Mengimpal Plastik Dengan Bunyi

**US 3,224,916**, *Kaedah sonik untuk mengimpal bahagian termoplastik*, **Robert S. Soloff** dan Seymour G. Linsley, penerima serah hak kepada **Branson Instruments**; difailkan pada **6 Disember 1963**, No. Siri 328,500, diberikan pada **21 Disember 1965**; 8 tuntutan, kelas AS 156-73. Telah tamat tempoh. Lukisan pada halaman ini ialah helaian 1 paten itu sendiri: FIG. 1 ialah sambungan, FIG. 2 ialah tanduk, FIG. 3 ialah keratan rentas. Spesifikasi itu berkaitan dengan *mengimpal himpunan bahagian termoplastik dengan* *sumber tenaga sonik berintensiti tinggi*, dan ia jelas bahawa bahagian mesti dibawa *ke dalam sentuhan rapat*, serta kaedah itu meliputi *bahan termoplastik yang sukar dicairkan* — yang merupakan tuntutan yang menarik, kerana itulah bahan yang turut gagal dengan gam. Sekarang pergi dan cari satu. Belah sebuah himpunan acuan yang murah yang anda tidak kisah untuk musnahkan — mainan, pemegang pencukur sekali guna, badan pen, atau perumah peralatan kecil. Lihat permukaan pasangan di bawah mikroskop. Pada sambungan yang dikimpal, anda akan dapati, pada satu permukaan sahaja, **rusuk segi tiga kecil** yang mengelilingi garis sambungan — tinggi sebahagian kecil milimeter dan biasanya selebar tapaknya. Itulah pengarah tenaga. Pada bahagian yang telah dikimpal, ia akan diratakan dan leburan akan terpancut keluar ke kedua-dua sisi sebagai manik halus. Ukur rusuk itu dengan mikroskop dan angkup. Langkah 4 menunjukkan mengapa saiz itu dan bukan yang lain.

Jika anda mempunyai akses kepada mesin kimpal ultrasonik — jenis plastik, bukan logam atau bak pembersihan — jalankan ini dengan betul. Jika tidak, langkah 3 memberikan gantian bangku yang mengajar mekanisme yang sama. Cetak atau acuan dua kupon rata dengan permukaan sambungan 40 × 10 mm. Pada salah satu daripadanya, letakkan pengarah tenaga berbentuk segitiga setinggi 0.4 mm dan lebar 0.5 mm, memanjang sepanjang keseluruhan. Biarkan sepasang yang lain rata untuk perbandingan. Sediakan mesin kimpal: pelekap tegar di bawah bahagian bawah, hon rata pada bahagian atas, dan mulakan dengan masa kimpal pendek dan daya rendah. Kimpal, kemudian tarik sambungan terpisah dalam ragum dengan penimbang spring dan rekodkan daya serta **di mana ia patah**. Ubah tiga pembolehubah, satu demi satu, dan plot setiap satu: - **Masa kimpal** — terlalu pendek dan pengarah belum runtuh; terlalu lama dan leburan terperah keluar serta sambungan kekurangan bahan. - **Daya** — terlalu sedikit dan permukaan tidak kekal bersentuh sepanjang kitaran; terlalu banyak dan pengarah dihancurkan sebelum menjadi lebur, yang memusnahkan pemanasan ricih. - **Amplitud**, jika mesin anda membenarkannya. Kimpalan yang baik patah di **bahan induk** bersebelahan sambungan, bukan pada sambungan. Kupon permukaan rata kawalan hampir tidak akan bertahan langsung, dan itulah tujuan pengarah tersebut. Peralatan ultrasonik bising dengan cara yang meter bacakan sebagai sederhana — sebahagian besar kuasanya berada di luar pendengaran, tetapi subharmonik tidak. Pakai pelindung pendengaran, jauhkan jari daripada laluan hon, dan jangan sekali-kali menyentuh hon yang sedang atau telah beroperasi.

Tiga cara untuk melebur antara muka tanpa tindanan ultrasonik, setiap satu mengajar bahagian berbeza bagi idea yang sama. Lakukan ketiga-tiganya dan bandingkan patahannya. **Kimpalan putaran.** Cengkam bos silinder bercetak dalam mesin gerudi, pegang pasangannya dalam tiga-tiga di bawah, jalankan pada beberapa ratus rpm dan tekan kedua-duanya bersama. Geseran melebur antara muka dalam satu atau dua saat; hentikan gelendong dan kekalkan tekanan sementara ia membeku. Ini mekanisme yang sama seperti paten — kerja mekanikal ke dalam antara muka — dengan putaran dan bukan getaran. Ia hanya berfungsi pada sambungan bulat, dan itulah sebabnya ultrabunyi bernilai untuk dicipta. **Kimpalan pelarut.** Pada ABS atau akrilik, simen pelarut tidak melekat: ia **melarutkan** kedua-dua permukaan supaya rantai meresap silang, kemudian tersejat meninggalkan satu keping. Sapukan sedikit pada kedua-dua permukaan, tekan, kelemkan, dan biarkan jauh lebih lama daripada yang dirasakan perlu — sambungan pelarut pada satu jam hanya sebahagian kecil daripada kekuatan akhirnya. Cuba simen yang sama pada polipropilena: tiada apa berlaku, kerana tiada pelarut sepunya menyentuh poliolefin. Kegagalan itu patut dihasilkan dengan sengaja. **Kimpalan plat panas.** Tekan kedua-dua permukaan pada plat panas yang bersih pada kira-kira 30 °C di atas takat lebur sehingga manik terbentuk, tarik balik, dan tekan kedua-duanya bersama. Kasar, perlahan, dan ia menghasilkan sambungan paling kuat daripada ketiga-tiganya pada polietilena dan polipropilena — inilah cara paip plastik disambung di dalam tanah. Pecahkan kesemuanya dan periksa permukaan patahan di bawah mikroskop. Kimpalan sebenar menunjukkan polimer yang diregang dan berserabut; yang gagal menunjukkan dua permukaan licin yang tidak pernah menjadi satu. Simen pelarut mudah meruap dan selalunya berbahaya — gunakan kabinet wasap atau di luar, sarung tangan nitril, tiada sumber api. Plat panas kekal berbahaya lama selepas dimatikan.

**Atribusi.** US 3,224,916, *Kaedah sonik untuk mengimpal bahagian termoplastik*, Robert S. Soloff dan Seymour G. Linsley, penerima serahan kepada Branson Instruments; difailkan pada 6 Disember 1963, diluluskan pada 21 Disember 1965, telah tamat tempoh. Lukisan pada halaman ini ialah milik paten itu sendiri. **Mengapa ia tersebar dengan begitu pantas.** Kimpalan ultrasonik tidak memerlukan bahan habis pakai, masa pematangan, pelarut untuk dikendalikan, mahupun bahan ketiga dalam bahagian itu. Satu kitaran hanya mengambil sebahagian kecil saat, jadi ia sesuai untuk barisan pemasangan pada kelajuan acuan, dan kerana ia membiarkan bahagian itu sejuk, bahagian itu boleh dikendalikan serta-merta. Hampir setiap perumahan pengguna acuan yang tidak diikat dengan skru dikimpal dengan cara ini. **Pengarah tenaga ialah invensi sebenar.** Ultrabunyi yang dikenakan pada sambungan rata memanaskan segala-galanya sedikit dan tidak mengimpal apa-apa; langkah 4 menunjukkan sebabnya. Memberi tumpuan kepada ketegangan dalam segitiga acuan yang kecil ialah yang menukarkan masalah pemanasan meresap kepada pencairan setempat — dan ia tidak menelan kos, kerana ia dipotong ke dalam alat sekali sahaja. **Kedudukan ini berbanding anak tangga pelekat.** Gambar rajah pelekat dalam katalog berkaitan dengan penyambungan bahan *berbeza* menggunakan bahan ketiga. Pengimpalan ialah kes yang bertentangan: polimer yang sama, tiada bahan ketiga, dan sambungan itu menjadi tidak dapat dibezakan daripada bahagian tersebut. Apabila kedua-duanya mungkin, pengimpalan menang dari segi kelajuan, kekuatan dan kebolehkitaran semula; pelekat menang apabila bahan berbeza, apabila sambungan mesti menutup jurang, atau apabila bahagian tidak boleh ditekan bersama. **Had yang jujur.** Kimpalan ultrasonik hanya untuk **termoplastik sahaja** dan untuk polimer *yang sama* pada kedua-dua belah dalam hampir semua kes — polimer berbeza tidak meresap antara satu sama lain. Ia memerlukan ciri sambungan yang dibentuk dalam acuan, jadi ia mesti direka dari awal dan tidak boleh dipasang kemudian. Polimer separa-hablur seperti polipropilena dan nilon mengimpal jauh lebih sukar berbanding polimer amorfus seperti ABS, kerana tenaga digunakan untuk mencairkan hablur dan bukannya menaikkan sambungan melepasi peralihan kaca. Dan peralatannya bukan murah mahupun selamat, itulah sebabnya langkah 3 wujud.