Hàn nhựa: hàn cho vật liệu nhựa bán thành phẩm được mô tả trong ISO 472 là quá trình hợp nhất các bề mặt vật liệu đã mềm, thường sử dụng nhiệt (trừ hàn dung môi). Hàn nhựa nhiệt dẻo được thực hiện theo ba giai đoạn tuần tự, cụ thể là chuẩn bị bề mặt, áp dụng nhiệt và áp suất, và làm mát. Nhiều phương pháp hàn đã được phát triển để ghép các vật liệu nhựa bán thành phẩm. Dựa trên cơ chế sinh nhiệt tại giao diện hàn, các phương pháp hàn cho nhựa nhiệt dẻo có thể được phân loại thành phương pháp gia nhiệt bên ngoài và bên trong, như thể hiện trong Hình. Mặt khác, việc sản xuất mối hàn chất lượng tốt không chỉ phụ thuộc vào các phương pháp hàn mà cònkhả năng hàncủa vật liệu cơ bản. Do đó, việc đánh giákhả năng hàncó tầm quan trọng đặc biệt trước khi tiến hành hàn (xemKhả năng hàn lưu biến) đối với nhựa.
Hàn khí nóng
Hàn khí nóng, còn được gọi là hàn khí nóng, là một kỹ thuật hàn nhựa sử dụng nhiệt. Một súng nhiệt được thiết kế đặc biệt, được gọi là máy hàn khí nóng, tạo ra một luồng khí nóng làm mềm cả hai bộ phận cần nối và một thanh nhựa, tất cả đều phải làm từ cùng một loại nhựa hoặc rất giống nhau. (HànNhựa PVCĐẾNAcryliclà một ngoại lệ của quy tắc này.)
Hàn khí nóng/khí là một kỹ thuật chế tạo phổ biến để sản xuất các mặt hàng nhỏ hơn nhưbồn chứa hóa chất, bể chứa nước, bộ trao đổi nhiệt, Vàphụ kiện ống nước.
Trong trường hợp củalướiVàphim ảnhkhông được sử dụng thanh độn. Hai tấm nhựa được nung nóng bằng khí nóng (hoặcbộ phận làm nóng) và sau đó cuộn lại với nhau. Đây là một quá trình hàn nhanh và có thể thực hiện liên tục.
Que hàn
Que hàn nhựa, còn được gọi là que hàn nhiệt dẻo, là que có tiết diện hình tròn hoặc hình tam giác được sử dụng để liên kết hai mảnh nhựa với nhau. Chúng có nhiều màu sắc khác nhau để phù hợp với màu của vật liệu cơ bản. Que hàn nhựa cuộn được gọi là "spline".
Một khía cạnh quan trọng của thiết kế và sản xuất que hàn nhựa làđộ xốpcủa vật liệu. Độ xốp cao sẽ dẫn đến các bọt khí (được gọi là lỗ rỗng) trong các thanh, làm giảm chất lượng hàn. Do đó, chất lượng cao nhất của các thanh hàn nhựa là những thanh không có độ xốp, được gọi là không có lỗ rỗng.
Hàn nhiệt là quá trình hàn một loại nhựa nhiệt dẻo này với một loại nhựa nhiệt dẻo tương tự khác bằng nhiệt và áp suất. Phương pháp hàn nhiệt tiếp xúc trực tiếp sử dụng khuôn hoặc thanh hàn được làm nóng liên tục để truyền nhiệt vào một vùng tiếp xúc hoặc đường dẫn cụ thể để hàn kín hoặc hàn các loại nhựa nhiệt dẻo lại với nhau. Hàn nhiệt được sử dụng cho nhiều ứng dụng, bao gồm đầu nối hàn nhiệt, chất kết dính hoạt hóa nhiệt và hàn màng hoặc lá kim loại. Các ứng dụng phổ biến cho quá trình hàn nhiệt: Đầu nối hàn nhiệt được sử dụng để nối LCD vớiPCBtrong nhiều thiết bị điện tử tiêu dùng, cũng như trong các thiết bị y tế và viễn thông. Niêm phong nhiệt các sản phẩm bằng keo dán nhiệt được sử dụng để giữ màn hình hiển thị trong suốt trên các sản phẩm điện tử tiêu dùng và cho các cụm hoặc thiết bị nhiệt dẻo kín khác mà việc đóng cọc nhiệt hoặc hàn siêu âm không phải là lựa chọn do yêu cầu thiết kế bộ phận hoặc các cân nhắc lắp ráp khác. Niêm phong nhiệt cũng được sử dụng trong sản xuất màng xét nghiệm máu và phương tiện lọc cho máu, vi-rút và nhiều thiết bị que thử khác được sử dụng trong lĩnh vực y tế ngày nay. Các lá và màng cán mỏng thường được niêm phong nhiệt trên đầu các khay y tế nhiệt dẻo, đĩa Microtiter (microwell), chai và hộp đựng để niêm phong và/hoặc ngăn ngừa ô nhiễm cho các thiết bị xét nghiệm y tế, khay thu thập mẫu và hộp đựng được sử dụng cho các sản phẩm thực phẩm. Sản xuất trong ngành y tế và thực phẩm Túi hoặc hộp đựng mềm sử dụng niêm phong nhiệt để hàn chu vi vật liệu nhựa của túi và/hoặc để niêm phong các cổng và ống vào túi. Một loạt cácmáy hàn nhiệtcó sẵn để kết hợp các vật liệu nhiệt dẻo nhưmàng nhựa: Máy hàn thanh nhiệt, máy hàn xung, v.v.
Hàn bằng tay
Với phương pháp hàn tự do, luồng khí nóng (hoặc khí trơ) từ thợ hàn được tác động vào vùng hàn và đầu que hàn cùng lúc. Khi que hàn mềm ra, nó được đẩy vào mối nối và kết dính vào các bộ phận. Quá trình này chậm hơn hầu hết các quá trình khác, nhưng có thể sử dụng trong hầu hết mọi tình huống.
Hàn đầu nhanh
Với phương pháp hàn tốc độ, máy hàn nhựa, có hình dáng và công suất tương tự như mỏ hàn, được lắp ống cấp liệu cho que hàn nhựa. Đầu hàn tốc độ làm nóng que và chất nền, đồng thời ép que hàn nóng chảy vào đúng vị trí. Một hạt nhựa mềm được đặt vào mối nối, các bộ phận và que hàn sẽ nóng chảy. Với một số loại nhựa như polypropylen, que hàn nóng chảy phải được "trộn" với vật liệu nền bán nóng chảy đang được chế tạo hoặc sửa chữa. Các kỹ thuật hàn này đã được cải tiến theo thời gian và đã được các nhà chế tạo và sửa chữa nhựa chuyên nghiệp trên toàn thế giới sử dụng trong hơn 50 năm. Phương pháp hàn đầu hàn tốc độ là kỹ thuật hàn nhanh hơn nhiều và có thể sử dụng ở những góc hẹp khi thực hành. Một phiên bản của "súng" đầu hàn tốc độ về cơ bản là một mỏ hàn có đầu rộng, phẳng có thể được sử dụng để làm nóng chảy mối hàn và vật liệu trám để tạo liên kết.
Hàn đùn
Hàn đùn cho phép áp dụng các mối hàn lớn hơn trong một lần hàn duy nhất. Đây là kỹ thuật được ưa chuộng để ghép vật liệu dày hơn 6 mm. Que hàn được kéo vào máy đùn nhựa cầm tay thu nhỏ, được làm dẻo và đẩy ra khỏi máy đùn chống lại các bộ phận được ghép, được làm mềm bằng luồng khí nóng để cho phép liên kết diễn ra.
Hàn tiếp xúc
Điều này giống nhưhàn điểmngoại trừ nhiệt được cung cấp vớidẫn nhiệtcủa đầu kẹp thay vì dẫn điện. Hai bộ phận bằng nhựa được đưa lại với nhau, tại đó đầu kẹp nóng sẽ kẹp chúng lại, làm tan chảy và nối các bộ phận lại với nhau trong quá trình này.
Hàn tấm nóng
Liên quan đến hàn tiếp xúc, kỹ thuật này được sử dụng để hàn các bộ phận lớn hơn hoặc các bộ phận có hình dạng mối hàn phức tạp. Hai bộ phận cần hàn được đặt trong dụng cụ gắn vào hai tấm ép đối diện của máy ép. Một tấm nóng, có hình dạng phù hợp với hình dạng mối hàn của các bộ phận cần hàn, được di chuyển vào vị trí giữa hai bộ phận. Hai tấm ép đối diện di chuyển các bộ phận tiếp xúc với tấm nóng cho đến khi nhiệt làm mềm các giao diện đến điểm nóng chảy của nhựa. Khi đạt được điều kiện này, tấm nóng được tháo ra và các bộ phận được ép lại với nhau và giữ cho đến khi mối hàn nguội và đông cứng lại để tạo thành liên kết vĩnh viễn.
Thiết bị hàn tấm nóng thường được điều khiển bằng khí nén, thủy lực hoặc điện với động cơ servo.
Quy trình này được sử dụng để hàn các bộ phận dưới nắp ca-pô ô tô, các bộ phận trang trí nội thất ô tô, thiết bị lọc y tế, các bộ phận thiết bị gia dụng và các bộ phận nội thất khác của ô tô.
Hàn tần số cao
Một số loại nhựa có lưỡng cực hóa học, chẳng hạn như PVC,polyamit(PA) vàaxetatcó thể được làm nóng bằng sóng điện từ tần số cao. Hàn tần số cao sử dụng đặc tính này để làm mềm nhựa để ghép nối. Quá trình làm nóng có thể được định vị và quá trình có thể diễn ra liên tục. Còn được gọi là Niêm phong điện môi, Niêm phong nhiệt RF (Tần số vô tuyến).
Tần số vô tuyếnhàn là một rấtcông nghệ trưởng thànhđã có từ những năm 1940. Hai mảnh vật liệu được đặt trên một máy ép bàn tạo áp lực lên cả hai bề mặt. Khuôn được sử dụng để chỉ đạo quá trình hàn. Khi máy ép kết hợp lại với nhau, sóng tần số cao (thường là27,120MHz) được truyền qua vùng nhỏ giữa khuôn và bàn nơi diễn ra quá trình hàn. Trường tần số cao (tần số vô tuyến) này khiến các phân tử trong một số vật liệu chuyển động và nóng lên, và sự kết hợp của nhiệt này dưới áp suất khiến mối hàn có hình dạng của khuôn. Hàn RF diễn ra nhanh. Kiểu hàn này được sử dụng để kết nối các màng polyme được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, nơi cần có lớp niêm phong chống rò rỉ mạnh mẽ và đồng nhất. Trong ngành công nghiệp vải, RF thường được sử dụng nhất để hàn PVC vàpolyurethanVải phủ (PU). Đây là phương pháp hàn rất nhất quán.
Các vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong hàn RF là PVC và polyurethane. Cũng có thể hàn các loại polyme khác như Nylon, PET, PEVA, EVA và một số loại nhựa ABS. Hãy cẩn thận khi hàn urethane vì nó được biết là thải ra khí xyanua khi nóng chảy.
Hàn cảm ứng
Khi một chất cách điện, như nhựa, được nhúng với một vật liệu có độ dẫn điện cao, như kim loại hoặc sợi carbon, có thể thực hiện hàn cảm ứng. Thiết bị hàn chứa một cuộn dây cảm ứng được cấp điện bằng dòng điện tần số vô tuyến. Điều này tạo ra một trường điện từ tác động lên phôi dẫn điện hoặc phôi sắt từ. Trong phôi dẫn điện, hiệu ứng gia nhiệt chính là gia nhiệt điện trở, do dòng điện cảm ứng được gọi làdòng điện xoáy. Hàn cảm ứng vật liệu nhiệt dẻo gia cố bằng sợi carbon là một công nghệ thường được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ.
Trong một phôi sắt từ, nhựa có thể đượchàn cảm ứngbằng cách tạo ra chúng với các hợp chất kim loại hoặc sắt từ, được gọi là susceptor. Các susceptor này hấp thụ năng lượng điện từ từ một cuộn dây cảm ứng, trở nên nóng và mất năng lượng nhiệt của chúng vào vật liệu xung quanh bằng cách dẫn nhiệt.
Hàn phun
Hàn phun tương tự/giống hệt hàn đùn, ngoại trừ việc sử dụng một số đầu trên máy hàn cầm tay, người ta có thể đưa đầu vào các lỗ khuyết tật bằng nhựa có nhiều kích cỡ khác nhau và vá chúng từ trong ra ngoài. Ưu điểm là không cần tiếp cận mặt sau của lỗ khuyết tật. Giải pháp thay thế là vá, ngoại trừ việc vá không thể được chà nhám ngang bằng với nhựa xung quanh ban đầu đến cùng độ dày. PE và PP phù hợp nhất cho loại quy trình này. Drader injectiweld là một ví dụ về công cụ như vậy.
Hàn siêu âm
Trong hàn siêu âm, rung động biên độ thấp tần số cao (15 kHz đến 40 kHz) được sử dụng để tạo nhiệt thông qua ma sát giữa các vật liệu cần ghép nối. Giao diện của hai bộ phận được thiết kế đặc biệt để tập trung năng lượng cho cường độ hàn tối đa. Siêu âm có thể được sử dụng trên hầu hết mọi vật liệu nhựa. Đây là công nghệ hàn nhiệt nhanh nhất hiện có.
Hàn ma sát
Trong hàn ma sát, hai bộ phận cần lắp ráp được cọ xát với nhau ở tần số thấp hơn (thường là 100–300 Hz) và biên độ cao hơn (thường là 1 đến 2 mm (0,039 đến 0,079 in)) so với hàn siêu âm. Ma sát do chuyển động kết hợp với áp suất kẹp giữa hai bộ phận tạo ra nhiệt bắt đầu làm tan chảy các vùng tiếp xúc giữa hai bộ phận. Tại thời điểm này, các vật liệu dẻo hóa bắt đầu hình thành các lớp đan xen vào nhau, do đó tạo ra mối hàn chắc chắn. Khi hoàn tất chuyển động rung, các bộ phận vẫn được giữ chặt với nhau cho đến khi mối hàn nguội và nhựa nóng chảy đông cứng lại. Chuyển động ma sát có thể là tuyến tính hoặc quỹ đạo và thiết kế mối nối của hai bộ phận phải cho phép chuyển động này.
Hàn quay
Hàn quay là một dạng hàn ma sát đặc biệt. Với quy trình này, một thành phần có mối hàn tròn được giữ cố định, trong khi một thành phần ghép nối được quay với tốc độ cao và ép vào thành phần cố định. Ma sát quay giữa hai thành phần tạo ra nhiệt. Khi các bề mặt ghép nối đạt đến trạng thái bán nóng chảy, thành phần quay sẽ dừng đột ngột. Lực tác dụng lên hai thành phần được duy trì cho đến khi mối hàn nguội và đông cứng lại. Đây là cách phổ biến để sản xuất bánh xe nhựa chịu tải trọng thấp và trung bình, ví dụ như đồ chơi, xe đẩy hàng, thùng tái chế, v.v. Quy trình này cũng được sử dụng để hàn nhiều lỗ mở cổng khác nhau vào các thành phần dưới mui xe ô tô.
Hàn laser
Kỹ thuật này yêu cầu một phần phải truyền đến chùm tia laser và phần còn lại hấp thụ hoặc lớp phủ tại giao diện hấp thụ chùm tia. Hai phần được đặt dưới áp suất trong khi chùm tia laser di chuyển dọc theo đường nối. Chùm tia đi qua phần đầu tiên và được hấp thụ bởi phần còn lại hoặc lớp phủ để tạo ra đủ nhiệt làm mềm giao diện tạo ra mối hàn vĩnh viễn.
Laser diode bán dẫn thường được sử dụng trong hàn nhựa. Các bước sóng trong phạm vi từ 808 nm đến 980 nm có thể được sử dụng để ghép nhiều loại vật liệu nhựa khác nhau. Mức công suất từ dưới 1W đến 100W là cần thiết tùy thuộc vào vật liệu, độ dày và tốc độ quy trình mong muốn. Hệ thống laser diode có những ưu điểm sau trong việc ghép các vật liệu nhựa:
Sạch hơn keo dán
Không có vòi phun siêu nhỏ nào bị tắc nghẽn
Không có chất lỏng hoặc khói ảnh hưởng đến bề mặt hoàn thiện
Không có vật tư tiêu hao
Thông lượng cao hơn
Có thể tiếp cận phôi trong hình học khó
Mức độ kiểm soát quy trình cao
Các yêu cầu đối với mối nối có độ bền cao bao gồm:
Truyền tải đầy đủ qua lớp trên
Sự hấp thụ bởi lớp dưới
Khả năng tương thích của vật liệu – làm ướt
Thiết kế mối nối tốt – áp lực kẹp, diện tích mối nối
Mật độ công suất thấp hơn
Danh sách mẫu các vật liệu có thể ghép lại bao gồm:
Các ứng dụng cụ thể bao gồm niêm phong/hàn/nối: túi đựng ống thông, hộp đựng y tế, chìa khóa điều khiển từ xa của ô tô, vỏ máy tạo nhịp tim, khớp nối chống giả mạo ống tiêm, cụm đèn pha hoặc đèn hậu, vỏ máy bơm và các bộ phận điện thoại di động.
Hàn nhựa bằng laser trong suốt
Công nghệ laser sợi quang mới cho phép tạo ra bước sóng laser cao hơn, với kết quả tốt nhất thường vào khoảng 2,000 nm, cao hơn đáng kể so với laser diode 808 nm đến 1064 nm trung bình được sử dụng để hàn nhựa bằng laser truyền thống. Vì các bước sóng cao hơn này được nhựa nhiệt dẻo hấp thụ dễ dàng hơn so với bức xạ hồng ngoại của hàn nhựa truyền thống, nên có thể hàn hai loại polyme trong suốt mà không cần bất kỳ chất tạo màu hoặc chất phụ gia hấp thụ nào. Các ứng dụng phổ biến chủ yếu sẽ nằm trong ngành y tế đối với các thiết bị như ống thông và thiết bị vi lưu. Việc sử dụng nhiều nhựa trong suốt, đặc biệt là các loại polyme mềm dẻo như TPU, TPE và PVC, trong ngành thiết bị y tế khiến cho hàn laser trong suốt trở nên phù hợp tự nhiên. Ngoài ra, quy trình này không yêu cầu chất phụ gia hoặc chất tạo màu hấp thụ laser, giúp việc thử nghiệm và đáp ứng các yêu cầu về khả năng tương thích sinh học dễ dàng hơn đáng kể.
Hàn dung môi
Trong hàn dung môi, một dung môi được áp dụng có thể hòa tan tạm thời polyme ở nhiệt độ phòng. Khi điều này xảy ra, các chuỗi polyme được tự do di chuyển trong chất lỏng và có thể hòa lẫn với các chuỗi khác cũng hòa tan tương tự trong thành phần khác. Nếu có đủ thời gian, dung môi sẽ thấm qua polyme và ra môi trường, do đó các chuỗi mất khả năng di chuyển. Điều này để lại một khối rắn các chuỗi polyme bị vướng vào nhau tạo thành mối hàn dung môi.
Kỹ thuật này thường được sử dụng để kết nối ống PVC và ABS, như trong hệ thống ống nước gia dụng. Việc "dán" các mô hình nhựa (polycarbonate, polystyrene hoặc ABS) lại với nhau cũng là một quy trình hàn dung môi.
Dichloromethane(methylene chloride), có trong chất tẩy sơn, có thể hàn dung môi polycarbonate và polymethylmethacrylate. Dichloromethane hàn hóa học một số loại nhựa; ví dụ, nó được sử dụng để bịt kín vỏ của đồng hồ điện. Nó cũng là một thành phần – cùng vớiTetrahydrofuran– dung môi dùng để hàn ống nước.
