Kimpalan Laser untuk Bahan PBT: Prinsip Teknikal dan Panduan Aplikasi

1. Pengenalan

Polibutilena tereftalat (PBT) merupakan plastik kejuruteraan penting yang digunakan secara meluas dalam industri elektronik, elektrik dan automotif kerana sifat mekanikal yang cemerlang, ketahanan haba dan ciri elektriknya. Kaedah penyambungan PBT tradisional (seperti ikatan pelekat, kimpalan ultrasonik dll) mempunyai pelbagai batasan, manakala teknologi kimpalan laser menyediakan penyelesaian baru untuk menyambung bahan PBT.

2. Ciri-ciri Bahan PBT dan Cabaran Kimpalan

2.1 Sifat Asas PBT

• Takat lebur: sekitar 225°C
• Suhu peralihan kaca: sekitar 50°C
• Kekuatan dan kekakuan mekanikal yang baik
• Ciri penebat elektrik yang cemerlang
• Ketahanan kimia yang baik

2.2 Cabaran Utama dalam Mengimpal PBT

1. Julat pemprosesan sempit: Julat suhu antara lebur dan penguraian yang kecil
2. Kekonduksian terma rendah: Boleh menyebabkan pemanasan setempat berlebihan
3. Kelakuan penghabluran: Perubahan kekristalan mempengaruhi kualiti kimpalan
4. Kebolehtelapan lembapan: Kelembapan boleh menyebabkan pembentukan gelembung semasa kimpalan

3. Prinsip Teknikal Kimpalan Laser PBT

3.1 Kimpalan Laser Transmisi

Kaedah kimpalan laser paling biasa untuk PBT, prinsip asas:

1. Bahan lapisan atas lutsinar kepada laser (biasanya dengan pengubah suai transmisi cahaya)
2. Bahan lapisan bawah mengandungi penyerap (karbon hitam, pewarna khas dll)
3. Laser menembusi lapisan atas dan diserap oleh lapisan bawah menghasilkan haba
4. Pengaliran haba meleburkan kawasan antara muka membentuk kimpalan

3.2 Parameter Proses Utama

• Kuasa laser: Biasanya 20-100W (bergantung pada ketebalan bahan)
• Kelajuan kimpalan: 10-100mm/s
• Saiz titik: 0.5-2mm
• Tekanan pengapit: 0.2-1MPa

4. Penyediaan dan Pengubahsuaian Bahan

4.1 Reka bentuk pasangan bahan

• Bahan lapisan atas: Memerlukan 0.1-0.3% pengubah suai transmisi cahaya
• Bahan lapisan bawah: Biasanya mengandungi 0.05-0.2% karbon hitam atau penyerap inframerah dekat lain

4.2 Bahan tambahan biasa

• Agen transmisi cahaya: Nano silika, polimer khas dll
• Penyerap: Karbon hitam, pewarna penyerap IR (contohnya Lumogen IR)
• Bahan penguat: Gentian kaca (perhatikan kesan terhadap kimpalan)

5. Titik Pengoptimuman Proses

5.1 Pengoptimuman parameter

1. Kawalan ketumpatan tenaga: Biasanya 0.5-5J/mm²
2. Rawatan pemanasan awal: Pemanasan awal 80-100°C boleh mengurangkan tekanan terma
3. Masa tekanan tahan: Kekalkan tekanan selama 0.5-2 saat selepas kimpalan

5.2 Kaedah kawalan kualiti

• Pemantauan suhu dalam talian: Termometer inframerah untuk memantau suhu zon kimpalan
• Sensor tekanan: Memastikan daya pengapit seragam
• Pemeriksaan visual: Memeriksa kualiti permukaan kimpalan

6. Contoh Aplikasi

6.1 Kimpalan penyambung elektronik

• Parameter tipikal: Kuasa laser 30W, kelajuan 30mm/s
• Kelebihan: Tiada pencemaran partikel, sesuai untuk komponen elektronik tepat

6.2 Perumahan sensor automotif

• Menggunakan PBT diperkuat gentian kaca
• Titik penting: Kawal kandungan gentian di bawah 30%

6.3 Komponen peranti perubatan

• Memerlukan sambungan steril bebas pencemaran
• Menggunakan formulasi PBT gred perubatan khas

7. Masalah Biasa dan Penyelesaian

8. Trend Pembangunan Masa Depan

1. Pembangunan penyerap baru: Bahan nano penyerap lebih cekap dengan kawalan suhu lebih tepat
2. Teknologi kimpalan hibrid: Gabungan laser dengan bentuk tenaga lain
3. Kawalan pintar: Sistem pelarasan parameter masa nyata berasaskan pembelajaran mesin
4. Proses hijau: Teknologi kimpalan bersih dengan kurang bahan tambahan

9. Kesimpulan

Kimpalan laser menyediakan kaedah penyambungan yang cekap, tepat dan bersih untuk bahan PBT, amat sesuai untuk aplikasi yang memerlukan ketepatan tinggi dan hasil bebas pencemaran. Melalui pengubahsuaian bahan yang sesuai, pengoptimuman parameter proses dan kawalan kualiti, kimpalan laser PBT berkualiti tinggi boleh dicapai. Dengan perkembangan berterusan bahan dan teknologi baru, prospek aplikasi kimpalan laser dalam pemprosesan PBT akan menjadi lebih luas.