Сварка нагретым инструментом, нагретым газом, с применением инфракрасного излучения, с помощью растворителей. Высокочастотная, ультразвуковая, лазерная сварка. Химическая сварка термопластов, отвержденных реактопластов. Термоконтакная сварка полимеров.
Аннотация к работе
Соединение термопластичных полимерных материалов между собой при сборке из них конструкций может осуществляться механическим путем с помощью болтов, заклепок и других крепежных элементов, путем склеивания с использованием различных клеевых составов, а также с помощью сварки [1, 2]. Из всех перечисленных методов только при сварке отсутствует необходимость введения в зону соединения инородных материалов и представляется возможным получить в этой зоне связи, характерные для исходного материала, а, следовательно, максимально приблизить соединение к исходному материалу по механическим свойствам, газопроницаемости, диэлектрическим характеристикам и другим свойствам [3]. Сварке отдают предпочтение перед другими методами создания неразъемного соединения в тех случаях, когда: 1) свариваемые детали состоят из одного полимера или полимеров, близких по плотности энергии когезии; 2) недопустимо присутствие крепежных элементов; 3) требуется большая производительность процесса [2]. Поскольку сварка осуществляется в тот момент, когда поверхности стыкуемых деталей находятся в расплавленном состоянии, возможность пластикации является важным критерием свариваемости полимера. Поэтому изза значительной молекулярной массы и особенностей структуры такие полимеры, как, например, политетрафторэтилен (ПТФЭ), литой ПММА, ПЭ, обладающий очень высокой молекулярной массой, пластифицируются с большим трудом, что технически исключает или существенно затрудняет их сваривание.Существует несколько разновидностей диффузионной сварки: нагретым инструментом, нагретым газом, инфракрасным (ИК) излучением, токами высокой частоты (ТВЧ), трением, ультразвуком и другие. Применяют сварку в присутствии растворителя свариваемого полимера. Основные технологические параметры сварки - температура (Тн), время нагрева (тн), давление прижатия свариваемых поверхностей (Р), а также время охлаждения сварного шва под давлением. При условии получения качественного сварного соединения можно составить рабочую карту оптимального соотношения тн и Тн при постоянном давлении Р (рис. Для высоковязких полимеров характерна замедленная диффузия макромолекул, поэтому высокое давление способствует лучшему контакту свариваемых поверхностей и диффузии сегментов полимера, но чрезмерно высокое давление приводит к сильному утонению сварного шва [5].При сварке по этому способу свариваемые детали нагреваются при контакте с металлическими инструментами, а затем спрессовываются и охлаждаются под давлением. Детали прогреваются с одной или с двух сторон за счет контакта с нагретым инструментом. Для устранения прилипания расплава к инструменту применяют разделительные прокладки из фторопласта-4, полиимида, целлофана. Свариваемые пленки зажимаются с двух сторон двумя бесконечными движущимися лентами 2, попадают в зону нагрева 3 и с помощью прижимных роликов под давлением Р образуют сварной шов. Сварку осуществляют под давлением.По этому способу соединяемые поверхности полимерных деталей нагревают струей разогретого газа (воздуха, азота и др.) и приводят в контакт при отсутствии или наличии присадочного материала, нагретого этим же газом [5]. С применением присадочного материала сваривают детали из ПЭ, ПП, ПВХ, ПС, ПММА и др. В присадочный материал может добавляться небольшое количество пластификатора [3-10 % (мас.)], чтобы снизить вязкость расплава. Рисунок 1.4 - Схема сварки нагретым газом с применением присадочного материала: Схема сварки горячим газом с применением присадочного материала показана на рис. Это может происходить изза недостаточного прогрева свариваемых поверхностей деталей, изза термоокислительных процессов в присадочном материале, а также несоблюдения технологических режимов сварки и небольшого давления Р.ВЧ-сварке подвергают материалы, имеющие коэффициент диэлектрических потерь ?" > 0,01 [9]. Основан способ на известном физическом явлении взаимодействия токов высокой частоты (ТВЧ) с диполями молекул. Дипольная молекула в переменном электрическом поле ориентируется по направлению поля. Энергия поля диссипируется в полимере за счет внутреннего трения колеблющихся диполей.Ультразвуковая сварка [5, 8, 9] основана на преобразовании энергии механических высокочастотных колебаний (15-50 КГЦ) в тепловую энергию. В связи с быстротой нагрева в зоне образования шва происходят минимальные изменения структуры полимера. Благодаря этому при УЗ-сварке двухосно-ориентированных пленок из ПЭТФ, ПП и др. удается сохранить ориентацию материала в шве. Сварка происходит в момент подачи ТВЧ на обмотку вибратора (излучатель УЗ 1). 1 - излучатель УЗ; 2 - волновод; 3 - сварочный инструмент; 4 - свариваемые материалы; 5 - отражатель; Р - давление сварки; стрелками показано направление высокочастотных механических колебанийСварка трением [4, 5] основана на нагреве контактирующих поверхностей термопластов в результате превращения механической энергии трения в тепловую. Низкая теплопроводность пластмасс локализует и сохраняет тепло в зоне трущихся поверхностей, где и образуется сварной шов. С
План
Содержание
Введение
1. Сварка полимеров. Виды сварки
1.1 Диффузионная сварка
1.1.1 Сварка нагретым инструментом
1.1.2 Сварка нагретым газом
1.1.3 Сварка с применением инфракрасного (ИК) излучения
Соединение термопластичных полимерных материалов между собой при сборке из них конструкций может осуществляться механическим путем с помощью болтов, заклепок и других крепежных элементов, путем склеивания с использованием различных клеевых составов, а также с помощью сварки [1, 2].
Из всех перечисленных методов только при сварке отсутствует необходимость введения в зону соединения инородных материалов и представляется возможным получить в этой зоне связи, характерные для исходного материала, а, следовательно, максимально приблизить соединение к исходному материалу по механическим свойствам, газопроницаемости, диэлектрическим характеристикам и другим свойствам [3].
Сварка - это способ создания неразъемных соединений пластмассовых деталей в целях образования более сложных конструкций [1].
Сварке отдают предпочтение перед другими методами создания неразъемного соединения в тех случаях, когда: 1) свариваемые детали состоят из одного полимера или полимеров, близких по плотности энергии когезии; 2) недопустимо присутствие крепежных элементов; 3) требуется большая производительность процесса [2].
Теоретически сварку воспринимают все термопластические полимеры, однако возможность технического выполнения этой операции в основном определяется структурой и молекулярной массой материала. Поскольку сварка осуществляется в тот момент, когда поверхности стыкуемых деталей находятся в расплавленном состоянии, возможность пластикации является важным критерием свариваемости полимера. Поэтому изза значительной молекулярной массы и особенностей структуры такие полимеры, как, например, политетрафторэтилен (ПТФЭ), литой ПММА, ПЭ, обладающий очень высокой молекулярной массой, пластифицируются с большим трудом, что технически исключает или существенно затрудняет их сваривание.
Из условия, что поверхности соединяемых деталей должны находиться преимущественно в состоянии расплава, вытекает еще одно ограничение - между собой могут быть сварены только те полимеры, которые переводятся в расплавленное состояние в одинаковых условиях. Такому условию, за небольшим исключением, соответствуют только одинаковые термопласты или же (в случае ПЭ) только те его типы, которые обладают одинаковым индексом расплава (показатель текучести расплава).
Обычно прочность сварных изделий составляет 30-60 % от прочности соединяемых деталей. Если же параметры сварки выбраны неправильно, то потери прочности еще больше [2].
Выбор технологических параметров сварки зависит в первую очередь от типа свариваемого материала и его толщины, а также от типа применяемого инструмента.
Естественно, что наряду с общими правилами, при сварке полимеров необходимо соблюдать также и некоторые условия, связанные со специфическими особенностями материалов. Для перевода в пластическое состояние необходима определенная температура (температура сваривания), а для обеспечения плотного соединения - определенное усилие (усилие сваривания). Кроме того, учитывая плохую теплопроводность полимеров, температуру сваривания необходимо поддерживать определенное время (время воздействия температуры), чтобы прогрев стыкуемых изделий состоялся до достаточной глубины. Понятие «время воздействия температуры» в непрерывных процессах сварки заменяется на понятие «скорости сварки» [4].
Таким образом, такие параметры сварки, как давление, температура и время воздействия температуры (скорость сварки) должны быть правильно согласованы друг с другом и соответствовать свойствам свариваемых полимеров.