维普资讯 http://www.cqvip.com ２０ 塑料包装 ２００７年第１７卷第４期 提高塑料激光焊接技术 张胜玉 （佛山安德里茨技术有限公司） 摘要：塑料激光焊接技术是一种方兴未艾的非接触焊接技术。同其它焊接方法相比，它具 有非接触、不透气、不漏水、焊接速度快、精度高、焊缝强度高、无飞边、无残渣、无振动、热应力 最小、易于控制、灵活性好、适应性好等诸多优点。塑料激光焊接技术主要应用于医疗器械、电子 元器件、汽车零部件、纺织品、包装工业。本文概述了塑料激光焊接的原理、基本要求、焊接性、激 光源、焊接方法、优点、应用和最新进展。 关键词：塑料激光焊非接触焊接技术 １、前言 发展，塑料激光焊接技术将会在世界各国获 塑料激光焊接技术最早出现在２Ｏ世纪 得愈来愈广泛的应用。７Ｏ年代，由于当时费用昂贵，可以连接的聚 ２、塑料激光焊接原理 塑料激光焊接的基本原理是：两种塑料 合物和颜色受到等原因一直处于停滞 Ｒ 不前的状态。但是从２Ｏ世纪９Ｏ年代中期开 在低压力下被夹紧在一起，近红外线激光ＮＩ０６４ｎｍ）穿过一个制品（近红外线 始，激光焊接技术所需要的设备费用大幅下 （波长８１０—１降，新型焊接设备和焊接材料不断涌现，激 激光透射）然后被另外一个制品吸收（近红外 光焊接的优点日益凸显出来，越来越受到了 线激光吸收）。吸收激光能量的制品将光能转 人们的广泛欢迎，成为专门连接精密敏感的 化为热能，在塑料的接触面熔化，同时热也传 （如电路板）、几何形状复杂的或要求非常洁 导到透射近红外线激光的制品的表面，形成 两零件的熔化区 净的（医疗器械）塑料件的方法。目前，激光 熔化区。在夹紧力的作用下，焊主要是在欧洲流行。在美国和加拿大，塑 紧密接触。在材料热膨胀产生的内力和夹紧 料加工商们正在小心观察激光技术的成本。 外力的共同作用下，熔化区域产生分子间混 在快冷过程中形成焊缝。 不过，激光设备和塑料材料方面的进展正在 合，进一步激发起他们使用这种技术的愿望。在 美国，激光焊接似乎可能发展成为一种适合 某些应用的连接方法，在这些应用中，与其 它焊接方法如超声波焊、振动焊、热板焊相 比，激光焊接具有成本和性能方面的优势。 无庸置疑，随着激光技术和塑料工业的不断 图１ 塑料激光焊接基本原理图 上部 料 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第１７卷第４期 塑料包装 ２１ ３、激光焊接对塑料的基本要求 合使用激光焊接技术。某些玻纤增强的聚合 为了实现激光焊接，待焊两塑料零件在 材料也可以用于激光焊接（只要纤维含量不 特定波长下的光学吸收性能不应相同。上部 超过４０％，几乎任何热塑性塑料都是可焊 零件应尽可能透射激光，底部零件应具有高 的），但是过高的玻纤含量会散射发出的ＩＲ 降低光束通过聚合物的穿透力。有色塑 的吸收率。两零件的反射率应保持最小，因为 激光，随着反射量的增加，需要更多的能量产生焊 料也可以用于激光焊接，但是随着颜料或染 接所需的热量。同样的道理，上部零件的吸收 率应最小。上部零件吸收率过大的话，还可能 在底部零件开始软化之前就发生降解。为了 防止热分解，透射激光材料比吸收激光材料 熔点低是有利的。 ４、各种塑料的激光焊接性 影响塑料激光焊接性的一个主要因素是 塑料对激光的透射率。材料种类、壁厚、填充 物含量和染料影响透射程度。填充物、增强体 以及某些种模塑缺陷和表面精整能降低塑料 件的激光透射率。塑料中阻燃剂、抗冲改性剂 等添加剂的影响最小。 研究表明，聚合物对近红外线激光的透 射率至少达到２０—５０％，采用激光焊接技术才 能获得优良的焊接效果。绝大多数本色塑料 和很多有色半透明塑料能有效透射二极管激 光器（８１０到９４０纳米）和钇铝石榴石激光器 （１０６４纳米）所发射的激光或者接近它们波长 带的激光（二氧化碳激光器发射的激光容易 被塑料吸收，易造成塑料燃烧），都能够达到 此透光率要求。换句话说，激光焊接可以应用 于绝大部分塑料。 几乎所有的热塑性塑料和热塑性弹性体 都可以使用激光焊接技术。常用的焊接材料 有ＰＰ、ＰＳ、ＰＶＣ、ＰＣ、ＡＢＳ、聚酰胺、ＰＭＭＡ、聚甲 醛、ＰＥＴ以及ＰＢＴ等。而其它的一些工程塑料 如聚苯硫醚ＰＰＳ、ＰＥＥＫ和液晶聚合物ＬＣＰ 等，由于其具有较低的激光透过率而不太适 料含量的增加，激光束通过塑料的穿透能力 会有所下降。 有关数据说明如下：杜邦公司的尼龙６６ （８０％的透射率），缩醛塑料（４５％透射率），尼 龙６（１８％透射率），Ｈｙｔｒｅｌ共聚聚酯热塑性弹 性体（２８—３５％透射率），它们都可以用激光焊 接。低透射率的原料如３０％玻璃纤维增强的 ＰＥＴ（５－６％透射率）和液晶聚合物（ＬＣＰ） （１－２％透射率），是不适合用激光焊接的。 Ｔｉｃｏｎａ公司的数据显示未填充的缩醛塑 料（５Ｏ％透射率），聚对苯二甲酸丁－＇￣（ＰＢＴ） （３０％透射率），玻纤增强的聚丙烯（２９％透射 率）符合能透射近红外线激光的聚合物的标 准。而Ｔｉｃｏｎａ公司的聚苯硫醚（ＰＰｓ）（６—１２％ 透射率）和ＬＣＰ（７％透射率）的透射率则不够。 Ｔｉｃｏｎａ公司的资料说它已经发明了一种特殊 方法可以提高ＰＢＴ和缩醛塑料的透射率，这 样就可以加快焊接速度和减少树脂降解。 另一方面，塑料对近红外线激光的吸收 率也是影响激光焊接效果的重要因素。在近 红外区，非结晶性塑料具有低吸收、高透射 的特征，激光理论穿透深度达几百毫米。而 半结晶性塑料具有球晶晶体结构使激光离 散开，强烈地吸收激光。这是由于激光束在 内界面（球晶界面）折回，穿透材料的行程更 长的缘故（见图２）。散射作用的结果导致穿 透半结晶性塑料要比非结晶性塑料需要更 多地能量。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２２ 塑料包装 ２００７年第１７卷第４期 就可以实现黑色材料的焊接（颜料能够保证 足够的激光能量透过上层材料以便在两层接 触面上产生熔化）。这对于汽车外壳下的设备 和其他黑色的装置采用激光焊接无疑带来了 福音。 此外，反射和折射也是影响塑料激光焊 非结晶性塑料 半结晶性塑料 图２ 激光在非结晶性塑料与半结晶性塑料中行程 对比图 由于许多矿物填充的化合物能够吸收近 红外线激光，所以通常不适合用激光焊接。 有时候为了实现良好焊接，需要在底部 塑料零件中添加吸收剂以增强吸收效果。大 多数热塑性塑料可通过加人适量的炭黑，大 幅提高其对激光的吸收率，但是对一些材料 而言，存在一定局限性。例如两种对近红外线 激光都透射的材料（通常是透明的或者白色 的）由于对近红外光的吸收很少，如果添加炭 黑的话，不能满足医药、包装和消费产品等对 产品透明的要求。因而在激光技术发展的早 期阶段，获得透明焊接接头是不可能的。不 过，现在已有厂家开发了改善激光透射率及 吸收率的新材料。在两层塑料之间的接触处 无色红外吸收涂料的作用下，可以实现两种 透明材料之间的焊接。涂料在激光的照射下 发热并熔化相邻层的材料，最终得到几乎看 不见的焊缝。 两层黑色塑料（或两种材料都填充炭黑 时）在过去用激光来焊接也是不可能的，这是 因为激光能量在到达焊接界面之前就已经被 吸收。但现在我们可以在上层塑料中加人特 殊的颜料（而不是填充炭黑），使其在肉眼看 起来是黑色的，但对于激光却是透明的，这样 接效果的因素。反射和折射与材料的表面状 况和激光进人零件的角度有关。为达到最佳 的焊接效果，激光应垂直于表面进人零件，并 尽可能靠近和符合焊接接头。 ５、塑料焊接激光源 激光透射焊接技术主要使用两类激光 源：一种是掺钕钇铝石榴石合成晶体（Ｎｄ： ＹＡＧ），另一种是半导体二极管。 Ｎｄ：ＹＡＧ激光器：产生的波长为１０６４纳 米（ｎｍ），容易被含有特殊填料或颜料的塑料 吸收。可以通过光导纤维将激光很方便的传 送到激光头，用在自动化装置（机械手）上以 实现焊接过程的数控和精密自动化。 二极管激光器：产生的波长范围在 ８００—１０００ｎｍ之间，这对焊接来说是效率最高 的能量区域。它结构紧凑，可以很方便的安装 在自动化设备上，易于实现激光器的小型化 和便携化。由于其输出功率较小，适用于焊接 激光功率要求较低的场合，如小型塑料器件的 精密焊接。二极管激光的吸收特征和Ｎｄ：ＹＡＧ 的吸收特征类似。 塑料焊接有时也使用二氧化碳（ＣＯ ）激 光器。它能产生１０６００ｎｍ的光波，这同Ｎｄ： ＹＡＧ和二极管激光器产生激光相比，更容易 被塑料吸收。但是二氧化碳激光的穿透性能 没有其它两种激光器产生的激光好。因此二 氧化碳激光器主要用于薄膜材料焊接。 市场上常用的塑料焊接激光源对比如表１： 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第１７卷第４期 塑料包装 ２３ 表１常用的塑料焊接激光源对照表 激光类型 ＣＯ２ Ｎｄ：ＹＡＧ 二极管 波长（Ｉ，ｚｍ） ｌ０．６ １．０６ ０．８—１．０ 最大能量 ６０ ６ ６ （ＫＷ） 效率 ｌ０％ ３％ ３０％ 光束传输 镜面反射 光纤及镜面 光纤及镜面 方式 反射 反射 尺寸ｒ最小光斑 ０．ａｍ） ２—０．径）７（直 ０．１－０． 径）５（直 ０．５ｘ０．５ 使用Ｎｄ：ＹＡＧ或二极管激光的透射焊接 技术，可以以超过２Ｏ米／分的线速度将ｌｍｍ 以上厚度的塑料件焊接在一起。二氧化碳激 光器焊接薄膜的速度可以高达７５０米／分。 ６、塑料激光焊接常用焊接方法 塑料激光焊接方法分为四类：顺序型周 线焊接、同步焊接、准同步焊接、掩模焊接。最 常用的是顺序型周线焊接、和准同步焊接（扫 描焊接）。 顺序型周线焊接（ｃｏｎｔｏｕｒ ｗｅｌｄｉｎｇ）：激光 沿着塑料焊接层的轮廓线移动并使其熔化， 将塑料层逐渐的粘结在一起；或者将被夹层 沿着固定的激光束移动达到焊接的目的。激 光光斑的大小在０．６到５ｍｍ之间，最常用的 是１到２ｍｍ。在所有激光焊接方法中，周线焊 接灵活性最好，能形成复杂的三维焊接轮廓。 周线焊接能量效率高、可编程性好、工具成本 低、装配速度快，但焊接时间比其它方法长。 尽管加工时间随焊缝长度线性增加，所焊零 件的大小只受夹紧零件的夹具的。由于 是局部熔化塑料，周线焊接补整连接零件的 几何偏差的作用很小。周线焊接适用于小批 生产，主要用于旋转对称的圆周接缝、无飞边 和残渣的大型零部件的焊接。 同步焊接（ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｗｅｌｄｉｎｇ）：来自多 个二极管激光器的激光束，通过光学元件将 激光束整形，激光束被引导到沿着焊接层的 轮廓线上，并在焊缝处产生热量，从而使得整 个轮廓线同时熔化并粘结在一起。同步焊接 焊缝不一定要在同一平面，只要对焊缝施加 的夹紧压力均匀分布即可。激光可以通过固 定光学器件传输，但更常用的是通过光纤束。 单个光纤通常凑拢在一起以平衡来自于不同 二极管激光器的发光强度。同步焊接最适合 于线性焊缝，径向焊缝需要附加光束整形元 件。通过适当排列和控制，各个单独的激光元 件能在焊缝区产生均匀的功率分布。同步焊 接速度最快，但透镜和光纤束需要日常维护， 二极管激光器的输出平衡是一道难题。在用 光纤束时，专用工具成本很高，装配时间长。 同步焊接推荐用于大批量生产。 准同步焊接（Ｑｕａｓｉ—ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｗｅｌｄ— ｉｎｇ）：准同步焊接又称扫描焊接Ｓｃａｎ Ｗｅｌｄ— ｉｎｇ）。该技术综合了上述顺序型周线焊接和同 步焊接两种焊接技术。准同步焊接用一对伺 服控制的反射镜（检流计头）控制激光束，激 光束快速（至少ｌＯ米／秒的速度）多次扫描焊 接部位，使得焊接接头每一点的温度梯次增 加，直至整个焊接接头所有点几乎同时达到 熔点开始熔化。由于热损失，准同步焊接需要 比较高的激光功率。准同步焊接接头必须是 近乎平面的，不适于复杂的三维焊接轮廓。扫 描光学器件将最大零件尺寸为大约 ２３０×２３０ｒａｍ（取决于所需聚焦直径）。准同步 焊接时间几乎与掩模焊接相同，比同步焊接 时间长，但比周线焊接短得多。准同步焊接工 具成本与掩模焊接不相上下，但检流计头装 置可编程性好，装配时间短，适用于小型零件 以及需要监控熔化过程的场合。 维普资讯 http://www.cqvip.com 塑料包装 ２００７年第１７卷第４期 、／ 一 ｉ｛ ；； 图３顺序型周线焊接、同步焊接和准同步焊接 技术（左到右） 另一方法是掩模焊接（ｍａｓｋ ｗｅｌｄｉｎｇ）。激 光束通过模板进行定位、嚼 罐 ～ 熔化并粘结塑料，该 模板只暴露出下面塑料层的一个很小的、精 ｔ Ｉ 确的焊接部位。激光束仅对制品上没有被掩 膜遮住的部分加热。掩模一般由镀镍的特殊 玻璃制成，必须保持洁净，否则在激光燃掉掩 模上的污物时可能会留下疤痕。该方法过程 简单，但效率低，大量的激光被耗散浪费掉。 掩模焊接仅适用于近乎平面的接头，通常限 于小到中等尺寸零件的焊接。掩模焊接能够 在零件中产生最精细的焊缝线（可以实现低 至１０微米的高精度焊接），通常用于医疗诊 断零件等的精细焊接。掩模焊接工具成本由 低到中等，高于周线焊接。掩模需经常维护和 更换。装配时间一般较长，焊接时间较短。 ７、塑料激光焊优点 塑料激光焊接具有很多优点，其中有： 同传统焊接方法如超声波焊、热工具焊 和振动焊相比，激光焊接是一种适应性强的 通用焊接方法，它减少了设计上的条件。 二极管激光器和钇铝石榴石激光器用于塑料 焊接时，具有良好的适应性。例如，可以将二 极管激光排列起来以生成复杂的线状焊缝。 还可以将二极管激光发射器组合堆积起来， 以获得特殊应用所需要的高焊接功率。 激光束能耦合进入柔性光导纤维，这使 得精确控制焊点处的激光束聚焦成为可能。 激光束的高度可控性和光束传输的准确性能 够确保十分精密的焊接操作，可精确调节焊 接接头的宽度（从１／１０毫米到几毫米）。 ． 激光易于控制，可焊接尺寸小或外形结 构复杂的工件以及进行大面积的焊接（事实 上对于元件尺寸和结构没有任何）。由于 激光便于计算机软件控制，而且光纤激光器 输出可灵活地达到零件各个细微部位，因而 激光焊接特别适用于焊接具有复杂外形（甚 至是三维的）的制品以及焊接其它焊接方法 不易达到的区域（可焊到性、可达性好）。 激光焊接能够对焊接过程进行监控，这 是所有焊接方法最难的部分之一，也是其它 焊接方法不可比拟的。激光焊能够对接头进 行同轴摄像观察，也可用高温计或红外摄影 仪监测焊缝温度。这些工具可集成为整体以 提供焊接过程的正反馈。 激光焊能够将不同组成或不同颜色的树 脂焊接在一起。可以焊接橡胶改性和玻璃填 充的热塑性塑料等难以接合的材料。例如，能 将透过近红外激光的聚碳酸脂（ＰＣ）和３０％玻 纤增强的黑色聚对苯二甲酸丁二脂（ＰＢＴ）连 接在一起，而其它的焊接方法根本不可能将 两种在结构、软化点和增强材料等方面如此 不同的聚合物连接起来。 激光焊可以焊接薄膜、板材和模制塑料。 在焊接薄膜时，它沿着薄膜的边缘移动，通过 粘接作用形成一个包装用的封体结构。操作 过程完成的非常快。根据ＴｗＩ公司的资料，它 使用ＩＯＯＷ的二氧化碳激光可以以１００米／ 分的速度焊接１００微米的聚乙烯薄膜。激光 焊还可以在泡沫塑料和塑料薄膜之间，以及 塑料模具之间焊接。 激光焊接技术速度快，特别适用于汽车 塑料零部件等的流水线加工。 激光焊接牢固和密封（不透气和不漏 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第１７卷第４期 塑料包装 ２５ 水），制品的表面能够在焊缝周围严密地连 么单个部件的加工成本会非常低。 接在一起。焊缝的强度能够超过原始材料的 强度。 ８、塑料激光焊应用 激光焊接是一项无振动、非接触焊接技 激光焊接过程中树脂降解少、产生的碎 术，因此它特别适用于加工精密的电子元器 屑（残渣）少。激光焊接没有残渣的优点，使它 件（例如线路板、塑料零件电子感应器）以及 更适用于国家食品药品监督管理局管制的医 医疗器械等要求严格密封及洁净度的塑料制 药制品、汽车制品及电子传感器等。 与其他熔接方法比较，激光焊接极大地 减少了制品的振动应力和热应力。这意味着 制品或者装置内部组件的老化速度更慢。这 个特点尤其适用于易损坏的制品（电子传感 器等）。例如，它非常适合精密组件汽车气囊 传感器的装配。对于这种对震动异常灵敏的 元件（决定气囊何时展开），如果采用超声波 焊接，会严重降低它的灵敏性，因此使用激光 焊接是装配汽车气囊传感器的惟一选择。 作为非接触技术，激光焊接设备不需要 和被焊塑料零部件相接触。激光焊接避免了 与其他传统技术有关的工具污染和产品放置 的问题。在要求无菌环境（如医疗器械和食品 包装）加工时，激光焊接技术能派上很大用 场。塑料用作包装材料由来已久，但为保证其 连接性和密封性，主要还是采用化学胶粘连 结和热塑加压连接，存在的主要问题是浪费 材料，并且连接和密封的可靠性较差。在食 品、化学品等包装中，采用激光焊接技术的优 势非常明显，除了焊缝较宽外，施焊时不直接 接触塑料，不会有产品污染问题，也不需添加 粘结剂或熔剂。 激光焊接设备的价格确实不斐，必须通 过大量的生产才能收回最初的投资成本。然 而激光焊接的可编程性和低加工成本可以很 好地对高投资进行补偿。激光焊接与其他任 何一种塑料焊接方法相比的主要优势之一 是，如果在许多机器人上面安装焊接工具，那 品。通过激光技术制造的器材有鼠标、移动电 话、连接器件等。激光技术制造的汽车电子产 品有自动门锁、电子开门器、无钥匙进出设备 以及传感器等。 在汽车工业，激光焊接塑料技术可用于 制造很多汽车零部件，如汽车空气进气歧管 上由马达驱动的传动装置和中控锁、变速箱、 操纵器罩壳、安全气囊、油压传感器和发动机 传感器、大型的集成传感器、车辆的驾驶舱、 压力容器、内部装饰件和保险杠、燃油喷嘴、 变档机架、汽车传感器和制动器的外壳、驾驶 室机架、液压油箱、过滤架、前灯和尾灯、进气 管光歧管以及辅助水泵等。 在医学领域，激光焊接技术可用于制造 液体储槽、液体过滤器材、软管连接头、造口 术袋子、助听器、移植体、分析用的微流体器 件以及医用薄壁导管的显微焊接等。 激光焊可应用于合成纺织品如防水衣的 焊接。 激光焊在包装行业有很大应用潜力： 首先是需要有较高密封要求的产品包 装。包括奶粉、食盐等食品和晶体类化学药剂 和化肥等工业品的密封包装。这类产品较易 潮解，其包装既要考虑密封性，又要防止密封 过程中带人污染物，塑料袋激光焊接的无接 触性正好符合这个要求。 其次是塑料容器成为铁质或纸质容器的 替代。在湿度大的环境下，纸质包装易受潮变 形，抗震抗冲击性能变差，用塑料板材焊成带 维普资讯 http://www.cqvip.com ２６ 塑料包装 ２００７年第１７卷第４期 盖的容器，显然可以克服这些不利因素。在高 Ｎｏｖｏｌａｓ Ｃ型焊接机：这是一台周线焊机 盐、高腐蚀性气体的环境中，铁质或铝质容器 或点式焊机。它可以采用移动制品（置于程 会生锈腐蚀，也为塑料容器提供了用武之地。 控、伺服驱动的ｘ—Ｙ工作台上）而固定激光点 由于激光焊接塑料容器的工艺简单，成本也 的焊接方法；也可移动激光点而固定制品。其 不高，重复使用性好，因此取代纸质或铁质容 最大焊接面积为２５０×２５０ｍｍ，能够适应任何 器，大规模进入日常生活是可以期待的。激光 几何形状的焊接，但缺点是焊接速度较慢。 焊接技术还可制作塑料异型容器或异型托 架。应用领域为各种玻璃、水晶、陶瓷工艺品 及易碎或抗冲击要求高的精密仪器。这类产 品目前主要靠泡沫塑料和木托架来防震，前 者用料多，需要单制模具。后者抗冲击性能稍 差。用激光焊接技术来制作这些异型托架，克 服了上述不足。成本不高，效果又好，灵活性 强。这是激光焊接技术的各项优势得到充分 发挥的应用领域。 ９、塑料激光焊接技术进展 在以前，由于缺乏适合的设备，缺少能够 被焊接的聚合物和适合的颜色种类，以及缺 乏对于激光技术应用潜力的了解，用于塑料 的激光焊接技术一直处于停滞不前的状态。 现在。塑料激光焊接技术已经取得了多 方面的进展。新的激光设备正在消除普及的 障碍。另外，材料和添加剂的革新改造也使过 去激光不能焊接的彩色工件问题得以解决。 由于有了新型颜料技术，现在已可以进行“黑 对黑”和“亮对亮”激光焊接。 在激光设备进展方面，欧洲的Ｂｉｅｌｏ— ｍａｔｉｋ、Ｌｅｉｓｔｅｒ、Ｂｒａｎｓｏｎ等公司相继推出专门用 于塑料焊接的激光设备。 Ｎｏｖｏｌａｓ焊接设备： Ｎｏｖｏｌａｓ生产线是瑞士Ｌｅｉｓｔｅｒ公司最新 推出的设备。此生产线使用了高功率的二极 管激光器，每个激光器的功率为２５Ｗ或更高， 提供以下型号的设备： Ｎｏｖｏｌａｓ Ｓ型焊接机：该机使用同步焊接技 术，原理是将激光束校准成一条直线或曲线， 同一时间照射结合处，光束和制品都不需移 动。采用这种技术的优点是焊接速度快，但缺 点是焊接几何形状受到。 Ｎｏｖｏｌａｓ Ｍ型焊接机：该机使用同步掩膜 焊接技术。Ｌｅｉｓｔｅｒ公司向客户提供以照相平 版印刷术制造的薄膜掩膜，用来掩盖制品不 需焊接的部分，固定的激光束只加热制品上 那些没被掩遮的部份。这种技术的好处是解 决了Ｓ型焊接机的焊接几何尺寸所受到限 制。再复杂的焊接形状，例如圆形或螺旋形， 均能使用这种方式。此技术能生成更细更精 确的焊缝线（可窄至０．１ｍｍ），而且宽度也不 必一致。虽然同步掩膜焊接所需的准备时间 比周线焊接较长些，但在大批量生产时，成本 效益更好。Ｎｏｖｏｌａｓ Ｍ系统特别适合医药设备 的微型连接，它所采用的自动化掩膜校准装 置可以达到２微米的精度。 Ｌａｓｅｒ－Ｔｅｃ Ｑｓｌｗ系统： Ｂｉｅｌｏｍａｔｉｋ公司生产的Ｌａｓｅｒ—Ｔｅｅ ＱＳＬＷ 系统，采用准同步焊接技术，使用输出能量为 ７０—２５０Ｗ的固态钇铝石激光器及高速扫描 镜，可以使激光束每秒扫描全部接缝４０次， 生成的焊缝只有０．１ｍｍ宽。这种激光系统现 正应用于生产奔驰汽车的电子开门器。其他 应用还包括汽车空气进气歧管上的传动装置 和中控锁、变速箱、安全气囊、油压传感器和 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第１７卷第４期 塑料包装 发动机传感器等。如果将多台Ｌａｓｅｒ—Ｔｅｃ系统 边同３００华氏度的油相接触，由此产生的热 组合应用，更可焊接车辆的驾驶舱、压力容 冲击对传感器是一种考验。由激光焊接生成 器、大型的集成传感器等。 的无泄漏的焊缝可以经受这种热冲击的考 ＩＲＡＭ激光焊接装置： 验。另外制品还必须经受摆动和振动冲击。 Ｂｒａｎｓｏｎ公司生产的ＩＲＡＭ激光焊接装 杜邦公司有一种黑色的缩醛塑料，具有 置，包括：同步型（Ｓ）及周线型（Ｃ）两个系列。 ３８％的近红外线激光透射率，可以被激光焊 每系列可提供三种规格的激光焊接装置：小 接。杜邦公司还有一种３０％玻纤增强的黑色 功率（１５０—４５０Ｗ）、中功率（６００—９００Ｗ）、大功 尼龙６材料，具有２５％到５５％的近红外线激 率（９００—１，３５０Ｗ）。 光透射率。 ＲＴＰ公司开发的一种合金化技术并拥有 Ｈｅｒｆｕｒｔｈ公司的高能激光器 玻纤、颜料和其它添加剂的选择技术，可以使 英国Ｈｅｒｆｕｒｔｈ公司生产的高能量二极管 能激光焊接的树脂如ＡＢＳ，ＳＡＮ，ＰＰ等树脂的 激光器，每台激光器的功率在２５０到１０００瓦 近红外线激光透射率和吸收达到最优化。 之间，激光直接瞄准焊接区域，形成的光斑大 Ｃｌｅａｒｗｅｌｄ激光焊接工艺是Ｇｅｎｔｅｘ公司的 小为５ ｘ １毫米。由于采用了高能量的激光， 一项专利技术，其关键在于大大提高了激光 令焊缝强度非常高，能处理那些对激光透射 能量吸收的新材料。一般塑料激光焊接中，常 率低，很难焊接的材料及颜色种类。例如把聚 采用在熔接部件中添加碳黑的方法以增加熔 丙烯（ＰＰ）和玻璃纤维增强的缩醛塑料两种材 接部件对近红外线激光吸收，然而，碳黑的使 料焊接，或用于将聚酯和聚丙烯制造的薄膜， 用了塑料制品的色彩。Ｃｌｅａｒｗｅｌｄ工艺则 与管道及连接器焊接起来，制成医药上的流 采用了极易吸收近红外线激光的无色Ｃｌｅａｒ－ 体输送系统。 ｗｅｌｄ材料（净焊材料），通过在待焊接部件表 在焊接材料进展方面，为克服激光焊接 面涂敷一层极薄的Ｃｌｅａｒｗｅｌｄ材料，或者将 的一些局限性，许多塑料生产商积极研究开 Ｃｌｅａｒｗｅｌｄ材料混合于将要模注成型的树脂 发有助于改善激光透射率及吸收率的新材 中，在激光焊接过程中，Ｃｌｅａｒｗｅｌｄ材料作为 料，并取得了可喜的进展，为激光焊接技术带 Ｎｄ：ＹＡＧ或二极管激光器的焦点，将激光能量 来更广阔的应用前景。 高效转换为热量，以加热熔接基底材料，实现 许多原料供应商最近展出了能透过激光 快速高质量焊接。采用波长为８０８ ｎｍ至９８０ 的黑色原料配方，这突破了先前的。例如 ｎｍ的近红外二极管激光器，或波长１０６４ ｎｍ ＢＡＳＦ有两种透激光的黑色颜料：Ｕｈｒａｍｉｄ 的Ｎｄ：ＹＡＧ激光器进行激光焊时，可以考虑使 Ａ３ＷＧ６ ＬＴ（用于尼龙６６）和Ｕｈｒａｄｕｒ Ｂ４３００Ｇ６ Ｃｌｅａｒｗｅｌｄ材料。采用吸收剂涂层工艺，应选择 ＬＴ（用于ＰＢＴ）。这种配方利用了新染料，呈黑 ９４０ ｎｍ至１０６４ ｎｍ波长激光器，而采用添加 色但对近红外线激光的透射率足够高，这样 吸收剂的树脂，于整个近红外频谱的激光器 就可以将两种黑色制品进行激光焊接。这种 均可使用。Ｃｌｅａｒｗｅｌｄ净焊材料吸收剂涂层，可 技术应用在了ａｉｍｌｅｒＣｈｒｙｓｌｅｒ汽车的燃油传感 以通过工业喷墨打印机或喷射系统喷到接合 器中，这种传感器的一边同冷水相接触，另一 面。Ｃｌｅａｒｗｅｌｄ工艺使可以进行激光焊接的领 维普资讯 http://www.cqvip.com ２８ 塑料包装 ２００７年第１７卷第４期 域得以扩展，各种刚性或软质塑料、透明的或 很多应用领域比超声波焊接以及热板焊接更 不透的，甚至各种颜色不透明的塑料制品，都 具竞争力。塑料激光焊接技术主要应用于医 可以通过激光焊接进行熔接。此外，Ｃｌｅａｒｗｅｌｄ 疗器械、电子元器件、汽车零部件、纺织品、包 工艺还提供了更好的设计、工程及制造灵活 装工业等。随着激光设备和塑料原料的不断 性，用户可以选择更丰富的色彩，焊接的实现 创新发展，早期应用条件的突破，塑料激 也更容易、更具经济性。 １ Ｏ、结语 塑料激光焊接技术是一种方兴未艾的非 接触焊接技术。同其它焊接方法相比，它具有 非接触、不透气、不漏水、焊接速度快、精度 高、焊缝强度高、无飞边、无残渣、无振动、热 应力最小、易于控制、灵活性好、适应性好等 诸多优点。在要求高速焊接以及要求精密焊 接或无菌条件焊接的场合，激光焊接可以发 挥出最好的优势。该技术曾经受制于价格等 因素，但是随着设备价格的不断下降，已经在 （上接第５９页） 保持膜泡稳定 如果使挤出熔融温度稳定均匀、减小膜 泡冷却面积也不能消除膜泡运动所造成的折 皱，你就只能用机械方法来稳定膜泡。最普通 的稳定装置是膜泡导辊。（像ＬＤＰＥ类的软质 膜材料不会产生折皱，可以用固定的木板。） 内冷系统提供的稳泡架也是保持膜泡稳 定的有效办法。而且，硬质树脂需要一个更坚 实的圆稳泡架防止左右晃动，膜泡的稳泡架 从冷凝线上面开始。 也可以在膜泡里应用一些先进的带有两 面或四面模框的膜泡稳定装置。一种是从口 模开始，在膜泡完全压扁之前用支臂阻止膜 泡形成折皱。另外一种是一个水冷的膜泡内 光焊接技术必将会获得愈来愈广泛的应用。 参考文献 ［１］张胜玉．塑料激光焊接ｆＪ１．激光与红外，２０００，３０（３）：１６９—１７４． ［２］张胜玉．塑料焊接在汽车工业上的应用［Ｊ】．塑料，２００４，３３ （６）：８９—９４． ［３ ＪＲｏｂｅ￣Ｌｅａｖｅｒｓｕｃｈ，”Ｌａｓｅｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｅｓ ｏｆ Ａｇｅ，”Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｂｇｙ，Ｆｅｂ．，２００２ ｌ ４ ＪＰｅｔｅｒ Ｍａｐｌｅｓｔｏｎ，”Ｎｅｗ Ｌａｓｅｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｄｅｂｕｔ，” Ｍｏｄｅｍ Ｐｌａｓｔｉｃｓ，Ｎｏｖ．，２００３． ［５ ＪＪａｎ Ｈ．Ｓｃｈｕｔ，”Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｗｅｌｄｉｎｇ：Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｘｐａｎｄ Ｃａｐａｂｉｌ￣ｉｅｓ，”Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｏｃｔ．，２００４ 旋转筒，熔体不会粘附在上面，需要分别控制 旋转筒上部和下部的膜泡内压力。 如果还有折皱，最后的办法是改变人字 板。因为两面的人字板不对称，膜泡的一部分 会比其他部分夹得快。解决办法是增长人字 板，这使得膜泡在圆周上更加均一，但需要克 服更多的摩擦阻力。摩擦力小的导辊或者润 滑的表面可以减少阻力，但这需要保养和定 期清洗，否则也会产生折皱。 连有四面的夹膜系统可以使膜泡的横截 面成正方形，即使是用ＰＰ、尼龙或ＰＣ加工非 常硬的薄膜，也可以均匀夹膜避免产生折皱， 但必须要求表面的摩擦非常小。 译自２００７ｐｌａｓｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ《塑料技术》第六期
