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CN108327301B - 一种激光焊接塑料的方法 - Google Patents

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CN108327301B CN201810069385.5A CN201810069385A CN108327301B CN 108327301 B CN108327301 B CN 108327301B CN 201810069385 A CN201810069385 A CN 201810069385A CN 108327301 B CN108327301 B CN 108327301B
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China
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plastic
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张洪吉
宋雨方
东为富
马丕明
施冬健
李小杰
陈明清
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Beijing Zhichanhui Technology Co ltd
Suzhou Jinchuang Plastic Industry Co ltd
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Jiangnan University
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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Abstract

本发明公开了一种激光焊接塑料的方法，所述方法包括如下步骤：(1)在待焊接塑料的待焊接区域施涂水，保持焊接塑料的待焊接面亲密接触；(2)采用激光器对待焊接区域进行辐照，即完成塑料的焊接。本发明以水作为焊接剂(光热转换载体)，不用掺杂别的任何光吸收填料或颜料，做到了真正意义上的绿色、环保、无毒无害等，本发明在食品包装、医疗器械、精密复杂塑料件的焊接等领域有重大的应用价值。

Description

一种激光焊接塑料的方法
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，尤其是涉及一种通过激光焊接塑料的方法。
背景技术
塑料的激光焊接已成为焊接领域的新生力量。应用激光焊接塑料，材料必须对激光有吸收。通用的激光透射焊接方法，一般在两待焊接件的接触面处施用合适的光吸收剂或者在下层焊接件中预先掺入合适的填料或颜料作为光吸收剂，继而完成焊接。炭黑作为常用的光吸收剂，虽有着较高的光热转换效率，但却也使得焊接面或焊接件不得不被“染色”；另一方面，一些不染色的商业化的清洁光吸收剂或价格偏高或存在安全风险，其应用领域受到一定的限制。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种激光焊接塑料的方法。本发明通过水的光热转换作用将待焊接塑料的接触面熔化(软化)，实现焊接的目的。本发明以水作为焊接剂(光热转换载体)，不用掺杂别的任何光吸收填料或颜料，做到了真正意义上的绿色、环保、无毒无害等，本发明在食品包装、医疗器械、精密复杂塑料件的焊接等领域有重大的应用价值。
本发明的技术方案如下：
一种激光焊接塑料的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)在待焊接塑料的待焊接区域施涂水，保持焊接塑料的待焊接面亲密接触；
(2)采用激光器对待焊接区域进行辐照，即完成塑料的焊接。
步骤(1)中所述待焊接塑料为热塑性塑料、热塑性弹性体或两者混合物。
所述塑料的熔点≤100℃。
所述塑料为EVA、EAA、PEG、PVC、PVAc、PCL、PU、PHA聚酯、PPC、PCL/PU复合材料中的一种或多种。
步骤(1)中所述施涂的方式为喷涂、刷涂、擦涂或滚涂。
步骤(1)中所述施涂的水量不低于2μl/cm2。
步骤(2)中所述激光器发射的激光波长为1.2～2.9μm。
所述塑料经过预处理，预处理的方法为对塑料表面进行磨砂处理，使其表面粗糙。
所述塑料的形状为薄膜、片材、板材、管材、异型材或精密复杂塑料件。
本发明有益的技术效果在于：
本发明创造性的使用大自然中来源最为广泛的水作为能量转换的介质进而实现塑料的激光焊接，以水作为焊接剂(光热转换载体)，不用掺杂别的任何光吸收填料或颜料，做到了真正意义上的绿色、环保、无毒无害等，本发明在食品包装、医疗器械、精密复杂塑料件的焊接等领域有重大的应用价值。
本发明使用水作为光热转换载体，水所吸收的光能使水温迅速升高，水温最高可达100℃，使熔点或软化点≤100℃的塑料软化，在焊接的过程中塑料熔融(软化)体积膨胀发生流动，水被自发的(也可施加一定的力)从焊接接触区挤出，从而达到焊接的目的。
附图说明
图1为本发明搭接接头焊接流程示意图；
图2为本发明对接接头焊接流程示意图；
图3为本发明实施例1中焊接前、后的样品示意图；
图4为本发明实施例1中焊接前、后的样品的应力-应变曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种激光焊接塑料件的方法，以分子量50000g/mol、厚度为0.2mm的聚己内酯(Tm≈60℃)焊接为例，所述方法包括以下步骤：
(1)在两塑料件待焊接的区域刷涂10μl/cm2的水，对接接头并保持待焊接接面亲密接触；
(2)使用波长为1470nm激光器辐照焊接区，调节激光器输出功率为0.5W，5s后焊接区开始熔化，10s后形成光斑大小的熔化面，而后关闭激光器，自然冷却固化形成焊接区域，完成焊接。
将焊接前、后的样品，分别裁成哑铃状，进行拉伸试验，样品测试前如图3所示，图4为室温下样品焊接前后的应力-应变曲线。
由图3可以看出焊接样品与原始样品的对比图，焊面平整，无严重灼伤。
由图4可以看出焊接后的样品与原始样品相比机械性能基本无变化，原始样品拉伸强度为40.87MPa，断裂伸长率约为1800％，焊接样品拉伸强度为43.88MPa，断裂伸长率约为1900％，焊接效率近乎100％。
实施例2
一种激光焊接塑料件的方法，以分子量50000g/mol、厚度为1mm的聚己内酯(PCL)塑料件焊接为例，所述方法包括以下步骤：
(1)在两塑料件待焊接的区域喷涂10μl/cm2的水，并保持待焊接接面亲密接触；
(2)使用波长为1910nm激光器辐照焊接区，调解激光器输出功率为0.5W，5s后焊接区开始熔化，10s后形成光斑大小的熔化面，而后关闭激光器，自然冷却固化形成焊接区域，完成焊接。
实施例3
一种激光焊接塑料件的方法，以分子量80000g/mol、厚度为0.2mm的聚己内酯(Tm≈60℃)塑料件焊接为例，所述方法包括以下步骤：
(1)在两塑料件待焊接的区域擦涂6μl/cm2的水，并保持待焊接接面亲密接触；
(2)使用波长为1470nm激光器辐照焊接区，调解激光器输出功率为0.5W，5s后焊接区开始熔化，10s后形成光斑大小的熔化面，而后关闭激光器，自然冷却固化形成焊接区域，完成焊接。
实施例4
一种激光焊接塑料件的方法，以厚度为0.2mm的PCL/PU共混塑料产品塑料件焊接为例，所述方法包括以下步骤：
(1)在两塑料件待焊接的区域喷涂10μl/cm2的水，并保持待焊接接面亲密接触。
(2)使用波长为1470nm激光器辐照焊接区，调解激光器输出功率为0.5W，10s后焊接区开始熔化，20s后形成光斑大小的熔化面，而后关闭激光器，自然冷却固化形成焊接区域，完成焊接。
实施例5
一种激光焊接塑料件的方法，以分子量50000g/mol、厚度为0.2mm的聚己内酯(PCL)塑料件焊接为例，所述方法包括以下步骤：
(1)将两塑料件置于水中，搭接接头保持焊接接面亲密接触；
(2)使用波长为1910nm激光器辐照焊接区，调解激光器输出功率为0.4W，20s后焊接区开始熔化，30s后形成光斑大小的熔化面，而后关闭激光器，自然冷却固化形成焊接区域，完成焊接。
实施例6
一种激光焊接塑料件的方法，以厚度为0.2mm的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)塑料件焊接为例，所述方法包括以下步骤：
(1)在两塑料件待焊接的区域进行粗糙化处理后擦涂6μl/cm2的水，并保持焊接接面亲密接触；
(2)使用波长为1470nm激光器辐照焊接区，调解激光器输出功率为0.6W，10s后焊接区开始熔化，25s后形成光斑大小的熔化面，而后关闭激光器，自然冷却固化形成焊接区域，完成焊接。
上述实施例只为体现出发明人的创造构思，基于本发明创造构思下任何形式的演变和改进都属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种激光焊接塑料的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
（1）在待焊接塑料的待焊接区域施涂水，保持焊接塑料的待焊接面亲密接触；所述塑料为PVC、PVAc、PCL、PU、PHA聚酯、PPC、PCL/PU复合材料中的一种或多种；所述施涂的水量不低于2μl/cm2；所述施涂的方式为喷涂、刷涂、擦涂或滚涂；所述塑料经过预处理，预处理的方法为对塑料表面进行磨砂处理，使其表面粗糙；
（2）采用激光器对待焊接区域进行辐照，即完成塑料的焊接；所述激光器发射的激光波长为1.2~2.9μm；所述塑料的熔点≤100℃；
水作为光热转换载体，水所吸收的光能使水温迅速升高，使熔点≤100℃的塑料软化，实现焊接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（1）中所述待焊接塑料为热塑性塑料、热塑性弹性体或两者混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述塑料的形状为薄膜、片材、板材、管材、异型材或精密复杂塑料件。
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