초음파 용착의 원리

초음파 용착의 원리

초음파의 진동이 처음 가해지면 용착 면의 미세한 표면 기복이 매우 빠르게 발열이 됩니다. 이 표면 기복의 돌출된 부분이 다른 곳보다 응력이 집중되어 큰 변형률과 진동에너지의 대부분을 소모하게 되어 용착 부위의 돌출 부분이 용융이 되고 그 외 부분으로의 흐름이 발생하게 되지요.!

 

이 순간 용착 면 전체에 용융 층이 얇게 형성되고, 초음파의 계속적인 진동으로 짧은 시간의 확산이 이루어져 플라스틱 중합체에서 결합하고 남은 가원자들이 상대편 가원자들과 분자 1차 결합을 이루어 용착이 되는 겁니다!

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여기에서 용착을 크게 3단계로 나누어 보면

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1) 표면의 재배열 : 표면의 기복에 응력이 집중되어 그 부분에서 용융이 일어나 표면 기복의 높이가 낮아

지는 상태.

 

2) 젖음 : 표면 기복에서 용융되 변형된 부분이 용착 부위 전체에 걸쳐 넓게 퍼지는 상태.

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3) 사슬의 결합 : 용착 면 전체에 얇게 용융층이 형성되었을 때 초음파 진동과 가압력에 의해 플라스틱 사

슬결합 중합체가 확산되어 분자 1차 결합을 이루는 상태.

 

이는 용착 조건의 중요한 인자인 가압력(P), 용착 시간(T), 진폭(A)은 위의 용착 3단계에 영향을 주어 용착 강도에 영향을 줍니다. 이를 자세히 설명해 보면 초음파 출력(W)은

"초음파 출력 (W) = 진폭 (A) × 가압력 (P) × 용착 시간 (T)"

으로 표현되고 각 인자는 다음과 같이 설명할 수 있어요.

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*가압력 : 초기의 온도 상승과 용융된 중합체의 흐름에 영향을 미쳐 고압일수록 용융물의 흐름을 배가 시

키고 사슬의 혼합을 가속화시키며 용융된 용착 표면을 밀착시켜 용착 강도를 증가시켜요.

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*용착 시간 : 충분히 용착 표면에 용융 층이 형성되면 용착 강도가 향상되므로 충분한 용착 시간이 필요합

니다.

그러나 가압력이나 용착 시간이 너무 과하면 용융층의 흐름이 너무 과도하게 되어 용착 표

면과 수직으로 되어야 할 중합체 사슬의 배열이 용착 면과 평행한 배열이 발생되어 용착 강도

를 낮춥니다.

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*진폭 : 진폭이 높을수록 표면 기복의 응력집중이 증가되어 초기 온도 상승 및 용융을 빠르게 이루어지게

합니다.

또한 수지에 따른 초음파진동의 손실률이 다르므로 재료에 따라 적절한 진폭의 선택이 필요해요.

예를 들어 ABS는 최소 15㎛ (0－P)의 진폭이 필요하고 나일론은 최소 35㎛ (0－P)의 진폭 이 있

어야 용착이 가능하답니다.

프라스틱 사출물