不管材料是層疊還是單層的形態(tài)均可以使用激光來進(jìn)行焊接并產(chǎn)生接縫，材料形態(tài)取決于所要的外觀和設(shè)計(jì)。用于紡織品的激光焊接過程是基于Clearweld工藝，使用專門的吸收紅外光的材料而不是碳黑來定位激光能量并轉(zhuǎn)化為熱能，在接點(diǎn)熔融材料，實(shí)現(xiàn)激光傳輸焊接。在原有的狀態(tài)下，熱塑性塑料，包括人造纖維對(duì)近紅外輻射能都是透明的。為了焊接織物，近紅外激光的輻射能必須在接點(diǎn)被吸收。這通過加上紅外吸收物質(zhì)即可實(shí)現(xiàn)，加入方法可通過向整個(gè)下層織物噴灑這些物質(zhì)，或者在接點(diǎn)形成薄層。傳統(tǒng)使用的寬光譜的吸收物質(zhì)，如碳黑，在接點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生顏色，這嚴(yán)重的限制了激光傳輸焊接在一些接點(diǎn)外觀很重要的場(chǎng)合的應(yīng)用。而這在連接織物時(shí)的確是個(gè)問題。Clearweld被用于焊接干凈，有色，以及透明的塑料的，這些場(chǎng)合通常要求焊接后不可以產(chǎn)生別的不必要顏色。它是由TWI研究所發(fā)明，并且由Gentex公司實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
試驗(yàn)表明紅外吸收物質(zhì)可以直接被噴在織物表面，或者被噴到聚合物薄膜上，再把它放置在兩片織物之間。織物必須放在平臺(tái)上，或者通過復(fù)雜的三維支架來放置。對(duì)織物之間進(jìn)行初始定位后，并對(duì)激光操作系統(tǒng)進(jìn)行定位后，就不需要其他夾具了。在更加復(fù)雜的應(yīng)用中，仍然需要許多重要的工作來設(shè)計(jì)適用于各種形狀元件的可變夾具。今后還必須考慮到織物的張緊，對(duì)稱的裝飾，邊角的收皺，褶皺/褶子，以及多層織物的焊接等問題。
焊接的時(shí)候，需要對(duì)焊縫附近的織物施加壓力，加壓可以通過使用環(huán)形夾具，而夾具需避免壓住織物上覆蓋的透明薄膜。激光穿過環(huán)上的孔進(jìn)行焊接。此外，還可以利用真空平臺(tái)來向織物加壓。
利用Clearweld工藝，可以使用各種的近紅外激光器來焊接，包括了直接二極管激光器或者光纖耦合二極管激光器，它們的典型工作波長(zhǎng)為808 nm或者940nm，此外還包括Nd:YAG激光器，工作波長(zhǎng)為1064nm，以及光纖激光器，工作波長(zhǎng)在1050nm到1500nm。商業(yè)化的Clearweld吸收劑對(duì)于在800nm到1100nm波段范圍內(nèi)的焊接很有效。在940nm處的對(duì)激光輻射的吸收效率特別高。
因此，對(duì)于這項(xiàng)工作我們選擇了940nm波長(zhǎng)的直接二極管激光器，其輸出功率范圍為150到600W，光束寬度為3-10mm。
激光器使用機(jī)架或者機(jī)械手來操作（圖1）。在典型的機(jī)械手系統(tǒng)中，激光器被安裝到機(jī)械手上，在被復(fù)雜結(jié)構(gòu)支撐的織物表面進(jìn)行三維操作。如果使用的是直接二極管激光器，那么機(jī)械手上安置了整個(gè)激光器頭。如果使用光纖傳輸?shù)募す馄鳎敲礄C(jī)械手只安裝了激光器的光學(xué)裝置。如果只是要求二維的焊接那么使用平臺(tái)機(jī)架就可以了。將織物水平放置在焊接處，在待焊的區(qū)域覆蓋一張薄膜，激光器下面附加的夾具對(duì)織物加壓，或者通過平臺(tái)式真空加壓。然后，沿著平臺(tái)移動(dòng)激光器即可實(shí)現(xiàn)沿著焊接。可以預(yù)見，不久將出現(xiàn)激光焊接織物的其他可選系統(tǒng)，雖然目前這些系統(tǒng)尚未真正完成。
基于目前實(shí)際情況的調(diào)查，選擇了以下幾種織物來進(jìn)行焊接試驗(yàn)：
◆中等重量的平紡尼龍6,6，用于安全氣囊。
◆有聚氯乙烯或聚氨酯覆層的尼龍，聚酯，或者醫(yī)用棉紗。
◆聚酯，聚丙烯，纖維膠以及棉紗等等的混合物制成的帶圖案的平紡緞子，主要用于家居裝飾。
◆無紡尼龍或者聚酯，用于沙發(fā)型長(zhǎng)椅裝潢。
◆木質(zhì)壓板（有聚氯乙烯和紙箔覆層）用于沙發(fā)型長(zhǎng)椅的抽屜。
通過對(duì)超過50種織物的激光傳輸測(cè)量結(jié)果表明，添加劑和著色劑很大程度上決定了織物是否可以采用焊接。而聚合物纖維和織物的種類比較次要。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，穿透率超過10%的織物可以作為焊接中的上層。而當(dāng)激光穿透下層時(shí)，是不起作用的。
焊接速度為3-10米/分鐘，具體取決于使用的激光功率和織物類型。
對(duì)接縫的評(píng)估主要包括：基本的平滑度與/或抗形變能力，強(qiáng)度，與耐久性。此外，由于PU涂層織物將被用于防水的醫(yī)護(hù)座椅，所以還要求接縫具有防水性能。安全氣囊的性能測(cè)試是通過一系列靜壓條件下的泄漏率的測(cè)量來進(jìn)行評(píng)估的。
對(duì)于較輕的紡織材料，產(chǎn)生的接縫與原材料一樣結(jié)實(shí)。安全氣囊的尼龍?jiān)街兀瑒t它的接縫強(qiáng)度越不如材料本身或者縫合接縫的強(qiáng)度。對(duì)于大部分的熱塑性塑料結(jié)構(gòu)和薄板制品，接縫強(qiáng)度是原材料強(qiáng)度的40%-100%。這使得接縫具有裝飾應(yīng)用中所要求的強(qiáng)度及抗疲勞強(qiáng)度，特別是在接縫處更不易產(chǎn)生裂縫。在裝飾行業(yè)，不易產(chǎn)生裂縫對(duì)保持產(chǎn)品外觀很重要，但是更重要的是，這一特性為需要密封氣體或者液體的情況提供了更好的性能。
我們發(fā)現(xiàn)，接縫的強(qiáng)度與接縫的微結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系，而其微結(jié)構(gòu)正是由能量輸入來控制的。能量太小的話，無法熔融足夠材料，得到的接縫很差。而能量太大的話，織物本身也被熔融了，在接縫邊上產(chǎn)生了一條有缺陷的區(qū)域，從而降低了強(qiáng)度。正確的能量輸入可以得到熔融控制得很好的織物，既能得到最大的接縫強(qiáng)度，又可以有很好的外觀。圖2顯示的是一種令人滿意的焊接微結(jié)構(gòu)。
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