Ultragarsinės plastiko surinkimo technologija yra plačiai naudojama termoplastikų prijungimui. IT sukuriami sąnariai yra ne tik stiprūs ir patvarūs, bet ir gražūs išvaizda. Ši technologija apima keturias pagrindines kategorijas, tarp kurių yra ultragarsinis suvirinimas. Ultragarsinis suvirinimas naudoja aukšto dažnio ultragarsinę energiją (15–50 kHz), kad būtų sukurta mažos amplitudės (1–100 μm) mechaninės vibracijos. Ši vibracija veikia ant komponentų sąnarių, tirpindama termoplastinę medžiagą per trinties šilumos generavimą, o po to sudaro suvirinimą. Jo suvirinimo greitis yra ypač greitas, paprastai nuo 0,1 sekundės iki 1,0 sekundės.
Ultragarso suvirinimo proceso metu sinusoidinės stovinčios bangos susidaro termoplastikoje. Dėl tarpmolekulinės trinties dalis energijos paverčiama šilumos energija, o tai padidina medžiagos temperatūrą. Kita energijos dalis yra sukoncentruota ir perkeliama į sąnarį, kuris dar labiau kaitinamas ribine trintis. Todėl ultragarsinės energijos perdavimo kelią ir medžiagos lydymosi elgseną kartu veikia dalies geometrija ir ultragarsinės medžiagos absorbcijos charakteristikos.
Kai vibracijos šaltinis yra arti suvirinimo sąnario, medžiaga turi mažiau energijos absorbcijos nuostolių. Jei atstumas nuo vibracijos šaltinio iki sąnario yra mažesnis nei 6,4 mm, procesas vadinamas netoli lauko suvirinimu, kuris tinka kristalinėms medžiagoms, turinčioms didelę energijos absorbciją ir mažai standumo medžiagas. Jei atstumas yra didesnis nei 6,4 mm, jis vadinamas tolimojo lauko suvirinimu, kuris tinka amorfinėms medžiagoms, turinčioms mažai energijos absorbcijos ir didelio standumo medžiagų.
Dėl „nelygios“ sąnario paviršiaus savybių lengva generuoti aukštą temperatūrą ir aukštą trintį, kuri skatina kauptis ultragarsinei energijai. Daugelyje ultragarsinių suvirinimo būdų viršutinės dalies paviršiuje suprojektuotas trikampis išsikišimas, vadinamas „Energy Guide Rib“, kuris vibracijos energiją nukreipia į sąnarį.
Ultragarsinio suvirinimo proceso metu vibracijos energija vertikaliai veikia ant sąnario paviršiaus, o energijos kreipiamojo šonkaulio galas liečiasi su suvirinta dalimi slėgiu. Dėl trinties šilumos generavimo gale susidaro didelis šilumos kiekis, todėl energijos kreipiamojo šonkaulis pradeda tirpti. Visą suvirinimo procesą galima suskirstyti į keturis etapus. Pirma, energijos kreipiamojo šonkaulio viršus pradeda tirpti, o lydymosi greitis palaipsniui didėja. Mažėjant tarp abiejų sąnario pusių tarpo, išlydyto energijos kreipiamojo šonkaulio šonkaulis visiškai plinta ir liestų žemiau esančią dalį, o lydymosi greitis šiuo metu sumažės. Antra, viršutinėje ir apatinėje dalyse yra paviršiaus kontaktas, o lydymosi plotas toliau plečiamas. Tada jis patenka į pastovios lydyklos stadiją, tuo metu susidaro išlydytas tam tikro storio sluoksnis, lydimas stabilios temperatūros lauko. Pasiekus iš anksto nustatytą suvirinimo energiją, laiką ar kitas valdymo sąlygas, ultragarsinė vibracija sustos. Galiausiai slėgis išlaikomas, ištikimo perteklius bus išspaustas iš suvirinimo, o dalys yra sujungtos molekulinėmis jungtimis ir palaipsniui vėsinamos.
Ultragarso suvirinimo pranašumai ir trūkumai
Kaip plastikinė sujungimo technologija, plačiai naudojama pramonės srityje, ultragarsinis suvirinimas išsiskiria dėl greitos, ekonomiškos, lengvos automatizavimo integracijos ir tinkamumo masinei gamybai. Jo suvirinimo stabilumas yra puikus, stiprumas taip pat yra didelis, o suvirinimo laikas yra trumpesnis nei kiti procesai. Be to, šiai technologijai nereikia sudėtingos ventiliacijos sistemos, kad būtų pašalinta dūmai ar aušinimo sistema, kad būtų pašalintas šilumos perteklius, naudojant didelę energijos sunaudojimą, didesnį gamybos efektyvumą ir mažesnes išlaidas. Pelėsių dizainas yra gana paprastas, o pelėsių keitimo greitis greitas, todėl pagerina įrangos panaudojimo greitį ir universalumą. Verta paminėti, kad kadangi į suvirinimą nėra įvežta jokia kita pagalbinė suvirinimo medžiaga, suvirinimas išlieka švarus ir neturi priemaišų, neturi įtakos įrangos suderinamumui ir yra labai tinkamas naudoti sveikatos priežiūros pramonėje, kuriai didesni reikalavimai valyti.
Tačiau ultragarsinis suvirinimas taip pat susiduria su tam tikrais apribojimais. Produktams, kurių dydis yra didesnis nei 250 mmx300 mm, suvirinimo galvutės dizainas tampa sudėtingas, todėl dažnai reikia naudoti kelias suvirinimo galvutes sinchroniniam suvirinimui arba vieną suvirinimo galvutę, kad būtų galima atlikti kelis suvirinimą. Be to, ultragarso suvirinimo rezultatai yra glaudžiai susiję su tokiais veiksniais kaip suvirinimo struktūros konstrukcija, įpurškimo formos dalies matmenų paklaida ir deformacija. Tuo pačiu metu ultragarsinės virpesiai gali pažeisti jautrius elektroninius komponentus, nors tokią riziką galima sumažinti padidinant dažnį ir sumažinant amplitudę.
Taikymo laukai
Ultragarsinis suvirinimas yra plačiai naudojamas daugelyje pramonės šakų. Pavyzdžiui, automobilių pramonėje jis naudojamas norint sujungti komponentus, tokius kaip priekiniai žibintai, prietaisų skydai, mygtukai ir jungikliai; Elektronikos ir elektros pramonėje ši technologija taip pat dažnai naudojama norint sujungti tokius komponentus kaip jungikliai, jutikliai ir pavaros; Be to, ultragarsinis suvirinimas taip pat yra būtinas gaminių, tokių kaip filtrai, kateteriai, medicininiai drabužiai ir kaukės, gamybos procese medicinos srityje. Tuo pačiu metu tokių produktų, kaip pūslinių krepšių, krepšių, laikymo konteinerių ir purkštukų, gamyba pakuočių pramonėje taip pat naudingas ultragarso suvirinimo efektyvumui ir patogumui.
Kavos puodelis pagamintas iš PS medžiagos, o jos suvirinimo konstrukcija sumaniai sujungia griovelį ir energiją turinčią šonkaulį, kuris ne tik užtikrina ryšio stabilumą, bet ir pagerina gamybos efektyvumą.
Elektroninis jungiklis yra pagamintas iš ABS plastiko ir patobulintas ultragarsiniu kniedymu.
Atšvaitas pagamintas iš mišrios ABS ir PC medžiagos ir sujungia suvirinimo procesą ir suvirina šonkaulius su energija, kad būtų sukurtas unikalus konstrukcinis dizainas.
Elektroninėje lempoje naudojama kompozicinė ABS ir PMMA medžiaga, derinama su išskirtiniu plokštumos ir energijos turinčių šonkaulių suvirinimo procesu, pateikdama unikalų dizaino stilių.
Elektros jungtis sujungia kietas ABS ir metalo medžiagas ir užtikrina jo sujungimo stabilumą ir ilgaamžiškumą tikslioje ultragarso kniedyme.
Medicininis butelis pagamintas iš kompiuterio medžiagos ir sumaniai naudoja plokštumos ir energijos turinčių šonkaulių suvirinimo suliejimo konstrukciją.
Degalų filtro butelis pagamintas iš nailono 6-6, o jo dizainas sumaniai sujungia dvigubus šlyties siūlių ir suvirinimo procesus.
Filtro membranos surinkimas ir garsas sugerianti medvilnė naudoja kompozicinę nailono medžiagą su 30% stiklo pluoštu ir ji yra smulkiai surinkta per pradurtų suvirinimo procesą.
Elektros dėžutėje naudojama kompozicinė PS ir varinių veržlių medžiaga ir ji yra smulkiai gaminama naudojant ultragarso intarpų technologiją.
Rotorius naudoja PS medžiagą ir sujungia protingą plokštumos konstrukciją ir energiją laidžius šonkaulių suvirinimą.
Polimero struktūra
Amorfinių plastikų molekulinė struktūra yra paskirstoma atsitiktinai ir jai trūksta fiksuotos išdėstymo krypčių. Jo bruožas yra tas, kad jis palaipsniui minkštėja su temperatūros diapazonu. Kai šios rūšies medžiaga pasiekia stiklo perėjimo temperatūrą, ji palaipsniui sušvelnėja ir galiausiai patenka į skystą išlydytą būseną. Medžiagos procesas nuo skysčio iki kietėjimo yra laipsniškas. Amorfinis plastikas gali efektyviai perduoti ultragarsines virpesius, o dėl plataus minkštinimo temperatūros diapazono juos lengviau suvirinti ir pasiekti sandarinimą.
Kita vertus, tvarkingai išdėstyta pusiau kristalinio plastikų molekulinė struktūra. Didelė šiluma yra raktas į tvarkingą išdėstymą. Šie plastikai turi aštrius lydymosi taškus, o kai temperatūra šiek tiek nukris, skysčio būsena greitai sukietės. Todėl iš karšto lydalo ploto tekėjimo tirpalas greitai sukietės. Kai kietas, pusiau kristalinių medžiagų molekulinė elgsena yra tarsi spyruoklė, sugerianti didžiąją dalį ultragarso virpesių, užuot perduodama jas į sąnario plotą. Todėl pusiau kristaliniam plastikui reikalinga didelės amplitudės išėjimo suvirinimo galvutė, kad būtų galima generuoti pakankamai šilumos.
TG stiklo perėjimo temperatūra ir TM lydymosi temperatūra
Aptardami polimero struktūrą, mes paminėjome dvi svarbias temperatūros sąvokas: TG stiklo perėjimo temperatūrą ir TM lydymosi temperatūrą. TG yra temperatūra, kai medžiaga keičiasi iš stiklinės būsenos į labai elastinę būseną, tuo metu medžiaga pradeda palaipsniui minkšti. TM yra temperatūra, reikalinga medžiagai visiškai ištirpti į skystį. Šios dvi temperatūros charakteristikos yra labai svarbios norint suprasti polimerų medžiagų apdorojimą ir veikimą.
Kairėje aukščiau esančios figūros pusėje yra amorfinis plastikas, o dešinėje-pusiau kristaliniame plastike. Termoplastikoje užpildai, tokie kaip stiklo pluoštas, talkas ir mineralai, gali sustiprinti arba slopinti ultragarso suvirinimo poveikį. Tam tikros medžiagos, tokios kaip kalcio karbonatas, kaolinas, talkas, aliuminio oksidas, taip pat organiniai pluoštai, silicio dioksidas, stiklo rutuliai, kalcio metasilikatas (wollastonitas) ir žėrutis, gali padidinti dervos kietumą. Tyrimai parodė, kad kai užpildo kiekis siekia 20%, jis gali efektyviai padidinti ultragarsinių vibracijų perdavimo efektyvumą medžiagoje, ypač pusiau kristalinėms medžiagoms. Tačiau kai užpildo kiekis viršija 35%, antspaudo patikimumas gali būti paveiktas dėl nepakankamo dervos kiekio suvirinimo metu. Kai užpildo kiekis pasieks 40%, stiklo pluoštai susirenka į sąnario vietą, todėl suvirinimo metu nepakanka dervos, o tai savo ruožtu veikia suvirinimo stiprumą. Be to, injekcijos formavimo proceso metu ilgieji stiklo pluoštai paprastai kaupiasi ant energijos turinčių šonkaulių. Veiksmingas sprendimas yra naudoti trumpus stiklo pluoštus, o ne ilgus stiklo pluoštus.
Be to, kai užpildo kiekis viršija 10%, medžiagos abrazyvinės dalelės gali sukelti suvirinimo galvutės susidėvėjimą. Todėl rekomenduojama naudoti karbido plieno suvirinimo galvutę arba titano lydinio suvirinimo galvutę, padengtą volframo karbido danga. Tuo pačiu metu gali reikėti pasirinkti aukštesnės galios ultragarsinį įrenginį, kad būtų užtikrinta, jog jungtyje sukuriama pakankamai šilumos.
Kita vertus, nors priedai gali pagerinti bendrą medžiagos veikimo ar įpurškimo liejimo savybes, jie dažnai turi slopinamąjį poveikį ultragarsiniam suvirinimui. Tipiški priedai yra tepalai, plastifikatoriai, smūgio modifikatoriai, antipirenai, dažikliai, putplasčio agentai ir dervos. Pavyzdžiui, tepalai, tokie kaip vaškas, cinko stearatas, stearino rūgštis ir riebalų rūgščių esteriai, sumažina trinties koeficientą tarp polimerų molekulių ir taip sumažina šilumos susidarymą. Tačiau sąnaryje šis poveikis paprastai būna mažesnis, nes tepalo koncentracija yra žema ir tolygiai išsisklaidžiusi. Kita vertus, plastifikatoriai, tokie kaip aukštos temperatūros organiniai skysčiai ar žemos temperatūros lydymosi kietosios medžiagos, padidina medžiagos minkštumą ir sumažina standumą, tačiau jos sumažina trauką tarp vidinių polimero molekulių ir trukdo perduoti vibracijos energiją. Visų pirma, labai plastifikuotos medžiagos, tokios kaip vinilas, yra labai netinkamos kaip ultragarsinės virpesių perdavimo medžiagos. Be to, plastifikatoriai, kaip vidiniai priedai, laikui bėgant gali migruoti į plastiko paviršių, dar labiau paveikti ultragarso suvirinimo poveikį. Panašiai smūgio modifikatoriai, tokie kaip guma, taip pat sumažina medžiagos sugebėjimą perduoti ultragarsines virpesius, todėl plastikui tirpsta didesnė amplitudė.
Lenkios, neorganinės oksidų ar halogeninių organinių elementų (tokių kaip aliuminis, stibis, boronas, chloras, brominas, sieros, azoto ar fosforo), pridedami prie medžiagos, gali efektyviai slopinti medžiagos gaisro tašką arba pakeisti jos degimo charakteristikas. Tačiau dėl šių ingredientų medžiaga dažnai būna nepageidaujama, ypač kai antipirenantas sudaro 50% ar daugiau, o tai žymiai sumažins suvirinamos medžiagos kiekį. Tokioms medžiagoms reikia didelės galios ultragarsinės įrangos ir suvirinimo galvučių, turinčių didelę amplitudę, o sąnario konstrukcija yra sureguliuota, kad padidėtų suvirinamų medžiagų dalis.
Daugelis dažiklių, įskaitant pigmentus ir dažus, netrukdo perduoti ultragarsines virpesius. Tačiau jie gali sumažinti suvirinamų medžiagų kiekį sąnario srityje. Visų pirma, kai titano dioksido (TiO2) kiekis viršija 5%, jo tepalo poveikis paaiškės, o tai turės slopinantį poveikį ultragarso suvirinimui. Tuo pačiu metu anglies juoda spalva trukdys sklisti ultragarsinę energiją medžiagoje.
Putotos agentai sumažina medžiagos gebėjimą perduoti ultragarsinę vibraciją, nes jų mažo tankio ir didelis porų skaičius molekulinėje struktūroje užkerta kelią efektyviam energijos perdavimui.
Kai į medžiagą sumaišoma antžeminė derva (atsigaunanti), jos pridėjimą ir tūrį reikia atidžiai įvertinti ir valdyti, kad būtų galima optimizuoti suvirinimo efektą. Kai kuriais atvejais REGrind gali būti visai nenaudojamas ir reikalinga 100% nekaltos medžiagos.
Be to, nors pelėsių atpalaidavimo agentai, tokie kaip cinko stearatas, aliuminio stearatas, fluoroklidiniai ir silikonai, gali padėti išlaisvinti liejimo dalis, jie gali perkelti į sąnario paviršių ir sumažinti medžiagos trinties koeficientą, taip sumažinti šilumos susidarymą ir slopinti ultragarsinį suvirinimą. Tuo pačiu metu pelėsių atpalaidavimo agentai taip pat gali sukelti cheminį užteršimą dervoje ir turėti įtakos tinkamų cheminių ryšių susidarymui. Visų pirma, silikonai turi didžiausią poveikį. Todėl, naudojant pelėsio išleidimo agentus, būtina atidžiai pasirinkti tinkamą pažymį ir imtis priemonių, kad jis neperduotų perėjimo prie dalies paviršiaus.
Be to, skirtingų rūšių medžiagos gali turėti skirtingą lydymosi temperatūrą ir srauto indeksus, o tai taip pat gali turėti įtakos ultragarso suvirinimo poveikiui. Pvz., Lėtines PMMA laipsnius gali būti sunkiau suvirinti nei injekcijos/ekstruzijos laipsniai dėl didesnės molekulinės masės ir lydymosi temperatūros. Todėl, norėdami gauti geriausią suvirinimo efektą, pabandykite pasirinkti tos pačios klasės medžiagas suvirinimui ir įsitikinkite, kad dviejų medžiagų srauto indeksas yra panašus, o lydymosi temperatūros skirtumas yra neviršytas 22 laipsnių.
Medžiagos drėgmės kiekis daro didelę įtaką jos suvirinimo stiprumui. Hidroskopinės medžiagos, tokios kaip PBT, PC, PSU ir nailonas, lengvai sugeria drėgmę iš oro. Suvirinimo proceso metu ši absorbuota drėgmė užvirs aukštoje temperatūroje, o sugeneruotos dujos, įstrigusios suvirinimo suvirinime, sudarys poras ir skaidys plastiką, taip paveiks suvirinimo estetiką, stiprumą ir sandarinimą. Norėdami to išvengti, hidroskopinės medžiagos turėtų būti suvirintos iškart po liejimo. Jei neįmanoma nedelsiant suvirinti, džiovintos dalys turėtų būti laikomos sausame PE maiše arba dedamos į orkaitę 80 laipsnių 3 valandas prieš suvirinimą.
Be to, kai suvirinant įvairių rūšių medžiagas, reikia atkreipti ypatingą dėmesį į dviejų medžiagų lydymosi temperatūrą ir molekulinę struktūrą. Ideali suvirinimo sąlyga yra ta, kad dviejų medžiagų lydymosi temperatūros skirtumas neviršija 22 laipsnių, o molekulinė struktūra yra panaši. Jei lydymosi temperatūros skirtumas yra per didelis, pirmiausia ištirps ir tekės medžiaga su mažesne lydymosi temperatūra ir nepateiks pakankamai šilumos, kad medžiaga ištirptų aukštesnėje lydymosi taške. Pvz., Kai suvirinant aukšto tirpimo tašką PMMA su mažo tirpimo taško PMMA, jei energijos laidininkas yra ant aukšto tirpimo taško PMMA, mažo tirpimo taško medžiagos jungtis pirmiausia ištirps ir tekės, todėl energijos laidininkas sušvelnins, o tai savo ruožtu paveiks suvirinimo stiprumą.
Be to, medžiagų suderinamumas taip pat yra pagrindinis sėkmingo suvirinimo veiksnys. Gali būti suvirintos tik chemiškai suderinamos medžiagos, tai yra medžiagos su panašiomis molekulinėmis struktūromis. Verta paminėti, kad medžiagų suderinamumas daugiausia egzistuoja tarp amorfinių medžiagų, tokių kaip ABS ir PMMA, PC ir PMMA, PS ir PPO. Tačiau pusiau kristaliniai plastikai, tokie kaip PP ir PE, nors jie turi panašias fizines savybes, turi skirtingas molekulines struktūras, todėl neturi medžiagos suderinamumo ir negali būti suvirintas.
