超声波焊接：PC与TPU薄膜的焊接原理及应用解析

一、焊接原理：高频振动驱动分子链融合

超声波焊接可用于切割和焊接手套和管道等零件，也可用于焊接带有定制接缝的袋子。超声波焊接通过高频机械振动（15-40kHz）在材料接触面产生摩擦热，使局部区域熔化并形成分子键合。其核心流程包括：

1. 能量转换：超声波发生器将电能转化为高频振动，经换能器、变幅杆传递至焊头。

2. 摩擦生热：焊头将振动能量集中于PC或TPU薄膜的接触面，分子链因高频摩擦产生热量。

3. 熔融结合：在压力作用下，熔化区域冷却固化，形成牢固的分子链连接，焊接强度接近原材料性能。

二、PC薄膜的焊接特性与应用

1. 材料特性： 聚碳酸酯（PC）为非结晶性热塑性塑料，熔点约145℃，具有高透明度、耐冲击性和阻燃性。 分子链排列无序，受热后快速软化熔融，适合高频振动焊接。

2. 焊接工艺要点： 能量导向结构：采用三角形导能筋，高度为材料厚度的25%-30%（如0.5mm厚PC薄膜，导能筋高度0.125-0.15mm）。 模具设计：焊头与底模需精密匹配，避免能量分布不均导致熔接线偏移。 参数优化：以20kHz频率为例，功率1500-2500W，压力0.3MPa，焊接时间0.3秒可实现优质焊接。

3. 典型应用： 电子设备：手机卡托（不锈钢+PC）、传感器外壳（铝合金+PC）。 汽车工业：仪表盘组件、车灯镜片、内饰件。 医疗器械：连接件、透明部件（如内窥镜外壳）。

三、TPU薄膜的焊接特性与应用

1. 材料特性： 热塑性聚氨酯（TPU）为弹性体，熔点约85-170℃，具有高弹性、耐磨性和耐油性。 分子链含柔性链段，需更高振幅和能量密度实现熔融。

2. 焊接工艺要点

振幅控制：TPU需30-60μm振幅，以克服弹性阻力并产生足够摩擦热。
能量扩大器：采用1.5-2.5倍扩大比的变幅杆，确保能量集中于接触面。
压力调节：焊接压力需达0.5-0.8MPa，防止弹性回弹导致结合不牢。

3. 典型应用

密封件：汽车油箱密封圈、防水连接器。
柔性部件：可穿戴设备表带、运动护具。
薄膜复合：TPU/PET复合膜（食品包装）、TPU/织物复合（鞋材、服装）。