Ultraschall-Kunststoffschweißen bezieht sich auf die Verwendung von Ultraschallgeräten zur Umwandlung niederfrequenter elektrischer Energie in hochfrequente elektrische Energie von 20-40 kHz. , ist die Struktur einer herkömmlichen Ultraschallschweißmaschine in Abbildung 1 dargestellt. Die Vibrationsenergie wird vom Schweißkopf auf das Kunststoffwerkstück übertragen, und die Reibung zwischen den Werkstücken erzeugt eine große Wärmemenge, um dadurch die Schweißoberfläche des Werkstücks zu schmelzen zu einem Ganzen verschweißen. Die Verbindungsfestigkeit kommt der eines einzelnen Stücks aus verbundenem Material nahe, und die Dichtungsleistung ist gut. In den letzten Jahren wurde das Kunststoff-Ultraschallschweißen mit der großflächigen Anwendung von Kunststoffen und Verbundwerkstoffen aufgrund seiner hohen Schweißgeschwindigkeit, guten Schweißqualität, einfachen Automatisierung und Eignung für die Massenproduktion weit verbreitet. Wenn jedoch eine Ultraschallschweißmaschine für Kunststoffschweißvorgänge verwendet wird, ist der Schweißeffekt, selbst wenn alle Vorbereitungen ausreichend sind, unbeständig, unzureichendes Schweißen, übermäßiges Schweißen und andere schlechte Schweißphänomene treten immer noch auf.
Einfluss von Kunststoffmaterialien auf das Ultraschallschweißen
Ultraschallschweißen kann nicht alle Kunststoffe schweißen, was die größte Einschränkung des Ultraschallschweißens darstellt. Kunststoffe lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Thermoplaste und Duroplaste. Thermoplastische Moleküle haben eine lineare oder verzweigte Struktur und können nach dem Erwärmen, Erweichen und Schmelzen zu einem Kunststoffteil mit einer bestimmten Form verarbeitet werden und können die Form nach dem Abkühlen beibehalten. Dieser Vorgang ist wiederholbar und reversibel. Häufig verwendete Thermoplaste sind Polyethylen, Polypropylen, Polyamid (Nylon) und Acrylnitril (A)-Butadien (B)-Styrol (S)-Terpolymer (ABS). Duroplaste hingegen gehen beim Erhitzen eine Vernetzungsreaktion ein, und die Hauptketten der Moleküle werden chemisch verbunden und werden schließlich zu einer Substanz, die weder schmilzt noch schmilzt. Von den Eigenschaften der beiden ist das Ultraschallschweißen nur zum Schweißen zwischen thermoplastischen Kunststoffen geeignet, nicht für duroplastische Kunststoffe. Darüber hinaus haben Füllstoffe (Calciumcarbonat, Glasfaser, Aluminiumhydroxid usw.) und Additive (Flammschutzmittel, Weichmacher, Schmiermittel usw.) in Kunststoffrohstoffen einen großen Einfluss auf das Ultraschallschweißen.
1. Einfluss der Prozessparameter der Ultraschallschweißmaschine auf die Schweißqualität
Bei Ultraschallschweißmaschinen ist die Schweißenergie das Produkt aus Leistung und Zeit und die Schweißleistung das Produkt aus Druck, Fallgeschwindigkeit, Frequenz und Amplitude. Aus dem Arbeitsprinzip von Ultraschallwellen ist ersichtlich, dass die tatsächliche Leistung von Ultraschallwellen nicht groß ist, die Arbeitszeit kurz ist und die erzeugte Wärme begrenzt ist, sodass sie im Allgemeinen nur für Materialien mit niedrigen Schmelzpunkten (unter 400 °C). Entsprechend den Eigenschaften der ausgewählten Kunststoffe können die Prozessparameter der Ultraschallschweißmaschine effektiv angepasst werden, um den idealen Schweißeffekt zu erzielen.
2. Einfluss des Ultraschallschweißens auf die Schweißqualität
Während des Ultraschallschweißens explodiert die Ultraschallenergie augenblicklich, und es besteht keine Notwendigkeit für die Gesamtvibration und Hitze des Schweißteils während des Betriebs. Obwohl die Oberflächenkontaktreibung zweier geschweißter Teile durch schnelle Reibung Wärmeenergie erzeugen kann, ist die Energiestreuung umso schwerwiegender, je größer die Kontaktfläche ist, und letztendlich kann die Molekularstruktur des Endflächenmaterials nicht zerstört und verschmolzen werden, sondern nur notwendig, um am geschweißten Teil selektiv Wärme zu erzeugen. Beim Ultraschallschweißen wird die Ultraschallwelle im Kunststoff auf die Fügefläche mit dem Energieleitwinkel übertragen, wo sie Wärme erzeugt und verschweißt. Daher beeinflusst das Design der Schweißoberflächenstruktur der Ultraschallschweißmaschine die Schwierigkeit des Schweißens, das Aussehen der Schweißstelle, die Schweißfestigkeit und die Wasserdichtigkeits- und Feuchtigkeitsbeständigkeit nach dem Schweißen.
Die Kunststoff-Ultraschallschweißtechnologie hat viele Vorteile und wird in meinem Land in allen Lebensbereichen weit verbreitet und wird immer ausgereifter. Es gibt jedoch viele Parameter, die im Schweißprozess kontrolliert werden müssen, wie z. B. die Einstellung der Prozessparameter der Schweißmaschine, die Auswahl der Schweißmaterialien und die Gestaltung der Struktur, die alle einen wichtigen Einfluss haben der Schweißeffekt, und diese Effekte sind nicht linear. In der täglichen Produktion ist es notwendig, die Schweißwirkung verschiedener Parameter durch strenge Testanalysen zu messen, um die optimale Lösung zu erhalten und gleichzeitig die Anpassungsfähigkeit von Materialien zu verbessern, den Einfluss verschiedener Prozessparameter auf die Schweißqualität zu untersuchen, und Ultraschallschweißen in einem breiteren Feld anwenden.