一种评价高分子热熔焊接性能的方法与流程

本发明涉及高分子材料技术领域，更具体地说，是涉及一种评价高分子热熔焊接性能的方法。

背景技术：

高分子材料已被广泛应用于国民经济的各个领域，从高精尖的航空航天到普通人的衣食住行，都离不开高分子材料的使用。一个材料到制品需要经过赋形这一成型加工步骤从而具备实际功能，由于材料加工工艺的影响，很多结构复杂的产品不能一步成型，而是由多种材料或部件组合而成。目前，可使用机械固定件、粘合剂和焊接三种方式将各个部件组合起来；三种接合方式中，以焊接工艺的效果最佳。

塑料焊接是永久性连接塑料部件的有效方法，只有分子链结构相同或相近的热塑性塑料才能进行焊接。在焊接加工时，分子链剧烈运动，两个焊件的表层分子链相互扩散，表层消失，形成一个过渡层。因此，延长扩散时间，接合强度也随之增加。焊接方法有很多，目前使用较多方法，如超声波焊接、激光焊接、热板焊接、摩擦焊接、振动焊接、高频焊接、热风焊接和感应焊接等，其区别主要在于加热方式的不同。以热板焊接为例，对于塑料接合来说，热板焊接是最简单的批量生产技术；高温热板置于待焊缝的表面之间，加热一段时间，至软化后将热板抽出，两表面在压力之下贴合，保持一段时间，熔融表面冷却后，完成焊接；热板焊接的温度一般在180℃～230℃之间(对于温度范围的确定，不同材料则有所不同)，具体根据待焊接的厚度和类型来确定；影响焊接质量的因素有很多，包括加热板的温度、加热时间、加压压力、加压时间、焊件的结构以及高分子树脂的塑化程度等；此外，模具的对齐程度也可以影响到焊接质量，出现开裂焊不上、焊疤大以及内打结等缺陷；这些缺陷提高了次品率，导致材料耗损，成本则增加。

目前，现有技术缺乏有效的评价方法提前判断某种配方焊件的焊接质量，只能根据生产上的焊接结果：焊接焊接处是否牢固、有无焊疤等直观现象，然后由工人依据经验，调节焊接加热时间、温度等条件，来提高焊件的焊接质量。但是，上述技术方案存在材料损耗大、对工人的操作经验依赖性强等缺陷，不可以作为一个评价焊接质量的标准，不具备推广性和易学性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种评价高分子热熔焊接性能的方法，该方法能够科学、有效地评价高分子材料的焊接性能，解决现有技术在高分子焊接完成后才能评价焊接质量和调节焊接条件的弊端，从而降低高分子材料焊接次品率、减小材料损耗，并且对高分子热熔焊接质量评价标准的进一步完善起到重要作用。

本发明提供了一种评价高分子热熔焊接性能的方法，包括以下步骤：

a)将高分子粒料进行真空压膜，得到高分子薄膜；

b)将步骤a)得到的高分子薄膜制样后，取两片薄膜样条预热后进行辊压焊接，得到焊接后薄膜；

c)将步骤b)得到的焊接后薄膜裁切为矩形样条后，进行t型剥离测试，根据测试结果评价高分子热熔焊接性能。

优选的，步骤a)中所述真空压膜的温度为110℃～180℃，熔融时间为2min～3min，泄压次数为3次～5次，压力为8mpa～12mpa，保压时间为1min～2min。

优选的，步骤b)中所述制样的过程具体为：

将高分子薄膜进行裁剪，制成薄膜样条；所述薄膜样条的宽度为3cm～5cm，长度为6cm～8cm，厚度为1mm～1.5mm。

优选的，步骤b)中所述预热的温度为100℃～200℃，时间为2s～50s。

优选的，步骤b)中所述辊压焊接所用的装置为开炼机。

优选的，步骤b)中所述辊压焊接的过程具体为：

将开炼机加热至预热温度，将两片薄膜样条在辊面上预热后贴合在一起，通过开炼机两辊间隙，完成焊接，得到焊接后薄膜。

优选的，步骤b)中所述两辊间隙为1mm～2mm。

优选的，步骤c)中所述矩形样条的宽度为0.8cm～1.2cm，长度为5cm～10cm。

优选的，步骤c)中所述t型剥离测试的装置为万能拉伸试验机。

优选的，步骤c)中所述t型剥离测试的拉伸速率为1mm/min～10mm/min，拉伸温度为23℃～24℃；每个焊接条件下样条重复3次～5次，取平均值。

本发明提供了一种评价高分子热熔焊接性能的方法，包括以下步骤：a)将高分子粒料进行真空压膜，得到高分子薄膜；b)将步骤a)得到的高分子薄膜制样后，取两片薄膜样条预热后进行辊压焊接，得到焊接后薄膜；c)将步骤b)得到的焊接后薄膜裁切为矩形样条后，进行t型剥离测试，根据测试结果评价高分子热熔焊接性能。与现有技术相比，本发明提供的方法能够科学、有效地评价高分子材料的焊接性能，进一步能够根据得到的剥离强度的变化曲线调节实际焊接生产的操作条件，解决现有技术在高分子焊接完成后才能评价焊接质量和调节焊接条件的弊端，从而降低高分子材料焊接次品率、减小材料损耗，并且对高分子热熔焊接质量评价标准的进一步完善起到重要作用。

另外，本发明提供的方法仅使用开炼机和拉伸试验机进行测试，装置普遍易得，不需要如差示扫描量热仪等昂贵的仪器；并且检测所需材料少，操作过程简便，可以在混料造粒阶段进行焊接质量的检测，从而对实际生产焊接起到指导加工作用。

附图说明

图1为实施例1中t型剥离测试样条的照片；

图2为实施例1中样条进行t型剥离测试的照片；

图3为实施例1中pvc树脂粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；

图4为实施例1中未焊接的pvc复合材料膜表面的扫描电子显微镜照片；

图5为实施例1中预热时间40s的剥离后样条表面的扫描电子显微镜照片；

图6是实施例2中pvc树脂粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；

图7是实施例3中pvc树脂粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；

图8是实施例1～3中三种pvc树脂粒子的剥离强度-预热时间曲线；

图9是实施例4中pvc树脂粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；

图10是实施例5中pvc树脂粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；

图11是实施例6中pvc树脂粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；

图12是实施例7中pvc树脂粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；

图13是实施例4～7中四种pvc树脂粒子的剥离强度-预热时间曲线；

图14是实施例8中egma1粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；

图15是egma1和egma2的应力-应变曲线；

图16是实施例9中egma2粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；

图17是实施例8～9中两种egma粒子的剥离强度-预热时间曲线；

图18是实施例10中msebs粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；

图19是msebs粒子的剥离强度-预热时间曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种评价高分子热熔焊接性能的方法，包括以下步骤：

a)将高分子粒料进行真空压膜，得到高分子薄膜；

b)将步骤a)得到的高分子薄膜制样后，取两片薄膜样条预热后进行辊压焊接，得到焊接后薄膜；

c)将步骤b)得到的焊接后薄膜裁切为矩形样条后，进行t型剥离测试，根据测试结果评价高分子热熔焊接性能。

本发明首先将高分子粒料进行真空压膜，得到高分子薄膜。本发明对所述高分子粒料的具体种类没有特殊限制，具体根据待测热熔焊接性能的高分子种类而定；在本发明优选的实施例中，具体包括：聚氯乙烯(polyvinylchloride，pvc)、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规共聚物(ethylene-acrylicester-glycidylmethacrylaterandomterpolymer，egma)、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-co-丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物(maleicanhydridegraftedstyrene-b-(ethylene-co-butylene)-b-styrenetriblockcopolymer，msebs)。

本发明对所述高分子粒料的制备方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的将高分子材料与添加剂预混后(也可不加添加剂)，经双螺杆挤出机造粒得到。

在本发明中，所述真空压膜的装置优选为真空压膜机，从而使整个真空压膜过程保持抽真空状态；所述真空压膜的温度优选为110℃～180℃，熔融时间优选为2min～3min；所述真空压膜的泄压次数优选为3次～5次，更优选为3次～4次；所述真空压膜的压力优选为8mpa～12mpa，更优选为10mpa；所述真空压膜的保压时间优选为1min～2min。

得到所述高分子薄膜后，本发明将得到的高分子薄膜制样后，取两片薄膜样条预热后进行辊压焊接，得到焊接后薄膜。在本发明中，所述制样的过程优选具体为：

将高分子薄膜进行裁剪，制成薄膜样条；所述薄膜样条的宽度优选为3cm～5cm，更优选为3cm；所述薄膜样条的长度优选为6cm～8cm，更优选为6cm～7cm；所述薄膜样条的厚度优选为1mm～1.5mm，更优选为1.1mm～1.2mm。

在本发明中，所述预热的温度优选为100℃～200℃，更优选为110℃～190℃；所述预热的时间优选为2s～50s，更优选为5s～40s。

在本发明中，所述辊压焊接所用的装置优选为开炼机；在本发明优选的实施例中，采用本领域技术人员熟知的小型开炼机即可。在本发明中，所述辊压焊接的过程优选具体为：

将开炼机加热至预热温度，将两片薄膜样条在辊面上预热后贴合在一起，通过开炼机两辊间隙，完成焊接，得到焊接后薄膜。在本发明中，所述两辊间隙优选为1mm～2mm，更优选为1.4mm～1.6mm。

得到所述焊接后薄膜后，本发明将得到的焊接后薄膜裁切为矩形样条后，进行t型剥离测试，根据测试结果评价高分子热熔焊接性能。在本发明中，所述矩形样条的宽度优选为0.8cm～1.2cm，更优选为1cm；所述矩形样条的长度优选为5cm～10cm，更优选为7cm；本发明对所述矩形样条的厚度没有特殊限制，具体为上述辊压焊接的过程后得到的焊接后薄膜的相应厚度。

在本发明中，所述t型剥离测试的装置优选为万能拉伸试验机；所述t型剥离测试的拉伸速率优选为1mm/min～10mm/min，更优选为10mm/min；所述t型剥离测试的拉伸温度优选为23℃～24℃，更优选为23.5℃；所述t型剥离测试的每个焊接条件下样条优选重复3次～5次，取平均值；以减小误差。

在本发明中，所述测试结果优选通过剥离强度-位移曲线及剥离强度-预热时间曲线作为测试结果，进一步评价高分子热熔焊接性能。

本发明提供了一种评价高分子热熔焊接性能的方法，包括以下步骤：a)将高分子粒料进行真空压膜，得到高分子薄膜；b)将步骤a)得到的高分子薄膜制样后，取两片薄膜样条预热后进行辊压焊接，得到焊接后薄膜；c)将步骤b)得到的焊接后薄膜裁切为矩形样条后，进行t型剥离测试，根据测试结果评价高分子热熔焊接性能。与现有技术相比，本发明提供的方法能够科学、有效地评价高分子材料的焊接性能，进一步能够根据得到的剥离强度的变化曲线调节实际焊接生产的操作条件，解决现有技术在高分子焊接完成后才能评价焊接质量和调节焊接条件的弊端，从而降低高分子材料焊接次品率、减小材料损耗，并且对高分子热熔焊接质量评价标准的进一步完善起到重要作用。

另外，本发明提供的方法仅使用开炼机和拉伸试验机进行测试，装置普遍易得，不需要如差示扫描量热仪等昂贵的仪器；并且检测所需材料少，操作过程简便，可以在混料造粒阶段进行焊接质量的检测，从而对实际生产焊接起到指导加工作用。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

将pvc增塑剂加热到40℃后加入到高速混合机中与pvc树脂粉混合塑化，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到pvc树脂粒子。

首先将pvc树脂粒子在真空压膜机内压成薄膜，压膜温度为160℃，熔融2min，泄压3次，在10mpa下保压1min，整个过程保持抽真空状态，得到pvc复合材料膜；然后将压制的薄膜裁剪成宽为3cm、长度为7cm、厚度为1.2mm的矩形样条；再将小型开炼机温度设置为180℃，将裁剪后的矩形样条在辊面上分别预热2s、5s、10s、20s和40s，然后将两片薄膜样条贴合在一起，通过开炼机两辊间隙，两辊间隙为1.6mm，完成焊接，得到焊接后薄膜，并进一步裁切成1cm宽、7cm长的矩形样条(参见图1所示，图1为实施例1中t型剥离测试样条的照片)，在万能拉伸试验机上进行t型剥离测试(参见图2所示，图2为实施例1中样条进行t型剥离测试的照片)，拉伸速率为10mm/min，拉伸温度为23.5℃；每个焊接条件下样条需重复3次～5次，取平均值。

图3为实施例1中pvc树脂粒子(增塑剂40℃样品)不同预热时间的剥离强度-位移曲线；当达到位移终点时，样条完全剥离；由图3可知，预热时间从2s增加到40s，剥离强度也从150n/m逐渐增大到2300n/m，随着预热时间的延长，剥离强度增加的速度变缓。

图4为实施例1中未焊接的pvc复合材料膜表面的扫描电子显微镜照片，可以看出未焊接的pvc复合材料膜表面比较平整；图5为实施例1中预热时间40s的剥离后样条表面的扫描电子显微镜照片(放大倍数为2000倍)，可以看出经过焊接的样条剥离后表面粗糙，有大量突起，完全不同于图4未焊接表面。

实施例2

如下步骤评价增塑剂60℃pvc树脂粒子的焊接性能，其操作过程同实施例1，所不同的是将pvc增塑剂加热到60℃后加入到高速混合机中与pvc树脂粉混合塑化。

图6是实施例2中pvc树脂粒子(增塑剂60℃样品)不同预热时间的剥离强度-位移曲线；当达到位移终点时，样条完全剥离；由图6可知，预热时间从2s增加到20s，剥离强度也从100n/m逐渐增大到1600n/m，继续延长预热时间到40s，剥离强度增加程度很小，达到平台。

实施例3

如下步骤评价增塑剂80℃pvc树脂粒子的焊接性能，其操作过程同实施例1，所不同的是将pvc增塑剂加热到80℃后加入到高速混合机中与pvc树脂粉混合塑化。

图7是实施例3中pvc树脂粒子(增塑剂80℃样品)不同预热时间的剥离强度-位移曲线；当达到位移终点时，样条完全剥离；由图7可知，预热时间从2s增加到10s，剥离强度迅速从150n/m逐渐增大到1400n/m，随着预热时间的延长，剥离强度缓慢增大到2000n/m。

图8是实施例1～3中三种pvc树脂粒子的剥离强度-预热时间曲线；比较三种不同增塑剂温度的pvc树脂粒子的剥离强度对预热时间的曲线的变化趋势，可以看出在短时间(小于10s)的焊接时，增塑剂80℃pvc树脂粒子的剥离强度增长最快，增塑剂40℃pvc树脂粒子次之，增塑剂60℃pvc树脂粒子最慢，因此，在实际焊接生产中，若增塑剂80℃pvc树脂粒子所需焊接时间为4s，当降低增塑剂温度时，可以适当延长焊接时间(如4.5s或5s)，从而达到相同的焊接效果；此外，因为不同的样品的剥离强度不同，因此变形程度不同，完全剥离的位移终点也不同。

实施例4

pvc树脂粉与增塑剂、稳定剂、钙粉等助剂在高混机中进行混合，混合均匀后，进入双螺杆挤出造粒步骤，造好的粒子再挤出各种形状部件，最后进行焊接，形成完整的产品。由此可知，双螺杆挤出造粒过程也是影响pvc焊接性能的重要因素；在挤出造粒过程中，喂料不均匀会导致电流不稳，有的粉料流动性不好，难以喂料，还容易抱螺杆，这会导致喂料量少，电流也会相对较大。因此将pvc造粒时的双螺杆挤出机主机电流维持在6.5a，进行挤出造粒，研究其焊接性能的差异。

首先将pvc树脂粒子在真空压膜机内压成薄膜，压膜温度为160℃，熔融2min，泄压3次，在10mpa下保压1min，整个过程保持抽真空状态，得到pvc复合材料膜；然后将压制的薄膜裁剪成宽为3cm、长度为7cm、厚度为1.2mm的矩形样条；再将小型开炼机温度设置为180℃，将裁剪后的矩形样条在辊面上分别预热2s、5s、10s和20s，然后将两片薄膜样条贴合在一起，通过开炼机两辊间隙，两辊间隙为1.6mm，完成焊接，得到焊接后薄膜，并进一步裁切成1cm宽、7cm长的矩形样条，在万能拉伸试验机上进行t型剥离测试，拉伸速率为10mm/min，拉伸温度为23.5℃；每个焊接条件下样条需重复3次～5次，取平均值。

图9是实施例4中pvc树脂粒子(电流6.5a样品)不同预热时间的剥离强度-位移曲线；当达到位移终点时，样条完全剥离；由图9可知，预热时间从2s增加到20s，剥离强度也从70n/m逐渐增大到1300n/m，随着剥离强度的增大，达到完全剥离的位移终点也随之变大。

实施例5

如下步骤评价双螺杆挤出机主机电流8a的pvc树脂粒子的焊接性能，其操作过程同实施例4，所不同的是双螺杆挤出机主机电流维持在8a。

图10是实施例5中pvc树脂粒子(电流8a样品)不同预热时间的剥离强度-位移曲线；当达到位移终点时，样条完全剥离；由图10可知，预热时间从2s增加到20s，剥离强度也从70n/m逐渐增大到1700n/m，随着剥离强度的增大，达到完全剥离的位移终点也随之变大。

实施例6

如下步骤评价双螺杆挤出机主机电流10a的pvc树脂粒子的焊接性能，其操作过程同实施例4，所不同的是双螺杆挤出机主机电流维持在10a。

图11是实施例6中pvc树脂粒子(电流10a样品)不同预热时间的剥离强度-位移曲线；当达到位移终点时，样条完全剥离；由图11可知，预热时间从2s增加到20s，剥离强度也从33n/m逐渐增大到1690n/m，随着剥离强度的增大，达到完全剥离的位移终点也随之变大。

实施例7

如下步骤评价双螺杆挤出机主机电流14a的pvc树脂粒子的焊接性能，其操作过程同实施例4，所不同的是双螺杆挤出机主机电流维持在14a。

图12是实施例7中pvc树脂粒子(电流14a样品)不同预热时间的剥离强度-位移曲线；当达到位移终点时，样条完全剥离；由图12可知，预热时间从2s增加到20s，剥离强度也从47n/m逐渐增大到1630n/m，随着剥离强度的增大，达到完全剥离的位移终点也随之变大。

图13是实施例4～7中四种pvc树脂粒子的剥离强度-预热时间曲线；比较四种不同双螺杆挤出机主机电流的pvc树脂粒子的剥离强度对预热时间的曲线的变化趋势，可以看出在预热时间20s时，主机电流6.5a的pvc树脂粒子的剥离强度最低，只有1300n/m；主机电流8a、10a、14a的pvc树脂粒子的剥离强度比较接近，达到1700n/m左右；双螺杆挤出机主机电流过低(6.5a)不利于焊接，焊接强度低；进一步比较8a、10a、14a的pvc树脂粒子的剥离强度的变化趋势，主机电流10a的pvc树脂粒子的剥离强度增长最快，主机电流8a的pvc树脂粒子次之，主机电流14a的pvc树脂粒子最慢；因此，存在一最佳电流数值，电流过高或过低都需要延长焊接时间；此外，因为不同的样品的剥离强度不同，因此变形程度不同，完全剥离的位移终点也不同。

实施例8

如下步骤评价egma1的焊接性能。

首先将egma1粒子在真空压膜机内压成薄膜，压膜温度为110℃，熔融3min，泄压4次，在10mpa下保压2min，整个过程保持抽真空状态，得到egma1膜；然后将压制的薄膜裁剪成宽为3cm、长度为7cm、厚度为1.1mm的矩形样条；再将小型开炼机温度设置为120℃，将裁剪后的矩形样条在辊面上分别预热10s、20s和40s，然后将两片薄膜样条贴合在一起，通过开炼机两辊间隙，两辊间隙为1.4mm，完成焊接，得到焊接后薄膜，并进一步裁切成1cm宽、7cm长的矩形样条，在万能拉伸试验机上进行t型剥离测试，拉伸速率为10mm/min，拉伸温度为23.5℃；每个焊接条件下样条需重复3次～5次，取平均值。

图14是实施例8中egma1粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；当达到位移终点时，样条完全剥离；由图14可知，预热时间为10s时，剥离强度仅为40n/m，预热时间增加到20s时，剥离强度迅速增加到3900n/m，继续增加预热时间到40s时，剥离强度增大到4200n/m，增加幅度减小。

实施例9

如下步骤评价egma2的焊接性能，其操作过程同实施例8，所不同的是egma1的力学性能要好于egma2(参见图15所示，图15是egma1和egma2的应力-应变曲线，egma1的杨氏模量和断裂伸长率都要大于egma2)。

图16是实施例9中egma2粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；当达到位移终点时，样条完全剥离；由图16可知，预热时间为10s时，剥离强度仅为78n/m，预热时间增加到20s时，剥离强度迅速增加到1800n/m，继续增加预热时间到40s时，剥离强度增大到1980n/m，增加幅度减小。

图17是实施例8～9中两种egma粒子的剥离强度-预热时间曲线；比较两种不同egma薄膜的剥离强度对预热时间的曲线的变化趋势，可以看出两种egma薄膜的剥离强度的增长趋势相同，但egma1膜的剥离强度更大，增长的更快，焊接所需要的时间也就更短；此外，因为不同的样品的剥离强度不同，因此变形程度不同，完全剥离的位移终点也不同。

实施例10

如下步骤评价msebs的焊接性能。

首先将msebs粒子在真空压膜机内压成薄膜，压膜温度为180℃，熔融3min，泄压4次，在10mpa下保压2min，整个过程保持抽真空状态，得到msebs膜；然后将压制的薄膜裁剪成宽为3cm、长度为7cm、厚度为1.1mm的矩形样条；再将小型开炼机温度设置为190℃，将裁剪后的矩形样条在辊面上分别预热5s、10s、20s和40s，然后将两片薄膜样条贴合在一起，通过开炼机两辊间隙，两辊间隙为1.4mm，完成焊接，得到焊接后薄膜，并进一步裁切成1cm宽、7cm长的矩形样条，在万能拉伸试验机上进行t型剥离测试，拉伸速率为10mm/min，拉伸温度为23.5℃；每个焊接条件下样条需重复3次～5次，取平均值。

图18是实施例10中msebs粒子不同预热时间的剥离强度-位移曲线；当达到位移终点时，样条完全剥离；由图18可知，预热时间为5s时，剥离强度为400n/m，预热时间增加到10s时，剥离强度迅速增加到2300n/m，继续增加预热时间到20s时，剥离强度增大到2400n/m，增加幅度减小，继续增加预热时间到40s时，剥离强度反而下降到1800n/m。

图19是msebs粒子的剥离强度-预热时间曲线；从msebs薄膜的剥离强度对预热时间的曲线的变化趋势，可以看出msebs薄膜长时间焊接会导致焊接强度下降。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。