接合/粘合法

化学方法
  • 溶剂粘合
  • 粘合剂固定
  • 紫外固化粘合剂
  • 氰基丙烯酸盐粘合剂
热熔方法
  • 超声波焊接
  • 热铆接/超声波铆接
  • 旋转焊接
  • 振动焊接
  • 射频焊接
  • 热棒/脉冲焊接
  • 激光焊接
  • 热板焊接
机械方法
  • 螺丝
  • 螺纹嵌入件
  • 扣合法

化学接合法

溶剂粘合
Eastman Tritan™共聚酯可借助溶剂与PVC管材和薄膜接合。溶剂粘合法利用塑料接触面的可溶性实现接合。溶剂从接合处挥发时会软化材料,使配合面融合。

遗憾的是,如果溶剂种类不当或用量过多,则会引起配合面银纹和/或发雾。聚酯会吸收溶剂,产生一种降低聚酯的玻璃化温度(Tg)的塑化效果。一旦Tg温度低于环境温度,则会产生结晶现象,使聚酯雾化/白化且变脆。这就是通常所说的溶剂引发的结晶现象。

多余的溶剂可能会滞留在要接合的工件之间,妨碍接头处的溶剂迅速挥发。因此,每次将Tritan与PVC零件接合时,请务必去除多余溶剂。

使用溶剂粘合方法将Tritan与PVC管材粘合时,建议使用下列溶剂与混合剂:

  • 甲基乙基酮(MEK)
  • 环己酮
  • 四氢呋喃
  • 50/50环己酮/二氯甲烷
  • 50/50至80/20 MEK/环己酮
Eastman技术服务代表可为您提供有关溶剂粘合法及技术的信息。若您正考虑购买和设计需要使用溶剂粘合的医疗器械,我们同样强烈推荐您咨询Eastman。

粘合剂固定
Eastman Tritan™共聚聚酯不仅具有极佳的相互粘结性,也可强力附着在其他材料上,如其他塑料、金属、玻璃。我们有几种获得FDA批准的医疗级粘合剂可供售卖。以机械法、溶剂粘合或热熔方法接合零件行不通或不适合时,这些粘合剂就能派上用场。

有些粘合剂是通过与大气中的水分反应或加温以固化的单组分粘合剂。双组分粘合剂需要混合两种甚至更多种可发生反应的化学成分,才能形成最终有附着粘合作用的混合物。此类粘合剂包括以丙烯酸、环氧树脂或聚氨酯为主要成分的透明粘合剂。

单组分粘合剂固定

紫外线(UV)固化粘合剂
医疗器械行业使用紫外线固化粘合剂已有多年。此类单组分粘合剂添加了光引发剂,其依赖高强度紫外线或可见光,可在数秒内引发固化。

此类粘合剂非常适合在洁净的室内环境使用。粘合时无需溶剂,但是,如果粘合剂处于未固化状态的时间过长,则会对塑料有不良影响。

有数家供应商提供可用于医疗行业的紫外线固化粘合剂。他们还供应点胶器械,并提供有关紫外线固化灯及相关安全器械的技术协助。

注意:用于固化粘合剂的紫外光对人体危害极大。人体即使短暂暴露于高强度的紫外线中也会导致眼睛受损、失明及皮肤灼伤。为安全起见,使用紫外线固化粘合剂时,必须采取适当防护措施、穿戴防护服并佩戴紫外线过滤眼镜。

如需咨询哪些紫外线固化粘合剂可与Eastman Tritan™共聚聚酯配合使用,请联系Eastman技术服务代表。

热粘合方法

超声波焊接
Eastman Tritan™共聚酯可通过导能头一类的接合设计以超声波焊接。我们强烈建议您在设计医疗零件初期咨询Eastman,确保有关接合设计的注意事项得到妥善处理。我们可为您提供接合设计指南,确保零件成品的性能达到要求。

设计需要使用超声波粘接的医疗零件时,需考虑下列重要因素:
  • 接合力要求(施加于接合处的外力)
  • 接合处/零件耐冲击性要求
  • 化学品对受压接合处的影响
  • 适合焊接的产品设计
  • 超声波焊接对零件内部特性(比如过滤介质脆弱、附件较小等)的不利影响
  • 焊接接头飞边问题
  • 焊接接头外观问题
如需关于使用超声波焊接法粘合Tritan共聚聚酯的信息,请联系Eastman技术服务代表。



导能头设计
普通导能头在焊接接头其中一个接触面上有一个形似刀锋的结构。导能头夹角须为60°。导能头的高度(不得低于0.015英寸)须根据焊件的名义壁厚计算。

导能头所要熔接的一面为咬花面时,才能产生最大焊接力。虽然光滑面亦可,但是焊接光滑面需要更多能量,且产生的接合力不如咬花面强。

另一种办法是在其中一个熔接面上布置多个以恰当角度排列并与对应熔接面的导能头斜向交叉的导熔结构。这种设计已在业内获得使用,可达到不漏气或不漏液体的熔接效果。图3就是典型的连续交叉式设计。

还有一种办法是使用阶梯熔接式导能头。焊接Eastman Tritan零件时,如果质量要求极高,则须使用这种接合方法。图4就是典型的阶梯式接合设计。




热铆接法
热铆接与超声波铆接类似,有些相同的优点。该工艺简单得多,且成本更低。两种方法的原理与指南均相同。

热铆接Eastman Tritan™共聚聚酯的建议起始温度为~260°C(~500°F)。逐渐提高铆头温度,至聚合物开始软化变形。加温,直至材料开始粘住铆头,然后减温6°至8°C(10°至15°F)。此时的温度便是最佳铆接温度。控温的主要目标是使铆柱均匀熔融、变形,同时确保铆头不会粘住或灼伤材料。

有些制造商供应Teflon™1或其他无粘性涂料,可涂在热铆头上以减轻粘连/拉丝的现象。

1Teflon乃E. I. du Pont de Nemours and Company的商标

其他热粘合方法

射频(RF)焊接
射频焊接是一种接合两个或更多个塑料工件的专业方法。该工艺最适合粘合薄膜而非厚的结构。

射频焊接机利用塑料工件的介电性能通过激发待接合塑料工件中的分子产生热量。射频焊接通常按~27.12 MHz的频率产生射频能量,并传导至待焊接工件的接合区域。

当塑料接触面经射频加热时,配对的塑料工件也被挤压在一起。受热熔化的接触面然后熔合,形成抗拉强度高的焊缝。

射频焊接法可用于接合PVC膜与Eastman Tritan™共聚聚酯。不过,我们建议不要使用射频焊接法焊接同由Tritan制成的工件,原因是这可能会形成应力集中点的焊接接头,继而引发脆性断裂的问题。

激光焊接
激光焊接是另一种特殊的粘合工艺,使用激光束加热接触面从而焊接两个以上热塑工件。目前有两种激光焊接法:透明至不透明,以及透明至透明。

透明至不透明激光焊接法
透明至不透明焊接法是传统焊接法,原理是塑造或制成一个透明的工件甲。让激光穿透该工件。

对应的工件乙含有经熔化而添加的不透明成分,这种成分最容易吸收激光。激光的能量会使添加剂升温,继而使聚合物的温度升至软化点以上。

密集的激光束穿过透明的工件甲,集中在两个待焊接工件的接触面,在工件受压合二为一的同时,使接触面温度升高。受热熔化的接触面然后熔合,再冷却,形成焊接接头。

透明至透明激光焊接法
第二种激光焊接法技术较新,能够焊接均是透明的热塑工件。这种工艺将一种可吸收激光的特殊透明添加剂经熔融混入工件乙。让激光的能量穿透透明的工件甲。随后,激光能量被透明工件乙中的特殊添加剂吸收。激光的能量会使添加剂升温,继而使聚合物在粘合过程中升温。工件以类似前文所述的方法接合并熔合。

Eastman可提供母料添加剂包,让操作员自由选择前述任何一种激光焊接法。母料添加剂包的成分是专门为Tritan共聚聚酯而设计。

局部涂料法
第三种是已成功投入商用的方法。具体是,在待焊接工件其中一个上涂一层薄而透明的激光焊接材料。这种涂料由特殊的激光焊接添加剂与溶剂载体混合而成。

可使用刷子、辊涂机、移印机甚至喷墨打印机将涂料精准涂在接合区域。涂料变干后,再进行粘合。将激光射向覆有涂料的聚合物材质交界面,然后涂料会发热并熔融交界面, 最后让接头冷却,在此过程中,对工件施加预先设定的夹紧力,使其接合。

当您开发任何一种新产品时,若想使用激光焊接法,我们建议您先咨询Eastman技术服务代表。
 

机械接合法

Eastman Tritan™共聚聚酯可使用螺丝、铆钉、螺纹嵌入件、卡榫和其他机械方法接合。

模内凸柱通常用来安装螺丝和/或螺纹嵌入件。如果塑料盖或工件需要经常拆卸,则一般在成型过程中或之后使用嵌件。凸柱或安装孔的设计非常关键,若设计不当,则塑料工件受到外界静/动荷载或冲击时,会出现应力过强的现象。成型之后嵌件的安装可通过热熔或超声波完成。

螺丝紧固法
多年来,人们已设计出有特殊螺纹的塑料工件专用螺丝,能减少塑料的径向/环向应力,并加强抗拔力。建议不要使用普通螺丝(比如金属板制造用螺丝)紧固塑料工件,因为这种螺丝会使塑料工件产生过强的径向/环向应力。如果应力过强,不论工件有无接触最终使用环境中的化学品,均会导致凸柱或孔洞破裂。普通金属板螺丝的螺纹一般比塑料工件专用螺丝的螺纹短且宽。塑料工件专用螺丝的抗拔力一般也比普通螺丝强。

图6展示了普通金属板螺丝与塑料工件专用螺丝的差别。

我们建议您按照螺丝供应商的设计指南使用螺丝。供应商能针对塑料的物理性能就导孔尺寸、啮合长度及螺纹设计提供正确建议。

建议不要使用沉头螺丝,因为这种螺丝会对塑料导孔产生过强径向/环向应力。请使用螺丝头底部平坦的螺丝(参见图6及7)。切勿将螺丝锁得过紧。可使用凸肩螺栓或金属隔片防止螺丝锁得过紧。使用垫圈可将抗压应力分散在螺丝头下面的更大面积上。设置一个长孔,为热膨胀与收缩预留空间。

请勿使用PVC材质的垫圈或密封垫片。PVC中的塑化剂会腐蚀共聚聚酯,尤其是强应力区域中的共聚聚酯。请使用氯丁橡胶、Teflon™或其他无塑化性能的材料。

最终使用环境(如化学品暴露、极端温度、振动、静/动负载和拉伸/压缩应力)对所装配塑料工件的不利影响需要慎重考虑。

X

螺丝或嵌件用凸柱的设计
Eastman Tritan™共聚聚酯可制成多种能安装螺丝或嵌件的形状。比如,凸柱是一个从基料表面凸起的细长结构。凸柱的中部通常留空,形成专门用于安装螺丝或嵌件的孔洞。

凸柱或空心孔的设计需要格外小心,以确保塑料能顺畅流动。凸柱设计不当会导致流痕、波纹、熔接痕、银纹、缩痕、截留的空气/气体燃烧、翘曲、工件破裂和其它问题。凸柱与相关角撑板的尺寸必须适宜,以防止出现缩痕,同时保证结构强度足够。我们建议在所有尖角处设计圆角半径,以进一步减轻凸柱周围应力集中的现象。

有时可能需对产品设计进行有限元分析(FEA),这有助了解装配而成的结构如何应对外界的荷载和施力。该分析有助判断凸柱的适宜尺寸,并确定需要多少附着点才能有效分散荷载或施力。Eastman能提供此种设计服务和协助。

震动或循环荷载对材料的不利影响需要慎重考虑。疲劳效应对零件结构性能和耐用性能的不利影响经常被忽视或低估。

由于打造中空螺丝导孔的芯销在成型过程中会升温,因此需对芯销进行足够的冷却处理,防止聚合材料粘模。为防止材料粘模及避免缩痕,我们建议在芯销内采用水冷起泡器或挡板,并在凸柱周围设置足够的冷却回路,使冷却充分。只要水冷装置靠近芯销底部,合金也能带走芯销中的部分热量。

可在芯销上及模腔内涂抹特殊的无粘性材料。但是,良好的冷却措施也必不可少。

形成凸柱的型腔也必须有充分的排气措施,因为如果有气体滞留,则会烧坏塑料及导致凸柱型腔填料不足。

图7显示用于接收塑料零件专用螺丝的凸柱一般应如何设计。建议您向螺丝或嵌件生产厂家咨询如何设计凸柱或安装孔。



螺纹嵌入件
螺纹嵌入件一般设计有公或母螺纹,借此,可用普通螺帽或螺杆使两个以上零件接合。螺纹嵌件可在成型过程中或之后安装在塑料零件中。一般而言,如果在使用场地,零件需要经常拆卸,则需使用嵌件装配。

螺纹嵌入件一般以金属(黄铜或钢)制成。螺纹嵌件设计有特殊的凹纹/套圈,嵌入塑料后能牢牢咬住塑料且不松动。嵌件一般有良好的抗拔力,不过,为确保嵌件适合使用,应先严格测试其抗拔力。

嵌件通常是安装在凸柱中。您可参阅有关凸柱设计及指南的一节。图8所展示的是关于多种嵌件的信息。

着色、装饰及印刷

激光打标
可使用CO2或Nd:YAG类激光器械对Eastman Tritan™共聚聚酯进行标记。两种方法都能在透明及不透明工件上标记文字/图案或形成粗糙表面。但是,用这两种方法对塑料工件打标存在效果及操作方面的细微差别。

激光打标的优点是:速度快,且无需油墨或油漆就能在塑料工件上留下永久的文字或图案。有些作业会使用激光从工件上剥除一层薄的油墨或油漆,让底下的材料露出。

最现代的激光打标系统使用电脑控制的指向器械使激光束在待加工工件上扫射。多个工件可在印刷器械的有效工作范围内被同时打上标记。印刷过程可在一秒甚至更短时间内完成。

CO2类激光器使用气体产生高能量光束。这种打标器械一般每扫一束激光,只会在塑料工件的表面蚀刻/雕刻出一道细长的凹纹。对透明工件打标时,刻出的凹纹看上去会较透明,标记处仅会有极轻微的烧焦或变暗现象。使用CO2类激光器打出对比度高的文字或图案较难。为了提高打标效果,可在塑料工件中添加不透明材料。

Nd:YAG脉冲光纤激光器使用固态晶体产生高能量光束,打出的文字或图片效果不错,对比度和清晰度极高。激光束扫过透明或不透明塑料工件的表面会令最表面变暗或烧焦。这类激光器进行打标作业的电功率介于10至30瓦特。

激光器发出的光束如果能量足够高,则能穿透塑料工件。
 

常见问题

用于伊士曼Tritan™共聚聚酯零件的可接受的组合与装配方法是什么?
化学方法——粘合剂固定
机械方法——螺丝、嵌件和卡扣配合接头
热熔方法——超声波焊接、旋转焊接、激光焊接和热板焊接

超声波焊接——哪种类型的接头最合适?
单边和双边剪切型焊头最适合与简单的导能头相配合。

可以对Tritan进行装饰吗?
是的,可以对Tritan进行喷涂、包胶成型、打印、加贴商标和贴花,以获得极佳的最终效果。

可以使用何种油墨在Tritan上打印?
Eastman与Nazdar和Sun Chemical联手优化油墨配方,以便在Tritan上使用。

粘合剂固定是否适用于Tritan?
是的,Weld-On 55、Plastic Welder II 14340、Felx Welder 14345以及Lord粘合剂7542 A/B、403/19、406/19和406/17均已被证明能够形成合适的结合。

其他资源