塑料焊接技术的概况及工艺要求‘
一，概述
塑料是非金属，是人造的有机材料，是一种或多种大分子量的聚合物为主要成分。塑料的直接产品是固态或液态的树脂，其通常被加工成粉状、粒状或糊状等形成的塑料母料，并在其中掺入一定量的添加剂，然后再在较高温度或压力条件下被加工成塑型材或塑料制品。其持点是重量轻、比强度高、耐蚀性好、成形方便、成本低、制造周期短等，大多数的塑科材料是可燃的，其膨胀系数大约是钢的4倍。
根据塑料化学成分、性态及温度作用，其通常分为两大类：热塑性塑料和热固性塑料，塑料的焊接其实就是指热塑性塑料的焊接；热塑性塑料还可分为结晶型和非结晶型塑料两类，由于塑料结晶是不完全的，所以结晶型塑料也常称作半晶态塑料（如PE、PP、PA、POM等），而非结晶型塑料也称作无定型塑料（如PVC、PS、PMMA、PC、ABS等），非结晶型塑料通常要比结晶型塑料容易焊接。根据产量和应用情况，塑料又可分为：通用塑料（指产量高价挌低应用广的塑料）、工程塑料（指强度、刚度、韧性均好且具有耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射等性能）和功能塑料（能满足特殊功能和要求的塑料）。总的来说塑料焊接难不大，本文主要讲述热气焊。
二，塑料焊接
热塑性塑料的焊接通常分五步进行：①表面制备，表面制备非常重要，因为大部分模压成形的塑料制品其表面均有一层脱模剂或污物，必须清理干净，才能使焊接顺利进行。②加热，有多种加热方法，也是区分不同焊接方法的主要依据。③加压，施加压力的方式有：手工加压、压力机加压、自动夹具加压等。焊接时通常同时进行压花。④扩散或焊接，液体与液体界面_经建立，扩散就立即进；对于结晶或半结晶材料扩散几乎是瞬时完成的；对于非结晶材料，如果加热温度是稍高于熔点，则扩散时间会很长。⑤冷却，塑料焊接最后一步是焊件冷却和接头凝固。在塑料焊接接头没有达到足够支撑整个焊件的强度和刚度之前，必须一直维持焊接压力。
三，塑料焊接方法
1，热气焊
①热气焊是利用焊枪喷出的热空气或氮气对塑料焊件和塑料焊条进行加热，使焊条填充到连接部位后加热连接表面，冷却后形成接头，有时也叫热风焊。
②热气焊在各种塑料焊接方法中，历史最长，应用最广，是“万能焊”。
③焊接接头强度高，特别适用于大型结构的连接。对于厚板塑料焊接需开坡口，进行多层多道焊接，坡口形式有V型、X型等。
④焊接速度比较慢，需要焊枪、焊嘴、气源、填充焊条。其中焊条的截面形状有多种多样，常见是形状有圆形、矩形、绳形、D形、B形等，直径2~8mm。
⑤热气焊通常温度为200~400℃，流速15~70L/min。典型塑料品种热气焊的温度范围：PVC 210± ；PP 220±20；PMMA 250±10；PC 330±10；POM 230±10。具体准确温度要试焊测试后最终确定。
⑥热气摆动焊，摆动热气喷口，分别对被焊基体和焊条加热，焊条在一定的手持顶紧力下熔化，进而焊入焊缝，逐渐形成接头，是最常用的手工焊法。
⑦热气嵌入焊，焊条先被引进焊枪头部并被预热塑化，自然溶嵌进焊缝；通过焊枪头的设计或其他专用工具，可以根据焊缝的形式，手功施加一定的焊接压。
⑧热气搭接焊，用热气对塑料的搭接缝隙进行加热，并用手压或机械装置对焊接区施加压力，从而实现焊，热气搭接焊一般不需要焊条，自熔即可。
⑨热气挤塑焊，可以用热气焊方法进行焊接的塑科品种有：PVC、PE、PP、POM、PA、PS、ABS、PC等。
⑩热气焊的焊枪包括手焊枪和快速焊枪，手焊枪内对焊接气体的加热装置有电加热式和火焰加热式两种。焊接气体在流经电加热的管道或穿过火焰加热的蛇形管时，被加热到所要求的热气温度，然后由喷口喷出，控制焊枪的进给和位置即可进行焊接。焊接压力一般通过焊条自身的刚度或通过压轮等方法，传递至焊接区。
改换喷嘴可以把手焊枪装配成块速焊枪，快速焊枪的喷头内对热气作了分流，一部分热气被用来加热基体材料，丶另一部分则用来预热焊条，快速焊枪的喷头通常具有与焊缝形状相适应，以便能向焊缝施加压力。快速焊枪一般由机械操纵，焊接时焊枪恒速前行，喷嘴压力保持不变。
其它塑料焊接方法的简介：
2，热工具焊
①热工具焊是利用高温表加热连接面，使之充分软化，施加适当压力并夹紧，冷却后实现致密连接。
②适用于热塑性材料，既可焊接塑料薄膜也可以焊接塑料厚板，连接速度快，一般在410s之间，接头强度高。接头附近可能存存应力。
③主要焊接型材等塑料件，需要具有一定面积的加热工具，如电烙铁、接有加热元件及控制的钢板、钢管，需要适当夹具。
3，电阻植入焊
①将导电的电阻材料放入焊接界面中，施加焊接压力并对电阻材料通过电流，将焊接界面上的塑料熔化，熔化的塑料相互润湿混台扩散，消除原来的宏观焊接界面形成焊缝，同时电阳材料被保存在最终的焊缝中。
②电阻植入焊的设备简单，容易操作。需要一定功率的加热电源和植入电阻材料。
③焊接接头残留电阻丝与塑料不相熔的材料，降低焊缝强度及耐腐蚀性。
4，激光焊
①激光焊是利用材料在原子水平上将激光的光子能转化为热能的原理进行焊接的方法。激光光子能被塑科中大量的碳原子亚接吸收，塑料从表面开始熔化然后加压冷却形成焊缝。
②其焊接速度快，焊接装置与塑料不接触，可焊接难以接近的部位。
③激光焊的设备昂贵，而且还需相应夹具。对于装配要非常严格，故没有得到广泛应用。
④常用激光功率一般为50W/mm2，常用激光器：CO2激光器；YAG激光器；二极管激光器；2μ激光器。
5，超声波焊
①超声波焊是超声波通过被连接件，压接触表面发生相互摩擦，产生的热量将工件表面熔化。实现连接。
②适于热塑性材料，接头强度高，焊接速度快、自动化挂度高、焊缝美观。
③焊件尺寸及形状受到限制，应用面较窄，需要超声波焊接没备和相应夹具。
6，感应加热焊
①感应加热焊是利用电磁场对金属插入件进行加热，插入件附近的塑料被加热软化，冷却后形成接头。
②加热速度快母材受的影响较小。
③接头中易产生内应力，耐蚀性变差，需要使用高频发生器、加热线圈、金属插入件等。
④交变电磁场频率一般为3~10MHz。
7，摩擦焊
①摩擦焊是利用连接表面相互摩擦生成的热量而实现连接的方法。
②摩擦焊包括三类：旋转摩擦焊、线性振动摩擦焊和搅拌摩擦焊。
④旋转摩擦焊，被连接件以很高的速度旋转，同时在轴向施加一定的压两个连接表面相互摩擦，停止旋转时，被连接件冷却并形成焊缝。适合于连接硬塑性塑料，连接速很快，被连接件应接近圆柱形，需旋转装置才能施焊
⑤线性振动焊摩擦焊，又称振动焊，采用0.5~5MPa的焊接压力将塔接好的焊件压紧，然后一侧的焊件在夹具的带动下以1mm左右的振幅，100~500Hz左右的频率，在平行于焊接界面的方向振动，焊接界面在摩擦和粘性切应力的作用下温度逐渐升高到塑料的熔点以上，熔融的塑料被挤出，振动停止，熔融的焊缝在压力下凝固。可以焊接超声波焊难以焊接的大型塑料焊件；被焊件形状受到限制；需要专用振动焊接设备。
⑤搅拌摩擦焊，是利用轴待摩擦产生的热量使焊缝塑料进入塑性流动状态，并利用搅拌针搅拌焊缝进入塑性状态的材料，消除原来焊接界面并形成焊缝的焊接方法。只能用于热塑性塑料的焊搂，主要适用于大型厚板，接变形量小，设备原理简单，可靠性相对较高，适于批量生产以及焊接精度和外观质量相对较低场合。需要专用设备及复杂的工装夹具。
8，溶剂焊
①溶剂焊是用溶剂软化非结晶型的热塑性塑料，当溶剂完全耗尽、蒸发时完成连接；它是通过被焊塑料的溶解而实现连接
②接头中含有一定量的母材成分时强度较高，溶剂应填满连接区域的空隙。这种方法不能用于PE、PP、氟塑料等。
③接头强度可以达到母材的强度，所需焊接设备简易，操作十分简单，成本低。
④焊接速度慢，需较长时间蒸发，有些溶剂有毒性，对人体有害，注意防护。
⑤所用工具主要有：注射针、擦試工具、浸泡用容器等；夹持工具、干燥装置；溶剂回收装置等。
本文为“威尔鼎王”原创，特此声明。
材料丨工业设计中的塑料
材料是产品设计中人性化、情感化设计的重要表现因素，尤其是当代设计的准则“人性化”，更是要求产品设计既要满足人们的物质需求，也要重视人们的精神生活的需要。所以在产品设计中材料“感觉”特性的应用要体现出对人们触觉、视觉等感观的满足，并由此引起情感上的愉悅，了解材料的属性和不同性质的工艺并灵活运用于产品设计当中，是实现产品功能的基本保证。
前面小夫子对常见的几种材料如金属、塑料、木材、玻璃等做了简单介绍，希望大家有所收获。今天，小夫子着重对塑料CMF过程与特性与大家进行探讨，让大家进一步了解塑料的特殊属性及实际应用。好了话不多说，我们进入正题。
塑料的概述
塑料，相信大家都不陌生，其主要成分是树脂，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成。塑料是现代材料的代表，优势与劣势一样鲜明，但随着科技的进步，塑料的性能越来越易于调控，优势越来越明显，在设计行业中的应用也越发广泛，时刻提醒着设计师们要重视它的地位。
塑料的种类多样，性能又具可变性，因此，塑料应用的选材常常要从塑料中许多性能的综合平衡来考虑(包括工艺与成本)，选择出性能和加工工艺均符合使用要求、又能恰如其分地量材使用的塑料品种也成为了设计师不可或缺的能力。
塑料的种类与特性
塑料也像金属一样，种类繁多，虽然已工业化的主要类别只有五十多种，但每类又有许多品级；每一种类还可以通过改性，例如加入填料或增强材料和其它辅助材料或通过共混制成"合金"；或通过加工工艺如定向拉伸、结晶、发泡等来获得新的性能，以满足使用要求，这样大大增加了塑料的种类多样性；一般按用途分为通用塑料、工程塑料与特种塑料。
通用塑料
通用塑料一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。现在流行五大通用塑料的说法：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物），它们都是热塑性塑料。
聚乙烯(PE)
由乙烯聚合而成的聚乙烯是目前世界上热塑性塑料中产量最大的一个品种。为白色蜡状半透明材料，柔而韧，稍能伸长，比水轻、易燃、无毒。按合成方法的不同，可分为高压、中压和低压三种，近年来还开发出超高分子量聚乙烯和多种乙烯共聚物等新品种。
聚丙烯(PP)
聚丙烯是六十年代发展起来的新型热塑性塑料，是由石油或天然气裂化得到丙烯，再经特种催化剂聚合而成，是目前塑料工业中发展速度最快的品种，通常为白色、易燃的蜡状物，比聚乙烯透明，但透气性较低。高频绝缘性好，机械强度较高，耐弯曲疲劳性尤为突出。可代替部分有色金属，广泛用于汽车、化工、机械、电子和仪器仪表等工业部门，如各种汽车零件、医疗器械(可进行蒸汽消毒)、管道、化工容器、工厂配线和录音带等。由于无毒，还广泛用于食品、药品的包装以及日用品的制造。
聚苯乙烯(PS)
聚苯乙烯是产量最大的热塑性塑料之一，它无色、无味、无毒、透明，不孳生菌类，透湿性大于聚乙烯，但吸湿性低，在潮湿环境中也能保持强度和尺寸。具有优良的电性能，耐辐射性强，表面易着色、印刷和金属化处理，容易加工，适合于注射、挤塑、吹塑、发泡等多种成型方法。可用于包装、日用品、电子工业、建筑、运输和机器制造等许多领域。
ABS塑料
ABS塑料的主体是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共混物或三元共聚物，是一种坚韧而有刚性的热塑性塑料。有良好的模塑性、耐热、耐化学腐蚀性和表面硬度；三种组分的比例不同，其性能也随之变化。通用级用于制造齿轮、轴承、把手、机器外壳和部件等
工程塑料
工程塑料是指一类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的高分子材料。一般能承受一定的外力作用，有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。也流行有五大工程塑料的说法：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、热塑性聚酯。
聚酰胺(PA)
聚酰胺塑料俗称尼龙，是最早出现能承受负荷的热塑性塑料，也是目前机械、电子、汽车等工业部门应用较广泛的一种工程塑料。有很高的抗张强度和良好的冲击韧性，有一定的耐热性、耐磨性、耐化学腐蚀性。品种很多，主要有聚酰胺-6、-66、-610、-612、-8、-9、-11、-12、-1010以及多种共聚物，在汽车、电气设备、机械部构:、交通器材、纺织、造纸机械等方面得到广泛应用。
聚碳酸酯(PC)
聚碳酸酯是六十年代初发展起来的—种热塑性工程塑料，通过共聚、共混和增强等途径，又发展了许多改性品种，提高了加工和使用性能。有突出的抗冲击强度和抗蠕变性能，较高的耐热性、耐寒性、稳定性和良好的成型性。主要用作工业制品，代替有色金属及其它合金，制作高强度的零部件、螺丝、螺杆、安全帽、插头、插座等。
聚甲醛(POM)
聚甲醛是是—种没有侧链的、高密度、高结晶性的线型聚合物，通常为白色粉末或颗粒，具有综合的优良性能，如高的刚度和硬度、极佳的耐疲劳性和耐磨性、较小的蠕变性和吸水性、在机电工业、精密仪表工业、化工、电子、纺织、农业等部门均获广泛应用，主要是代替部分有色金属与合金制作一般结构零部件，耐磨、耐损耗以及承受高负荷的零件，如轴承、凸轮、滚轮、辊子、齿轮等。
特种塑料
一般是指具有特种功能，可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用，增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能，这些塑料都属于特种塑料的范畴。
加工工序及工艺
塑材配料
塑料加工所用的原料，除聚合物外，一般还要加入各种塑料助剂(如稳定剂、增塑剂、着色剂、润滑剂、增强剂和填料等)，以改善成型工艺和制品的使用性能或降低制品的成本。
塑料成型
塑料加工的关键环节，成型的方法多达三十几种。主要决定于塑料的类型(热塑性还是热固性)、起始形态以及制品的外形和尺寸。加工热塑性塑料常用的方法有挤出、注射成型、压延、吹塑和热成型等；加工热固性塑料一般采用模压、传递模塑，也用注射成型。在这些方法中，以挤出和注射成型用得最多，也是最基本的成型方法。
塑件接合
把塑料件接合起来的方法有焊接和粘接。焊接法是使用焊条的热风焊接，使用热极的热熔焊接，以及高频焊接、摩擦焊接、感应焊接、超声焊接等。粘接法可按所用的胶粘剂，分为熔剂、树脂溶液和热熔胶粘接。
塑件装配
用粘合、焊接以及机械连接等方法，使制成的塑料件组装成完整制品的作业。例如:塑料型材，经过锯切、焊接、钻孔等步骤组装成塑料窗框和塑料门。
机械加工
借用金属和木材等的加工方法，制造尺寸很精确或数量不多的塑料制品，也可作为成型的塑料加工产品。
表面处理
我们设计产品的最终成型后对其表面处理是一个关键步骤，不仅是为了提升视觉美观，更是为了综合提升产品在外观、质感、功能等方面的价值，通过表面处理，可以改变材料的颜色、光泽、手感、粗糙度、使用寿命、耐划伤性、抗指纹性等性能。通常有机械修饰、涂饰、施彩、镀金属、雕刻等几种形式。
一个完整的设计过程，选材在在每个设计步骤中都很关键，对于指定部件的选材，最主要的是考虑部件的功能和决定部件功能的有关材料性能，同时还要考虑使用时的外界条件、使用方式方法、成本与经济效益等。塑料因其种类多样且性能可按需变化受到诸多设计师的称赞，希望本期小夫子的分享可以让大家对塑料有更深入的了解，灵活运用到自己的产品设计中。好了今天的分享就到这里了，我们下期再见！
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