不同的熱塑性材料(圖片來自于網(wǎng)絡(luò))
工業(yè)聚合物通常分為兩種主要類型:熱塑性材料和熱固性材料。熱塑性材料的用途更為廣泛,而且它們無需經(jīng)過明顯的永久性化學(xué)變化就可以被加熱或冷卻,這意味著它們可以被注塑并可以通過簡單的加熱技術(shù)連接在一起。許多注塑部件用于含有添加劑或者短切玻璃增強纖維的發(fā)動機罩下汽車應(yīng)用,但注塑限制了增強材料的用量進而限制了強度。
傳統(tǒng)的激光透射焊接應(yīng)用于這些短纖維增強材料時,相對與諸如因高頻超聲振動,可能使增強纖維損壞的超聲焊接等工藝而言具有一定的優(yōu)勢,具體可參考《使用光纖激光器進行聚合物透射焊接》。
使用IPG光纖激光器焊接的塑料元件
長纖維增強復(fù)合材料
眾所周知的增強型長纖維熱固性復(fù)合材料已經(jīng)使用了很多年。由于高分子化學(xué)的進步,長纖維增強型熱塑性聚合物復(fù)合材料如今也被航空航天業(yè)和其他行業(yè)用于半結(jié)構(gòu)性應(yīng)用。其中使用最多的基質(zhì)材料為聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫(PPS)和聚醚酰亞胺(PEI)。這些高級工程塑料都很難加工和連接。
對連續(xù)纖維復(fù)合材料進行激光透射焊接
玻璃和碳纖維是用于增強高分子復(fù)合材料的兩種主要的連續(xù)纖維。由于激光透射焊接工藝需要穿透頂層材料將熱量傳輸?shù)浇佑|面產(chǎn)生熔化、浸潤和連接,頂層的玻璃纖維增強和下面的吸收層碳纖維成為了更好的選擇。在激光透射焊接工藝使用的是波長為1070 nm的標準的近紅外光纖激光器。
圖1 焊接實驗工裝
圖2 表皮焊接在加強板上,3道焊縫
焊接實驗證明了該工藝的可行性。圖1展示的是該實驗使用的工裝和光路傳輸系統(tǒng),圖2展示的是典型的用5 mm光纖激光束焊接的3道焊縫,圖3表示的是無氣孔焊縫的橫截面,圖4表示的是在不同的復(fù)合材料組合的情況下,成功地將不同的玻璃增強材料與AS4 CF增強基材焊接的機械強度測試結(jié)果。
圖3 玻璃纖維和玻璃纖維復(fù)合物焊接的無氣孔焊縫區(qū)域
圖4 焊縫平拉與剪切強度
總結(jié)
焊接實驗說明了高質(zhì)量、高強度的激光焊接應(yīng)用于包括玻璃和碳纖維增強體在內(nèi)的許多熱塑性復(fù)合材料的可行性。
轉(zhuǎn)載請注明出處。