塑料由于其生產(chǎn)成本低廉，種類(lèi)繁多，性能較好，而被廣泛運(yùn)用于食品包裝、建材、裝飾等眾多領(lǐng)域。塑料被廣泛運(yùn)用，但是與之對(duì)應(yīng)的加工方式卻并不是高效的；同時(shí)超聲波加工由于其良好的效果進(jìn)入了人們的視野。超聲波焊接由于不需要焊劑、焊縫質(zhì)量較好、加工效率較高而被運(yùn)用于塑料焊接領(lǐng)域； 此外，經(jīng)由超聲波焊接完成的構(gòu)件還有良好的整體性和密封性。
塑料的性能影響超聲波的成功焊接。塑料的超聲波焊接性取決于塑料對(duì)超聲振動(dòng)的衰減能力和熔化溫度的高低以及物理性能如彈性模量、抗沖擊性、摩擦系數(shù)及導(dǎo)熱系數(shù)等等。實(shí)驗(yàn)證明，塑料的焊接性G正比于彈性模量 E、導(dǎo)熱系數(shù) λ、摩 擦系數(shù)μ，反比于塑料的密度 ρ、比熱 C、熔點(diǎn) t ，如下式表示: G = K·E·λ·μ/ρ·C·t ( W /m²·K)
式中 K－焊件形狀因子，取決于焊件的壁厚、 尺寸大小及焊頭的形狀尺寸
E － 塑料的彈性模量( GN /m² )
λ － 導(dǎo)熱系數(shù)( W /m·K)
μ － 塑料的摩擦系數(shù)
ρ － 塑料的密度( kg / m³ )
C － 比熱( J/kg·K)
t － 熔點(diǎn)( K)
通常限定選擇特定用途材料的性能是那些使焊接變困難的性能如高的熔點(diǎn)或結(jié)晶度。一般來(lái)說(shuō)，塑料剛性愈大，愈容易焊接 。 剛性塑料容易傳遞超聲波能量，而軟塑料在能量到達(dá)接頭區(qū)域之前常常衰減能量。待焊材料的剛性是一個(gè)可能受到環(huán)境溫度和濕度影響的重要性能。顏料脫模劑、玻璃填料和增強(qiáng)纖維的影響更大。
非結(jié)晶性塑料具有任意的分子結(jié)構(gòu)，在較寬的溫度范圍內(nèi)逐漸軟化，達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變狀態(tài)，然后是液體熔化狀態(tài) 。凝固也是逐步的，避免了過(guò)早凝固 。 非結(jié)晶性塑料能有效地傳遞超聲振動(dòng)，能夠在各種工藝條件下進(jìn)行焊接，也能比較容易地獲得密封接頭。半結(jié)晶性塑料的特點(diǎn)是分子結(jié)構(gòu)有序排列 。 需高熱量破壞這種有序排列 。熔點(diǎn)明顯，溫度稍 稍降低就很快地出現(xiàn)再凝固 。 流出接頭加熱區(qū)的熔液因而快速凝固。固態(tài)時(shí)半結(jié)晶性分子象彈簧 一樣吸收很大一部分超聲振動(dòng)而不是將其傳遞到接頭界面處，所以必需采用高振幅以產(chǎn)生足夠的熱量用于焊接 。
每種塑料自身均可以很好地熔接在一起，一般能用超聲波焊接機(jī)焊接的塑料都是熱塑性塑料，但不同種類(lèi)的塑料之間的相熔性差距很遠(yuǎn)。但是總體來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)越相似的塑料，相熔性越好。
同種材料的超聲波焊接
聚苯乙烯、SAN、ABS、聚碳酸酯和丙烯酸塑料通常能獲得優(yōu)良的結(jié)果，PVC 和纖維素塑料易于衰減能量，在表面處變形或降解。如果焊頭位置 靠近接頭區(qū)域( 近場(chǎng)焊接) ，低模量材料如聚乙烯通常也是可焊的。各種熱塑性塑料超聲波焊接相容性見(jiàn)下表1：
異種材料的超聲波焊接
在焊接異種材料時(shí)，兩材料之間的熔點(diǎn)差不應(yīng) 超過(guò) 22℃，分子結(jié)構(gòu)應(yīng)相似。對(duì)于熔點(diǎn)差異較大的情況，低熔點(diǎn)材料熔化和流動(dòng)，阻止足夠的熱生成 量熔化高熔點(diǎn)材料。例如，高溫丙烯酸同低溫丙烯酸相焊，導(dǎo)能筋鑄在高溫零件上，低溫零件在導(dǎo)能筋之前熔化和流動(dòng)，連接強(qiáng)度會(huì)很差。只有具有相似分子團(tuán)的化學(xué)相容材料才能進(jìn)行焊接。 相容性?xún)H僅存在于某些非結(jié)晶性塑料或含有非結(jié) 晶性塑料的混合物中。典型的例子如 ABS 與丙烯 酸，PC 與丙烯酸、聚苯乙烯與改性聚苯醚。半結(jié)晶性聚丙烯與聚乙烯有很多相同的物理性質(zhì)，但化學(xué)不相容，不能進(jìn)行超聲波焊接。下表列出了 部分熱塑性塑料的超聲波焊接相容性。
下面是一些常見(jiàn)材料的超聲波焊接性能：
ABS、PS、SNA這三種材料，這三種材料是公認(rèn)最適合超聲波焊接的材料。
容易焊接的材料：
SNA：超聲波焊接效果好。 丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物，簡(jiǎn)稱(chēng)：ABS：質(zhì)輕，兼具軔性，剛性與耐化學(xué)品性，用途廣泛，此材質(zhì)導(dǎo)熱性佳，特別適合超聲波焊接。ABS具有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強(qiáng)、透明好的優(yōu)點(diǎn)。
ABS廣泛應(yīng)用于：機(jī)械、汽車(chē)、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領(lǐng)域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。 聚苯乙烯，簡(jiǎn)稱(chēng)：PS：比重輕，對(duì)水及化學(xué)物之抗蝕性強(qiáng)，安定、絕緣性佳，特別適合于射出及押出成形。由于彈強(qiáng)性系數(shù)高，適合超聲波焊接。
PS常用于：玩具、裝飾品、盂洗設(shè)備、磐子、透鏡、浮動(dòng)輪等的制造。
不是很好焊接的材料：
尼龍，簡(jiǎn)稱(chēng)：PA
聚甲醛，簡(jiǎn)稱(chēng)：POM
聚甲基丙烯酸甲酯，簡(jiǎn)稱(chēng)：PMM
丙烯腈-苯乙烯共聚物，簡(jiǎn)稱(chēng)：A/S
PPS：因材質(zhì)太軟導(dǎo)致非常的不好焊。
聚碳酸酯，簡(jiǎn)稱(chēng)：PC；熔點(diǎn)高，所需熔接時(shí)間長(zhǎng)。
聚乙烯，簡(jiǎn)稱(chēng)：PE；此材料比較軟所以不好焊，密度趆高焊接難度就相對(duì)減少。
聚氯乙烯，簡(jiǎn)稱(chēng)：PVC；因此材料比較柔軟不好焊，所以很少人用此種材料，此材料的產(chǎn)品一般用高周波來(lái)熔接。
