含氟聚合物的高频焊接技术

含氟聚合物，如聚四氟乙烯（PTFE），不能通过熔融加工技术进行加工，例如挤出，注塑，吹塑或其他，因为它的熔体粘度极高。PTFE不流动，这是熔融加工技术的基本要求。由PTFE为主材的膜布材料只能通过高频焊接技术来热合。有时PTFE必须粘合到自身或其他材料上。PTFE以其不粘特性而闻名，需要特殊的表面处理才能粘附。

本文将介绍常用的焊接PTFE的技术。

技术原理

高频焊接，也称为射频焊接或密封、热封和介电焊接或密封，使用高频 （13–100 MHz） EMA 能量在极性材料中产生热量，导致冷却后熔化和焊缝形成。高强度无线电信号用于在两种相似或不同的聚合物中增加分子运动。这会导致材料温度升高，导致熔化和聚合物链迁移率增加。最终，两种材料的聚合物链穿透它们的界面并纠缠在一起，形成焊缝。高频焊接经常用于包装和密封应用，特别适用于医疗器械行业，因为它不使用溶剂或粘合剂，这些溶剂或粘合剂可能是污染源。

高频焊接压力机有两个压板——一个可移动的压板和一个固定的压板，也称为床身。在此过程中，压力机降低可移动的压板并关闭电路。待焊接的零件放置在一组金属模具或电极中，这些模具或电极通常由压缩空气缸激活，以在连接区域施加预设的压力。高频能量流动，材料加热和熔化。接头在压力下冷却，在适当的时间后，压力机打开并释放焊接组件。

在高频焊接中，待焊接的热塑性部件被放置在两个电极之间的压力下。能量（通常为27 MHz）施加到电极上，产生的交流电在零件周围感应出快速反转（每秒数百万次）的电场。电场中的极性分子倾向于在场方向上定向，因此偶极子的正（或负）端与电场中的负（或正）电荷对齐，这一过程称为偶极极化。电场中的非极性分子置换电子云以与场对齐（电子极化），因此正电荷和负电荷的中心不再重合。电子极化是瞬时的，不会导致发热。然而，偶极极化在RF焊接中使用的高频下不是瞬时的;当偶极子试图与快速反转的高频电场对齐时，方向变得异相。不完美的排列会导致内部分子摩擦并导致热量的产生。产生的热量使接头界面达到塑料部件的熔化温度。熔融材料一起流动，形成分子缠结，产生高强度焊缝。

电场方向变化与偶极极化变化之间的电延迟如下图所示。振荡电场E在介电材料内产生振荡电流I。在高频下，两条曲线因相位角θ而异相;损耗角定义为 90 度−θ 或 δ。每个周期从电场吸收的能量由功率因数和耗散因数表示;功率因数定义为Cos θ，耗散因数或损耗角正切为tan δ，即耗散成热量的电流与传输的电流之比。偶极极化量取决于频率和温度。在低频下，由于偶极子与电场对齐，电场损失的功率很低。在高频下，场反转非常快，以至于偶极子对准变得异相，功率损耗增加。最终，达到最大功率损耗，因此进一步增加频率会导致功率损耗降低。偶极子极化在低温下较低，但随着温度升高而增加。

主要部件

高频设备由三个主要部件组成：高频发生器、压力机和芯片或电极。发电机通常提供 1 至 25 kW 的功率。功率要求由焊条的焊接面积和被焊接材料的厚度决定。发电机中的电源使用固态整流器将输入的交流电转换为高压直流电;然后，振荡器将高压直流电转换为高压交流电。发电机中的功率控制调节引导至工作区域的功率，控制电路控制机器的操作顺序。如果大量能量集中在较小的工作区域，安全和过载保护装置会自动关闭系统。

对于以通常频率 27.12 MHz 运行的发电机，不需要屏蔽外壳。 较大的 30 kW 发电机或高频焊接操作通常移至屏蔽外壳或屏蔽，以降低辐射水平并符合相应法规 。