第三章 塑料连接

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2.塑料的特点
▪ 大多数塑料质轻、化学稳定性好、不会锈蚀。 ▪ 耐冲击性好 ▪ 具有较好的透明性和耐磨耗性 ▪ 绝缘性好、导热性低 ▪ 一般成型性、着色性好，加工成本低 ▪ 大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧 ▪ 尺寸稳定性差，容易变形 ▪ 多数塑料耐低温性差，低温下变脆 ▪ 容易老化
▪ 时间：要有适当的热熔时间和足够的冷却时间。当热功率一定 时，时间不够会出现虚焊，时间过长会造成焊件变形，熔渣溢 出，有时还会在非焊接部位出现热斑（变色）。必须保证焊接 面吸收足够的热量达到充分熔融的状态，才能保证分子间充分 扩散熔合，同时必须保证足够的冷却时间使焊缝达到足够的强 度。
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▪ 特种塑料：具有特种功能，可用于航空、航天等特殊应用领 域的塑料。例如：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 能等特殊性能，都属于特种塑料的范畴。
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热塑性塑料——加热熔化，冷却固化，再加热仍可熔化 。 热固性塑料——开始加热时软化或熔化，一旦固化后不 再软化。
▪ 润滑剂：防止塑料在成型时粘在金属模具上，同时可使塑料 的表面光滑美观。常用的润滑剂有硬脂酸及其钙镁盐等。
▪ 着色剂：可使塑料具有各种鲜艳、美观的颜色。常用有机染 料和无机颜料作为着色剂。
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▪ 在塑料加工术语中，由塑料母料转变为塑料型 材或制品的工艺称为一次加工工艺，或成型工艺； 对塑料型材或构件等的进一步加工称为二次加工工 艺。塑料焊接属于塑料的二次加工工艺。
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常用热塑性塑料: 聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯
(PS)、ABS(丙烯晴-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)、聚甲醛 (POM)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)等。
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4.描述热塑性塑料使用性质和工艺性质的温度参数
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▪ 1.塑料焊接的原理
塑料焊接的基本原理是 热熔状态的塑料大分子在焊 接压力的作用下相互扩散， 产生范德华作用力，从而紧 密的焊接在一起。
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塑料焊接的必要条件：
▪ 温度：导致塑料熔融流动的焊接温度
▪ 压力：对焊接表面施加适当的压力，焊接材料将由弹性向塑性 过渡，并可以促进大分子相互扩散，并挤去焊缝中残余气隙， 从而增加焊接面密封性能
“4号”LDPE 保鲜膜、塑料膜等，耐热性不强，通常合格的PE保鲜膜在遇温度超过
110℃时会出现热熔现象，会留下一些人体无法分解的塑料制剂。并且，用 保鲜膜包裹食物加热，食物中的油脂很容易将保鲜膜中的有害物质溶解出 来。因此，食物入微波炉，先要取下包裹着的保鲜膜。
“5号”PP 微波炉餐盒、保鲜盒 使用：唯一可以放进微波炉的塑料盒，可在小心清洁后重复使用
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例如：酚醛树脂的应用与性能
制造隔音、隔热材料等
耐火材料、摩擦材料 太原科技大学材料科学与工程学院
沿海城市潮湿，盐分过多 的气候，不生锈、不腐蚀、不 风化、使用年限久
储存腐蚀性介质 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ耐多种酸、碱、盐 和有机溶剂。
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日用品、装饰瓶 太原科技大学材料科学与工程学院
比较塑料焊接与金属焊接的异同
相同： ▪ 都要热源和焊条 ▪ 接头的类型大致相同 ▪ 焊接方法相同 ▪ 强度的评定方法相似
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不同：
▪ 焊接金属时，焊条与基体材料熔成一体。金属有确定的熔点 ，而塑料在软化温度和烧焦或燃烧的温度之间有很大的熔化 温度范围。此外，与金属不同的是，塑料的导热性极差(可认 为其不导热)，这是塑料在焊接时很难保持热量的均匀性。在 对其加热时，塑料表面下的塑料部分还未完全熔化时，塑料 焊条和塑料表面就会烧焦或燃烧。在焊接温度下分解的时间 比在熔焊中使许多塑料软化所需的时间短，所以塑料焊机的 工作温度范围要比金属焊机小得多。
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▪ 热固性塑料：在成形过程中产生不可逆的化学反应，分 子结构从加工前的线形结构转变为网状体型结构，这种 结构一旦形成就不溶解、不熔化、也不再能粘滞的流动 。在过高的温度下，热固性塑料会碳化。
线型(加工前)
少量交链(加工中) 交联型(成型后) 太原科技大学材料科学与工程学院
电绝缘性能优异
耐高温 太原科技大学材料科学与工程学院
▪ 热塑性塑料：分子链都是线型或带支链结构，分子 链之间无化学键产生，可以在一定的温度作用下软 化直至塑料流，冷却又重新硬化。在这个可反复多 次的可逆变形过程中，大分子的化学性质不变，当 温度大于极限温度后，热塑性塑料会化学分解。
▪ 塑料的焊接仅指热塑性塑料。 ▪ 日常生活中使用的大部分塑料属于这个范畴。
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(5)塑料中的填充物 如玻璃纤维、滑石粉、云母等，它们改变了材
料的物理特性。塑料中填充料的含量同塑料的可焊 性和焊接质量有很大的关系。填充物含量低于20% 的塑料可以正常进行焊接，不需要进行特殊的处理 。填充物含量超过30%时，由于表面塑料比例不足 ，分子间融合的不够，会降低密封性。
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塑料制品上的三角标
“1号”PET 矿泉水瓶、碳酸饮料瓶 饮料瓶别循环使用装热水 使用：耐热至65℃，耐冷至-20℃，只适合装暖饮或冻饮，装高温液体
、或加热则易变形，有对人体有害的物质融出。饮料瓶等用完了就丢掉， 不要再用来做为水杯，或者用来做储物容器乘装其他物品，以免引发健康 问题得不偿失。
▪ 由于热固性塑料一次加工成形后的不熔性质，使热 固性塑料无焊接性而言。
▪ 热固性塑料主要用于隔热、耐磨、绝缘、耐高压电 等恶劣环境中使用的塑料，最常用的是炒锅锅把手和高 低压电器。
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常见热固性塑料：
▪ 酚醛塑料(PF)：电绝缘、耐热性、耐酸性好，用于电器通信、涂 料、胶粘剂。
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(2)焊件预处理状态 ▪ 焊件表面清洁——脱脂去污(注意选用的脱脂清洁剂
不能溶解被焊接材料，也不应使之膨胀) ▪ 焊件表面平整与平行的预加工处理
例如①管道端面对接焊时，必须先用平行机动旋刀削 平两个管材的被焊端面，并保证两个端面相互接触 时基本平行
②用于超声波焊接的塑料注塑件，其注塑模具应 保证该构件的焊接面平行接触。
。需要特别注意，一些微波炉餐盒，盒体的确以5号PP制造，但盒盖却以 1号PET制造，由于PET不能抵受高温，故不能与盒体一并放进微波炉。 为保险起见，容器放入微波炉前，先把盖子取下。
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“6号”PS 碗装泡面盒、快餐盒 不能用微波炉煮碗装方便面 使用：又耐热又抗寒，但不能放进微波炉中，以免因温度过高而释出
▪ 氨基塑料：电绝缘、耐热性、耐酸性好，用于绝缘材料、餐具 ▪ 脲醛(UF)：无色、着色容易，似酚醛，用于罩、按钮、涂料等 ▪ 三聚氰胺：硬度大，耐磨性、阻燃性、耐水性好。用于装饰板
、强化地板、电器零件、涂料。
▪ 环氧树脂(EP)：粘接效果、电绝缘性、耐药性好，用于粘合剂 、涂料、电绝缘材料。
▪ 不饱和树脂(UP)：可低压成型，玻璃纤维增强，用于玻璃钢制 造、灌封。
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▪ 增塑剂：可增加塑料的可塑性和柔软性，降低脆性，使塑料 易于加工成型。例如生产聚氯乙烯塑料时，若加入较多的增 塑剂便可得到软质聚氯乙烯塑料，若不加或少加增塑剂(用量 <10%)，则得硬质聚氯乙烯塑料。
▪ 填充剂：可以提高塑料的强度和耐热性能，并降低成本。例 如酚醛树脂中加入木粉后可大大降低成本，使酚醛塑料成为 最廉价的塑料之一，同时还能显著提高机械强度。
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▪ 由于塑料焊条不会完全熔化，所以在焊接前后看了没有变样。 从事焊接金属的技工往往会认为这样的塑料焊接是不完全的。 理由是，因为只有焊条的外表面熔化，其内芯仍然是硬的。焊 工可向焊条施加压力，使它进入焊区并形成永久结合。
▪ 焊接塑料时，材料在热量和压力的适当结合下熔融在一起。采 用常用的手工焊接方法时，这种结合是靠用一只手向焊条施加 压力，而同时用焊炬的热气把焊条和基体材料加热并保持扇形 动作而实现。成功的焊接在于保持压力和热量恒定和适当均衡 。对焊条施加过大压力会使焊缝扩大，而热量过多会使塑料烧 焦。
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3.塑料的分类
通用塑料 按使用特性分：工程塑料
特种塑料
按理化特性分：热固性塑料 热塑性塑料
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▪ 通用塑料：产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。 例如：聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC等。
▪ 工程塑料：能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和耐 高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用作工程结构的塑料 。例如：聚酰胺PA等。
▪ 玻璃化温度Tg ▪ 粘态流动温度Tf ▪ 熔化温度Tm ▪ 热分解温度Td
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➢玻璃态：机械加工 ➢高弹态：橡胶 ➢粘流态：可挤压性、可模塑性
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▪ 聚合物三种力学状态
玻璃态 高弹态
玻璃化转变， Tg
粘态流动温度 Tf 粘流态
熔化温度Tm：对于结晶性聚合物，指大分子链结构 的三维远程有序态转变为无序粘流态的温度。
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▪ (3)焊接接头的强度既与被焊塑料的品种和材质有关 ，又与焊接工艺方法有关。
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(4)塑料的吸湿性 如果焊接潮湿的塑料制品，内含的水分会在受
热后化为蒸气跑出而在焊面上出现气泡，使焊接面 密封性能减弱。吸湿较为严重的材料有PA、ABS、 PMMA等。用这些材料做的制品，焊前必须进行干 燥处理。