尼龍66塑料超聲波焊接工藝分析

PA6、PA66、尼龍+GF30%、尼龍+玻纖等塑料的超聲波焊接應用

　　現代汽車工業需要生產出更安全和更可靠的產品來滿足政府和消費者的需求,為了提高燃油經濟性并減少尾氣排放,輕量化車身是一個很好的解決方案。所以越來越多的輕質材料如鋁合金、鎂合金,尤其是尼龍及尼龍復合材料被使用在車身上來減輕汽車的重量。碳纖維增強尼龍復合材粒是一種高性能的新型材料,它具有優異的力學性能,強度高,比重小,可廣泛用于汽車工業,航空航天等新興領域。在汽車生產中獲得一種高效可靠的連接方法用于尼龍復合材料十分必要。超聲波熔接是一種有效的熱塑性塑料的連接手段,焊接具有速度快、效率高、能耗低,操作方便,宜于實現自動化等優點,在汽車、電子等領域得到了廣泛應用。因此,對于碳纖維增強尼龍復合材料,超聲波焊接是可能是一種有效的連接方法。

PA66中文叫聚酰胺66或尼龍66，同PA6相比，PA66更廣泛應用于汽車工業、儀器殼體以及其它需要有抗沖擊性和高強度要求的產品。

化學式：[-NH（CH2）6－NHCO(CH2)4CO]n－

　外觀 白包或帶黃色顆粒狀

　 PA66密度（g/cm3） 1．10-1．14

　拉伸強度(Mpa) 60. 0-80．0

　沖擊強度（kJ/m2） 60-100

　靜彎曲強度 (MPa) 1 00-120

　馬丁耐熱(℃) 50-60

　彎曲彈性模量 (MPa) 2000～3000

　　體積電阻率（Ωcm） 1.83×1015

PA66塑料性能　　

　　半透明或不透明乳白色結晶形聚合物，具有可塑性。密度1．15g/cm3。熔點252℃。脆化溫度-30℃。熱分解溫度大于350℃。 連續耐熱80-120℃,平衡吸水率2．5%。能耐酸、堿、大多數無機鹽水溶液、鹵代烷、烴類、酯類、酮類等腐蝕，但易溶于苯酚、甲酸等極性溶劑。具有優良的耐磨性、自潤滑性，機械強度較高。但吸水性較大，因而尺寸穩定性較差。

熔點252℃這個熔點對超聲波焊接來講，如果焊接面積過大的話，超聲波焊接起來確實是有些困難，但現在汽車行業很多零部件都采用PA66這個材料，那么PA66材料超聲波焊接需注意些什么呢？因為PA66熔點高、吸水性較大所以我們在焊接前做干燥處理：假如加工前材料是密封的，那么就沒有必要干燥。然而，假如儲存容器被打開，那么建議在85℃的熱空氣中干燥處理。假如濕度大于0.2%，還需要進行105℃，12小時的真空干燥。

　　本工作首先研究超聲波焊接參數如時間,壓力等對碳纖維增強尼龍66復合材料焊接強度的影響,發現在0.5MPa下,2.1s時可是達到最佳的焊接強度。其次對焊接接頭的微觀結構,焊接過程進行系通研究。焊接接頭的結構可以分為基體區,熱影響區,熔合區。熔合區的厚度增加會使焊接的強度提高,當焊接能量過多時,焊接接頭的上表面塌陷,多孔區的厚度增加,都會造成焊接接頭的強度下降。為了得到適合的焊接質量控制方法,以焊核的尺寸來評估焊接質量的好壞,在合適的超聲波焊接參數下,焊核面積要達到380mm2才能夠使焊接強度滿足要求,達到5.2kN以上。

　　在尼龍66中加入短碳纖維能夠使復合材料的拉伸強度,拉伸模量都有較大提高,改善尼龍66的性能。通過DMA分析,發現隨著玻璃碳纖維含量的增加,復合材料儲能模量和損耗模量增加。儲能模量高可以使更多的振動能量被傳遞到焊接面,損耗模量高在焊接過程中可以使材料將更多的振動能耗散為熱能。碳纖維質量分數為30mass%復合材料,在兩板的焊接界面吸收更多的能量,熔合區的厚度較大,熔合區的碳纖維含量也較多,焊接接頭具有較高的焊接強度。碳纖維質量分數為30mass%復合材料焊接結頭多為焊接面剝離失效,40mass% 復材料焊接接頭的失效形式為板材斷裂,而尼龍66焊接接頭為混合失效。因此,碳纖維質量分數為30mass%的尼龍66復合材料具有最佳的超聲波焊接性能。

關鍵詞:超聲波焊接;   碳纖維增強尼龍66復合材料;焊接參數;焊接強度;