Nhựa được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị y tế, ô tô và các sản phẩm hàng ngày do có nhiều ưu điểm như trọng lượng nhẹ, chống va đập tốt, độ trong suốt tốt, cách nhiệt tốt, khả năng tạo khuôn tốt, khả năng tạo màu tốt và chi phí xử lý thấp. Kể từ khi con người ban đầu cố gắng gắn những ngọn giáo vào cành cây, việc lắp ráp đã là một lĩnh vực nỗ lực quan trọng của con người và hiệu suất cuối cùng của các bộ phận bằng nhựa phần lớn phụ thuộc vào phương pháp kết nối giữa chúng. Các nhà khoa học và kỹ sư liên quan đã phát triển nhiều phương pháp kết nối nhựa khác nhau thông qua-nghiên cứu và thực hành lâu dài.
Bài viết này giới thiệu sơ lược về các công nghệ kết nối nhựa này, hy vọng có thể cung cấp tài liệu tham khảo cho các nhà thiết kế trong các lĩnh vực liên quan khi lựa chọn phương pháp kết nối nhựa.
1. Liên kết dính
Liên kết dính đề cập đến kỹ thuật nối các bề mặt của các vật thể đồng nhất hoặc không đồng nhất với nhau bằng chất kết dính. Chất kết dính là các chất tự nhiên hoặc tổng hợp, hữu cơ hoặc vô cơ có thể liên kết hai hoặc nhiều bộ phận hoặc vật liệu với nhau thông qua độ bám dính và sự gắn kết giữa các bề mặt. Chúng được gọi chung là chất kết dính, chất liên kết và thường được viết tắt là keo. Nói tóm lại, chất kết dính là chất liên kết các vật liệu lại với nhau thông qua liên kết.
2. Liên kết dung môi
Điều này đề cập đến quá trình dung môi hòa tan bề mặt nhựa, khiến các vật liệu trộn lẫn. Khi dung môi bay hơi sẽ hình thành mối nối.
3. Liên kết dây buộc
Liên kết dây buộc đề cập đến việc sử dụng các dây buộc để kết nối các bộ phận bằng nhựa, bao gồm cả-các dây buộc vừa vặn, vít tự{1}}và bu lông. Các chốt ép-vặn khít thường kết nối các bộ phận bằng nhựa bằng cách tạo ra sự vừa khít giữa phần nhô ra trên thân của chúng và một lỗ trên nhựa. Vít tự khai thác sử dụng ren tự khai thác để kết nối mà không cần khoan lỗ.
4. Liên kết bản lề
Bản lề nhựa có thể được chia thành ba loại: bản lề tích hợp một mảnh, bản lề tích hợp hai mảnh và bản lề kết hợp nhiều mảnh. Bản lề tích hợp từng mảnh được hình thành bằng cách đúc hai bộ phận thành một khối duy nhất mà không yêu cầu bất kỳ thành phần bổ sung nào. Bản lề tích hợp hai mảnh được tạo ra bằng cách đúc hai phần nhựa riêng biệt rồi lắp ráp chúng lại với nhau. Bản lề kết hợp nhiều mảnh, ngoài việc sản xuất hai bộ phận bằng nhựa riêng lẻ, còn yêu cầu các bộ phận bổ sung như thanh hoặc bộ phận bản lề kim loại. Ưu điểm của nó bao gồm khả năng đóng mở lặp lại và bản lề tích hợp thường được thiết kế bên trong hoặc gần bên trong hộp, do đó làm giảm kích thước tổng thể của các bộ phận. Những nhược điểm bao gồm các yêu cầu về độ chính xác cao khi đúc, các khuôn nói chung phức tạp và cần có nhiều kinh nghiệm phát triển trong thiết kế hợp lý của bản lề di động.
5. Chèn khuôn
Đúc chèn đề cập đến một quá trình đúc trong đó một-vật liệu khác đã được chuẩn bị trước được đưa vào khuôn ép phun, sau đó là ép nhựa. Vật liệu nóng chảy liên kết với vật chèn và đông cứng lại, tạo ra một-sản phẩm nguyên khối. Chèn ren là phương pháp chính để tạo ren trong các bộ phận bằng nhựa, mang lại cường độ kết nối tốt hơn so với ren tự khai thác. Phần chèn không giới hạn ở kim loại; chúng cũng có thể được làm bằng vải, giấy, dây điện, nhựa, thủy tinh, gỗ, cuộn dây, linh kiện điện, v.v. Đúc chèn sử dụng sự kết hợp giữa đặc tính cách điện của nhựa và đặc tính dẫn điện của kim loại để tạo ra các sản phẩm đúc đáp ứng các chức năng cơ bản của sản phẩm điện. Trang trí trong khuôn (IMD) là công nghệ trang trí bề mặt phổ biến trên thế giới. Nó được sử dụng rộng rãi trong các bảng điều khiển trang trí và chức năng cho các thiết bị gia dụng, bảng điều khiển ô tô, bảng điều hòa không khí, vỏ/ống kính điện thoại di động, máy giặt, tủ lạnh, v.v. IMD liên quan đến việc đặt tấm trang trí{11}được in sẵn vào khuôn ép phun, sau đó bơm nhựa vào mặt sau của tấm, để nhựa liên kết với tấm và đóng rắn.
Ưu điểm chính của đúc chèn là sự kết hợp giữa tính dễ đúc và tính linh hoạt của nhựa với độ cứng, độ bền và khả năng chịu nhiệt của kim loại, cho phép tạo ra các sản phẩm nhựa-kim loại phức tạp và phức tạp.
6. Đúc nhiều phần
Đúc nhiều phần, còn được gọi là ép phun hai{1}}màu, đề cập đến phương pháp đúc phun hai loại nhựa có màu khác nhau vào cùng một khuôn. Nó cho phép tạo ra hai màu khác nhau trong bộ phận đúc và có thể tạo ra các mẫu thông thường hoặc thiết kế giống như đám mây không đều-, cải thiện cả tính thực tế và tính thẩm mỹ của bộ phận.
Sơ đồ bên dưới minh họa nguyên tắc ép phun hai màu. Nó sử dụng hai thùng, mỗi thùng có cấu tạo và hoạt động giống như thùng ép phun tiêu chuẩn. Mỗi thùng có kênh riêng kết nối với vòi phun và van bật/tắt được lắp trong kênh vòi phun. Trong quá trình đúc, sau khi vật liệu nóng chảy được dẻo hóa trong thùng, van bật/tắt sẽ điều khiển thứ tự vật liệu nóng chảy đi vào vòi phun và tỷ lệ vật liệu thải ra trước khi được bơm vào khoang khuôn. Điều này dẫn đến các sản phẩm nhựa khác nhau có hiệu ứng pha trộn màu sắc khác nhau.
7. Kết nối ren đúc
Các kết nối ren đúc đề cập đến việc đúc trực tiếp các ren lên các bộ phận bằng nhựa thông qua thiết kế của khuôn phun, nhờ đó đạt được các kết nối với các ren khác có cùng hình dạng răng, đường kính danh nghĩa và các thông số khác.
Ren trên sản phẩm nhựa được chia thành ren ngoài và ren trong. Các luồng bên ngoài thường được tháo khuôn bằng cách sử dụng một thanh trượt, trong khi các luồng bên trong được tháo khuôn bằng phương pháp kết nối ren. Các sợi bên ngoài có cấu trúc đơn giản hơn nhưng sau khi đúc, các đường phân khuôn vẫn còn trên sản phẩm nhựa. Nếu các đường phân chia rõ ràng, chúng sẽ ảnh hưởng đến hình thức bên ngoài của sản phẩm và độ khít của các sợi. Nguyên tắc là trụ dẫn hướng nghiêng trượt mở ra và sau đó chốt đẩy sẽ đẩy sản phẩm ra ngoài. Các khuôn luồng bên trong có thể được chia thành: 1. Cấu trúc hủy phân luồng cưỡng bức (không-xoay). 2. Không-bỏ phân luồng cưỡng bức (xoay). Hiện nay, ren đúc chủ yếu được sử dụng trong sản xuất nắp chai.
8. Khai thác kết nối chủ đề
Kết nối ren ren nhựa dùng để chỉ việc khoan lỗ trên bộ phận nhựa và sau đó khai thác để tạo thành ren, sau đó được sử dụng để kết nối với các bộ phận khác. Phương pháp này tương tự như phương pháp được sử dụng trong các bộ phận kim loại.
Ưu điểm của nó là: quá trình này không có yêu cầu về hình dạng của bộ phận nhựa và có thể thu được các lỗ định vị chính xác bằng các công cụ cơ khí chính xác.
9. Áp lực phù hợp
Khớp áp lực, còn được gọi là khớp lực, khớp nhiễu và khớp co ngót, liên quan đến việc lắp ráp trục và lỗ có mối quan hệ khớp nhiễu dưới một áp suất nhất định. Ngoài ra, lỗ có thể được mở rộng bằng cách làm nóng nó hoặc có thể thu nhỏ trục bằng cách làm mát nó. Sau khi lắp ráp, hai bộ phận trở về nhiệt độ như nhau, dẫn đến hiện tượng khớp khít. Nó tận dụng sự biến dạng đàn hồi của lỗ và trục trong các bộ phận nhựa được kết nối để truyền một mô-men xoắn hoặc lực dọc trục nhất định sau khi lắp ráp. 10. Snap-fit Connection
Kết nối khớp-khớp là cơ chế được sử dụng để khóa liên động hoặc khóa bộ phận này với bộ phận khác, thường được sử dụng để kết nối các bộ phận bằng nhựa. Chất liệu thường là nhựa dẻo. Ưu điểm lớn nhất của kết nối khớp-khớp là dễ cài đặt và tháo rời, cho phép tháo-không cần dụng cụ.
Nhìn chung, khớp nối nhanh-bao gồm một bộ phận định vị và một dây buộc. Phần tử định vị hướng dẫn khớp-vào vị trí lắp đặt một cách trơn tru, chính xác và nhanh chóng. Dây buộc giữ chặt chốt-khớp với đế và ngăn không cho nó rơi ra trong quá trình sử dụng. Tùy thuộc vào ứng dụng và yêu cầu, ốc vít được chia thành ốc vít có thể tháo rời và{6}}không thể tháo rời. Các chốt cố định có thể tháo rời thường được thiết kế sao cho khớp-có thể tách rời dưới một lực tách nhất định, tách hai bộ phận kết nối. Những khớp nối này thường được dùng để kết nối hai bộ phận cần được tháo rời thường xuyên. Các chốt cố định không thể tháo rời yêu cầu nghiêng thủ công để tách hai bộ phận và chủ yếu được sử dụng để kết nối và cố định các bộ phận không cần tháo rời trong quá trình sử dụng.
11. Đinh tán bằng nhựa
Tán đinh là một quá trình đặc biệt được sử dụng để nối các bộ phận được làm từ các vật liệu khác nhau (ví dụ: nhựa và kim loại). Một phần có đinh tán kéo dài vào lỗ ở phần khác. Sau đó, đinh tán bị biến dạng do dòng chảy lạnh hoặc sự nóng chảy của nhựa, tạo thành đầu đinh tán khóa hai phần lại với nhau một cách cơ học. Có thể thu được nhiều thiết kế đầu đinh tán khác nhau bằng cách thay đổi thiết kế của đầu hàn.
Tán đinh nguội: Trong tán đinh nguội, đinh tán bị biến dạng dưới áp suất cao. Dòng lạnh tạo ra ứng suất lớn ở khu vực đinh tán nên chỉ phù hợp với các loại nhựa có độ dẻo tốt.
Tán đinh nóng: Trong tán đinh nóng, đầu hàn được làm nóng bằng cách nén, do đó cần ít áp lực hơn để tạo thành đầu đinh tán trên đinh tán và tạo ra ít ứng suất dư hơn trong đầu đinh tán. Phương pháp này có thể được áp dụng cho nhiều loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo hơn so với phương pháp tán đinh nguội, bao gồm cả vật liệu chứa đầy thủy tinh. Chất lượng của mối nối phụ thuộc vào việc kiểm soát các thông số của quá trình: nhiệt độ, áp suất và thời gian.
Tán đinh bằng khí nóng: Trong tán đinh bằng khí nóng, đinh tán được làm nóng bởi luồng không khí quá nhiệt, với nhiệt truyền qua các ống dẫn khí xung quanh đinh tán. Sau đó, đầu hàn nguội độc lập được hạ xuống để nén đinh tán.
Hàn tán đinh siêu âm: Trong hàn tán đinh siêu âm, năng lượng siêu âm do đầu hàn cung cấp sẽ làm nóng chảy đinh tán. Trong quá trình áp suất liên tục của đầu hàn, vật liệu đinh tán nóng chảy sẽ chảy vào khoang bên trong đầu hàn, tạo thành thiết kế đầu đinh tán như mong muốn.
Quy trình hàn phần nhựa
Nguyên lý hàn là như nhau: đầu tiên, bề mặt tiếp xúc của hai bộ phận nhựa được hàn được nung nóng để tan chảy; sau đó, áp suất tương tác trên các bề mặt hàn được tăng lên và áp suất được duy trì trong một thời gian nhất định cho đến khi các bề mặt hàn cứng lại, cho thấy hàn thành công.
12. Hàn cảm ứng
Phương pháp này chủ yếu sử dụng thiết bị-tần số cao có khả năng chỉnh lưu-điện áp cao để tạo ra dòng điện sóng điện từ thông qua dao động tức thời của ống điện tử tần số-cao. Các phân tử bên trong của PVC, TPU, EVA, PET và các vật liệu nhựa khác đã qua xử lý tạo ra ma sát phân cực và nhiệt trong điện trường sóng điện từ. Kết hợp với một áp suất nhất định, điều này sẽ đạt được hiệu ứng nhiệt hạch cho các sản phẩm nhựa được hàn nhiệt-.
13. Hàn quay
Máy hàn ma sát quay thường được sử dụng để hàn hai phôi nhựa nhiệt dẻo hình tròn. Trong quá trình hàn, một phôi được cố định trên khuôn đế, trong khi phôi còn lại quay trên bề mặt của phôi cố định. Do áp suất tác dụng lên hai phôi, nhiệt sinh ra do ma sát giữa các phôi làm nóng chảy các bề mặt tiếp xúc, tạo thành liên kết rắn và kín. Hàn quay định vị bao gồm việc quay trong một thời gian nhất định và sau đó dừng lại trong giây lát tại một vị trí đã đặt, dẫn đến sự kết hợp vĩnh viễn.
14. Hàn tấm nóng
Hàn tấm nóng bao gồm việc đặt các cạnh của hai bộ phận nhựa cần nối trên một tấm nóng-được điều khiển bằng bộ điều chỉnh nhiệt và làm nóng chúng cho đến khi các bề mặt tan chảy. Sau đó, một lượng áp suất nhỏ được sử dụng để ấn các bề mặt đã được làm mềm lại với nhau để đạt được sự kết nối (xem hình). Một quy trình hàn nhiệt tấm nóng thường được sử dụng khác bao gồm xếp chồng hai bộ phận cần nối lại với nhau, sử dụng các bộ phận làm nóng để làm nóng tấm hàn nhiệt, hạ thấp nó xuống phần trên của hai phần và tạo áp lực lên tấm hàn nhiệt. Tấm hàn nhiệt làm nóng chảy vùng tiếp xúc của hai bộ phận rồi đông đặc lại để nối chúng lại với nhau. Quá trình này chủ yếu được sử dụng để hàn kín và nối các màng nhựa polymer và các bộ phận bằng nhựa.
15. Hàn khí nóng
Có ba phương pháp hàn khí nóng: hàn điểm, hàn khí nóng vĩnh viễn và hàn đùn. Nguyên lý cơ bản của chúng là như nhau: không khí do động cơ tạo ra sẽ mang theo nhiệt lượng do dây đốt nóng tạo ra, tạo ra dòng khí nóng chảy làm nóng hai phần nhựa được hàn đến trạng thái nóng chảy bằng que hàn, từ đó liên kết chúng lại với nhau và đạt được mục đích hàn. Hàn điểm được sử dụng để cố định các bộ phận lại với nhau trước khi hàn vĩnh viễn.
Hàn điểm là quá trình hàn tạm thời, không cần que hàn mà cần có vòi hàn điểm.
Hàn vĩnh viễn sử dụng que hàn có cùng chất liệu với chi tiết được hàn. Vòi hàn di chuyển nhanh qua lại theo hình quạt trên khu vực hàn cho đến khi rãnh chữ V và que hàn đủ mềm để hàn. Thông thường, một con lăn nóng được sử dụng để ép chúng lại với nhau. Hàn đùn là quá trình trong đó nhựa độn, được cấp từ phễu ở dạng hạt hoặc dưới dạng que hàn trên xi lanh, được ép đùn từ một-máy đùn trục vít đơn được điều khiển bằng động cơ điện. Việc gia nhiệt đạt được bằng cách sử dụng cuộn dây gia nhiệt hoặc khí nóng, và các bề mặt liên kết được làm nóng trước bằng khí nóng nối với máy đùn. Cuối cùng, nhựa độn và phôi tan chảy với nhau, tạo thành một liên kết duy nhất.
16. Hàn siêu âm
Hàn siêu âm sử dụng máy phát siêu âm để chuyển đổi dòng điện 50/60 Hz thành năng lượng điện 15, 20, 30 hoặc 40 kHz. Sau đó, năng lượng điện-tần số cao này được chuyển đổi trở lại thành chuyển động cơ học có cùng tần số bằng một bộ chuyển đổi. Chuyển động cơ học này sau đó được truyền tới đầu hàn thông qua bộ biến đổi biên độ. Đầu hàn truyền năng lượng rung nhận được tới mối nối của phôi cần hàn. Tại khu vực này, năng lượng rung chuyển được chuyển thành năng lượng nhiệt thông qua ma sát, khiến bề mặt tiếp xúc của hai loại nhựa tan chảy nhanh chóng. Dưới áp lực, chúng hợp nhất với nhau. Sau khi sóng siêu âm dừng lại, áp suất được duy trì trong vài giây để đông đặc và tạo thành chuỗi phân tử mạnh, đạt được mục đích hàn. Độ bền mối hàn có thể đạt đến độ bền của vật liệu ban đầu. Sóng siêu âm có thể được sử dụng không chỉ để hàn nhựa nhiệt dẻo cứng mà còn để xử lý vải và màng.
Các thành phần chính của hệ thống hàn siêu âm bao gồm máy phát siêu âm, bộ chuyển đổi/bộ khuếch đại/đầu hàn, khuôn và khung.
Chất lượng hàn nhựa siêu âm phụ thuộc vào ba yếu tố: biên độ của đầu dò/đầu hàn, áp suất tác dụng và thời gian hàn. Thời gian hàn và áp suất đầu hàn có thể điều chỉnh được, trong khi biên độ được xác định bởi đầu dò và biến áp biên độ.
17. Hàn rung
Hàn rung bao gồm sáu thông số quy trình: thời gian hàn, thời gian giữ, áp suất hàn, biên độ, tần số và điện áp.
Hàn rung được chia thành: hàn rung tuyến tính, hàn rung theo dõi và hàn rung góc.
Hàn ma sát rung tuyến tính sử dụng nhiệt ma sát sinh ra ở bề mặt tiếp xúc của hai phôi để làm nóng chảy nhựa. Năng lượng nhiệt được tạo ra bởi chuyển động tịnh tiến của một phôi trên bề mặt khác với một độ dịch chuyển hoặc biên độ nhất định dưới áp suất. Khi đạt được mức độ hàn mong muốn, quá trình rung sẽ dừng lại nhưng áp suất vẫn được áp dụng cho cả hai phôi để làm mát và đông cứng phần hàn, tạo thành một liên kết chặt chẽ.
Hàn ma sát rung quỹ đạo là phương pháp sử dụng năng lượng nhiệt ma sát. Trong hàn ma sát rung theo quỹ đạo, phôi phía trên di chuyển dọc theo quỹ đạo với tốc độ cố định-theo vòng tròn theo mọi hướng. Chuyển động này tạo ra năng lượng nhiệt, khiến các phần hàn của hai bộ phận nhựa đạt đến điểm nóng chảy. Khi nhựa bắt đầu tan chảy, chuyển động sẽ dừng lại và các phần hàn của hai phôi sẽ đông cứng lại và được liên kết chắc chắn với nhau. Lực kẹp nhỏ dẫn đến biến dạng phôi tối thiểu và phôi có đường kính lên tới 10 inch có thể được hàn bằng cách sử dụng hàn ma sát rung quỹ đạo.
Hàn rung góc liên quan đến việc phôi quay quanh điểm tựa; Máy hàn rung góc thương mại hiện nay rất hiếm.
18. Hàn Laser
Hàn laser là công nghệ sử dụng nhiệt sinh ra bởi chùm tia laser để làm nóng chảy các bề mặt tiếp xúc của nhựa, từ đó liên kết các tấm nhựa nhiệt dẻo, màng hoặc các bộ phận đúc lại với nhau.
Nó xuất hiện lần đầu tiên vào những năm 1970, nhưng do giá thành cao nên nó không thể cạnh tranh với các công nghệ liên kết nhựa trước đó như hàn rung và hàn tấm nóng. Tuy nhiên, từ giữa những năm 1990 trở đi, khi giá thành của thiết bị hàn laser giảm dần, công nghệ này dần dần trở nên phổ biến rộng rãi.
Hàn laser đặc biệt hữu ích khi các bộ phận nhựa được liên kết là những vật liệu có độ chính xác cao (như linh kiện điện tử) hoặc yêu cầu môi trường vô trùng (như thiết bị y tế và bao bì thực phẩm). Hàn laser có tốc độ nhanh nên đặc biệt thích hợp cho việc gia công dây chuyền lắp ráp các bộ phận nhựa ô tô. Hơn nữa, hàn laser có thể được xem xét cho các hình dạng phức tạp, khó liên kết bằng các phương pháp hàn khác.
Ưu điểm của hàn laser chủ yếu bao gồm: thiết bị hàn không cần tiếp xúc với các bộ phận nhựa được liên kết; nó nhanh; thiết bị có mức độ tự động hóa cao, thuận tiện cho việc gia công các chi tiết nhựa phức tạp; nó không tạo ra gờ; mối hàn chắc chắn; nó có thể tạo ra các mối hàn có độ chính xác-cao; đó là công nghệ-không rung; nó có thể tạo ra các cấu trúc kín khí hoặc chân không-; nó giảm thiểu thiệt hại nhiệt và biến dạng nhiệt; và nó có thể liên kết các loại nhựa có thành phần hoặc màu sắc khác nhau lại với nhau.
19. Hàn dây nóng
Hàn dây nóng hay còn gọi là hàn điện trở, sử dụng dây kim loại để liên kết hai bộ phận bằng nhựa.
Nhiệt được truyền giữa các bộ phận bằng nhựa, làm nóng chảy bề mặt của chúng và áp suất được tạo ra để nối chúng lại với nhau.
Một sợi dây kim loại được đặt trên một bề mặt của các bộ phận cần nối. Khi dòng điện đi qua dây, điện trở của nó tạo ra nhiệt, sau đó nhiệt này được truyền đến các bộ phận bằng nhựa. Sau khi hàn, dây vẫn còn bên trong sản phẩm nhựa và phần kéo dài ra ngoài mối nối sẽ bị cắt bỏ. Các rãnh hoặc các cấu trúc định vị khác thường được thiết kế vào các bộ phận để đảm bảo dây ở đúng vị trí.
