Сварка полимерных материалов

Изготовление пластмассовых конструкций менее трудо- и энергоёмко, легко перерабатывается в изделие различными способами, приобретая нужный цвет, фактуру и не требующее механической обработки.

Пластмассы во многих случаях заменяют металл, бетон, дерево - при этом:

• Уменьшается масса изделия;
• Снижаются транспортные расходы.

Общие понятия о полимерах

Полимеры это высокомолекулярные вещества, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся малых структурных элементов - звеньев, являющихся мономерами.

Пластмассы - это материалы, состоящие из полимеров и определённых добавок.

Добавки могут иметь полимерную и мономерную природу, и могут находиться в газообразном, жидком и твёрдом состояниях.

Виды добавок и их назначение:

Стабилизаторы:

• термостаты;
• антиоксиданты.

Пластификаторы:

• улучшают технологические и эксплуатационные свойства полимеров.

Наполнители:

• способствуют увеличению прочности, улучшению диэлектрических свойств, уменьшению расхода полимера.

Физические состояния полимеров:

• стеклообразное;
• высокоэластичное;
• вязкотекучее.

Переход из одного состояния в другое совершается в некотором диапазоне температур.

Средняя температура диапазона называется температурой перехода.

Температура стеклования [Т_c] это температура перехода из эластичного состояния в стеклообразное.

Температура текучести [Т_т] это температура перехода из эластичного состояния в вязкотекучее.

Выше Т_т происходит "истинное течение полимера"

При температуре разрушения полимера (температура деструкции) [Т_p] (Т_p>>Т_т) происходит реакция обратная реакции полимеризации.

Сущность процесса сварки полимеров:

а) 1 - Контакт, 2 - Нагрев;

б) 1 - Нагрев, 2 - Контакт;

в) Контакт и нагрев одновременно.

Последовательность образования соединения:

1. Подвод тепла и преобразование энергии, осуществляющей активацию поверхности:

• газом;
• нагретым инструментом;
• нагретым присадочным материалом;
• индукционным нагревом;
• энергии УЗК, ТВЧ.

2. Взаимодействие активированных свариваемых поверхностей изделия при контакте их друг с другом (образование контакта) в процессе сдавливания их доведенных до вязкотекучего состояния.

3. Формирование надмолекулярной структуры.

Сварка пластмасс нагретым газом

Основные технологические параметры:

• Температура и расход газа;
• Материал, диаметр и форма сечения прутка;
• Угол наклона прутка;
• Давление на пруток;
• Угол наклона горелки к плоскости свариваемого материала.

1 - Присадочный пруток; 2 - Ролик; 3 - Горелка; 4 - Сварной шов; 5 - Свариваемые заготовки; 6 - Направление сварки

Рисунок 1. Схема сварки нагретым газом

Сварка пластмасс нагретым инструментом

Технологические параметры процесса:

• Температура нагревателя Т_н;
• Продолжительность нагрева t_н;
• Усилие прижатия инструмента детали при нагреве Р_н;
• Давление осадки Р_ос;
• Продолжительность выдержки деталей под давлением после сварки.

1 - Свариваемые заготовки; 2 - Лента из фторопласта; 3 - Прижимной ролик; 4 - Нагретый инструмент

Рисунок 2. Схема сварки нагретым инструментом

Ультразвуковая сварка полимеров

Технологические параметры процесса:

1. Частота колебаний.
2. Амплитуда колебаний.
3. Расстояние от колебательного контура до свариваемой поверхности.
4. Время сварки.
5. Форма электрода.

Сварка пластмасс ТВЧ

Технологические параметры процесса:

1. Частота тока регулятор удельной тепловой мощности.
2. Напряженность электрического поля.
3. Давление.
4. Время сварки.

Индукционная сварка

Технологические параметры процесса:

1. Частота тока.
2. Напряженность электрического поля.
3. Время сварки (tнагр).
4. Давление.

Таблица 1. Общая характеристика свариваемости

Наименование	Темпиратура сварки, оС	Нагретыми газами			Нагретым инструментом		ТВЧ	УЗС
		Воздух	Инертные газы	Продукты сгоряния	Прессовая	Роликовая, точечная
Полиэтилен (листы, пленки)	140 - 180	Х	Х	У	Х	Х	Н	Х
Полиэтилен (прутки, трубы)	140 - 180	Х	Х	У	Х	Х	Н	Х
Винипласт (листы, пленки)	200 - 240	Х	Х	У	Х	Х	Х	Х
Винипласт (прутки, трубы)	200 - 240	Х	Х	У	Х	Х	Х	Х
Полиметилметакрилат (оргстекло)	200 - 220	Н	Н	У	Х	Х	Н	Х
Кабельный пластикат	190 - 200	Х	Х	У	Х	Н	Н	Н
Полиизобутилен	190 - 210	Х	Х	У	Н	Н	Н	Х
Полистирол	140 - 160	Х	Н	Н	Х	Х	Н	У
Полипропилен	160 - 165	У	У	Н	Х	Х	Н	Х
Фторопласт	380 - 385	У	У	Н	Х	Х	Н	Н
Полимеры	160 - 230	Х	Х	У	Х	Х	Х	Х