微孔膜折叠滤芯的一种新型焊接方法及设备研发应用

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2023-03-26    环球过滤分离技术网   guolvfenlitech1
滤芯由一种高分子化学材料通过特殊粘涂工艺形成的极薄微孔滤膜，经两面加支撑层折叠，卷曲成圆筒形过滤层，与塑料内外筒及端盖焊接加固成一体。过滤时，过滤介质穿过微孔膜，介质中孔径较大的微粒被截 留，从而达到分离目的。为了尽可能减少对微孔膜高性能的影响及微观结构的改变，在过滤层与内外筒端盖密封焊接时，需要特别谨慎，也即要严格控制焊接条件，且最终以微孔膜的性能检测结果来判别滤芯密封焊接的质量。

    当前我国滤芯焊接已形成一定的规模，焊接质量也在不断的提高，但与国际品牌滤芯相比，还有相当一段距离。国内滤芯的密封焊接，一般都采用热板焊，即先把热模板加热到预定温度，再紧贴到零部件的焊接面上，经预定加热时间后，快速撤离热模板，把两加热的焊接面迅速紧贴在—起，凝固冷却即可。热板焊有一定的优点，紧贴焊接面的加热熔融时间、温度可通过普通的计时器、温度传感器随时检测、监控，参数设置通过 PLC软件可随时随处调整，且焊接过程动作快周期 短，易形成批量生产。

    但这种直接紧贴的接触式加热，极易引起粘塑现象。在塑料焊接面与热模板间虽可用耐高温的特氟龙防粘涂层隔离，但密封焊接对焊接面温度流动性的要求特别高，即熔融层的温度变动范围狭窄、表面硬化层极微，一般室温为常温22℃时，如设备的系统响应时间因机械结构的特点超过3s，焊接工艺参数将很难保证了，这就只能依赖提高模温来确保焊接面要求，膜温一升高就会降低特氟龙涂层的防粘性，导致粘塑和涂层提前老化，从而影响密封焊接的质量。

    新型单工位焊接设备主要根据滤芯密封焊接的特点，从机械硬件、集成控制软件两方面进行优化设计，彻底改变以往常规设备两侧端盖分别使用气缸推焊的方式，避开由此导致的同步性精度低、焊接速度可控性差的缺点，使机、电两者更加紧密配合 ，充分提供便捷的调试模式，确保最终调试的工艺参数能非常完美的满足焊接要求，下面分别从机械 、集成控制 、操作过程等的关键点进行说明。

    微孔膜是一层极薄的高分子膜 ，微观状态呈多孔海绵状 ，常见孔 径范围为0.1微米至10微米 ，主要特性参数泡点、流量，以泡点衡量最大孔径，以流量衡量孔的数量及分布均匀性，一般取用都需戴乳胶手套，以防止膜的损坏。如何在焊接过程中既保护过滤层少受损坏，又能非常好的密封，确保过滤过程无泄漏，就是焊接时的关键问题所在。分析焊接过程及其动作瞬间性，可知焊接密封面的塑料熔融温度、深度、流动性 以及焊接时插焊动作速度、受力大小直接关系着滤芯产品的最终性能，必须从这里想办法改善。为满足这些调试要求，首先引入特种光源，红外加热，一种非接触式、均匀辐射升温加热，使熔层的温度、深度、流动性成为可控因素。其次，选用由V型直线导轨导向，双向精密滚珠丝杠及带旋转编码器、变频器控制的电机，以便带动端盖，按预定速度、预定插入深度 ，插焊于内外筒及滤层端面，大幅度降低了因插焊时的撞击，对滤层的损伤，且两侧同步同速，保证两端焊接的一致性，为确保焊接参数的可控性提供了可靠的硬件保障。

    集成控制系统是焊接设备的核心和灵魂，主要可分为自动焊接控制系统、手动焊接控制系统、预热冷却温控系统，各部分各司其职，互相配合。自动焊接控制系统可按照事先设置的工艺参数，自动完成整个焊接过程，主要是用于成熟工艺、批量生产；手动焊接控制系统顾名思义，一点一动，随时控制动作执行，主要用在工艺参数调试阶段和焊接时能确保夹具的预热温度，凝固、冷却时能及时降温。集成控制系 统采用通俗易懂的PLC可编程控制系统设计，在自动化控制工程中，通用性强，可设计成多工位 自动化生产线，由中央控制系统统一控制管理。主要电气元件有触摸屏、旋转编码器 、变频器 、PLC可编程控制器、驱动器、输入电抗器 、控制单元等。

    整个控制系统的参数设置、修改、保存、调用方便，均可在触摸屏上直接进行，如加热时间、冷却时间、夹具预热冷却时间等。且不同产品间很可能需要不同的工艺参数组合，系统可分类保存、按需调用。前面也已提到过，焊接设备的另一重点是工艺参数的调试，每个工艺参数的微小变动，对滤芯产品的性能影响波动较大，针对不同组合的过滤层(如同一规格过滤膜不同供应商、支撑层数量、顺序变化等)，一般都有各 自的最佳工艺参数，具体的数值需要经大量的试验测试确认。如我司在确认设备性能时，进行了一系列的焊接试验、测试，发现夹具预热温度变化对端盖加热时间及熔融深度、温度影响很大，一般能承受较高温度的膜如PTFE膜、PVDF膜的焊接，可选用较低预热温度如40~50~C，承受温度较低的膜如PP膜、PES膜、N66等，选用较高预热温度焊接，如 75～85℃。涉及材料方面的变动 ，更有必要调试相应工 况参数，合适的数据主要靠试验获得.

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