PA6、PA66、尼龙+GF30%、尼龙+玻纤等塑料的超声波焊接应用

　　现代汽车工业需要生产出更安全和更可靠的产品来满足政府和消费者的需求,为了提高燃油经济性并减少尾气排放,轻量化车身是一个很好的解决方案。所以越来越多的轻质材料如铝合金、镁合金,尤其是尼龙及尼龙复合材料被使用在车身上来减轻汽车的重量。碳纤维增强尼龙复合材粒是一种高性能的新型材料,它具有优异的力学性能,强度高,比重小,可广泛用于汽车工业,航空航天等新兴领域。在汽车生产中获得一种高效可靠的连接方法用于尼龙复合材料十分必要。超声波熔接是一种有效的热塑性塑料的连接手段,焊接具有速度快、效率高、能耗低,操作方便,宜于实现自动化等优点,在汽车、电子等领域得到了广泛应用。因此,对于碳纤维增强尼龙复合材料,超声波焊接是可能是一种有效的连接方法。

PA66中文叫聚酰胺66或尼龙66，同PA6相比，PA66更广泛应用于汽车工业、仪器壳体以及其它需要有抗冲击性和高强度要求的产品。

化学式：[-NH（CH2）6－NHCO(CH2)4CO]n－

　外观 白包或带黄色颗粒状

　 PA66密度（g/cm3） 1．10-1．14

　拉伸强度(Mpa) 60. 0-80．0

　冲击强度（kJ/m2） 60-100

　静弯曲强度 (MPa) 1 00-120

　马丁耐热(℃) 50-60

　弯曲弹性模量 (MPa) 2000～3000

　　体积电阻率（Ωcm） 1.83×1015

PA66塑料性能　　

　　半透明或不透明乳白色结晶形聚合物，具有可塑性。密度1．15g/cm3。熔点252℃。脆化温度-30℃。热分解温度大于350℃。 连续耐热80-120℃,平衡吸水率2．5%。能耐酸、碱、大多数无机盐水溶液、卤代烷、烃类、酯类、酮类等腐蚀，但易溶于苯酚、甲酸等极性溶剂。具有优良的耐磨性、自润滑性，机械强度较高。但吸水性较大，因而尺寸稳定性较差。

熔点252℃这个熔点对超声波焊接来讲，如果焊接面积过大的话，超声波焊接起来确实是有些困难，但现在汽车行业很多零部件都采用PA66这个材料，那么PA66材料超声波焊接需注意些什么呢？因为PA66熔点高、吸水性较大所以我们在焊接前做干燥处理：假如加工前材料是密封的，那么就没有必要干燥。然而，假如储存容器被打开，那么建议在85℃的热空气中干燥处理。假如湿度大于0.2%，还需要进行105℃，12小时的真空干燥。

　　本工作首先研究超声波焊接参数如时间,压力等对碳纤维增强尼龙66复合材料焊接强度的影响,发现在0.5MPa下,2.1s时可是达到最佳的焊接强度。其次对焊接接头的微观结构,焊接过程进行系通研究。焊接接头的结构可以分为基体区,热影响区,熔合区。熔合区的厚度增加会使焊接的强度提高,当焊接能量过多时,焊接接头的上表面塌陷,多孔区的厚度增加,都会造成焊接接头的强度下降。为了得到适合的焊接质量控制方法,以焊核的尺寸来评估焊接质量的好坏,在合适的超声波焊接参数下,焊核面积要达到380mm2才能够使焊接强度满足要求,达到5.2kN以上。

　　在尼龙66中加入短碳纤维能够使复合材料的拉伸强度,拉伸模量都有较大提高,改善尼龙66的性能。通过DMA分析,发现随着玻璃碳纤维含量的增加,复合材料储能模量和损耗模量增加。储能模量高可以使更多的振动能量被传递到焊接面,损耗模量高在焊接过程中可以使材料将更多的振动能耗散为热能。碳纤维质量分数为30mass%复合材料,在两板的焊接界面吸收更多的能量,熔合区的厚度较大,熔合区的碳纤维含量也较多,焊接接头具有较高的焊接强度。碳纤维质量分数为30mass%复合材料焊接结头多为焊接面剥离失效,40mass% 复材料焊接接头的失效形式为板材断裂,而尼龙66焊接接头为混合失效。因此,碳纤维质量分数为30mass%的尼龙66复合材料具有最佳的超声波焊接性能。

关键词:超声波焊接;   碳纤维增强尼龙66复合材料;焊接参数;焊接强度;