Soudure plastique : la soudure des matières plastiques semi-finies est décrite dans la norme ISO 472 comme un procédé d'assemblage de surfaces ramollies de matériaux, généralement à l'aide de chaleur (à l'exception du soudage par solvant). La soudure des thermoplastiques s'effectue en trois étapes séquentielles, à savoir la préparation de surface, l'application de chaleur et de pression et le refroidissement. De nombreuses méthodes de soudage ont été développées pour l'assemblage de matières plastiques semi-finies. Sur la base du mécanisme de génération de chaleur à l'interface de soudage, les méthodes de soudage des thermoplastiques peuvent être classées en méthodes de chauffage externe et interne, comme le montre la figure D'autre part, la production d'une soudure de bonne qualité peut non seulement dépendre des méthodes de soudage, mais aussisoudabilitédes matériaux de base. Par conséquent, l'évaluation desoudabilitéest d'une importance cruciale avant l'opération de soudage (voirSoudabilité rhéologique) pour les plastiques.
Soudure au gaz chaud
Le soudage au gaz chaud, également appelé soudage à l'air chaud, est une technique de soudage des plastiques utilisant la chaleur. Un pistolet thermique spécialement conçu, appelé soudeuse à air chaud, produit un jet d'air chaud qui ramollit à la fois les pièces à assembler et une baguette de remplissage en plastique, qui doivent toutes être constituées du même plastique ou d'un plastique très similaire. (SoudageChlorure de polyvinyleàacryliqueest une exception à cette règle.)
Le soudage à air chaud/gaz est une technique de fabrication courante pour la fabrication de petits articles tels queréservoirs chimiques, réservoirs d'eau, échangeurs de chaleur, etraccords de plomberie.
Dans le cas dtoilesetfilmsune tige de remplissage ne peut pas être utilisée. Deux feuilles de plastique sont chauffées via un gaz chaud (ou unélément chauffant) puis enroulés ensemble. Il s'agit d'un procédé de soudage rapide et pouvant être réalisé en continu.
Baguette de soudure
Une baguette de soudure en plastique, également connue sous le nom de baguette de soudure thermoplastique, est une baguette à section circulaire ou triangulaire utilisée pour lier deux pièces de plastique ensemble. Elles sont disponibles dans une large gamme de couleurs pour correspondre à la couleur du matériau de base. La baguette de soudure en plastique enroulée est connue sous le nom de « cannelure ».
Un aspect important de la conception et de la fabrication des baguettes de soudage en plastique est laporositédu matériau. Une porosité élevée entraînera la formation de bulles d'air (appelées vides) dans les baguettes, ce qui diminuera la qualité de la soudure. Les baguettes de soudure en plastique de la plus haute qualité sont donc celles à porosité nulle, dites sans vide.
Le thermoscellage est le processus de scellage d'un thermoplastique à un autre thermoplastique similaire en utilisant la chaleur et la pression. La méthode de thermoscellage par contact direct utilise une matrice ou une barre de scellage constamment chauffée pour appliquer de la chaleur à une zone ou un chemin de contact spécifique afin de sceller ou de souder les thermoplastiques ensemble. Le thermoscellage est utilisé pour de nombreuses applications, notamment les connecteurs thermoscellables, les adhésifs activés thermiquement et le scellage de films ou de feuilles. Applications courantes du processus de thermoscellage : Les connecteurs thermoscellables sont utilisés pour joindre des écrans LCD à desPCBdans de nombreux produits électroniques grand public, ainsi que dans les appareils médicaux et de télécommunication. Le thermoscellage de produits avec des adhésifs thermiques est utilisé pour maintenir des écrans d'affichage transparents sur des produits électroniques grand public et pour d'autres assemblages ou dispositifs thermoplastiques scellés où le thermoscellage ou le soudage par ultrasons n'est pas une option en raison des exigences de conception des pièces ou d'autres considérations d'assemblage. Le thermoscellage est également utilisé dans la fabrication de films de test sanguin et de supports filtrants pour le sang, les virus et de nombreux autres dispositifs de bandelettes de test utilisés dans le domaine médical aujourd'hui. Les feuilles et films stratifiés sont souvent thermoscellés sur le dessus des plateaux médicaux thermoplastiques, des plaques de microtitration (micropuits), des bouteilles et des conteneurs pour sceller et/ou empêcher la contamination des dispositifs de test médicaux, des plateaux de collecte d'échantillons et des conteneurs utilisés pour les produits alimentaires. Les industries médicales et alimentaires fabriquent des sacs ou des conteneurs flexibles utilisant le thermoscellage pour le soudage du périmètre du matériau plastique des sacs et/ou pour sceller les ports et les tubes dans les sacs. Une variété dethermoscelleusessont disponibles pour joindre des matériaux thermoplastiques tels quefilms plastiques:Soudeuse à barre chaude, scelleuse à impulsion, etc.
Soudure à main levée
Avec le soudage à main levée, le jet d'air chaud (ou de gaz inerte) du soudeur est projeté sur la zone de soudure et sur la pointe de la baguette de soudure en même temps. Au fur et à mesure que la baguette se ramollit, elle est poussée dans le joint et fusionne avec les pièces. Ce procédé est plus lent que la plupart des autres, mais il peut être utilisé dans presque toutes les situations.
Soudage à pointe rapide
Avec le soudage rapide, le soudeur plastique, semblable à un fer à souder en apparence et en puissance, est équipé d'un tube d'alimentation pour la baguette de soudure en plastique. La pointe rapide chauffe la baguette et le substrat, tout en pressant simultanément la baguette de soudure fondue en position. Un cordon de plastique ramolli est déposé dans le joint, et les pièces et la baguette de soudure fusionnent. Avec certains types de plastique tels que le polypropylène, la baguette de soudure fondue doit être « mélangée » au matériau de base semi-fondu en cours de fabrication ou de réparation. Ces techniques de soudage ont été améliorées au fil du temps et sont utilisées depuis plus de 50 ans par les fabricants et réparateurs de plastique professionnels du monde entier. La méthode de soudage à pointe rapide est une technique de soudage beaucoup plus rapide et, avec de la pratique, peut être utilisée dans les coins étroits. Une version du « pistolet » à pointe rapide est essentiellement un fer à souder avec une pointe large et plate qui peut être utilisée pour faire fondre le joint de soudure et le matériau de remplissage afin de créer une liaison.
Soudure par extrusion
Le soudage par extrusion permet d'appliquer des soudures plus grosses en une seule passe. C'est la technique préférée pour assembler des matériaux de plus de 6 mm d'épaisseur. La baguette de soudure est tirée dans une extrudeuse plastique portative miniature, plastifiée et expulsée de l'extrudeuse contre les pièces à assembler, qui sont ramollies par un jet d'air chaud pour permettre le collage.
Soudure par contact
C'est la même chose quesoudage par pointssauf que la chaleur est fournie avecconduction thermiquedes pointes de pincement au lieu de la conduction électrique. Deux pièces en plastique sont rapprochées là où des pointes chauffées les pincent, les faisant fondre et joignant les pièces dans le processus.
Soudure à la plaque chauffante
Apparentée au soudage par contact, cette technique permet de souder des pièces de grandes dimensions ou des pièces présentant une géométrie de joint de soudure complexe. Les deux pièces à souder sont placées dans l'outillage fixé aux deux plateaux opposés d'une presse. Une plaque chauffante, dont la forme correspond à la géométrie du joint de soudure des pièces à souder, est déplacée en position entre les deux pièces. Les deux plateaux opposés déplacent les pièces en contact avec la plaque chauffante jusqu'à ce que la chaleur ramollisse les interfaces jusqu'au point de fusion du plastique. Lorsque cette condition est atteinte, la plaque chauffante est retirée et les pièces sont pressées ensemble et maintenues jusqu'à ce que le joint de soudure refroidisse et se solidifie à nouveau pour créer une liaison permanente.
L'équipement de soudage à plaque chauffante est généralement contrôlé pneumatiquement, hydrauliquement ou électriquement avec des servomoteurs.
Ce procédé est utilisé pour souder des composants automobiles sous le capot, des composants de garniture intérieure automobile, des dispositifs de filtration médicale, des composants d'appareils grand public et d'autres composants intérieurs de voiture.
Soudure haute fréquence
Certains plastiques avec des dipôles chimiques, comme le PVC,polyamides(PA) etacétatesLe soudage à haute fréquence peut être chauffé par des ondes électromagnétiques à haute fréquence. Le soudage à haute fréquence utilise cette propriété pour ramollir les plastiques à assembler. Le chauffage peut être localisé et le processus peut être continu. Également connu sous le nom de scellage diélectrique, scellage thermique RF (radiofréquence).
Radiofréquencele soudage est unetechnologie maturequi existe depuis les années 1940. Deux pièces de matériau sont placées sur une presse à table qui applique une pression sur les deux surfaces. Des matrices sont utilisées pour diriger le processus de soudage. Lorsque la presse se rapproche, des ondes à haute fréquence (généralement27,120 MHz) passent à travers la petite zone entre la matrice et la table où la soudure a lieu. Ce champ à haute fréquence (radiofréquence) provoque le déplacement et la surchauffe des molécules de certains matériaux, et la combinaison de cette chaleur sous pression fait que la soudure prend la forme de la matrice. Le soudage RF est rapide. Ce type de soudage est utilisé pour connecter des films polymères utilisés dans diverses industries où une étanchéité solide et constante est requise. Dans l'industrie des tissus, la RF est le plus souvent utilisée pour souder le PVC etpolyuréthaneTissus enduits de (PU). Il s'agit d'une méthode de soudage très cohérente.
Les matériaux les plus couramment utilisés dans le soudage RF sont le PVC et le polyuréthane. Il est également possible de souder d'autres polymères tels que le nylon, le PET, le PEVA, l'EVA et certains plastiques ABS. Soyez prudent lorsque vous soudez de l'uréthane, car il est connu pour dégager des gaz de cyanure lors de la fusion.
Soudure par induction
Lorsqu'un isolant électrique, comme un plastique, est intégré à un matériau à haute conductivité électrique, comme des métaux ou des fibres de carbone, le soudage par induction peut être effectué. L'appareil de soudage contient une bobine d'induction alimentée par un courant électrique à radiofréquence. Cela génère un champ électromagnétique qui agit sur une pièce conductrice d'électricité ou ferromagnétique. Dans une pièce conductrice d'électricité, le principal effet de chauffage est le chauffage résistif, qui est dû à des courants induits appeléscourants de FoucaultLe soudage par induction de matériaux thermoplastiques renforcés de fibres de carbone est une technologie couramment utilisée, par exemple, dans l'industrie aérospatiale.
Dans une pièce ferromagnétique, les plastiques peuvent êtresoudé par inductionen les formulant avec des composés métalliques ou ferromagnétiques, appelés suscepteurs. Ces suscepteurs absorbent l'énergie électromagnétique d'une bobine d'induction, deviennent chauds et perdent leur énergie thermique vers le matériau environnant par conduction thermique.
Soudure par injection
Le soudage par injection est similaire/identique au soudage par extrusion, sauf qu'en utilisant certaines pointes sur le soudeur portatif, on peut insérer la pointe dans des trous de défauts de plastique de différentes tailles et les boucher de l'intérieur vers l'extérieur. L'avantage est qu'aucun accès n'est nécessaire à l'arrière du trou défectueux. L'alternative est un patch, sauf que le patch ne peut pas être poncé au ras du plastique environnant d'origine à la même épaisseur. Le PE et le PP sont les plus adaptés à ce type de processus. Le Drader injectiweld est un exemple de ce type d'outil.
Soudure par ultrasons
Dans le soudage par ultrasons, des vibrations de faible amplitude et à haute fréquence (de 15 kHz à 40 kHz) sont utilisées pour créer de la chaleur par frottement entre les matériaux à assembler. L'interface des deux pièces est spécialement conçue pour concentrer l'énergie afin d'obtenir une résistance de soudure maximale. Les ultrasons peuvent être utilisés sur presque tous les matériaux plastiques. Il s'agit de la technologie de thermoscellage la plus rapide disponible.
Soudure par friction
Lors du soudage par friction, les deux pièces à assembler sont frottées l'une contre l'autre à une fréquence plus basse (généralement 100–300 Hz) et une amplitude plus élevée (généralement 1 à 2 mm (0,039 à 0,079 po)) que lors du soudage par ultrasons. Le frottement provoqué par le mouvement combiné à la pression de serrage entre les deux pièces crée la chaleur qui commence à faire fondre les zones de contact entre les deux pièces. À ce stade, les matériaux plastifiés commencent à former des couches qui s'entrelacent les unes avec les autres, ce qui permet d'obtenir une soudure solide. Une fois le mouvement de vibration terminé, les pièces restent maintenues ensemble jusqu'à ce que le joint de soudure refroidisse et que le plastique fondu se resolidifie. Le mouvement de frottement peut être linéaire ou orbital, et la conception du joint des deux pièces doit permettre ce mouvement.
Soudure par rotation
Le soudage par rotation est une forme particulière de soudage par friction. Avec ce procédé, un composant avec un joint de soudure rond est maintenu immobile, tandis qu'un composant d'accouplement tourne à grande vitesse et est pressé contre le composant immobile. Le frottement rotatif entre les deux composants génère de la chaleur. Une fois que les surfaces de jonction atteignent un état semi-fondu, le composant en rotation est arrêté brusquement. La force exercée sur les deux composants est maintenue jusqu'à ce que le joint de soudure refroidisse et se solidifie à nouveau. Il s'agit d'une manière courante de produire des roues en plastique à faible et moyenne résistance, par exemple pour les jouets, les chariots de supermarché, les poubelles de recyclage, etc. Ce procédé est également utilisé pour souder diverses ouvertures de port dans les composants sous le capot des automobiles.
Soudure au laser
Cette technique nécessite qu'une partie transmette le faisceau laser et que l'autre partie absorbe le faisceau ou qu'un revêtement à l'interface absorbe le faisceau. Les deux parties sont mises sous pression pendant que le faisceau laser se déplace le long de la ligne de jonction. Le faisceau traverse la première partie et est absorbé par l'autre partie ou par le revêtement pour générer suffisamment de chaleur pour ramollir l'interface et créer une soudure permanente.
Les lasers à diodes semi-conductrices sont généralement utilisés pour le soudage des plastiques. Des longueurs d'onde comprises entre 808 et 980 nm peuvent être utilisées pour assembler diverses combinaisons de matières plastiques. Des niveaux de puissance allant de moins de 1 W à 100 W sont nécessaires en fonction des matériaux, de l'épaisseur et de la vitesse de traitement souhaitée. Les systèmes laser à diodes présentent les avantages suivants pour l'assemblage de matières plastiques :
Plus propre que le collage
Pas de micro-buses susceptibles de se boucher
Aucun liquide ou vapeur ne peut affecter la finition de la surface
Aucun consommable
Débit plus élevé
Peut accéder à une pièce dans une géométrie difficile
Niveau élevé de contrôle des processus
Les exigences relatives aux joints à haute résistance comprennent :
Transmission adéquate à travers la couche supérieure
Absorption par la couche inférieure
Compatibilité des matériaux – mouillage
Bonne conception des joints – pression de serrage, surface de joint
Densité de puissance plus faible
Voici une liste d'exemples de matériaux qui peuvent être joints :
Les applications spécifiques comprennent l'étanchéité/le soudage/l'assemblage de : sacs de cathéter, conteneurs médicaux, clés de télécommande d'automobile, boîtiers de stimulateurs cardiaques, joints inviolables de seringues, assemblages de phares ou de feux arrière, boîtiers de pompe et pièces de téléphone portable.
Soudure plastique au laser transparente
La nouvelle technologie laser à fibre permet d'obtenir des longueurs d'onde laser plus élevées, avec des résultats généralement meilleurs autour de 2 000 nm, ce qui est nettement supérieur à la moyenne des lasers à diode de 808 à 1 064 nm utilisés pour le soudage laser traditionnel des plastiques. Étant donné que ces longueurs d'onde plus élevées sont plus facilement absorbées par les thermoplastiques que le rayonnement infrarouge du soudage plastique traditionnel, il est possible de souder deux polymères transparents sans aucun colorant ni additif absorbant. Les applications courantes se situent principalement dans l'industrie médicale pour des dispositifs tels que les cathéters et les dispositifs microfluidiques. L'utilisation intensive de plastiques transparents, en particulier de polymères flexibles comme le TPU, le TPE et le PVC, dans l'industrie des dispositifs médicaux fait du soudage laser transparent une solution naturelle. De plus, le processus ne nécessite aucun additif ou colorant absorbant le laser, ce qui facilite considérablement les tests et le respect des exigences de biocompatibilité.
Soudure au solvant
Lors du soudage par solvant, un solvant est appliqué qui peut dissoudre temporairement le polymère à température ambiante. Lorsque cela se produit, les chaînes de polymère sont libres de se déplacer dans le liquide et peuvent se mélanger à d'autres chaînes dissoutes de la même manière dans l'autre composant. Si le temps le permet, le solvant pénètre dans le polymère et dans l'environnement, de sorte que les chaînes perdent leur mobilité. Il en résulte une masse solide de chaînes de polymère enchevêtrées qui constitue une soudure par solvant.
Cette technique est couramment utilisée pour assembler des tuyaux en PVC et en ABS, comme dans la plomberie domestique. Le « collage » de modèles en plastique (polycarbonate, polystyrène ou ABS) est également un procédé de soudage par solvant.
Dichlorométhane(chlorure de méthylène), qui est disponible dans les décapants pour peinture, peut souder au solvant le polycarbonate et le polyméthacrylate de méthyle. Le dichlorométhane soude chimiquement certains plastiques ; par exemple, il est utilisé pour sceller le boîtier des compteurs électriques. C'est également un composant – avectétrahydrofurane– du solvant utilisé pour souder la plomberie.
