全部 高分子 智能汽车 陶瓷 消费电子 弹性体 生物降解 5G材料 光伏 医用材料 锂电 汽车材料 新消费电子 会议列表 展会 半导体
《塑料激光焊接产业报告》连载-1.2 塑料激光焊接原理

最常用的激光焊接形式被称为激光透射焊接,首先将两个待焊接塑料零部件加压力夹在一起,然后将一束短波红外区的激光定向到待粘结的部位。


图片
图1塑料激光焊接基本原理图

激光束通过上层透光材料,然后被下层材料吸收,激光能量被吸收后转换为热能,由于两层材料被压在一起。热能从吸收层传导到透光层上,使得两层材料熔化并结合。

图片
图2塑料激光焊接过程示意图
 
同时由于材料本身的热膨胀扩张产生内部压力。内部压力与外部压力共同作用确保了两部分的坚固焊接。图1、图2直观地说明了塑料激光焊接的原理与过程。

图片
激光透射焊接样板


激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种焊接方法,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,使工件熔化,形成特定的熔池。因此,激光光束的能量必须被塑料吸收,才能达到良好焊接效果(如图1所示)。

图片
图1激光焊接工艺示意图

所以,塑料在近红外区必须具备特殊光学性能才适用于激光焊接工艺,上层透过层需要保证透过近红外激光,而下层吸收层则要保证吸收近红外光。那么,塑料本身的光学性能是怎样的呢?


从聚合物形态来说,非晶型聚合物仅吸收少量的入射光,可以获得很高的穿透深度。

图片
图2四种聚合物(未含添加剂)光谱图

如图2所示,四种非晶型聚合物在可见光区和近红外区均表现出很高的透过率。由于结晶区的存在,结晶型聚合物的光学性能差异较大,激光在球晶区界面处发生折射或反射,穿透材料的行程更长,对激光的吸收率高于非晶型聚合物。

对于填充型聚合物材料来说,光学性能受到填充材料的影响较大。以玻纤为例,ValKagan研究了不同玻纤含量的PA6增强树脂的透过率(图3),发现随着玻纤含量的增加,材料的透过率是线性下降的。

图片
图3玻纤含量对PA6透光率和光路长度的影响(leff:有效光路长度,0%玻纤作归一化处理)

综合而言,大部分聚合物(未添加其他物质)在近红外区或多或少透过率都比较高,原理上无法作为吸收层应用于激光焊接工艺。那塑料激光焊接工艺是如何实现的呢?特别是随着设计美观度的要求越来越高,激光焊接工艺对所焊接材料的要求也越来越复杂,除了常见的透明-黑色产品焊接,甚至会有黑色-黑色产品、透明-透明产品、白色-白色产品等其他需求。

在上述要求下,

适合该工艺的塑料到底长成啥样?

“色粉”和“添加剂”帮助实现塑料激光焊接


在上文的叙述中,我们主要介绍了未加添加剂和色粉的聚合物其光学性能的表现,接下来,我们以激光焊接时必要的透过层与吸收层为例,说明”色粉“和”添加剂“在面对越来越复杂的焊接工艺时,能为我们提供哪些帮助。

透过层


根据上文所述,聚合物在近红外区具有较高的透过率,因此在选择上灵活性较大。在车灯上,作为透过层的配光镜常选择可见光区透光率也比较高的PC或PMMA。

当涉及其他颜色需求时,色粉和添加剂的选择是十分重要的。比如黑色-黑色产品进行焊接,一般来说,炭黑是最常用的黑色产品着色剂,同时也是良好的近红外光吸收剂,如果透过层也使用炭黑配色,则激光在透过层即被吸收,无法达到两层界面处进行焊接。这时,应该选择其他色粉或添加剂,使其肉眼看起来是黑色的,但对近红外激光是透过的。

吸收层


对于吸收层,聚合物需要具备吸收近红外辐射并转化为热能的特性,因此,需要选择合适的色粉以及添加剂提高聚合物在近红外区的吸收能力。虽然炭黑是良好的近红外光吸收剂,但对塑料的颜色影响很大,并不适用于白色或浅色产品。

对于白色产品,我们通常选用钛白粉作着色剂,但需要注意的是,钛白粉加入后材料反射率提高,透过率下降,同样不适用于上层透过层。

如图4所示,ValKagan[1]等人研究了不同色粉染色的PA树脂光谱图,结果表明选择不同的色粉会赋予聚合物近红外区不同的光学性质。另外,通过选择特殊的添加剂,也可以对聚合物的光学性质进行调控,获得近红外区高吸收率的特性。

图片
图4不同色粉染色的PA树脂光谱图

欢迎加入艾邦激光焊接塑料讨论群,主要有:汽车主机厂(上汽大众、福特、现代、广汽研究院、吉利、长安、通用、比亚迪、众泰),材料改性企业(杜邦、巴斯夫、朗盛、科思创、宝理、南京聚隆、普利特、聚赛龙、旭化成),助剂(青岛德达志成化工、默克光电材料、富丽彩科技),医疗器械(迈瑞、联影医疗、WEGO)等激光行业粉丝。 塑料激光焊接产业报告,进群申请:


图片


相关推荐
尖端汽车新设计推动塑料焊接技术的发展
激光焊接 特别适用于快速、准确地焊接小型到大型结构,例如包覆混合动力和电动汽车电池的塑料外壳。同时激光焊接技术可以精确焊接微型组件以及具有关键和复杂几何形状的结构。 激光焊接在对预组装部件焊接过程中不会对内部的精密组件造成振动或高温热源的影响而导致其损坏。 这也允许 3D 焊接筋设计和更灵活的零件设计。 由此产生的焊缝几乎没有飞边或碎屑,使激光焊接成为需要清洁焊接的应用的理想选择。
0
0
52
《塑料激光焊接产业报告》连载-3.1 激光焊接对塑料的要求
《塑料激光焊接产业报告》连载-3.1 激光焊接对塑料的要求
0
0
35
《塑料激光焊接产业报告》连载-2 市场分析
《塑料激光焊接产业报告》连载-2 市场分析
0
0
33
《塑料激光焊接产业报告》连载-1.3 几种不同的焊接工艺方法
《塑料激光焊接产业报告》连载-1.3 几种不同的焊接工艺方法
0
0
32
《塑料激光焊接产业报告》连载-1 激光焊接概况
《塑料激光焊接产业报告》连载-1 激光焊接概况
0
0
39
激光焊接塑料技术在氛围灯上的应用
本文介绍激光焊接塑料技术在氛围灯上的应用
0
0
37
热塑性塑料激光焊接案例介绍(多图)
本文就热塑性塑料激光焊接的具体应用案例给大家做一个分享。
0
0
35
塑料激光焊接在医疗器械领域中的应用
​随着塑料材料在医疗器械领域广泛应用,新型的塑料生产及加工工艺也层出不穷,激光焊接作为其中的一种,因其无污染、非接触性、无缝连接等优点受到该行业的广泛关注。
0
0
27
激光焊接塑料指南
对于连接板材、薄膜和模制热塑性塑料和纺织品而言,激光是一种非常有吸引力的工具。它们所具有的特性,使得其可以精确、快速地将受控能量直达所需焊接的准确部位。
0
0
29
新型透明塑料激光焊接案例(多图)
新型的透明塑料激光焊接可将将两种透明材料焊接在一起,元件接合无机械振动、热效应小。比如医疗、食品、汽车、消费电子等行业都是它的理想应用领域。
0
0
48
PA、PBT等材料激光穿透率的检测方法
材料的激光穿透率在用焊接工艺的时候是必要的考量因素,本文以PA、PBT为例讲解激光穿透率的检测方法。
0
0
64
塑料激光焊接原理及方法
一文了解塑料焊接的原理及方法
0
0
43
清洁塑料焊接的3大新趋势详解
汽车和医疗行业对塑料清洁焊接技术的需求日益增长。塑料清洁焊接是指在焊接过程中不产生任何污染物和颗粒物。消除污染物和颗粒物有利于提高塑料焊接强度和改善外观。
0
0
34
塑料激光焊接工艺在汽车气液分离器上的应用
本文就塑料激光焊接工艺在汽车气液分离器上的应用做个简单介绍。
0
0
33
塑料激光焊接在EPB电子驻车系统塑料部件上的应用
EPB电子驻车系统塑料部件的激光焊接主要涉及到EPB电子驻车控制器外壳以及EPB电子驻车MGU部件塑料外壳的激光焊接。
0
0
30
塑料激光焊接在汽车仪表板上的应用
仪表盘作为传统汽车最重要的零部件之一,不仅能提供车速、转速的信息,还能时刻反映车辆的状态,可以说是最早的车内人机交互的窗口。仪表盘的焊接工艺有振动摩擦焊接有激光焊接,本文就这两种焊接工艺做一个简单介绍。
0
0
47
汽车尾灯塑料焊接传统工艺VS激光焊接
一文读懂几种车灯焊接工艺的优劣。
0
0
37
激光焊接在汽车塑料制件中的应用
一文了解激光焊接在汽车塑料零部件上的应用
0
0
31