Kunststoffen worden veel gebruikt in medische apparaten, auto's en dagelijkse producten vanwege hun talrijke voordelen, waaronder een laag gewicht, goede slagvastheid, goede transparantie, goede isolatie, goede vormbaarheid, goede kleurbaarheid en lage verwerkingskosten. Sinds de vroege mensen probeerden speren aan takken te bevestigen, is assemblage een cruciaal gebied van menselijke inspanningen geweest, en de uiteindelijke prestaties van plastic onderdelen hangen grotendeels af van de verbindingsmethoden ertussen. Wetenschappers en verwante ingenieurs hebben veel verschillende plastic verbindingsmethoden ontwikkeld door middel van langdurig onderzoek en praktijk op de lange termijn.
Dit artikel geeft een korte introductie tot deze kunststof verbindingstechnologieën, in de hoop een referentie te bieden voor ontwerpers in aanverwante vakgebieden bij het selecteren van kunststof verbindingsmethoden.
1. Lijmverbinding
Lijmverbindingen verwijzen naar de techniek waarbij de oppervlakken van homogene of heterogene objecten met behulp van lijmen met elkaar worden verbonden. Kleefstoffen zijn natuurlijke of synthetische, organische of anorganische stoffen die twee of meer delen of materialen aan elkaar kunnen hechten door middel van grensvlakadhesie en cohesie. Ze worden gezamenlijk lijmen en bindmiddelen genoemd en worden gewoonlijk afgekort als lijm. Kort gezegd zijn lijmen stoffen die materialen aan elkaar binden door middel van verlijming.
2. Oplosmiddelbinding
Dit verwijst naar het proces waarbij een oplosmiddel het plastic oppervlak oplost, waardoor de materialen zich vermengen. Wanneer het oplosmiddel verdampt, ontstaat er een verbinding.
3. Bevestiging van bevestigingsmiddelen
Het verbinden van bevestigingsmiddelen verwijst naar het gebruik van bevestigingsmiddelen om plastic onderdelen met elkaar te verbinden, waaronder pers-bevestigingsmiddelen, zelf-tappende schroeven en bouten. Drukbevestigingsmiddelen-verbinden doorgaans plastic onderdelen door een perspassing te creëren tussen een uitsteeksel op de schacht en een gat in het plastic. Zelf-zelftappende schroeven maken gebruik van zelf-tappende schroefdraad om verbinding te maken zonder een gat te hoeven boren.
4. Scharnierverbinding
Kunststof scharnieren kunnen worden onderverdeeld in drie typen: geïntegreerde scharnieren uit één- stuk, geïntegreerde scharnieren uit twee- delen en combinatiescharnieren uit meerdere- delen. Geïntegreerde scharnieren uit één-stuk worden gevormd door twee delen als één geheel te vormen, zonder dat er extra componenten nodig zijn. Twee-geïntegreerde scharnieren worden gemaakt door twee afzonderlijke plastic onderdelen te vormen en deze vervolgens aan elkaar te monteren. Combinatiescharnieren uit meerdere- delen vereisen, naast de productie van twee afzonderlijke plastic onderdelen, extra componenten zoals stangen of metalen scharnieronderdelen. De voordelen zijn onder meer het herhaaldelijk openen en sluiten, en geïntegreerde scharnieren zijn meestal binnen of nabij de binnenkant van de doos ontworpen, waardoor de totale grootte van de onderdelen wordt verkleind. Nadelen zijn onder meer hoge precisie-eisen voor het gieten, doorgaans complexe mallen, en de behoefte aan uitgebreide ontwikkelingservaring in het rationele ontwerp van het beweegbare scharnier.
5. Voeg het vormstuk toe
Insert-molding verwijst naar een gietproces waarbij een vooraf-vervaardigd insert van een ander materiaal in een spuitgietmatrijs wordt geplaatst, gevolgd door harsinjectie. Het gesmolten materiaal hecht zich aan het inzetstuk en stolt, waardoor een product uit één-stuk ontstaat. Inzetstukken met schroefdraad zijn een primaire methode voor het maken van schroefdraad in plastic onderdelen en bieden een betere verbindingssterkte dan zelftappende schroefdraad. Inserts zijn niet beperkt tot metaal; ze kunnen ook worden gemaakt van stof, papier, draad, plastic, glas, hout, spoelen, elektrische componenten en meer. Insert Molding maakt gebruik van de combinatie van de isolerende eigenschappen van hars en de geleidende eigenschappen van metaal om gegoten producten te creëren die voldoen aan de basisfuncties van elektrische producten. In-mold decoratie (IMD) is een populaire internationale technologie voor oppervlaktedecoratie. Het wordt veel gebruikt in decoratieve en functionele bedieningspanelen voor huishoudelijke apparaten, autodashboards, airconditioningpanelen, behuizingen/lenzen van mobiele telefoons, wasmachines, koelkasten en meer. Bij IMD wordt een voorbedrukt decoratief vel in een spuitgietmatrijs geplaatst en vervolgens hars op de achterkant van het vel geïnjecteerd, zodat de hars zich aan het vel kan hechten en kan uitharden.
Het belangrijkste voordeel van insert-molding is de combinatie van het gietgemak en de flexibiliteit van hars met de stijfheid, sterkte en hittebestendigheid van metaal, waardoor de robuuste creatie van complexe en ingewikkelde geïntegreerde metalen-kunststofproducten mogelijk is.
6. Meer-gietwerk
Meer-deelgieten, ook wel twee-kleurenspuitgieten genoemd, verwijst naar een gietmethode waarbij twee verschillend gekleurde kunststoffen in dezelfde mal worden geïnjecteerd. Er zijn twee verschillende kleuren in het gegoten onderdeel mogelijk en er kunnen regelmatige patronen of onregelmatige wolken-achtige ontwerpen worden geproduceerd, waardoor zowel de bruikbaarheid als de esthetiek van het onderdeel worden verbeterd.
Het onderstaande diagram illustreert het principe van twee-kleurenspuitgieten. Het maakt gebruik van twee vaten, elk met dezelfde structuur en werking als een standaard spuitgietvat. Elke cilinder heeft zijn eigen kanaal dat op het mondstuk is aangesloten en in het mondstukkanaal is een aan/uit-klep geïnstalleerd. Tijdens het vormen, nadat het gesmolten materiaal in het vat is geplastificeerd, regelt de aan/uit-klep de volgorde waarin het gesmolten materiaal het mondstuk binnengaat en het aandeel materiaal dat wordt afgevoerd, voordat het in de vormholte wordt geïnjecteerd. Dit resulteert in verschillende kunststofproducten met verschillende kleurmengeffecten.
7. Gegoten schroefdraadverbindingen
Gegoten schroefdraadverbindingen verwijzen naar het direct gieten van schroefdraad op plastic onderdelen door het ontwerp van de spuitgietmatrijs, waardoor verbindingen worden bereikt met andere schroefdraad met hetzelfde tandprofiel, nominale diameter en andere parameters.
Draden op kunststofproducten zijn onderverdeeld in externe draden en interne draden. Externe schroefdraden worden meestal uit de vorm gehaald met behulp van een schuifregelaar, terwijl interne schroefdraden worden verwijderd met behulp van een verbindingsmethode met schroefdraad. Externe schroefdraden hebben een eenvoudiger structuur, maar na het vormen blijven er scheidingslijnen op het plastic product achter. Als de scheidingslijnen duidelijk zichtbaar zijn, hebben ze invloed op het uiterlijk van het product en de pasvorm van de draden. Het principe is dat de schuine geleidepaal openschuift, waarna de uitwerppen het product naar buiten duwt. Mallen met interne schroefdraad kunnen verder worden onderverdeeld in: 1. Structuur met geforceerde ontkoppeling (niet-roterend). 2. Niet-geforceerde ontkoppeling (roterend). Momenteel worden gegoten draden voornamelijk gebruikt bij de productie van flessendoppen.
8. Draadaansluiting tappen
Kunststof tapschroefdraadverbinding verwijst naar het boren van gaten in het plastic onderdeel en vervolgens tikken om schroefdraad te vormen, die vervolgens wordt gebruikt om verbinding te maken met andere onderdelen. Deze methode is vergelijkbaar met die voor metalen onderdelen.
De voordelen zijn: dit proces stelt geen eisen aan de vorm van het plastic onderdeel en nauwkeurige positioneringsgaten kunnen worden verkregen met behulp van mechanisch precisiegereedschap.
9. Drukpassing
Drukpassing, ook bekend als krachtpassing, perspassing en krimppassing, omvat het assembleren van een as en een gat met een perspassingrelatie onder een bepaalde druk. Als alternatief kan het gat worden vergroot door het te verwarmen of kan de schacht worden verkleind door het af te koelen. Na montage keren de twee delen terug naar dezelfde temperatuur, wat resulteert in een perspassing. Het maakt gebruik van de elastische vervorming van het gat en de as in de verbonden plastic onderdelen om na montage een bepaald koppel of axiale kracht over te brengen.. 10. Snap-fit Verbinding
Klik{0}}klikverbindingen zijn mechanismen die worden gebruikt voor het in elkaar grijpen of vergrendelen van het ene onderdeel aan het andere, meestal gebruikt voor het verbinden van plastic onderdelen. Het materiaal is meestal een flexibele kunststof. Het grootste voordeel van snap-fit-verbindingen is het gemak van installatie en demontage, waardoor verwijdering zonder gereedschap- mogelijk is.
Over het algemeen bestaat een klikpassing- uit een positioneringselement en een sluiting. Het positioneringselement geleidt de klik-passing soepel, correct en snel naar de installatiepositie. De sluiting zorgt ervoor dat de klik-aan de basis vastzit en voorkomt dat deze tijdens gebruik eraf valt. Afhankelijk van de toepassing en vereisten worden bevestigingsmiddelen onderverdeeld in afneembare en niet-afneembare sluitingen. Afneembare bevestigingsmiddelen zijn doorgaans zo ontworpen dat de kliksluiting onder een bepaalde scheidingskracht losraakt, waardoor de twee verbindingsdelen worden gescheiden. Deze kliksluitingen-worden vaak gebruikt om twee onderdelen met elkaar te verbinden die regelmatig moeten worden gedemonteerd. Niet-afneembare bevestigingsmiddelen vereisen handmatig kantelen om de twee delen van elkaar te scheiden en worden meestal gebruikt voor het verbinden en vastzetten van onderdelen die tijdens gebruik niet gedemonteerd hoeven te worden.
11. Kunststof klinken
Klinken is een proces dat vooral wordt gebruikt om onderdelen van verschillende materialen (bijvoorbeeld kunststof en metaal) met elkaar te verbinden. Eén onderdeel heeft een klinknagel die in een gat in een ander onderdeel steekt. De klinknagel wordt vervolgens vervormd door de koude stroming of het smelten van het plastic, waardoor een klinknagelkop ontstaat die de twee delen mechanisch aan elkaar vergrendelt. Er kunnen verschillende klinknagelkopontwerpen worden verkregen door het ontwerp van de laskop te veranderen.
Koud klinken: Bij koud klinken wordt de klinknagel onder hoge druk vervormd. De koude vloei veroorzaakt hoge spanningen in het gebied van de klinknagels en is daarom alleen geschikt voor kunststoffen met een goede ductiliteit.
Heet klinken: Bij heet klinken wordt de laskop verwarmd door compressie, waardoor er minder druk nodig is om de klinknagelkop op de klinknagel te vormen en er minder restspanning in de klinknagelkop ontstaat. Het kan worden toegepast op een veel breder scala aan thermoplastische materialen dan koud klinken, inclusief glas-gevulde materialen. De kwaliteit van de verbinding hangt af van de beheersing van procesparameters: temperatuur, druk en tijd.
Heetgasklinken: Bij heetgasklinken wordt de klinknagel verwarmd door een stroom oververhitte lucht, waarbij de warmte wordt overgedragen via luchtleidingen rond de klinknagel. Vervolgens wordt de onafhankelijke koudlaskop omlaag gebracht om de klinknagel samen te drukken.
Ultrasoon klinklassen: Bij ultrasoon klinklassen smelt de ultrasone energie van de laskop de klinknagel. Tijdens de continue druk van de laskop stroomt het gesmolten klinknagelmateriaal in de holte in de laskop, waardoor het gewenste klinknagelkopontwerp wordt gevormd.
Lasproces van kunststof onderdelen
Het lasprincipe is hetzelfde: eerst worden de pasvlakken van de twee te lassen kunststofdelen verwarmd om te smelten; vervolgens wordt de tegendruk op de lasoppervlakken verhoogd en wordt de druk gedurende een bepaalde tijd gehandhaafd totdat de lasoppervlakken stollen, wat wijst op succesvol lassen.
12. Inductielassen
Hierbij wordt hoofdzakelijk gebruik gemaakt van hoog-apparatuur met hoog-spanningsrectificatie om een elektromagnetisch golfstroom-elektrisch veld te genereren door de ogenblikkelijke oscillatie van een hoog-elektronenbuis. De interne moleculen van de verwerkte PVC-, TPU-, EVA-, PET- en andere plastic materialen genereren gepolariseerde wrijving en warmte binnen het elektrische veld van de elektromagnetische golf. Gecombineerd met een bepaalde druk wordt hierdoor het smelteffect bereikt van de kunststofproducten die met warmte moeten worden gelast-.
13. Roterend lassen
Roterende wrijvingslasmachines worden over het algemeen gebruikt om twee ronde thermoplastische werkstukken te lassen. Tijdens het lassen wordt het ene werkstuk op een basismal gefixeerd, terwijl het andere werkstuk op het oppervlak van het vaste werkstuk roteert. Door de druk die op de twee werkstukken inwerkt, smelt de warmte die wordt gegenereerd door wrijving tussen de werkstukken de contactoppervlakken, waardoor een solide en afgedichte verbinding ontstaat. Bij het positioneren van roterend lassen wordt er gedurende een bepaalde tijd rondgedraaid en vervolgens tijdelijk gestopt op een bepaalde positie, wat resulteert in een permanente versmelting.
14. Lassen van hete platen
Bij het lassen met een kookplaat worden de randen van twee te verbinden plastic onderdelen op een thermostaat-geregelde kookplaat geplaatst en verwarmd totdat de oppervlakken smelten. Vervolgens wordt een kleine hoeveelheid druk gebruikt om de verzachte oppervlakken tegen elkaar te drukken om de verbinding te bereiken (zie afbeelding). Een ander veelgebruikt hittelasproces met hete plaat omvat het stapelen van de twee delen die met elkaar moeten worden verbonden, waarbij verwarmingselementen worden gebruikt om de hittelasplaat te verwarmen, deze naar het bovenste deel van de twee delen te laten zakken en druk uit te oefenen op de hittelasplaat. De hitteafdichtingsplaat smelt het contactgebied van de twee delen en stolt vervolgens om ze met elkaar te verbinden. Dit proces wordt voornamelijk gebruikt voor het afdichten en verbinden van polymeerharsfilms en kunststofonderdelen.
15. Heetgaslassen
Er zijn drie methoden voor heetgaslassen: puntlassen, permanent heetgaslassen en extrusielassen. Hun basisprincipe is hetzelfde: de lucht die door de motor wordt gegenereerd, voert de warmte af die door de verwarmingsdraad wordt gegenereerd, waardoor stromende hete lucht ontstaat die de twee te lassen plastic onderdelen tot gesmolten toestand verwarmt met de lasdraad, waardoor ze aan elkaar worden gebonden en het lasdoel wordt bereikt. Puntlassen wordt gebruikt om de onderdelen aan elkaar te bevestigen voordat ze definitief worden gelast.
Puntlassen is een tijdelijk lasproces waarbij geen lasstaven nodig zijn, maar een puntlasmondstuk.
Bij permanent lassen worden lasstaven gebruikt van hetzelfde materiaal als de te lassen onderdelen. Het lasmondstuk beweegt snel heen en weer in een waaiervorm over het lasgebied totdat de V--groef en de lasdraad voldoende zacht worden om te kunnen lassen. Meestal wordt een hete roller gebruikt om ze samen te drukken. Extrusielassen verwijst naar het proces waarbij vulhars, hetzij aangevoerd vanuit een trechter in korrelvorm of als lasstaven op een cilinder, wordt geëxtrudeerd uit een enkele-schroefextruder, aangedreven door een elektromotor. Verwarming wordt bereikt met behulp van verwarmingsspiralen of heet gas, en de hechtoppervlakken worden voorverwarmd met heet gas dat is aangesloten op de extruder. Tenslotte smelten de vulhars en de werkstukken samen, waardoor een enkele verbinding ontstaat.
16. Ultrasoon lassen
Bij ultrasoon lassen wordt gebruik gemaakt van een ultrasone generator die stroom van 50/60 Hz omzet in elektrische energie van 15, 20, 30 of 40 kHz. Deze hoogfrequente elektrische energie wordt vervolgens door een transducer weer omgezet in mechanische beweging met dezelfde frequentie. Deze mechanische beweging wordt vervolgens via een amplitude-omzetter naar de laskop overgebracht. De laskop brengt de ontvangen trillingsenergie over op de verbinding van de te lassen werkstukken. In dit gebied wordt de trillingsenergie door wrijving omgezet in warmte-energie, waardoor de contactoppervlakken van de twee kunststoffen snel smelten. Onder druk smelten ze samen. Nadat de ultrasone golven zijn gestopt, wordt de druk enkele seconden gehandhaafd om te stollen en een sterke moleculaire keten te vormen, waardoor het lasdoel wordt bereikt. De lassterkte kan de sterkte van het originele materiaal benaderen. Ultrasone golven kunnen niet alleen worden gebruikt voor het lassen van harde thermoplasten, maar ook voor het verwerken van stoffen en films.
De belangrijkste componenten van een ultrasoon lassysteem zijn onder meer een ultrasone generator, een transducer/versterker/laskopsamenstel, een mal en een frame.
De kwaliteit van ultrasoon kunststoflassen hangt af van drie factoren: de amplitude van de transducer/laskop, de uitgeoefende druk en de lastijd. De lastijd en laskopdruk zijn instelbaar, terwijl de amplitude wordt bepaald door de transducer en amplitudetransformator.
17. Trillingslassen
Bij vibratielassen zijn zes procesparameters betrokken: lastijd, houdtijd, lasdruk, amplitude, frequentie en spanning.
Trillingslassen is onderverdeeld in: lineair trillingslassen, spoortrillingslassen en hoektrillingslassen.
Lineair trillingswrijvingslassen maakt gebruik van de wrijvingswarmte die wordt gegenereerd op de contactoppervlakken van twee werkstukken om het plastic te smelten. Warmte-energie wordt gegenereerd door de heen en weer gaande beweging van een werkstuk op een ander oppervlak met een bepaalde verplaatsing of amplitude onder druk. Zodra de gewenste lasgraad is bereikt, stopt de trilling, maar er blijft druk uitgeoefend op beide werkstukken om het gelaste gedeelte af te koelen en te stollen, waardoor een stevige verbinding ontstaat.
Orbitaal trillingswrijvingslassen is een methode waarbij gebruik wordt gemaakt van wrijvingswarmte-energie. Bij orbitaal trillingswrijvingslassen beweegt het bovenste werkstuk met een vaste snelheid -rond in alle richtingen. Deze beweging genereert warmte-energie, waardoor de gelaste delen van de twee kunststofdelen hun smeltpunt bereiken. Zodra het plastic begint te smelten, stopt de beweging en worden de gelaste delen van de twee werkstukken stevig en stevig met elkaar verbonden. Kleine klemkrachten resulteren in minimale vervorming van de werkstukken en werkstukken met een diameter tot 10 inch kunnen worden gelast met behulp van orbitaal trillingswrijvingslassen.
Bij hoektrillingslassen draait een werkstuk rond een steunpunt; in de handel verkrijgbare hoektrillingslasmachines zijn momenteel zeldzaam.
18. Laserlassen
Laserlassen is een technologie die de door een laserstraal gegenereerde warmte gebruikt om de contactoppervlakken van kunststoffen te smelten, waardoor thermoplastische platen, films of gegoten onderdelen aan elkaar worden gehecht.
Het verscheen voor het eerst in de jaren zeventig, maar vanwege de hoge kosten kon het niet concurreren met eerdere kunststofverbindingstechnologieën, zoals trillingslassen en hete plaatlassen. Vanaf het midden van de jaren negentig, toen de kosten van de apparatuur die nodig was voor laserlassen daalden, kreeg deze technologie echter geleidelijk aan populariteit.
Laserlassen is met name nuttig wanneer de te verlijmen kunststofonderdelen van zeer precieze materialen zijn (zoals elektronische componenten) of een steriele omgeving vereisen (zoals medische apparaten en voedselverpakkingen). Laserlassen is snel, waardoor het bijzonder geschikt is voor de verwerking van kunststof onderdelen in de assemblagelijn. Bovendien kan laserlassen worden overwogen voor complexe geometrieën die moeilijk te verbinden zijn met andere lasmethoden.
De voordelen van laserlassen zijn voornamelijk: de lasapparatuur hoeft geen contact te maken met de te verlijmen kunststofonderdelen; het is snel; de apparatuur heeft een hoge mate van automatisering, waardoor het gemakkelijk is om complexe kunststofonderdelen te verwerken; het veroorzaakt geen bramen; de las is sterk; het kan lassen met hoge-precisie produceren; het is een trillingsvrije-technologie; het kan luchtdichte of vacuüm-afgedichte constructies produceren; het minimaliseert thermische schade en thermische vervorming; en het kan harsen van verschillende samenstellingen of kleuren aan elkaar binden.
19. Lassen met hete draad
Bij het hetedraadlassen, ook wel weerstandslassen genoemd, wordt gebruik gemaakt van een metaaldraad om twee kunststof onderdelen met elkaar te verbinden.
Er wordt warmte overgedragen tussen de plastic onderdelen, waardoor hun oppervlakken smelten, en er wordt druk uitgeoefend om ze met elkaar te verbinden.
Op één oppervlak van de te verbinden onderdelen wordt een metaaldraad geplaatst. Wanneer er stroom door de draad gaat, genereert de weerstand ervan warmte, die vervolgens wordt overgebracht naar de plastic onderdelen. Na het lassen blijft de draad in het plastic product en wordt het gedeelte dat buiten de verbinding uitsteekt afgesneden. Groeven of andere positioneringsstructuren worden doorgaans in de onderdelen ontworpen om ervoor te zorgen dat de draad zich in de juiste positie bevindt.
