塑料热铆焊接技术

塑料热铆焊接技术

塑料热铆接技术--用来连接由不同材料制造的制件，使热固性塑料与热熔性塑料制件间实现相互连接，或使塑料制

件与金属连接；是利用模塑件上预留固有的塑料 铆柱、肋翼、立筋，对应穿过冲压成形金属板结构上预制孔压紧，

金属表面凸出部分铆柱（热桩）在受控热融软化后再用特制金属成型铆头压紧冷却重新成型并夹 紧，利用特定形

状的铆头可以实现塑料铆柱的埋头铆接（齐平铆接）、半球铆接、圆弧翻边铆接、立筋肋条状铆接、机械锻压、折

边镶嵌包覆等，实现不同材质的材 料机械铆合组装在一起的连接方式，连接部位不易脆化、美观、牢固、密封性

好，从而实现结构的最优化设计，充分利用各种材料的机械特性最佳组合，极大地提高 整体组件的性能，整体结

构耐冲击，从而达到最完美的配合，尤其适合于长期机械振动、环境温度及湿度变化范围大，自然环境极其恶劣的

场合。

"Plastic Hot Air Stake Assembly" (PHASA塑料热风铆接装配) 塑料热铆接组装是结构最简单、高可靠性、高性价

比的永久性固定装配的方法，可多点铆接固定，无须填加任何粘接剂、溶剂、填料和紧固件，也不消耗大量能源，

设备紧凑、占地面积小，加工过程无振动、无污染、无噪声，环保、节能、快速、高效、优质、美观，依此方法装

配的金属与塑料组件牢固、紧密、稳定，具有高抗 冲击、抗腐蚀性，抗震且耐候性强。

简而言之，组件上的所有各个紧固部位同时加热，然后用冷却模头施压后重新成形、冷却铆固，许多不同材质的部

件组合成牢固的整体组件，事实证明是优于其它常用的传统方法，无须其它填充材料，减少生产工序、降低加工成

本和材料消耗。

PHASA是"Plastic Hot Air Stake Assembly" 的英文缩写，中文即：塑料热风铆接装配。

随着新材料技术的迅速发展与推广，塑料以其重量轻、磨擦力小、耐腐蚀、易加工等特性得到广泛应用，然而由于

注塑工艺、模具加 工、设备等因素，大量结构形状复杂、规格尺寸大的塑料件不能一次注塑成形，故使用塑料粘

接和热合工艺二次加工，不仅效率低、而且热合工艺有很大的局限性， 粘接剂还有一定的毒性，带来环境污染和

劳动保护的问题，传统的工艺已经远不能适用于现代塑料工业的发展应用需要，所以一种新颖的塑料加工技术诞生

了——塑 料热铆接。

塑 料热铆接组装是热塑性材料与其它不相熔材质零件装配的全新设计理念，是结构最简单、高可靠性、高性价比

的永久性固定装配的方法，具有高效、节能、优质、美 观等优越性，可多点铆接固定却无须填加任何粘接剂、溶

剂和填料，应用此技术可取代过去生产上需要的熔剂、粘合剂、扣钉或其它机械固定法以及其它零件和材 料，从

而减少工序、提高生产效率，大大降低装配成本和材料消耗，依此方法装配模塑组件牢固、紧密、稳定，抗振、耐

老化、耐冲击性好，且加工操作简单、节 能、速度快，操作者不需要很高的专业技能，通过外观目视即可检查产

品质量。

近年来尤其是塑料与金属及其它复合材料的应用越来越受到人们的重视，最新的结构设计理论，汽车件轻量化，各

种复合改性材料的推广应用，对二次加工 工艺提出了更高的要求，塑料热铆接恰好弥补了其它加工手段的自身缺

陷，将各种不相熔材料组合成为最佳性能与功用的整体，是简捷、清洁、高效的生产方式，充 分满足各行业不同

需求，未来必将得到越来越广泛地应用。

英国PHASA塑料热铆接技术公司是从事塑料热铆接设备研发制造的专业化公司，拥有多项发明专利，采用最先进

的塑料热铆接技术，利用特制的铆头可以实现塑 料铆柱的齐平铆接、半球铆接、埋头铆接（沉头铆接）、圆弧翻

边铆接、肋条状铆接、折边镶嵌包覆等，与加工工件进行点接触，以全新的理念优化设计，将塑料件 与金属件或

其它不可焊接材质的组件铆接装配成一体，铆接面光洁度好，成形速度快，不易龟裂脆化、美观、牢固，减化了生

产工艺、降低材料消耗、极大地提高产 品质量、可靠性和生产效率，有效地延长使用寿命，具有工艺先进、结构

合理、无震动、无噪音、无污染、加工质量高等优点，广泛适用于宇航军工，电子电器，仪 器仪表，微动开关阀

门，汽车配件，家用电器，五金等行业生产与装配，确保产品的高性能和低成本，即使在极其恶劣的自然环境和剧

烈振动的情况下，依然可以长 期安全稳定可靠地使用。

PHASA积二十年的塑料热铆接工艺设计生产经验，为客户量身定做的专业设备、配套工装模具，系统全面的客户

培训计划，完善的售后服务体系与强有力的技术支持，提供长期可靠的设备保障和连续不断的技术升级。

说起热塑塑料的可焊接力，不能不说到超音波压合对各种树脂的要求。其最主要的因素包括聚合物结构，熔化温度、

柔韧性（硬度）、化学结构。

聚合物结构

非结晶聚合物分子排列无序、有明显的使材料逐步变软、熔化 及至流动的温度（Tg玻璃化温度）。这类树脂通常

能有效传输超音速振动并在相当广泛的压力/振幅范围内实现良好的焊接。

半结晶型聚合物分子排列有序，有明显的熔点（Tm熔化温度）和再度凝固点。固态的结晶型聚合物是富有弹性的，

能吸收部分高频机械振动。所以此类聚 合物是不易于将超声波振动能量传至压合面，帮要求更高的振幅。需要很

高的能量（高熔化热度）才能把半结晶型的结构打断从而使材料从结晶状态变为粘流状态， 这也决定了这类材料

熔点的明显性，熔化的材料一旦离开热源，温度有所降低便会导致材料的迅速凝固。所以必须考虑这类材料的特殊

性（例如：高振幅、接合点的 良好设计、与超音夹具的有效接触、及优良的工作设备）才能取得超声波焊接的成

功。

聚合物：热塑性与热固性

将单体结合在一起的过程称为“聚合”。聚合物基本可分为两大类：热塑性和热固性。热塑性材料加热成型后还可以

重新再次软化和成型，基所经历的只是 状态的变化而已-这种特性使决定了热塑性材料超音波压合的适应性。热固

性材料是通过不可逆反的化学反应生成的，再次加热或加压均不能使已成型的热固性产品 软化，所以传统上一直

认为热固性材料是不适合使用超音波的。

熔化温度

聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多.

硬度（弹力系数）

材料的硬度对其是否能有效传输超音速振动是很有影响的。总的说来，愈硬的材料其传导力愈强。

超声波熔接 ：

以超声波频率振动的焊头，在预定的时间及压力下，磨擦生热，令塑胶接面相互熔合，既牢固，又方便快捷

超声波埋插：

由焊头送到金属及塑胶间的超声波震动，磨擦生热令塑胶接触面熔化，使金属椿挤入塑胶孔内。

超声波铆接，成形包覆：

塑胶件上的梢子，通过金属件的孔，以高震幅焊头震动梢端，使其熔解，顺着焊头的接触面变为铆钉形状，将金属

板铆住

超声波点焊

将两层塑胶板焊接，焊头中央的导梢以超波震动攒穿上层塑胶板，由于震动能产生离析，塑胶接面间接产生磨擦热，

令两层塑胶板熔接。

塑料材料：

二.超声波塑料焊接的相容性和适应性：

热塑性塑料,由于各种型号性质不同,造成有的容易进行超声焊接,有的不易焊接.如图表中黑方块表示两种塑料的相

容性好,容易进行超声焊接,圆圈表示在某些情况下相容,焊接性能尚可,空格表示两种塑料相容性很差,不易焊接.

超声波焊接的焊口设计：

两个热塑性塑料零件的超声波焊接要求超声波振动通过焊接头传递到组合件的上半部,最后传至两半的结合处或界

面上.在此,振动能量转换成热能,用以熔化塑料.当振动停止后,塑料在压力下固化,在结合面上产生焊接.

两个结合表面的设计,对于获得最佳焊接结果来说是非常重要的.有各种各样的连接设计,每一种都有特色和优点.各

种设计的使用取决于许多因素,例如塑料类型、零件几何形状、焊接的要求（即粘性、强度、密封等）.

夹具装置：

塑料超声波焊接的一个重要因素是夹具装置.夹具装置的主要用途是固定零件,使之与焊接头对准,同时对组合件提

供适当的支撑.被焊接的材料、零件几何形状、壁厚和零件的对称性均可影响能量向界面的传递,因此设计夹具时必

须加以考虑.

某些用途,例如铆接和嵌插,要求在焊接头接触区下面有坚硬的承托装置.铝质的夹具装置可提供必要的刚度,可以镀

铬来防止零件出现疤痕和提高耐磨性.

在一些用途中,夹具必须具有一定程度的弹性以保证在连结区产生异相状态.异相状态一般在最差的结合处出现,这

是待焊接的范围；不过,由于某些零件 材料和几何形状,结合的两半可能合成一整体,上下同时振动,如果这种状态出

现,将承槽由刚性材料改为弹性材料,或者将硬度计由软性材料改为另一种材料,往 往足以在连结区重新建立异相状

态.

简单的实验性夹具可用木料、环氧树脂或熟石膏建造.对于更精密、更长寿命的夹具将要用铝、钢、黄铜、铸塑尿

烷,或其它的弹性材料.夹具设计范围广,从快速拆卸夹具到简单的金属板均有.应用的要求和生产率通常决定夹具的

设计。

上图表示简单的对接焊连接和有能量导向部分的理想连接的时间--温度曲线.能量导向部分允许迅速焊接,同时达到

最大的强度.在导向部分的材料如图示在整个结合区内流动.

上 图表示焊前按要求比例设计能量导向部分改进对接焊与导致的材料流动.工件尺寸的选择应是如图示能量导向

部分熔化后足够分布于结合面之间,通常,对于易焊的 树脂能量导向部分最小高度为0.010英寸（0.25毫米）.对于

某些需要高能量的树脂,即结晶型、低刚度或高熔化温度的非晶型（例如聚碳酸酯、聚砜）树 脂,需要较大的能量定

向部分,其最小高度为0.020英寸（0.5毫米）。在工件之间对齐的方法,例如销钉和插口,应包括在工件设计中。必

须指出,为熔剂 焊封所作的设计一般可以修改,以符合超声波焊接的要求。

要避免：

能量导向部分设计的典型错误是将结合面削成45度的斜面.

上图表示这样做的结果.

上图表示便于对齐的阶梯式连接.这种连接设计适合于在侧面不宜有过多的熔体或溢料之场合

榫槽连接法：

主要用于焊接和防止内外烧化.不过,需要保持榫舌两侧的间隙使模制较困难.锥度可根据模塑实践经验进行修改,但

必须避免在零件之间产生任何障碍。

上图表示适用于超声波焊接的各种基本能量导向连接法,这些可作为典型连接部分的参考,对具体用途应稍作修改。

上 图表示需要严密封接时所用的剪切连接法,特别适合于晶型树脂（尼龙、聚甲醛、热塑性聚酯、聚乙烯、聚丙烯

和聚苯硫）.因为晶型树脂从固态到熔化改变迅速、 温度范围窄、能量导向式连接就不是最佳方法,原因是来自导向

部分的熔融树脂在它能与相结合的表面熔合之前会迅速凝固.

塑料材料介绍：

1、ABS塑料

ABS塑料

化学名称：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene

比重:1.05克/立方厘米 成型收缩率:0.4-0.7%

成型温度：200-240℃ 干燥条件：80-90℃ 2小时 工作温度：-50~+70℃

特点：

1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.

2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理.

3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。

4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。

用途：适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件.

成型特性：

1.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时.

2.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为>270度).对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,

对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度.

3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。

4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对

模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。

ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，

兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，

B代表丁二烯，S代表苯乙烯。

ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，

火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。

ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药

品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类

溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。

ABS工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物ABS部分牌号介绍

品名型号 产地 熔指g/10min 特性及用途

9715A 吉化 16 用于汽车,家电,电子产品外壳配件,玩具,日用品等行业及产品.

0215A 吉化 20 用于汽车,家电,电子产品外壳配件,玩具,日用品等行业及产品.

750 大庆石化 4.5 具有易流动性,OA设备,杂货等.

301 兰化 1.3-2.3 适合于普通的各种机壳部件,家用电器,灯具,杂品.

510 辽宁华锦 2.5 用于汽车,家电,电子产品外壳配件,玩具,日用品等行业及产品.

757K 镇江奇美 4.2 电视机前壳，复印机外壳，电话机机壳，化妆品盒

707K 镇江奇美 1.9 电话机外壳，灯座，玩具，办公室用品，家电按钮。

757 台湾奇美 1.8 电视机前壳，复印机外壳，电话机机壳，化妆品盒

747原白 台湾奇美 0.8 安全帽，摩托车档板，鞋后跟，雪地运动用品等

747磁白 台湾奇美 1.2 超高强度,射出成型用.

777D 台湾奇美 6 超耐热性.

777B 台湾奇美 6.5 耐热性.

758 台湾奇美 透明性 好

765B 台湾奇美 4.2 难燃性，耐光性，耐热性。

750 南韩锦湖 4.5 家电制品、汽车零件。

GP-22 巴斯夫 13-23 家电制品、汽车零件。

121H 韩国LG 20 真空吸尘器，搅拌机

AG15A1宁波台化 鞋跟、玩具、时钟及音箱外壳、手提箱等

备注：*与不带*为二种不同的测试方法，*为在200℃下21.6kg压力下所测试的结果，不带*为200℃

下5kg压力下所测试的结果