Ultraschall-Schweißanalyse von Kunststoffen

Unter den zahlreichen Produkten wird in vielen Fällen das Ultraschallschweißen von Kunststoffen eingesetzt und findet Anwendung in Automobilen, Haushaltsgeräten, Verpackungen, Spielzeug, Elektronik und anderen kommerziellen Anwendungen. Seine einzigartigen Vorteile – schnell, effizient, sauber und fest – haben in allen Lebensbereichen Anerkennung gefunden

Schauen wir uns zunächst das Prinzip des Schweißens an: Wenn Ultraschallwellen auf die Kontaktfläche aus thermoplastischem Kunststoff einwirken, entstehen zehntausende hochfrequente Schwingungen pro Sekunde. Diese hochfrequente Schwingung erreicht eine bestimmte Amplitude und die Ultraschallenergie wird durch die obere Schweißnaht übertragen. In der Schweißzone werden aufgrund des großen akustischen Widerstands in der Schweißzone, dh an der Schnittstelle der beiden Schweißnähte, örtlich hohe Temperaturen erzeugt. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs kann diese zudem nicht rechtzeitig abgeführt werden und sammelt sich in der Schweißzone, so dass die Kontaktflächen der beiden Kunststoffe schnell schmelzen und ab einem gewissen Druck zu einer Einheit verbunden werden. Wenn die Ultraschallwelle stoppt, lassen Sie den Druck einige Sekunden lang anhalten, um sie zu verfestigen und so eine starke Molekülkette für Schweißzwecke zu bilden. Die Schweißfestigkeit kann nahe an der Festigkeit des Rohmaterials liegen.

Der Ultraschallschweißprozess ist in vier Stufen unterteilt.

Stufe 1: Das Horn berührt das Teil, übt Druck aus und beginnt zu vibrieren. Die Reibungswärme leitet die Energieführungsrippen ab und die Lösung fließt in die Klebefläche. Wenn der Abstand zwischen den beiden Teilen abnimmt, verringert sich die Schweißmenge (der Abstand zwischen den beiden Teilen aufgrund des Flusses der Schmelze). Zunächst nimmt der Schweißversatz schnell zu und verlangsamt sich dann, wenn sich die Führungsrippe für die geschmolzene Energie ausbreitet und die Oberfläche des unteren Teils berührt. In der Festkörperreibungsphase wird durch die Reibungsenergie zwischen den beiden Oberflächen und die innere Reibung im Teil Wärme erzeugt. Durch die Reibungswärme erwärmt sich das Polymermaterial bis zu seinem Schmelzpunkt. Die Wärmemenge ist abhängig von der Einwirkungsfrequenz, der Amplitude und dem Druck.

Stufe 2: Eine Erhöhung der Schmelzrate führt zu einer Erhöhung der Schweißverschiebung und des Kontakts zwischen den Oberflächen der beiden Teile. In diesem Stadium wird eine dünne geschmolzene Schicht gebildet, und die Dicke der geschmolzenen Schicht wird aufgrund der kontinuierlichen Wärmeerzeugung erhöht. Die Wärme in dieser Phase wird durch viskose Dissipation erzeugt.

Stufe 3; Die Dicke der Lösungsschicht in der Schweißnaht bleibt gleich und bei einer konstanten Temperaturverteilung kommt es zu einem stationären Schmelzen.

Stufe 4: Nach einer festgelegten Zeitspanne oder nach Erreichen einer bestimmten Energie, Leistungsstufe oder Distanz wird die Stromversorgung abgeschaltet, die Ultraschallvibration gestoppt und die vierte Stufe gestartet. Der Druck wird aufrechterhalten und ein Teil der überschüssigen Lösung wird aus der Fuge herausgedrückt. Das maximale Ausmaß der Verschiebung wird erreicht, wenn die Schweißnaht abkühlt und erstarrt und es zu intermolekularer Diffusion kommt.