热塑性塑料温度参数及其对焊接性能的影响

根据温度作用与塑料性态的关系,人们把塑料分为热塑性和热固性两大类。热塑性塑料可以在一定的温度作用下软化直至塑性流动,冷却又重新硬化。在这个可以反复多次的可逆变化过程中,大分子的化学性质不变。当温度大于极限温度以后,热塑性塑料会化学分解。热固性塑料在成型过程中发生不可逆化学反应,形成不同于成型前小分子预聚体形式的网状大分子结构,这种结构一旦凝固成形后就不溶解、不熔化,也不再粘滞地流动。出于热固性塑料一次加工成型后的不熔性质,因此,热固性塑料无焊接性能可言。塑料的焊接仅指热塑性塑料的焊接。

热塑性塑料可以分为结晶性和非结晶性两类。严格的讲,塑料的结晶都是不完全的,所以结晶塑料也称为部分结晶塑料。结品性望料有规则的分子排列,有相对较高的熔点和再凝固点,固体状态下的分子结构类似于弹簧状,能吸收机械振动,这就使得超声波能量传递至所需焊接面非常困难。典型的结晶性塑料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(俗称尼龙,PA)和聚甲醛(POM)等。非结晶性塑料也称为无定型塑料,它能有效地传递超声波能量且通常要求较低的能量水平,其主要特征为无规则的分子排列结构,有较宽的熔化和软化温度范围,以至于其材料逐渐软化,可以产生流动而不会过早的凝固。典型的非结晶性塑料有聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、有机玻璃(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等。

描述热塑性塑料使用性能和工艺性能的重要温度参数是玻璃化温度Tg、粘态流动温度Tf、晶体熔融温度Tm和热分解温度Td,玻璃化温度Tg是非结晶性塑料作为材料使用时的高使用温度,超过此温度后,塑料开始变软。这种变化是由于分子链的分解和分子结合的松池。随着温度的升高,分子链开始分解。如果材料被缓慢加热,分子链将有足够的时间分解,玻璃化温度将较低,如果塑料被快速加热,终的玻璃化温度将升高。晶体熔融温度Tm是结晶性塑料的高使用温度。结晶性塑料在晶体熔融温度Tm以下或者非结品性塑料在粘态流动温度Tf以上的温度条件下,固体的材料熔融,变为粘滞的流体,因此,Tm或Tf与热分解温度T之间的温度区域,定义了热塑性塑料的温度窗口,塑料料的焊接就是在这个温度窗口内进行的。Tm或T的数值越高,塑料焊接的设备成本越高;Tm或Tf与Td之间的区域越窄,塑料焊接的操作越困难。一些典型热塑性塑料的玻璃化温度Tg、粘态流动温度Tf晶体熔融温度Tm见下表。

一些典型的热塑性塑料的玻璃化温度Tg、粘态流动温度Tf、晶体熔融温度Tm（℃）