CN106881871A - 热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑料的可控定位面焊接方法，用于真空隔热板的焊接和任意形状热塑性高分子材料进行焊接，包括以下步骤：步骤A，将吸波介质与聚合物溶液均匀混合成均相混合液(焊料)；步骤B，将步骤A制得的均相混合液按需要焊接的形状涂覆在待焊接的高分子材料表面，涂覆厚度为10微米～500微米；步骤C，在步骤B中涂覆有均相混合液的高分子材料体上面盖上另外一张高分子材料体后，或通过焊接辅助箱将焊接面加以固定，共同放入微波焊接设备内，根据所焊接的高分子材料的熔化温度不同，设定对应的微波功率和微波作用时间进行微波焊接，热压30s，热压位移0‑4mm,即完成焊接。该焊接方法工艺简单、可控性好，室温下即可进行、生产成本低廉。该方法可以实现可控图形的焊接。

Description

热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法

技术领域

本发明涉及高分子材料的焊接领域，尤其涉及一种热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法。

背景技术

目前，国内外对热塑性高分子材料板之间的面焊接较常用的工艺有超声面焊接和摩擦面焊接，但超声面焊接，不仅焊接面小，且无法在焊接面上实现图形化定位面焊接，而摩擦面焊接，虽然焊接面大，但需要热塑性高分子材料板是实心面，不能是空心面，空心面则无法用摩擦焊焊接，且也无法实现在焊接面上进行图形化定位面焊接。

发明人发现目前对热塑性高分子材料之间的面焊接工艺，均无法实现在焊接面上实现图形化定位面焊接，而在热塑性高分子材料产品之间的焊接面上实现图形化定位面焊接是需要解决问题。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种热塑性高分子材料体的可控定位面焊接方法，能快速可控的对两个高分子材料体的表面进行定位面焊接，且工艺简单、生产成本低廉。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法，用于对热塑性高分子材料体之间的面焊接，包括以下步骤：

步骤A，制备焊料；将吸波材料与热熔树脂均匀混合成均相混合液作为焊料；

步骤B，涂覆焊料：将所述步骤A制得的所述焊料按需要焊接的图形形状涂覆在待焊接的一个热塑性高分子材料体表面；

步骤C，微波焊接：将另一个热塑性高分子材料体盖在所述步骤B中涂覆有所述焊料的热塑性高分子材料体上面，共同放入微波焊接设备内固定后，根据所焊接的热塑性高分子材料体的熔点温度、熔化深度及对应熔化时间设定对应的微波功率和微波作用时间进行微波焊接，同时进行热压，热压后即完成高分子材料体的可控定位面焊接。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的可控定位面焊接方法，通过将吸波材料与热熔树脂均匀混合成均相混合液作为焊料，不仅方便涂覆在待焊接的热塑性高分子材料体表面，而且可以按需要的焊接图形形状涂覆，从而利用微波焊接设备的微波配合吸波材料完成热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接。而且这种方法，通过根据高分子材料的熔化温度不同，设定对应的微波功率和微波作用时间进行微波焊接，短时间内高分子表面熔融，采用适当的压力把两层高分子材料体压在一起进行焊接，焊接性能良好。该焊接方法工艺简单、室温下即可进行、生产成本低廉，适用于焊接热塑性高分子材料(PP、PVC、PET等)体之间的焊接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的焊接方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的焊接方法的时间温度关系图；

图3为本发明实施例提供的焊接设备示意图；

图4为本发明实施例提供的一种焊接设备示意图；

图5为本发明实施例提供的一种焊接设备焊接的板材断面示意图；

图6为本发明实施例提供的一种焊接设备焊接的板材正面示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种焊接设备示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法，用于对热塑性高分子材料体之间的面焊接，包括以下步骤：

步骤A，制备焊料；将吸波材料与热熔树脂均匀混合成均相混合液作为焊料；优选的，该均相混合液中，所述吸波材料的质量分数为10～80％，所述热熔树脂的质量分数为20～90％；吸波材料的粒径小于0.5mm。焊料中吸波材料采用高吸波材料，该吸波材料采用：石墨、石墨烯、碳纳米管、碳粉、碳化硅粉或其他吸波材料中的任一种；热熔树脂采用聚乙烯醇溶液或环氧树脂溶液，该热熔树脂中加入占该树脂总质量0.1～2％的分散剂，进一步也可以根据需要添加占该树脂总质量0.1～0.5％的稳定剂和/或占该树脂总质量0.1～0.5％的消泡剂等助剂，提升热熔树脂的分散性、稳定性且减小使用时的泡沫。

步骤B，涂覆焊料：将所述步骤A制得的所述焊料按需要焊接的图形形状涂覆在待焊接的一张热塑性高分子材料体表面；优选的，焊料的涂覆厚度为10微米～500微米。

步骤C，微波焊接：将另一张热塑性高分子材料体盖在所述步骤B中涂覆有所述焊料的热塑性高分子材料体上面，共同放入微波焊接设备内固定后，根据所焊接的热塑性高分子材料体的熔点温度、熔化深度及对应熔化时间设定对应的微波功率和微波作用时间进行微波焊接，同时进行热压，热压后即完成高分子材料体的可控定位面焊接。优选的，在微波焊接设备内固定的方式为：直接固定或焊接辅助箱中微球固定。

优选的，上述步骤C中，热压采用热压位移控制优先，热压位移为0～4mm，最大热压压强为225公斤，焊接完成后的焊接深度为0.5～4mm；微波焊接设备的微波功率为0～16kw，可在该范围内调整，微波作用时间小于1min。该微波焊接设备的微波发生器具有4～9个微波输出窗口，总功率最大为16KW，微波升温时间小于1min，微波频率为2450MHz。

上述焊接方法的微波加热热压焊接中，时间温度关系如图2所示，其中，TO为焊接材料熔点(即热塑性高分子材料体材料的熔点)，T1为焊接温度控制最大点，tO为对应热压开始时间，t1为对应热压结束时间，t1也为对应熔化达到要求焊接深度的时间。

如图3所示，上述焊接方法步骤C中所用的微波焊接设备结构包括：工作腔1、上、下压板2、3、液压系统4和微波发生器5；

所述工作腔1为带门的密闭腔体；

所述工作腔1外上方设置液压系统4；

所述上、下压板2、3设在所述工作腔内，上、下压板2、3之间为容置空间，所述上压板与所述液压系统4连接，能在所述液压系统4驱动下在所述工作腔内按设定量向下压板移动进行下压；

所述下压板下方设置具有多个微波输出窗口的微波发生器5，多个微波输出窗口分布设在所述下压板下方。

上述设备中，上压板2的下部为聚四氟乙烯板22，上部为不锈钢板21，下压板3为聚四氟乙烯板。

图3所示的微波焊接设备，通过上、下压板对焊接体(即两个热塑性高分子材料体)进行微波加热热压,合常压下对板状的热塑性高分子材料体之间进行焊接。

图4所示为上述方法中可用的一种微波焊接设备是在上述微波设备的基础上还包括：

管路、电磁真空阀6和抽真空装置7；

所述抽真空装置7经设有电磁真空阀6的管路与所述工作腔1内连通，能将所述工作腔内抽真空。其中，抽真空装置7包括：高真空容器71、分子泵72、机械泵73和控制装置(图中未示出)；高真空容器71经设有电磁真空阀6的管路与工作腔1内连接；高真空容器71分别与分子泵72和机械泵73连接；控制装置分别与分子泵72和机械泵73电气连接。

具体的，该微波真空焊接设备如图4所示，包括：工作腔1、电磁真空阀6、抽真空装置7、上、下压平板2、3、液压系统4、微波发生器5、高真空容器71、控制装置(包括电控制、表盘控制显示系统)；其中，工作腔1为可关闭带门的密闭可抽真空腔体，经管路和电磁真空阀6与抽真空装置7连接，具体与抽真空装置7的高真空容器71连接，抽真空装置7由高真空容器71连接分别与分子泵73和机械泵72连接而成。

所述上压板2的下部为聚四氟乙烯板22，上部为不锈钢板21，不锈钢板21与工作腔外的液压系统4连接，能在液压系统4驱动下按程序按量上下移动，向下时进行下压，上压板2最大移动距离可达50mm，最大施力可达900公斤，热压距离在0～4mm的范围可设置；下压板3由聚四氟乙烯平板构成，下方或四周有微波发生器5的多个微波输出窗口。作为下压板的聚四氟乙烯平板可以透过微波。微波输出窗口为4～9个，总功率最大可达16KW。使用时微波功率可按需调节，微波频率为2450MHz。

所述上、下压板之间为需要焊接的热塑性高分子材料体的容置空间。该容置空间平面面积可达500×500mm^2，，高度0～40mm可控调制。

所述的高真空容器71能缩减工作腔抽真空的时间，工作腔的压强范围为10⁵Pa～10^-1Pa,而高真空室的压强能达到10^-3Pa。工作腔需要抽真空时，开启电磁真空阀，达到需要的真空度时，电磁真空阀自动关闭。工作腔内抽真空后的腔室真空度为10Pa，工作腔内达到需要真空度的时间≤60秒。一般焊接可设置在常压下进行。

图4所示的微波焊接设备，通过抽真空装置对工作腔内抽真空，在真空状态下由上、下压板多焊接体(即两个热塑性高分子材料体)进行微波加热热压,适合真空状态下对板状的热塑性高分子材料体之间进行焊接，进而制备出内部具有多个独立真空腔的板材(如图5、6所示，图5中92为焊接的上板，93为焊接的下板，91为焊料，图6为焊接后形成的板材)。

上述的微波焊接设备可用于焊接真空隔热板，也可在常压下进行热塑性高分子材料板的定位面焊接。其焊接原理为：在欲焊接的两块塑料板之间涂敷需要形状的焊料，放入工作腔焊接材料容置空间，对工作腔抽真空后，启动微波发生器，当焊接材料达到塑料熔点时，液压系统驱动上压板向焊接材料施压，完成焊接。焊接需要选择对应的焊料，在两块塑料板之间涂敷不同的焊料图形，就可定位焊接该图形于两块塑料板之间。如图1所示，为便于微波作用和焊压的需要，能对工作腔整体抽真空，确保了在真空环境下的焊接制成真空隔热板，使得该真空隔热板内的各独立空腔均为真空空腔。通过设置高真空缓冲器，可加快对工作腔的抽真空速度，通过电磁阀，方便抽真空的开关控制。

上述微波焊接设备的技术具体参数为：焊料微波升温20秒内，可达到300℃；微波功率最大16KW，可控可显示输出；上下压板面积500mm×500mm；液压系统最大加压900公斤，可控可显示；上压板上移最大距离40mm，可控施压位移为0-4mm；真空度最大可达10^-3Pa，腔室真空度10Pa，可控可显示；达到需要真空的时间≤60秒。

图7所示为上述方法中可用的另一种微波焊接设备，在上述图3的微波焊接设备结构行还包括：

活动设在所述工作腔内的上、下压板之间的焊接辅助箱8，该焊接辅助箱8由上端开口的箱体81，经上端开口设在箱体81内的压力位移盖82和填充在所述箱体内的非吸波固体颗粒微球83构成；

所述箱体的外形尺寸与所述工作腔内的上、下压板之间的容置空间匹配。

图7所示的适用于异性的热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接，通过箱体内的非吸波固体颗粒微球83固定两个热塑性高分子材料体9后(两个热塑性高分子材料体9之间具有焊料91)，通过上、下压板对该焊接辅助箱8加压后进行微波加热热压焊接。

本发明的焊接方法，采用了微波定位面焊接技术，通过含有吸波材料的焊料在微波场中升温较快，快速达到欲焊接的热塑性高分子材料的熔点，而欲焊接的热塑性高分子材料不吸收微波或吸收微波升温较慢，使焊料所在位置两个融化表面通过热压而焊接在一起，从而实现材料表面间的焊接连接。与传统焊接方法相比，该方法采用的微波焊接具有能耗低、升温速度快、接头质量高、整体反应效率高等优点，尤其是通过焊料的图形化分布可实现图形定位面焊接。利用微波能量实现物质表面的焊接技术已经得到重视，主要适用在无机材料和聚合物材料方面焊接中应用。具有简单快速、室温下完成、清洁无污染、所得产品性能优异等显著优点，因此，这种通过微波焊料快速加热的焊接工艺非常适用于工业制造和加工业中使用。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的透明导电薄膜及其制备方法与应用进行详细描述。

实施例1

本实施例提供一种热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法，采用图2所示的微波焊接设备，包括以下步骤：

步骤A、制备焊料：将粒径小于0.5mm的石墨分散在聚乙烯醇水溶液中混合均匀制成石墨的质量分数为20％的均相混合液作为焊料；

步骤B、在室温下将步骤A制得的焊料涂覆在厚度为18mm的蜂巢状PP材料下板表面，焊料的涂覆厚度为300微米；该下板上部有1mm厚的劈尖形状(参见图5)，图5中劈尖形状部位标号51标记部分为涂覆的焊料；

步骤C、将上述涂覆了焊料的PP材料下板与另外一张PP材料上板重叠(如图4，放入微波焊接设备内，设定功率为2000w，升温时间为15～30s，抽真空至10Pa压强，然后进行热压，热压行程1mm，热压时间为10s，微波面焊接完成。

实施例2

本实施例提供一种热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法，采用的微波焊接设备如图4.包括以下步骤：

步骤A1、制备焊料：将300目的石墨烯分散在质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液中混合均匀制成石墨烯的质量分数为50％的均相混合液作为焊料；

步骤B1、涂覆焊料：在室温下将步骤A制得的焊料涂覆在一个焊接物(一个热塑性高分子材料体)的焊接面上；

步骤C1、微波焊接：将上述表面涂覆了焊料的焊接物的焊接面与另一个焊接物(另一个热塑性高分子材料体)的焊接面对接，两个焊接物放入焊接辅助箱内，灌入非吸波固体颗粒微球，夯实，固定两个焊接物，盖上焊接辅助箱的压力位移盖，将焊接辅助箱放入微波焊接设备内，设定功率为1500w，升温时间为20s，然后进行热压，热压位移0～4mm，热压时间为20s，微波焊接完成。

综上可见，本发明焊接方法，利用微波配合吸波材料对热塑性高分子材料体之间进行可控定位面焊接，具有简单快速、焊接形状可控，室温下完成、清洁无污染、可焊接任意形状两个焊接面，所得产品性能优异等显著优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法，其特征在于，用于对热塑性高分子材料体之间的面焊接，包括以下步骤：

步骤A，制备焊料；将吸波材料与热熔树脂均匀混合成均相混合液作为焊料；

步骤B，涂覆焊料：将所述步骤A制得的所述焊料按需要焊接的图形形状涂覆在待焊接的一个热塑性高分子材料体表面；

步骤C，微波焊接：将另一个热塑性高分子材料体盖在所述步骤B中涂覆有所述焊料的热塑性高分子材料体上面，共同放入微波焊接设备内固定后，根据所焊接的热塑性高分子材料体的熔点温度、熔化深度及对应熔化时间设定对应的微波功率和微波作用时间进行微波焊接，同时进行热压，热压后即完成高分子材料体的可控定位面焊接。

2.根据权利要求1所述的热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法，其特征在于，所述方法步骤A作为焊料的均相混合液中，所述吸波材料的质量分数为10～80％，所述热熔树脂的质量分数为20～90％；吸波材料的粒径小于0.5mm。

3.根据权利要求1或2所述的热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法，其特征在于，所述吸波材料为：石墨、石墨烯、碳纳米管、碳粉、碳化硅粉中的任一种；

所述热熔树脂采用聚乙烯醇溶液或环氧树脂溶液，所述热熔树脂加入占该热熔树脂总质量0.1～2％的分散剂。

4.根据权利要求1或2所述的热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法，其特征在于，所述方法步骤B中，涂覆在待焊接的一张热塑性高分子材料体表面的焊料的涂覆厚度为10微米～500微米。

5.根据权利要求1或2所述的热塑性高分子材料体之间的可控定位面焊接方法，其特征在于，所述方法步骤C中，共同放入微波焊接设备内固定的方式为：直接固定或焊接辅助箱中微球固定；

所述热压采用热压位移控制优先，热压位移为0～4mm，最大热压压强为225公斤，焊接完成后的焊接深度为0.5～4mm；

所述微波焊接设备的微波总功率为0～16kw，微波升温时间小于1min。

6.根据权利要求1或2所述的塑料的可控焊接方法，其特征在于，所述微波焊接设备包括：

工作腔、上、下压板、液压系统和微波发生器；

所述工作腔为带门的密闭腔体；

所述工作腔外上方设置液压系统；

所述上、下压板设在所述工作腔内，上、下压板之间为容置空间，所述上压板与所述液压系统连接，能在所述液压系统驱动下在所述工作腔内按设定量向下压板移动进行下压；

所述下压板下方设置具有多个微波输出窗口的微波发生器，多个微波输出窗口分布设在所述下压板下方。

7.根据权利要求6所述的塑料的可控焊接方法，其特征在于，所述微波焊接设备的微波输出窗口为4～9个。

8.根据权利要求6所述的塑料的可控焊接方法，其特征在于，所述微波焊接设备还包括：

管路、电磁真空阀和抽真空装置；

所述抽真空装置经设有电磁真空阀的管路与所述工作腔内连通，能将所述工作腔内抽真空。

9.根据权利要求7所述的塑料的可控焊接方法，其特征在于，所述抽真空装置包括：

高真空容器、分子泵、机械泵和控制装置；

所述高真空容器经设有电磁真空阀的管路与所述工作腔内连接；

所述高真空容器分别与分子泵和机械泵连接；

所述控制装置分别与所述分子泵和机械泵电气连接。

10.根据权利要求7所述的塑料的可控焊接方法，其特征在于，所述微波焊接设备还包括：

活动设在所述工作腔内的上、下压板之间的焊接辅助箱，该焊接辅助箱由上端开口的箱体，经上端开口设在箱体内的压力位移盖和填充在所述箱体内的非吸波固体颗粒微球构成。