熱可塑性複合材料の組み立て

新しい FLOWpoint デルタ PT スクリューは、プラスチック組立用の デルタ PT スクリューと板金組立用の FDS フロードリリングスクリューという 2 つの実績のあるファスナー設計の特性を組み合わせています。 写真提供：センブレックス株式会社

ガラス、タルク、その他の充填剤を含むプラスチックを固定するための最良のオプションは、通常、Delta PT のようなねじ山形成ネジです。 写真提供：センブレックス株式会社

ねじ付きインサートは、熱可塑性複合材を固定するためのもう 1 つのオプションです。 ただし、材料のフィラー含有量によっては、推奨穴サイズを大きくする必要がある場合があります。 写真提供：SPIROL International Corp.

超音波溶接機は、充填プラスチックを溶接する能力を十分に備えています。 実際、10 ～ 20 パーセントのフィラーは、材料をより硬くすることで実際にプロセスを助けることができます。 写真提供：Branson Ultrasonics

プラスチックとポリマー複合材料は、今日の自動車の幅広い安全部品や性能部品に不可欠です。 実際、軽自動車におけるプラスチックとポリマー複合材料の使用は、1960 年には 1 台あたり 20 ポンド未満でしたが、2015 年には 1 台あたり 334 ポンドまで増加しました。

33% のガラス繊維で強化されたナイロン 66 などの素材は、マニホールド、エンジン カバー、カーボン キャニスター、エンジン マウント、シフト レバー、ラジエーター タンクなどの無数の自動車アセンブリに使用されています。

残念なことに、プラスチック部品に強度、剛性、耐熱性を与えるフィラーにより、エンジニアは組み立てプロセスを計画する際に余分に考慮する必要があります。

プラスチック部品を溶接するには、超音波、振動、スピン、ホットプレート、赤外線、レーザーなどの多くの技術があります。 これらはすべて、ガラス繊維、タルク、マイカ、またはその他の充填剤で強化されたプラスチックを接合できます。 どの方法を使用するかはプラスチックによって異なります。 フィラーの種類と量。 部品のサイズと形状。 そして応募要項。

プロセスに関係なく、充填材料は通常、「より多くの時間、より多くの圧力、より多くのエネルギー」を必要とする、とデュケイン社の国内販売およびマーケティングマネージャーのジェイソン・バートン氏は述べています。「半結晶材料はかなり多くのエネルギーを必要とする傾向があります。」

これは、超音波溶接または振動溶接を使用する場合に問題になる可能性があります。 振幅が大きすぎると、部品の遠位領域に亀裂が入ったり、弱くなったりする可能性があります。

部品の設計は別の問題です。 フィラーを含むプラスチックを溶接する場合、接合界面の材料の量を増やすことをお勧めします。 「通常、充填材を使用した場合、未使用の材料を使用した場合よりも多くの溶接面が必要になります」と Barton 氏は言います。

エンジニアは、速度と経済性の点から、プラスチック部品の溶接には可能な限り超音波を使用することを好みます。

「私たちは常に充填プラスチックを溶接しています」と、Branson Ultrasonics のエマーソン アプリケーション開発グローバル ディレクターである Sophie Morneau 氏は言います。 「実際、10 ～ 20 パーセントのフィラーは材料をより硬くすることで超音波溶接を促進し、溶接接合部への振動の伝達を助けます。 素材が柔らかいほど振動を吸収します。」

一方、フィラーが多すぎると溶接に悪影響を与える可能性があります。 「繊維が多すぎると、溶接界面でプラスチックがうまく混合されないため、気密シールを達成することが問題になる可能性があります」と Morneau 氏は説明します。 「フィラー含有量が 30% を超えると、問題が発生し始める可能性があります。」

もう 1 つの考慮事項は、フィラー、特にガラス繊維が研磨性がある可能性があることです。 超音波ホーンには、早期の摩耗を防ぐために保護コーティングが必要な場合があります。

部品が超音波溶接するには大きすぎる、複雑すぎる、または頑丈すぎる場合、他のプロセスが優先されます。 その一つが振動溶着です。 実際、いくつかの証拠は、振動が溶接界面で繊維を絡み合わせ、それによって接合強度を高めるのに役立つ可能性があることを示唆しています。

振動溶接を使用して充填材料を接合する場合、溶接ビード (プロセス中に溶ける部品の領域) は通常よりも幅と高さを大きくする必要があると、Branson Ultrasonics の Emerson テクニカル アプリケーション マネージャーの Kevin Buckley 氏はアドバイスします。 「部品の壁の厚さが 2 ミリメートルの場合、溶接ビードは 2.5 ミリメートルにする必要があります」と彼は言います。 「肉厚と同じであれば、母材の強度の 90% が期待できます。」