CN102456432B - 一种超声波焊接用引线及其制备方法 - Google Patents

一种超声波焊接用引线及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超声波焊接用引线，包括：金属导线及包覆在所述金属导线外面的聚氯乙烯引线皮；所述聚氯乙烯引线皮的成分按重量份数计包括：聚氯乙烯树脂49～51份；邻苯二甲酸二辛脂7～9份；偏苯三酸三辛酯13～15份；磷酸三甲苯酯0.5～1.0份；三氧化二锑0.25～0.3份；钙锌混合稳定剂2.5～3.0份；碳酸钙15～17份。本发明在引线皮成分中不添加润滑剂，避免了润滑剂在加工过程中由于温度过高而从聚氯乙烯引线皮中溢出粘附在金属导线上，从而使超声焊接后的焊接点更致密，焊接更牢固。本发明还提供了一种超声波焊接引线的制备方法。

Description

一种超声波焊接用引线及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接引线领域，具体涉及一种超声波焊接用引线及其制备方法。
背景技术
超声波焊接是利用超声波和压力同时作用于两焊接材料表面，使所述两焊接材料表面发生摩擦，形成分子层之间的融合，从而使两焊接材料表面焊接牢固的一种焊接方法。由于超声波焊接具有焊接时两焊接材料不熔融，不脆弱金属特性，焊接后焊接点电阻系数低，导电性好，焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料，焊接无火花，环保安全等特点，所以超声波焊接被广泛应用于汽车制造、塑料加工、电子元件加工、金属加工等领域。
目前超声波焊接在汽车线束制造领域应用较广，汽车线束焊接时使用的引线多为聚氯乙烯(PVC)包覆在金属导线表面形成的引线。需要焊接时，先将所述引线需要焊接的部分的PVC引线皮剥除，露出内部的金属导线，将需要焊接的金属导线相互接触，置于超声波焊接机中，进行焊接。所述引线使用挤出机将金属导线与PVC料共同挤出成型。纯的PVC热稳定性差，不能直接加工成引线绝缘外皮，所以要在其中添加助剂和填料，才能够使聚氯乙烯符合加工条件。
现有技术中，超声波焊接用引线使用的PVC引线皮，为了加工成型方便，在PVC引线皮的加工过程中往往要加入润滑剂和填料等改善加工流动性和增加强度的助剂。而由于材料中添加了润滑剂和填料等助剂，在温度高于45℃的环境中，所述润滑剂和填料等助剂会微量溢出并粘附在PVC引线皮包覆的金属导线上，所以使金属导线在超声波焊接时接触表面含有杂质，分子层之间不能有效结合，焊接点密度小，焊接不牢固，使焊接后的产品不能达到使用标准，使用这样的汽车线束的汽车具有很大的安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种超声波焊接用引线，使用所述超声波焊接用引线焊接后，焊接点牢固。本发明还提供一种所述超声波焊接用引线的制备方法，操作简单，加工容易。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种超声波焊接用引线。包括：金属导线及包覆在所述金属导线外面的聚氯乙烯引线皮；
所述聚氯乙烯引线皮的成分按重量份数计包括：
聚氯乙烯树脂49～51份；
邻苯二甲酸二辛脂7～9份；
偏苯三酸三辛酯13～15份；
磷酸三甲苯酯0.5～1.0份；
三氧化二锑0.25～0.3份；
钙锌混合稳定剂2.5～3.0份；
碳酸钙15～17份。
优选的，所述聚氯乙烯引线皮的厚度为0.3mm～0.5mm。
优选的，所述金属导线可以为由铜、铝、银、锡、锌或镍中的一种或几种进行制备。
本发明还提供了一种所述的超声波焊接用引线的制备方法，包括：
a)按重量份数计，将聚氯乙烯树脂49～51份、邻苯二甲酸二辛脂7～9份、偏苯三酸三辛酯13～15份、磷酸三甲苯酯0.5～1.0份、三氧化二锑0.25～0.3份、钙锌混合稳定剂2.5～3.0份、碳酸钙15～17份混合，得到聚氯乙烯组合物；
b)将所述聚氯乙烯组合物加入挤出机中熔融混炼，在摸口处与包覆在金属导线周围，形成引线皮，并通过所述挤出机模口同时成型挤出，得到超声波焊接用引线。
优选的，所述挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。
优选的，所述熔融混炼温度为145℃～175℃。
优选的，所述聚氯乙烯引线皮的厚度为0.3mm～0.5mm。
优选的，所述金属导线可以由铜、铝、银、锡、锌或镍中的一种或几种进行制备。
优选的，步骤a)具体为：
a1)按重量份数计，将聚氯乙烯树脂49-51份、邻苯二甲酸二辛脂7-9份、偏苯三酸三辛酯13-15份、磷酸三甲苯酯0.5～1.0份、三氧化二锑0.25-0.3份、钙锌混合稳定剂2.5～3.0份、碳酸钙15～17份混合，得到聚氯乙烯组合物；
a2)将所述聚氯乙烯组合物预热，所述预热的温度为75℃～85℃；
a3)将步骤a2)预热好的聚氯乙烯组合物进行步骤b)操作。
优选的，所述挤出机的挤出速度为80M/min～300M/min。
为了解决以上问题，本发明提供了一种超声波焊接用引线，所述焊接引线包括金属导线，和包覆在所述金属导线周围的聚氯乙烯引线皮，所述引线皮中不添加润滑剂，避免了润滑剂在加工过程中由于温度过高而从聚氯乙烯引线皮中溢出粘附在金属导线上，从而使超声焊接后的焊接点更致密，焊接更牢固；另外本发明还使用了流动性，耐热，耐低温脆性更好的偏苯三酸三辛酯作为主增塑剂，提高了聚氯乙烯的加工流动性，既降低了加工难度，又使非焊接部分的引线皮的耐高温和耐低温脆性提高。
本发明还提供了一种超声波焊接用引线的制备方法，先将聚氯乙烯组合物混合，然后加入挤出机中熔融混炼，在挤出的同时包覆在金属导线周围，在模口处一同成型挤出。由于本发明的聚氯乙烯组合物中没有添加润滑剂所以在加工过程中聚氯乙烯组合物的粘度会很大，熔融挤出困难，包覆在金属导线周围的聚氯乙烯引线皮分布不均匀，所以在加工过程中，减少了碳酸钙的含量并且使用了偏苯三酸三辛酯作为主增塑剂，提高了聚氯乙烯的加工流动性，使加工过程更加容易。
附图说明
图1超声波焊接用引线制备流程图；
图22对2超声波焊接示意图；
图3超声波焊接用引线拉力检测方法示意图；
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明提供了一种超声波焊接用引线。包括：金属导线及包覆在所述金属导线外面的聚氯乙烯引线皮；
所述聚氯乙烯引线皮的成分按重量份数计包括：
聚氯乙烯树脂49-51份；
邻苯二甲酸二辛脂7-9份；
偏苯三酸三辛酯13-15份；
磷酸三甲苯酯0.5～1.0份；
三氧化二锑0.25-0.3份；
钙锌混合稳定剂2.5～3.0份；
碳酸钙15～17份。
按照本发明，聚氯乙烯(PVC)具有绝缘性好，阻燃性好，价格便宜等优点，所以使用聚氯乙烯(PVC)作为引线皮的材料可以为超声波焊接用引线带来优异性能的同时也降低成本。但是，纯PVC的加工粘度高，热稳定性差，在高于70℃的温度时，PVC会分解并释放出氯化氢，所以在PVC的加工时要加入增塑剂、热稳定剂、润滑剂等助剂。
本发明人发现，在超声波焊接过程中，一些焊接点松散，焊接不牢固，正是由于在引线生产过程中，润滑剂极易从引线皮中溢出粘附在金属导线表面，使得在超声波焊接时，需要焊接的两金属导线表面摩擦不充分，分子层之间结合不充分，导致焊接点的松散，焊接不牢固。所以本发明人考虑在PVC引线皮成分中去除润滑剂。
由于本发明提供的聚氯乙烯引线皮成分中不含有润滑剂，避免了焊接温度过高使得聚氯乙烯引线皮中的润滑剂溢出问题，但是聚氯乙烯的流动粘度较大，如果没有润滑剂，加工会很困难，所以本发明选择了流动性较好的偏苯三酸三辛酯作为增塑剂，提高了聚氯乙烯的加工流动性。而且偏苯三酸三辛酯具有耐低温脆性好，提高聚氯乙烯的加工温度，以及耐高温等优点，可以使制备的聚氯乙烯引线皮能够适应更高的焊接温度，其他助剂不会溢出，粘附在金属导线上。
另外，PVC引线皮成分中减少了碳酸钙的含量，同样避免了填料的溢出给超声波焊接带来的问题。
按照本发明，所述PVC引线皮的厚度优选为0.3mm～0.5mm，所述金属导线的材料可以由铜、铝、银、锡、锌或镍中的一种或几种进行制备。
本发明还提供了一种超声波焊接用引线的制备方法，包括：
a)按重量份数计，将聚氯乙烯树脂49-51份、邻苯二甲酸二辛脂7-9份、偏苯三酸三辛酯13-15份、磷酸三甲苯酯0.5～1.0份、三氧化二锑0.25-0.3份、钙锌混合稳定剂2.5～3.0份、碳酸钙15～17份混合，得到聚氯乙烯组合物；
b)将所述聚氯乙烯组合物加入挤出机中熔融混炼，在摸口处与包覆在金属导线周围，形成引线皮，并通过所述挤出机模口同时成型挤出，得到超声波焊接用引线。
按照本发明，首先按重量份数计，将聚氯乙烯树脂49-51份、邻苯二甲酸二辛脂7-9份、偏苯三酸三辛酯13-15份、磷酸三甲苯酯0.5～1.0份、三氧化二锑0.25-0.3份、钙锌混合稳定剂2.5～3.0份、碳酸钙15～17份混合。按照本发明优选在高速混合机中搅拌混合，直到高速混合机温度达到115℃～125℃，混合时间优选为14min-15min，得到聚氯乙烯组合物。优选将混合好的聚氯乙烯组合物送入造粒机中进行造粒得到PVC颗粒，造粒时塑化温度为100-135℃。
将所述PVC颗粒送入杆挤出机的料斗中预热，本发明优选单螺杆挤出机，预热温度优选为75℃～85℃，预热时间优选为25min～30min；预热后的PVC颗粒进入料筒通过螺杆的转动熔融混炼。将横截面积为0.3mm2～0.5mm2铜线通过牵引装置进入模口与熔融混炼后的PVC同时从模口挤出，挤出速度优选为80M/min～300M/min，更优选为80M/min～100M/min，所述PVC包覆于金属导线周围形成引线皮，得到超声波焊接用引线。所述引线绝缘层厚度为优选为0.3mm～0.5mm。
本发明还优选对引线进行火花测试，取挤出稳定后的引线在火花机中进行测试，所述火花机工作电压优选为3000VAC，如果引线被击穿说明挤出过程出现故障，停机维护。
以下将用具体实施例来阐述本发明的方案。需要说明的是，本发明使用的原料为以下公司购买。
表1本发明实施例使用药品及生产厂家
  聚氯乙烯(树脂)WS-1300S   上海氯碱
  邻苯二甲酸二辛酯   昆山合峰
  偏苯三酸三辛酯   昆山合峰
  磷酸三甲苯酯   建德淳安
  碳酸钙   江西安科
  钙锌复合稳定剂HY-369   上海定恒
  三氧化二锑   广东宇星
实施例1
Figure BSA00000323212900061
按照配方将物料在高速混合机中进行搅拌，直到高速混合机温度达到115℃，混合时间优选为15min，得到聚氯乙烯组合物。将混合好的聚氯乙烯组合物送入造粒机中进行造粒，得到PVC颗粒，造粒时塑化温度为100℃。
将所述PVC颗粒送入单杆挤出机的料斗中预热，预热温度为80℃，预热时间优选为25min；预热后的PVC颗粒进入料筒通过螺杆的转动熔融混炼。将横截面积为0.5mm2铜线通过牵引装置进入模口与熔融混炼后的PVC同时从模口挤出，挤出速度为80M/min。所述PVC包覆于金属导线周围形成引线皮，得到超声波焊接用引线。所述引线绝缘层厚度为优选为0.3mm。
取挤出稳定后的引线在火花机中进行火花测试，所述火花机工作电压优选为3000VAC，引线未被击穿。
取10组实施例1得到的引线，每组2段，长度为15cm，将需要焊接的部分的引线皮剥除，在超声波焊接机中进行2对2超声波焊接，焊接后效果如图3所示，其中1为引线味焊接部分，2为焊接点。焊接完成后，进行力学测试。拉力测试如图4所示，其中1为施力方向，2为夹持工具，3为拉力计数器。将非焊接部分在夹持工具2上紧固，开动拉力检测仪，在施力方向上拉扯测试件，直到焊接点拉开，读取拉力计数器3上的数值如表1中拉力测试数据所示。
取10组实施例1得到的引线，每组2段，长度为15cm，将需要焊接的部分的引线皮剥除，在超声波焊接机中进行2对2超声波焊接，焊接后效果如图3所示，其中1为引线未焊接部分，2为焊接点。焊接完成后，进行撕力测试如图5所示，其中1为施力方向，2为夹持工具，3为拉力计数器。将非焊接部分在夹持工具2上紧固，开动拉力检测仪，在施力方向上撕扯测试件，直到焊接点撕开，读取拉力计数器3上的数值如表2中撕力测试数据所示。
表2实施例1制备的超声波焊接用引线理学测试结果：
Figure BSA00000323212900071
Figure BSA00000323212900081
实施例2
Figure BSA00000323212900082
按照配方将物料在高速混合机中进行搅拌，直到高速混合机温度达到115℃，混合时间优选为15min，得到聚氯乙烯组合物。将混合好的聚氯乙烯组合物送入造粒机中进行造粒，得到PVC颗粒，造粒时塑化温度为100℃。
将所述PVC颗粒送入单杆挤出机的料斗中预热，预热温度为80℃，预热时间优选为30min；预热后的PVC颗粒进入料筒通过螺杆的转动熔融混炼。将横截面积为0.5mm2铜线通过牵引装置进入模口与熔融混炼后的PVC同时从模口挤出，挤出速度为220M/min。所述PVC包覆于金属导线周围形成引线皮，得到超声波焊接用引线。所述引线绝缘层厚度为优选为0.3mm。
取挤出稳定后的引线在火花机中进行火花测试，所述火花机工作电压优选为3000VAC，引线未被击穿。
按照实施例1的方法检测实施例2制备的超声波焊接用引线的力学性能测试结果如表3所示
表3实施例2制备的超声波焊接用引线理学测试结果：
Figure BSA00000323212900091
实施例3
Figure BSA00000323212900092
按照配方将物料在高速混合机中进行搅拌，直到高速混合机温度达到115℃，混合时间优选为15min，得到聚氯乙烯组合物。将混合好的聚氯乙烯组合物送入造粒机中进行造粒，得到PVC颗粒，造粒时塑化温度为100℃。
将所述PVC颗粒送入单杆挤出机的料斗中预热，预热温度为80℃，预热时间优选为25min；预热后的PVC颗粒进入料筒通过螺杆的转动熔融混炼。将横截面积为0.5mm2铜线通过牵引装置进入模口与熔融混炼后的PVC同时从模口挤出，挤出速度为300M/min。所述PVC包覆于金属导线周围形成引线皮，得到超声波焊接用引线。所述引线绝缘层厚度为优选为0.3mm。
取挤出稳定后的引线在火花机中进行火花测试，所述火花机工作电压优选为3000VAC，引线未被击穿。
用实施例1的方法检测实施例3制备的超声波焊接用引线的力学性能，检测结果如表4所示。
表4实施例3制备的超声波焊接用引线理学测试结果：
Figure BSA00000323212900101
比较例1
Figure BSA00000323212900102
Figure BSA00000323212900111
按照配方将物料在高速混合机中进行搅拌，直到高速混合机温度达到115℃，混合时间优选为15min，得到聚氯乙烯组合物。将混合好的聚氯乙烯组合物送入造粒机中进行造粒，得到PVC颗粒，造粒时塑化温度为100℃。
将所述PVC颗粒送入单杆挤出机的料斗中预热，预热温度为80℃，预热时间优选为30min；预热后的PVC颗粒进入料筒通过螺杆的转动熔融混炼。将横截面积为0.5mm2铜线通过牵引装置进入模口与熔融混炼后的PVC同时从模口挤出，挤出速度为300M/min。所述PVC包覆于金属导线周围形成引线皮，得到超声波焊接用引线。所述引线绝缘层厚度为优选为0.3mm。
取挤出稳定后的引线在火花机中进行火花测试，所述火花机工作电压优选为3000VAC，引线未被击穿。
用实施例1的检测方法检测比较例1制备的超声波焊接用引线的力学性能，检测结果如表5所示。
表5对比例制备的超声波焊接用引线理学测试结果：
Figure BSA00000323212900121
通过实施例与对比例的比较，按照本发明配方及制备的超声波焊接用引线合格率为100％，而使用比较例配方和方法制备的超声波焊接用引线力学性能合格率仅为50％，所以使用本发明配方及制备方法制备的超声波焊接用引线进行焊接操作后，焊接点强度更高，密度更大，焊接强度更高。
以上对本发明提供的一种超声波焊接用引线及其制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超声波焊接用引线，其特征在于，包括：金属导线及包覆在所述金属导线周围的聚氯乙烯引线皮；
所述聚氯乙烯引线皮的成分按重量份数计包括：
聚氯乙烯树脂49～51份；
邻苯二甲酸二辛脂7～9份；
偏苯三酸三辛酯13～15份；
磷酸三甲苯酯0.5～1.0份；
三氧化二锑0.25～0.3份；
钙锌混合稳定剂2.5～3.0份；
碳酸钙15～17份。
2.根据权利要求1所述的超声波焊接用引线，其特征在于，所述聚氯乙烯引线皮的厚度为0.3mm～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的超声波焊接用引线，其特征在于，所述金属导线由铜、铝、银、锡、锌或镍中的一种或几种进行制备。
4.权利要求1所述的超声波焊接用引线的制备方法，其特征在于，包括：
a）按重量份数计，将聚氯乙烯树脂49～51份、邻苯二甲酸二辛脂7～9份、偏苯三酸三辛酯13～15份、磷酸三甲苯酯0.5～1.0份、三氧化二锑0.25～0.3份、钙锌混合稳定剂2.5～3.0份、碳酸钙15～17份混合，得到聚氯乙烯组合物；
b）将所述聚氯乙烯组合物加入挤出机中熔融混炼，并通过所述挤出机模口与金属导线同时成型挤出，得到超声波焊接用引线；所述聚氯乙烯组合物包覆在所述金属导线周围，形成聚氯乙烯引线皮。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述熔融混炼温度为145℃～175℃。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚氯乙烯引线皮的厚度为0.3mm～0.5mm。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属导线由铜、铝、银、锡、锌或镍中的一种或几种进行制备。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤a）具体为：
a1）按重量份数计，将聚氯乙烯树脂49～51份、邻苯二甲酸二辛脂7～9份、偏苯三酸三辛酯13～15份、磷酸三甲苯酯0.5～1.0份、三氧化二锑0.25～0.3份、钙锌混合稳定剂2.5～3.0份、碳酸钙15～17份混合，得到聚氯乙烯组合物；
a2）将所述聚氯乙烯组合物预热，所述预热的温度为75℃～85℃；
a3）将步骤a2）预热好的聚氯乙烯组合物进行步骤b)操作。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机的挤出速度为80M/min～300M/min。
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