塑料的激光可焊性分析及常用的添加劑有哪些？

激光焊接塑料的可焊性主要由以下因素決定:

①塑料的光學(xué)特性，即要求上層塑料具有一定的激光透過率，使得部分激光能夠順利到達(dá)下層界面，實(shí)現(xiàn)塑料加熱;

②物化性質(zhì)(熔融溫度)，即要求上下層塑料熔點(diǎn)接近，如果兩種塑料的熔融溫度差別過高，可能導(dǎo)致一種材料發(fā)生熔融時(shí)另一種材料發(fā)生熱降解從而降低焊接強(qiáng)度;

③相容性，即塑料之間的相容性決定了熔融狀態(tài)下分子鏈之間的相互擴(kuò)散的難易程度，也決定了焊接質(zhì)量的好壞。

根據(jù)目前塑料的使用范圍和場景，結(jié)合塑料的可焊性，可以將熱塑性塑料焊接進(jìn)行分類。如下圖示從塑料的可焊性分析出發(fā)，介紹不同添加劑及其添加方式對(duì)可焊性的影響，并給出塑料與塑料焊接和塑料與其他材料焊接的實(shí)例。

從材料角度，我們還需要注意的是:

①激光焊接同樣受到兩種聚合物相容性及熔融溫度差異的影響，兩者相容性越好或熔融溫度越接近越容易進(jìn)行激光焊接工藝，并獲得更高質(zhì)量的焊接強(qiáng)度。如圖所示，PC/ABS與PMMA或PC、PC與PBT、ABS與PBT都可以很好地進(jìn)行焊接。

②當(dāng)吸收層聚合物將激光能量轉(zhuǎn)化為熱能發(fā)生熔融時(shí)，體積會(huì)發(fā)生膨脹，因此有必要在上下兩層件通過夾具施加一定的夾持力以避免焊接界面因膨脹變形。不僅如此，夾持力同時(shí)確保熱能在兩層間更好地進(jìn)行傳導(dǎo)，保證兩種聚合物能夠同時(shí)熔融從而獲得更高的焊接強(qiáng)度。

另外，在激光焊接工藝的選擇上，激光器功率過高或焊接時(shí)間過長容易造成材料熔融過度導(dǎo)致降解,為達(dá)到理想的焊接質(zhì)量應(yīng)該選擇合適的激光功率、掃描速度及焊接時(shí)間。

與傳統(tǒng)塑料焊接工藝不同，激光焊接利用激光輻射能量對(duì)兩種聚合物進(jìn)行焊接，不僅在聚合物選擇上具有廣泛的適用性，更具備焊縫美觀、焊接靈活、焊接強(qiáng)度高的特點(diǎn)。

同時(shí)，塑料激光焊接針對(duì)材料特性提出了特殊要求--激光的選擇性吸收與透過。為獲得滿意的制件，不僅需要對(duì)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，合適材料的選擇至關(guān)重要!

添加劑的種類

為了提高塑料對(duì)激光的吸收、分散效果，可以在塑料中引入一些添加劑(包括吸收劑和分散劑)。常見的激光吸光劑包括炭黑、玻璃纖維(GF)、碳纖維(CF)、碳納米管、染料、Clearweld及金屬等。需要說明的是，有時(shí)一種添加劑既可以作為激光吸收劑，也可以作為激光分散劑，即兩者的分類是相對(duì)而言的。焊接過程中現(xiàn)有的添加劑主要為碳材料、玻璃纖維、金屬薄膜/金屬顆粒、Clearweld。