CN113787255A - 一种透明塑料薄膜的激光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明塑料薄膜的激光焊接方法，包括以下步骤：(1)提供金属片、待焊接的第一塑料薄膜和第二塑料薄膜；(2)在金属片的一表面涂覆激光吸收剂，并对其进行干燥；(3)待激光吸收剂完全凝固之后，将待焊接的第一塑料薄膜、第二塑料薄膜以及干燥后的金属片依次叠放在夹具内；(4)对夹具施加夹紧力，使得第一塑料薄膜、第二塑料薄膜、金属片固定住；(5)启动激光器，激光器产生的激光光束在金属片上完成光热转化，生成的热量将第一塑料薄膜和第二塑料薄膜融化形成连续焊缝；(6)对夹具进行控温。本发明能够快速高效的完成光热转化；能够形成稳定焊接接头；夹具上设置有控温循环流道，提高焊接质量；焊接件绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜焊接技术领域，尤其涉及一种透明塑料薄膜的激光焊接方法。
背景技术
目前塑料薄膜在食品包装、医疗器械以及化工等领域具有广泛的应用，但是由于受到塑料薄膜厚度(＜0.5mm)的限制，常见的振动摩擦焊和超声波焊等焊接技术制备的焊接件普遍存在熔深大和熔池分布不均匀的缺陷，这些缺陷将导致焊接产品连接质量不稳定、外观质量差等问题。对于成型温度高、热稳定性强的塑料薄膜(如聚芳砜、聚四氟乙烯等)，由于分子链中具有苯环等刚性侧基，流动性较差，通常相关材料的焊接工艺区间较窄，这导致焊接工艺复杂而且调控难度大，因此焊接件内部存在诸多缺陷。
目前常用的塑料薄膜连接方法为化学粘合和热板焊，粘合剂的使用引入化学物质，降低了产品的绿色环保性。热板焊接技术适用于大尺寸的器件，难以实现小尺寸部件对特定位置的精准焊接。激光透射焊接技术虽然具有效率高，焊接件残余应力小，焊接质量稳定以及作用位置精准的优势，但是激光透射焊接透明塑料薄膜过程中存在的问题如下：(1)高透光率特征，极大地限制了激光的光热转化效率；(2)激光透射焊接过程中小的薄膜厚度极易导致熔池的深度超过薄膜厚度，进而导致焊接制品表面质量差；(3)对于具有较高成型温度和热稳定性的聚合物，焊接过程中存在可加工温度区间窄，焊接过程调控难度大。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种透明塑料薄膜的激光焊接方法。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种透明塑料薄膜的激光焊接方法，包括以下步骤：
(1)提供金属片、待焊接的第一塑料薄膜和第二塑料薄膜；
(2)在金属片的一表面涂覆激光吸收剂，并对其进行干燥；
(3)待激光吸收剂完全凝固之后，将待焊接的第一塑料薄膜、第二塑料薄膜以及干燥后的金属片依次叠放在夹具内；
(4)对夹具施加夹紧力，使得第一塑料薄膜、第二塑料薄膜、金属片固定住；
(5)启动激光器，激光器产生的激光光束在金属片上完成光热转化，生成的热量将第一塑料薄膜和第二塑料薄膜融化形成连续焊缝；
(6)对夹具进行控温。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(1)中，金属片的材质为铜或铝。
作为本发明的进一步改进，所述金属片的厚度为0.1mm～0.3mm。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤(1)之后、所述步骤(2)之前，对待焊接的第一塑料薄膜和第二塑料薄膜进行干燥，干燥温度为50℃～70℃，干燥时间为6h～8h。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中，激光吸收剂为有色染料或有机涂层。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中，对涂覆有激光吸收剂的金属片进行干燥，干燥温度为50℃～70℃，干燥时间为3h～5h。
作为本发明的进一步改进，将涂覆有激光吸收剂的金属片放置到高温箱中进行干燥。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(4)中，夹紧力的大小为5MPa～8MPa。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(5)中，激光器为连续激光器，波长为800nm～1050nm，功率为25W～50W，焊接速度为4mm/s～8mm/s。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(6)中，通过启动夹具内的水循环系统进行控温。
本发明的有益效果是：
(1)金属片的其中一个表面涂覆有激光吸收剂，可以快速高效的完成光热转化，局部形成高温区，为被焊接薄膜局部熔融提供足够的温度水平。
(2)利用金属片高的热导率，而且金属片在厚度方向上极短的热量传递路径可以保证激光作用区域下的塑料薄膜快速融化形成稳定焊接接头。
(3)夹具上设置有控温循环流道，避免金属片上产生的热量在宽度方向的传递导致焊缝宽度增加，提高焊接质量。
(4)焊接过程中不需要在塑料薄膜上添加第三种物质，焊接件绿色环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1是本发明的优选实施例的流程图；
图2是本发明的优选实施例的透明塑料薄膜焊接过程的结构示意图；
图3是图2中A的放大示意图；
图4是本发明的优选实施例的俯视图；
图5是图4的B-B向剖视图；
图6是图5中C的放大示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种透明塑料薄膜的激光焊接方法，包括以下步骤：
S1：提供金属片1、待焊接的第一塑料薄膜2和第二塑料薄膜3。
金属片1的材质为铜，具有高导热系数，可以将热量高效传递到第一塑料薄膜2和第二塑料薄膜3上，降低作用时间。可以理解的是，金属片1的材质并不局限于铜，也可以为铝。金属片1的厚度为0.1mm～0.3mm，能够使得金属片1将热量快速传递到待焊接的薄膜，且形成稳定的熔池，使得焊接制品表面质量好。如果金属片1的厚度过厚，则会使得热量传递慢；若金属片1的厚度过薄，则会使得形成的熔池的深度超过待焊接的薄膜的厚度，进而导致焊接制品表面质量差。
在步骤S1之后，为了能够更快速的达到焊接的温度水平，优选对待焊接的第一塑料薄膜2和第二塑料薄膜3进行干燥，干燥温度为50℃～70℃，干燥时间为6h～8h。
S2：在金属片1的一表面涂覆激光吸收剂，并对其进行干燥。
激光吸收剂能够吸收激光光束的能量，降低透光率，快速高效的完成光热转化，局部形成高温区，为待焊接薄膜局部熔融提供足够的温度水平。
具体地，激光吸收剂为有色染料，具有高的稳定性和光热转化效率，而且成本低易于涂覆，但并不局限于有色染料，也可以为具有高光热转化效率的有机涂层。
对涂覆有激光吸收剂的金属片1进行干燥，干燥温度为50℃～70℃，干燥时间为3h～5h。
在一实施例中，将涂覆有激光吸收剂的金属片1放置到高温箱中进行干燥，干燥温度均匀，激光吸收剂均匀分布在金属片1上，使得吸收的能量在金属片1上分布均匀。
S3：待激光吸收剂完全凝固之后，将待焊接的第一塑料薄膜2、第二塑料薄膜3以及干燥后的金属片1依次叠放在夹具4内。此时，金属片1设有激光吸收剂的一侧背离第二塑料薄膜3。
S4：对夹具4施加夹紧力，使得第一塑料薄膜2、第二塑料薄膜3、金属片1固定住。
优选夹紧力的大小为5MPa～8MPa，夹持稳固，同时能够避免对第一塑料薄膜2、第二塑料薄膜3、金属片1的损坏，确保第一塑料薄膜2、第二塑料薄膜3、金属片1的质量。
S5：启动激光器，激光器产生的激光光束5在金属片1上完成光热转化，生成的热量将第一塑料薄膜2和第二塑料薄膜3融化形成连续焊缝6。
优选激光器为连续激光器，波长为800nm～1050nm，功率为25W～50W，焊接速度为4mm/s～8mm/s，使得焊接质量好。
S6：对夹具4进行控温。
具体地，通过启动夹具4上的水循环系统7对夹具4进行控温。
请参阅图2-图6，本发明公开了夹具4和水循环系统7。
夹具4包括基座41、与基座41相对设置的玻璃42，基座41与玻璃42能够分开，便于在基座41上叠设第一塑料薄膜2、第二塑料薄膜3和金属片1，水循环系统7设置在玻璃42上，金属片1生成的热量将第二塑料薄膜3和第一塑料薄膜1局部熔融，进而形成稳定熔池，形成稳定熔池后，通过快速地对金属片1上产生的热量进行降温，避免金属片1上产生的热量沿着焊缝6的宽度方向传递导致焊缝6宽度增加。
具体地，水循环系统7包括两个流道71，两个流道71分别对应着焊缝6的两长侧，每个流道71包括进水口72和出水口73。更具体地，流道71呈U形，便于水的循环流动，使得降温迅速且温度分布均匀。
具体地，玻璃42为K9玻璃，便于激光光束5穿过该玻璃42照射在金属片1上。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种透明塑料薄膜的焊接方法进行详细说明。
(1)提供金属片1、待焊接的第一塑料薄膜2和第二塑料薄膜3，金属片1的材质为铜，金属片1的厚度为0.2mm；
(2)对待焊接的第一塑料薄膜2和第二塑料薄膜3进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为7h。
(3)在金属片1上表面涂覆有色染料，并在高温箱中干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为4h；
(4)待有色染料完全凝固之后，将第一塑料薄膜2叠放在基座41上，第二塑料薄膜3的一部分叠放在第一塑料薄膜2的一部分上，金属片1叠放在第二塑料薄膜3上。
(5)对K9玻璃42的四角施加夹紧力F，完成对第一塑料薄膜2、第二塑料薄膜3以及金属片1的固定。
(6)启动激光器，激光器产生的激光光束5穿过K9玻璃42，在待焊接的位置完成光热转化，生成的热量将第二塑料薄膜3、第一塑料薄膜2融化形成连续焊缝6。
(7)启动水循环系统7，循环水分别从进水口72进入流道71由出水口73流出，对K9玻璃进行局部控温，从而阻止金属片1的热量扩散，确保焊缝6的宽度和质量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种透明塑料薄膜的激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供金属片、待焊接的第一塑料薄膜和第二塑料薄膜；
(2)在金属片的一表面涂覆激光吸收剂，并对其进行干燥；
(3)待激光吸收剂完全凝固之后，将待焊接的第一塑料薄膜、第二塑料薄膜以及干燥后的金属片依次叠放在夹具内；
(4)对夹具施加夹紧力，使得第一塑料薄膜、第二塑料薄膜、金属片固定住；
(5)启动激光器，激光器产生的激光光束在金属片上完成光热转化，生成的热量将第一塑料薄膜和第二塑料薄膜融化形成连续焊缝；
(6)对夹具进行控温。
2.根据权利要求1所述的透明塑料薄膜的激光焊接方法，其特征在于，所述步骤(1)中，金属片的材质为铜或铝。
3.根据权利要求2所述的透明塑料薄膜的激光焊接方法，其特征在于，所述金属片的厚度为0.1mm～0.3mm。
4.根据权利要求1所述的透明塑料薄膜的激光焊接方法，其特征在于，在所述步骤(1)之后、所述步骤(2)之前，对待焊接的第一塑料薄膜和第二塑料薄膜进行干燥，干燥温度为50℃～70℃，干燥时间为6h～8h。
5.根据权利要求1所述的透明塑料薄膜的激光焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)中，激光吸收剂为有色染料或有机涂层。
6.根据权利要求1所述的透明塑料薄膜的激光焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对涂覆有激光吸收剂的金属片进行干燥，干燥温度为50℃～70℃，干燥时间为3h～5h。
7.根据权利要求6所述的透明塑料薄膜的激光焊接方法，其特征在于，将涂覆有激光吸收剂的金属片放置到高温箱中进行干燥。
8.根据权利要求1所述的透明塑料薄膜的激光焊接方法，其特征在于，所述步骤(4)中，夹紧力的大小为5MPa～8MPa。
9.根据权利要求1所述的透明塑料薄膜的激光焊接方法，其特征在于，所述步骤(5)中，激光器为连续激光器，波长为800nm～1050nm，功率为25W～50W，焊接速度为4mm/s～8mm/s。
10.根据权利要求1所述的透明塑料薄膜的激光焊接方法，其特征在于，所述步骤(6)中，通过启动夹具内的水循环系统进行控温。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211214 |
|
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