度和气密性很容易测试。

4.1 强度测试

施加载荷的方向对测试结果至关重要。施加载荷的位置和方向应该和实际工作时载荷保持一致。

确保接头在零件本体破坏前失效。如果测试时，本体材料发生破坏，那么测试无法给出焊接强度的数据，测试方案应该重新设计。

测试整个接头，而不是截取部分进行强度测试。局部测试可能是不准确的，因为其忽视了潜在的一些较高应力的区域。在初始裂纹产生后，其余位置焊缝会在拉力测试中失效。如果只进行局部测试，将忽略这一种失效方式，错误的高估焊接强度。

如果整个接头难以固定进行拉力试验，那么考虑使用爆破压力测试。

4.2 密封性能测试

定义的测试压力和可接受的泄漏率，是与最终的使用环境和要求相关。常用空气衰减泄露测试仪，分气检和水检。水密检测可以设定不同的水温。

在泄漏测试时不要将人为加大治具压紧力。较大的压紧力导致焊缝接头压缩，将产生人为的低泄漏率。

对于医疗行业，焊接提供了比粘合剂更好的塑料连接解决方案。该指南有助于初步选择焊接工艺。

 

图文来源：超声和激光技术HighTech

 

了解了运用在塑料连接方面的解决方案，那么就让小编带您看看在Medtec 2020现场能遇到那些粘结剂和粘结产品的展商吧~

2020 展品预览 粘结剂和粘结产品

戴马斯紫外线胶水

设备（上海）有限公司

展位号:2A001

产品介绍1

紫外光固化胶粘剂，紫外粘结剂，UV胶，生物相容性粘结剂

产品介绍2

粘结固化设备，光固化设备，点光源，面光源，传送带，紫外传送机

产品介绍3

医疗齿科3D打印材料

公司介绍

Dymax集团是一家全球领先的先进光固化胶粘剂、涂层、低聚物、光固化设备和流体点胶系统制造商。Dymax制造的产品可为设计工程师大幅提高生产效率及降低成本。Dymax还为客户在产品应用中提供全面的技术援助。我们的产品能满足全球医疗器材、电子、光学、航空航天、汽车、家电、金属加工和可替代能源市场的需求。

艾德斯（中国）有限公司

展位号:2D101

产品介绍1

ALDERS医用胶粘剂产品系列：针对穿刺类、导管类、面罩喉罩类的医用产品有UV胶、硅胶胶水、瞬干胶水、环氧胶水等满足不同产品需求的胶水。

产品介绍2

ALDERS UV-LED固化设备：替代传统的UV汞灯，灯珠寿命在20000-30000小时，液冷循环节能环保，不产生臭氧，专门针对UV胶波段进行固化。

产品介绍3

ALDERS四轴点胶机：对于呼吸回路、不同的喉罩产品、面框产品以及部分管路产品都可实现自动点胶。出胶量精确可控，能规范点胶手法，统一操作工序，方便管理。

公司介绍

ALDERS源自于德国，一直致力于医疗行业的粘接、涂层、印刷、测漏整体解决方案。 主营产品有医用胶粘剂(UV胶，硅胶胶水，环氧胶水，快干胶等),以及胶水配套的固化设备、点胶设备、测漏设备。

对于难以粘接印刷涂层的惰性材(PP,PA,PEBAX,PTFE,FEP,POM,PPSU等) 有专业的技术解决方案。在心内、血液、介入等医疗产品的粘接和涂层上面有着显著的成绩。

上海怡天科技有限公司

展位号:4D206

产品介绍1

OmniCure® 2000 系列采用专利的闭环回馈技术，锁定并持续监控，确保可重复固化。同时采用新型 200W 紫外灯泡，已保障更高光强密度的输出。

产品介绍2

OmniCure®S1500搭载了新型 200W 紫外灯泡。经济实惠，易于使用的系统。为大批量、自动化固化提供了极好的价值，如微电子和光电子制造应用。

产品介绍3

OmniCure® LX500系统是一款拥有Intelli-Lamp LED专利技术设计的紫外固化系统。它拥有出色的光学稳定性，卓越的工艺控制和易于集成等特点。

公司介绍

上海怡天科技有限公司成立于2003年，专注于紫外线固化技术的引进和推广工作有17年多，是紫外线固化系统的专业供应商。自2006年起，我们是LUMEN DYNAMICS（EXFO）的授权经销商，也是LUMEN DYNAMICS在中国的维修中心。我们总部设在上海，在深圳、苏州、成都、武汉，天津、香港、新加坡设有分支机构和办事处。多年的行业经验和专业的应用技术，结合现场考察，使我们成为LUMEN DYNAMICS黄金经销商之一。我们竭诚为国内电子、光学、医疗等行业及众多科研机构和高校提供支持，以满足他们对紫外线的特殊需求。