几乎所有的焊接,都是使两种焊接零件的焊接端面分子产生运动,使它们相互扩散,相互缠,达到相互连接的目的。 而超声波焊接就是利用焊头的高频振动,使两焊接零件高频磨擦,将机械能转化为热能,热能将两焊接面的分子溶解,恢复其活性,然后在外作用力的辅助下,分子相互缠结来达到焊接目的,焊接强度能接近于原材料强度。
什么塑料的超声波焊接效果比较好呢?
非结晶聚合物(ABS、PC、PS、PVC、PMMA等):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。
结晶型聚合物(PE、PP、POM、PA6、PA66、PBT、PET等):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。
其次,一般来讲,非极性化合物(如PP、PE)较难超声的(并不是不能),极性化合物是可以超声的,而且极性化合物之间也是可以超声的,如ABS与PMMA之间是可以超声的。
另外,还有一些特性会影响超声波的效果,如硬度(一般硬度越高越好超声波焊接)、熔点(熔点越高,需要的超声波能量越多)、纯度(原料的焊接效果好,再生料掺杂有杂质效果略差)。
在超声作用下,溶剂、单体或高聚物链分解或破裂产生自由基, 有利于更多的自由基聚合反应的引发,这一过程称为超声聚合。
基本介绍 中文名 :超声聚合 外文名 :Ultrasonic polymerization 类型 :声化学的一种 研究历史,机理,1 自由基聚合,2开环聚合,3其他聚合反应,现状,优点及待解决问题, 研究历史 聚合物的声化反应最早起源于上世纪30年代,反应中发现超声作用可使淀粉和明胶的黏度发生变化。50年代对该现象的广泛研究表明,是空化作用导致分子链段断裂的结果。空化作用,即当超音波经过液体介质时,导致的极短时间内大量微气泡形成、生长、崩溃的过程。声化学理论计算和对应实验表明,空化作用可使空化泡相界面周围产生5000K高温6624kPa高压的极端环境。这样的条件下能够使溶剂、单体或高聚物链分解或破裂产生自由基,更多的自由基则有利于聚合反应的引发。此外,超音波有效的混合作用有利于反应的进行,其中多相反应尤其显著,如使用Ziegler—Natta催化剂的聚烯烃聚合反应。上世纪80年代以来随着高聚物表征手段的发展,超声在聚合物合成中的套用研究,也随之开展起来。 超声化学是一门20世纪80年代兴起的边缘交叉学科,涉及无机化学、有机合成化学、髙分子化学及冶金等领域。超声效应通常可归纳为机械效应、热学效应和空化效应三种,其中空化效应是超声化学反应的主动力。 机理 1 自由基聚合 自由基聚合是当前声化聚合研究最多的聚合反应,其主要的声化学作用有两种:一是超音波会使溶液产生空化现象,空化作用打碎溶剂或单体形成自由基,进而由自由基引发聚合反应。空化泡破裂时产生的压力、温度越大,越易产生自由基引发聚合,因此提高反应温度和超声功率可以加快反应速度。二是超音波存在“二级效应”,即伴随着微泡的形成 与破裂,溶液体系被高速搅动,可以使原本不相溶的油相与水相高度乳化。通常情况超声功率越大,乳化效果越明显。 1 1本体聚合 Gu Chen—bin等人研究了25 KHz高强度超声辐照引发的甲基丙烯酸甲酯(MMA )的本体聚合。MMA本体聚合反应速率随着辐照时间延长而加快,表明长时间辐照有利于产生更多的自由基。但分别用300 W /cm 2 , 400 W/cm 2 强度的超声辐照30min引发聚合反应,反应速率没有显著差别。表明超声辐照促MMA本体聚合反应,辐照声强有一个最佳阈值。 使用 25 mL w (PMMA)= 5% 的 MMA 在 300W/cm 2 超声辐照30min,进行同样的本体聚合实验,其聚合速率明显高于纯MMA相同条件下的聚合速率。原因是高聚物具有大相对分子质量和长链结构,相对于单体分子,超声处理产生的空化作用对高聚物有更显著的降解作用。PMMA链在超声作用下断裂产生了大量的自由基,从而更快地引发反应。 1 2悬浮聚合 blondeau等使用25KHz超声辐照悬浮聚合法合成出2—羟乙基异丁烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯共聚物。与传统悬浮聚合法相比超声悬浮聚合既可以合成出小粒径(10 μm)也可以合成出大粒径(m级)聚合物,与传统方法相比粒径分布范围更窄。 Okudaira等人研究了在无乳化剂(表面活性剂)和聚合引发剂情况下,苯乙烯单体的超声悬浮聚合。苯乙烯滴加入水后,在40kHz超声辐照下分散成油滴。在200 kHz的高频超声作用下,水中产生的各种自由基引发了油滴内的单体聚合反应。TEM等检测出聚苯乙烯具有颗粒结构,发现粒径在几十纳米左右。 1 3乳液聚合 与其他引发聚合方法相比,超声辐照具有强烈的分散、搅拌和乳化等作用,能促进单体在乳液体系中的分散,而且对生成的乳胶粒还有一定的稳定作用,从而能显著降低乳化剂的含量,有可能在很低的乳化剂的浓度下,或者甚至在没有乳化剂存在的情况下进行乳液聚合。制得的聚合物乳胶颗粒粒径较小,范围可在纳米级。此外,较低的温度下进行超声辐照聚合反应有利于声致自由基的生成,这就使反应能在较低的温度下进行,从而大大避免了不必要的副反应的产生,一方面増加了高聚物结构的规整性,得到高纯度产物,同时也排除了自由基对引发剂的链转移而导致相对分子质量的降低,得到高相对分子质量产物。Soo Keat Ooi等研究了超声辐照引发苯乙烯胶乳合成。使用超声辐照作为引发源,无需使用化学引发剂,聚苯乙烯胶乳即从水包油型乳化单体中合成出来。超音波作用下的空化作用形成的自由基团足以引发聚合反应。尽管増加超声强度提高了转化率,但是胶乳的粒径没有増大。实验情况下胶乳粒径大部分分布在40 ~ 50 nm,较传统乳液聚合分布窄。固定声强下提高介质中表面活性剂的浓度和聚合温度,转化率会提高,但胶乳粒径仍保持不变。小粒径、高转化率是因为新形成的小单体油滴会不断的清除聚合过程中的自由基,从而形成一个连续成核过程的结果。在常规乳液聚合过程中,一般认为可能有3种粒子成核场所:(1)单体溶胀乳胶粒内;(2)水相中均相成核;(3)单体液滴中。Soo Keat Ooi等人的研究认为,超声乳液聚合过程中最主要的成核场所应是在单体液滴中。这是因为乳化剂用量少的情况下,増溶胶束数目少,而超声强烈的剪下力和表面活性剂的共同作用使体系中的单体微滴尺寸较小,比表面积大,能够迅速捕捉超声空化产生的自由基成核,所以超声辐照乳液聚合最主要的成核场所应是在单体液滴中。 此外,还发现超声辐照聚合过程中无明显的恒速期,只有増速期和降速期,与微乳液聚合相同。这是因为超声空化作用不断产生大量的自由基,并且乳液不断受到超音波的强剪下作用,大的单体珠滴被分散成更小的液滴,所以成核过程在整个超声乳液聚合反应中将持续存在,反应中活性点数目不恒定,因而不存在反应恒速期。在増速期内聚合物粒子数目不断増加,逐渐达到最高反应速率。其后由于单体浓度的不断下降使得聚合速率开始降低。很多研究表明,声化反应中是否通入气体是影响声化反应的重要因素,不同种类的气体也将有不同的影响作用。但很少有对气体流速对声化反应影响方面的定量研究。Hesheng Xia等在研究n—丁基丙烯酸酯的超声乳液合成时发现,N 2 气流速也是影响超声引发乳液聚合反应速率的重要因素,高流速能够得到更高的聚合反应速率。原因是高N 2 气流速时,(1)能够増加空化作用中空化核的数量,导致空化气泡数量増加;(2)体系中O 2 气去除的更彻底;(3)能起到很好的搅拌作用,使得单体分散率上升,促进自由基从水到胶乳颗粒的迁移过程。 2开环聚合 高强度超声辐照可以更有效地传质和混合,从而使催化剂更好的分散于反应物中。空化作用能够使单体分裂或生成反应中间体,更易于促进开环反应,反应速率快,相对分子质量高、分布窄。脂肪族聚酯可生物降解并且相对无公害,因此己被用做药品输送载体和组织工程中的细胞生长支持基质等生物材料。环内酯开环聚合反应是合成脂肪族聚酯的常用方法,但很多本体聚合过程只能合成低相对分子质量的产物,原因是单体转化率和链终止被反应过程中建立起来的环一链平衡所限制。 3其他聚合反应 31金属有机试剂参与的聚合反应 Dragutan等人研究了 WCl 6 和Me4Sn组成的易位催化剂参与下的环辛烷、环十二烷的超声开环易位聚合。Hioms等人研究了使用Ziegler—Natta(TiCl 4 /AlEt 3 )催化剂,超声合成等规聚苯乙烯。表明超声可以有效地分散催化剂颗粒,在聚和引发阶段有明显的促进作用。 32聚烯烃的官能化 张云灿等在一个带有超声感测器的挤出反应装置中,进行高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)和三元乙丙橡胶(EPDM)与顺丁烯酸酐(MAH)的熔融接枝共聚合。结果表明,超声振动能引起接枝产物黏均相对分子质量明显下降和接枝率的明显上升。通过调控超声强度、MAH含量及接枝温度可制得具有较高接枝率、较好熔体流动性和凝胶含量小于等于407%的HDPE —g —MAH、LLDPE—g—MAH 和 EPDM — g—MAH 产物。与采用过氧类引发剂引发接枝比较,超声接枝聚合具有可免交联副反应和接枝产物性能易于控制的优点。 现状 近几十年来,利用超音波的空化作用来实现高分子的聚合是超声化学的一个热点。超声聚合法已被套用于大量聚合物的合成,这些聚合物中有些是全新的聚合物,有些则是传统聚合方法难以得到的。当前,超声聚合研究主要集中在以下几点:①不同的髙分子在超声作用下断链形成大分子自由基,然后通过偶合终止合成共聚物;②溶液中的聚合物在超声作用下断链,生成大分子自由基,进而引发单体聚合形成共聚物;③水分子或表面活性剂在超声空化作用下分解成自由基,引发单体聚合。这类聚合反应的特点是不需要另加引发剂,并且所得到的高分子化合物与其他方法所得到的高聚物有类似的结构和性质;④引发剂浓度较低时,超声空化作用能在较低温的条件下加速引发剂的分解,从而引发聚合反应;⑤利用超声空化作用,提高非均相反应速度,对溶液中的固态高分子进行化学改性;⑥利用超声空化在乳液中产生的分散、粉碎、活化和引发等作用制备纳米材料。 超声聚合并不遵守Arrhenius方程,反应温度越低,反应速度反而越快,这可以看作是温度越低,空化破裂强度越髙,从而越能促进聚合反应。与普通的加热聚合反应相比, 利用超声聚合可以获得较窄的分子量分布和较高的分子规整性。但聚合反应转化率较低,这是由于生成的聚合物使溶液黏度增加,空化作用削弱,延缓了自由基的生成。另外,超声聚合过程始终伴随着降解反应,因此在聚合过程中必须注意控制条件。无须借助引发剂,超音波产生的自由基引发乙烯基单体聚合可制备一系列丙烯酸酯型水凝胶。 优点及待解决问题 大量的研究证明超声聚合与传统聚合方法相比,具有转化速率快、产物相对分子质量高、粒径分布窄、乳化剂用量低、不需外加引发剂等优点。超声聚合反应仍面临着诸如反应过程中聚合物浓度的増加、竞争性的降解反应、黏度加大对声学条件的改变等复杂问题。因此,超声聚合反应在上述领域的研究显得尤其重要。
没有。
超声波接发的胶水对人体是无害的。由于b超检查是用超声波的穿透性,通过反射回的超声波成像的。
超声波在空气中的传播能力较差,超声探头进行检测接触皮肤时有空气间隔,所以需要在身体表面涂抹一层耦合剂,以此隔绝空气,方便成像。并且还有润滑的作用。
喷洒使用。
超声波专用胶水使用方法是采用喷洒的方法在纤维网上施加粘合剂。采用2-4只往复移动的无气静压喷枪,粘合剂液形成均匀的雾粒即可。
超声波是一种波长极短的机械波,空气中波长短于2cm。
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