Город:
Технология сварки пластика и полимеров
Сварка пластика и других полимерных материалов — один из методов создания неразъемного соединения элементов конструкции, в результате чего между соединяемыми поверхностями исчезает граница раздела, превращаясь в размытый переходный слой. Предварительно нагретые струей разогретого газа соединяемые поверхности пластика приводят в контакт с нагретым присадочным материалом или друг с другом.
Способы сварки полимеров и пластмасс:
1) Сварка пластика нагретым инструментом. В результате контакта с металлическими брусками, лентами, дисками, пластинками или с др. инструментом соединяемые детали нагреваются, затем спрессовываются и охлаждаются. Инструментом может быть нагрета как внешняя поверхность деталей, так и сами соединяемые поверхности. В первом случае различают контактно-тепловую сварку прессованием (детали нагревают и спрессовывают одновременно) и термоимпульсную сварку. Контактно-тепловую сварку используют в мелкосерийном производстве, при ремонтных работах, а также при сварке фторопласта-4 (в промышленных условиях этот полимер сваривают только таким методом). Термоимпульсная сварка применяется для соединения пленок, обычно полиолефиновых, толщиной 20—250 мкм. Сварку можно проводить внахлестку или в торец; нахлесточные швы имеют более высокую прочность при растяжении.
2) Диффузионная сварка полимеров. Основные параметры диффузионной тепловой сварки — температура нагрева материала, продолжительность и давление контакта. Необходимо добиться молекулярного контакта по всей поверхности соединения, тогда можно считать сварку завершенной. При сварке деталей из аморфно-кристаллических полимеров с низкой молярной массой или при использовании присадочного материала сварное соединение образуется при низких давлениях практически мгновенно после разогрева шва до температуры сварки.
3) Сварка пластика нагретым присадочным материалом. Присадочный материал поступает из нагревательного устройства в зону соединения, где сплавляется с контактирующими с ним поверхностями, отдавая при этом им часть тепла. Для получения нахлесточного или прямолинейного стыкового шва на изделиях большой протяженности обычно используют экструдируемый присадочный материал. При получении коротких стыковых швов с У-образной разделкой кромок (например, при футеровке резервуаров), применяют портативное переносное оборудование типа экструзионного пистолета или так называемого экструдера. Предварительный подогрев соединяемых поверхностей способствует ускорению сварки и повышению качества швов.
4) Высокочастотная сварка пластика. Способ основан на диэлектрическом нагреве приведенных в контакт свариваемых материалов. Сварка возможна с применением присадочного материала и без него. Достоинства способа связаны с особенностями диэлектрического нагрева: высокой скоростью, равномерностью, возможностью избирательного подвода тепла.
5) Ультразвуковая сварка полимерных материалов. Способ сварки основан на нагреве соединяемых поверхностей в результате превращения энергии механических ультразвуковых колебаний с частотой 15—50 кгц в тепловую. При ультразвуковой сварке детали можно сваривать в отдельных точках (точечная сварка), одновременно по всему контуру шва (контурная сварка), а также при шаговом или непрерывном перемещении материала или инструмента.
6) Сварка трением. Детали нагреваются в результате выделения теплоты от трения. По способу создания трения различают сварку вращением, инерционную сварку и сварку вибротрением.
Сваркой вращением соединяют стержни и трубы, а также присоединяют цилиндрические детали к плоским и фасонным.Основным достоинством этого способа является высокая скорость образования шва. Прочность соединений близка к прочности свариваемого материала. Установки для сварки вращением изготовляют на базе токарных или сверлильных станков.
Инерционная сварка происходит при вращении деталей за счет энергии, запасаемой вращающимся маховиком (его масса составляет 1—2 кг на 1 см2 свариваемой поверхности).
Сварка вибротрением осуществляется в результате прямо- или криволинейных колебаний одной летали относительно другой при их плотном контакте. Продолжительность сварки, не зависящая от толщины детали, — несколько секунд.
7) Сварка пластика с применением ИК-излучения. Этот способ сварки основан на нагреве соединяемых поверхностей в результате передачи полимерному материалу энергии от источника ифракрансых лучей.
8) Лазерная сварка пластика. Луч лазера, сфокусированный в пятно диаметром около 1 мм, направляется перпендикулярно свариваемому пакету. Для сварки пригодны СО2-лазеры, создающие практически непрерывное излучение, которое хорошо поглощается полимерами, и обеспечивающие непрерывный процесс сварки. Лазерная сварка особенно пригодна для пленок толщиной 12—500 мкм.
9) Сварка пластика и полимеров с помощью растворителей. Применим в случаях, когда тепловая сварка может нарушить форму и изменить размеры деталей, а также в мелкосерийном производстве и при необходимости соединения прозрачных термопластов (полиакрилатов, поликарбоната, полистирола), сварные швы которых должны иметь не только достаточно высокую прочность, но и хороший внешний вид.
10) Химическая сварка пластика. Тепло, необходимое для химической сварки, наиболее целесообразно генерировать высокочастотным полем или ультразвуком. Высокая скорость и локальность нагрева исключают возникновения в материале нежелательных побочных процессов (напр., деструкция). В принципе технология сварки не отличается от технологии высокочастотной или ультразвуковой диффузионной сварки. Выбор условий сварки определяется химической природой полимера.
