三厘-塑料透明管件
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三厘热塑性零件的激光焊接已成为许多工业应用的标准处理方法。当使用二极管激光器,Nd:YAG激光器或光纤激光器时,标准操作是重叠进行投射激光焊接。聚焦的激光辐射穿过塑料的透明上层,并被下面的材料吸收。吸收的辐射能在表面上转换为热能。热能的传导在上层中产生接触。

原色或有色塑料在近红外波段吸收率低。炭黑是一种树脂添加剂,工业水管接头配件可以有效地提高从塑料到激光的吸收率(从可见光到红外光)。但是,使用炭黑时,塑料只能是深色的,而不能是透明的塑料部件。

英国剑桥焊接研究所(TWI)开发的Clearweld工艺使透明或有色塑料能够有效吸收近红外光。一种特殊的近红外吸收材料用作元件表面的涂层或嵌入树脂底层的添加剂。这些材料在可见光范围内具有低吸收率,而在近红外区域(800-1100 nm)具有高吸收率。

当前,在最大吸收波长附近,有多种具有窄吸收带宽的吸收材料,可用于调节塑料的光学性能,以适应各种常见的近红外激光。除了取决于所用激光器的波长,最佳吸收材料还取决于特定的应用要求,例如加工参数,材料特性和目标组件的所需颜色。

清晰的焊接涂层工艺

吸收范围为940至1100 nm的吸收剂涂层是用于各种间歇系统的低粘度溶剂型液体材料。典型的溶剂是乙醇和丙酮。涂层的使用量为每平方毫米纳升(nL / mm2)。溶剂可用作载体并迅速蒸发,从而在塑料表面形成吸收性材料的薄膜。干燥时间通常为1-7秒。使用辅助干燥方法(例如使用红外灯预热或后加热零件)也可以更快地挥发溶剂。涂覆过程可以与焊接过程分开进行。

当将涂层施加到材料的表面时,吸收剂的均匀薄层沉积在材料的表面上。在激光辐照之前,干涂层在可见光波长范围内具有轻微的颜色。在焊接过程中,激光辐射被涂层吸收并同时转化为热量。导热加热并熔化与涂层相邻的表面材料,该材料固化并形成焊料键合。在加热过程中,吸收剂分解,涂层完全失去可见带的颜色(请参见下图)。

添加剂

吸收剂也可以用于许多热塑性材料中。将其作为添加剂添加到下面的塑料中,以支持激光焊接过程。此过程类似于向材料中添加炭黑,但是此处的颜色更加多样,可以用于透明/不透明的塑料零件。

根据应用程序的不同要求,技术人员可以使用Clearweld吸收工艺来调整材料的熔化深度。这是通过改变树脂中吸收剂的浓度来实现的。吸收剂的浓度与光穿透的深度直接相关。增加浓度会降低渗透深度和熔化深度。

如果需要较大的熔池来纠正间隙和几何偏差,并且不希望聚合物塑料发生热降解,则可以将吸收剂浓度设置得较低。如果所需的熔池尺寸很小,例如在微流体应用中,吸收剂的浓度可能会很高。

已经设计了包含Clearweld添加剂的特定杂化树脂,并将其用于800-1100 nm波段的激光焊接中。这些树脂以注塑模或挤出模的形式制造。在混合过程中,它们的颜色可以与着色剂匹配以获得特定的配方,以达到特定的应用要求。配方中必须考虑许多参数,例如聚合物相容性,颜色要求和焊接激光波长。

图2是激光焊接的黄色和橙色透明塑料样品。成功的颜色匹配可以使透光的上层和吸收性的下层看起来完全相同,并且焊接过程也得到了优化。但是,颜色要求可能会确定所需的激光波长和其他参数。可焊接树脂和这些添加剂可以混合并挤出到模具中,注入到模具中,或挤出到薄膜中。冲压后,该膜可用作激光焊接的中间层。

焊接油层

图3显示了由透明无色PMMA塑料制成的激光焊接储油罐。该零件是在Barkston Plastics Industries的半自动化生产线上制造的。在使用激光焊接之前,将产品胶合在一起,并通过复杂的机械切割,额外的修改和表面抛光使零件成为可能。顶部和底部平盖和中央支柱用940 nm二极管激光器焊接。

焊接之前,在柱子的边缘涂一层透明的焊接涂层。干燥后,将组件组装,夹紧并放在激光焊接台上。焊接过程是通过圆形焊接线进行的,其中使用的激光束从顶部穿过盖子到柱子的末端聚焦。在整个过程中,色谱柱顶部边缘的涂层会变质,因此必须同时焊接色谱柱的底盖和另一端。这是因为激光在支柱的侧壁内反射,从而将激光束引向相反侧。通过激光焊接获得的流体焊接接头非常紧密,牢固,并具有良好的光学外观。

Clearweld涂层允许将顶部和底部同时激光焊接到色谱柱上。结果,该产品具有真空密封的特性,并且整个产品是完全透明的,这大大减少了制造时间并大大提高了产品质量。储油产量为每批次50种产品,可实现经济型和小批量生产。

焊接医用管件

我们与我们合作,使用添加剂吸收医疗应用所需的激光能量和焊管(请参见图4)。这些产品通常通过UV键合或溶剂键合获得。 UV粘合通常需要15到20秒的固化时间。溶剂粘结是瞬时的,但是需要添加化学物质以形成接缝。 UV粘合和溶剂粘合方法都需要在整个过程中与端口表面(锥形区域)接触。它的长度通常最长为0.250至0.500英寸。

这些管子可以通过混合和挤出管子的内层和外层来满足套管要求而形成。管的外部是柔软,易于触摸的表面。表面层可以是各种塑料或热塑性弹性体材料,例如PVC,TPU,TPE,COPE。将添加剂添加到管壁的外层,以便可以使用激光焊接管两端的端口。管子和端口必须干净无色,以测量流过管子的液体。

通过按压,将端口固定到管道上。束形成允许激光焊接工艺形成环形接头,从而可以同时进行焊接。压制过程不需要任何其他固定装置即可固定。这样,激光焊接在管子的末端形成了一个密封的接头,并且焊接不会影响组件的透明度。

与UV粘接和溶剂粘接方法相比,激光焊接的主要优点是无需其他溶剂或粘接剂即可形成机械连接。与传统方法相比,激光焊接需要0.125英寸的长度才能形成机械连接。该长度可以与通用流程标准进行比较,甚至比当今的通用流程更好。

另外,激光焊接需要少于0.5秒,而UV粘合需要15-20秒的固化时间。某些应用需要在管道的两端使用不同类型的接头(一端是溶剂结合的,另一端是紫外线结合的)。可以在两端进行激光焊接,但是无法实现溶剂粘合工艺。

透明的热塑性聚合物塑料和合成橡胶也可以进行激光焊接,并且可以使用近红外吸收材料来产生热量和局部熔化。该技术已成功应用于各种场合,这表明Clearweld涂层或添加剂与热塑性材料的吸收性能兼容,并且这些材料可以在工业中进行激光焊接。激光焊接工艺可提供清晰无色的焊缝。激光能量仅在两个组件之间的界面处的焊缝处吸收。其他区域不吸收辐射,因此工件上没有额外的热应力。

使用添加剂,技术人员可以获得高质量的联系。取决于吸收剂的浓度,与使用涂层相比,激光发射可以更深地吸收到材料中。以这种方式,形成大量的熔融材料,这对于补偿较大的间隙或填充较大的偏差更有利。添加剂非常适合彩色透明/不透明基材材料的注塑成型。这些基板材料用于电子产品外壳,医疗设备,液体容器,其他小型组件或其他具有较大焊接面积的组件。适当调整焊接参数将改善焊缝外观并增加焊接强度。

激光焊接技术为工程师提供了干净整洁的光学无色焊接点,真空密封性能,灵活的设计,非接触式生产,无颗粒,无飞边处理,并且该技术增加了粘合剂的附加材料,我不需要。这项技术可在医疗,电子,汽车,纺织,包装和消费品市场上实现新型和先进的塑料激光焊接。此外,所使用的添加剂和涂料具有生物相容性。