Учебное пособие

Сварка пластмасс

       

Сварка пластмасс косвенным нагревом

Сварку косвенным нагревом или сварку проплавлением, как правило, применяют при изготовлении пленочных оболочковых конструкций, из армированных и неармированных пленок толщиной не более 2,5 мм. Пленки толщиной 0,5-2,5 мм сваривают на прессах шаговым способом. Пленки толщиной менее 1 мм можно сваривать непрерывно (нагретым роликом, ленточными машинами) либо шаговым способом вручную (нагретым полозом).

Разновидности сварки косвенным нагревом

Сварка косвенным нагревом подразделяется на прессовую и термоимпульсную.

Прессовая сварка осуществляется постоянно нагретым инструментом с большой теплоемкостью, причем нагрев соединяемых деталей и их сжатие осуществляются одновременно. Сварка может производиться с односторонним (рис.4.2, а) или двусторонним (рис.4.2, б) подводом тепловой энергии. Чтобы предотвратить прилипание пластмассы к нагретому инструменту, между ними помещают разделительные прокладки из фторпласта-4, полиамида, целлофана, полиэтилентерефталата толщиной до 0,1 мм.

Поскольку нагрев свариваемых поверхностей при прессовой сварке происходит за счет теплопроводности слоев, расположенных между поверхностью контакта нагретого инструмента с термопластом и поверхностью контакта свариваемых деталей друг с другом, нагрев происходит не мгновенно, а за промежуток времени, определяемый температурой инструмента, теплофизическими свойствами материалов и толщиной деталей. По этой же причине температура по толщине деталей распределяется неравномерно (рис.4.2), причем максимальная температура устанавливается на поверхности контакта «инструмент - деталь».

Увеличение скорости нагрева может быть достигнуто применением двустороннего подвода тепловой энергии и повышением температуры инструмента. Последнее не всегда возможно, т.к. возрастает вероятность деструкции в зоне контакта термопласта с инструментом, и увеличивается деформация за счет вдавливания инструмента в размягченный материал. Чтобы уменьшить эту деформацию, применяют схему сварки с приложением давления не только к зоне сварки, но и к околошовной зоне. Для этого используют инструмент с дополнительными боковыми неохлаждаемыми или охлаждаемыми губками. Для получения непрерывных швов сварка косвенным нагревом может осуществляться по схеме роликовой или ленточной сварки (рис.4.10), а также их комбинации.

При роликовой сварке (рис.4.10, а) перемещение свариваемых материалов осуществляется между роликами, один из которых является приводным, а второй выполняет функцию нагретого инструмента.

Рис.4.10. Схемы непрерывной сварки нагретым инструментом косвенным нагревом: а – роликовая сварка; б – ленточная двусторонняя сварка; 1 – свариваемый материал; 2 - прижимной ролик; 3 - нагретый ролик; 4 – стальная лента; 5 – нагревательные губки; 6 – охлаждающие губки; 7 – сварной шов

При ленточной сварке (рис.4.10, б) свариваемые материалы захватываются движущимися бесконечными металлическими лентами и перемещаются ими через зону нагрева и охлаждения. В зоне нагрева устанавливают два или несколько нагревателей. Обычно один из нагревателей закреплен неподвижно, а другой подпружинен, что позволяет устанавливать необходимый зазор между ними. После выхода из зоны нагрева сварочные ленты с зажатыми свариваемыми материалами попадают в зону охлаждения.

При комбинированном способе для перемещения материала используют непрерывно движущуюся ленту и прижимной ролик. Теплота от нагретого прижимного ролика передается ленте, а от неё – свариваемому изделию. Термоимпульсная сварка осуществляется с помощью малоинерционных нагревательных элементов, по которым пропускают кратковременные, но мощные импульсы тока (рис.4.11). В качестве нагревательных элементов используется металлическая лента или проволока. Соединение осуществляется по схеме прессовой сварки с одно- или двусторонним подводом энергии. В паузах между импульсами электрического тока сварной шов охлаждается под давлением.

Термоимпульсная сварка применяется в основном для соединения пленок из полиолефинов толщиной 20-250 мкм. При большей толщине свариваемых материалов не удается за короткий промежуток времени разогреть соединяемые поверхности до температур сварки без значительного перегрева внешних поверхностей, контактирующих с нагревательным инструментом.

В зависимости от толщины свариваемых материалов длительность импульсов составляет 0,1-1,0 с, частота 1 импульс в секунду при удельной мощности 0,03 Вт/м2.

Термоимпульсную сварку можно совмещать с резкой или отделением припуска материала путем проплавления пакета пленок по всей толщине проволочным нагревателем. При этом одновременно получают два изделия с рантовыми (торцевыми) швами.

Рис. 4.11. Схема термоимпульсной сварки: 1 – подвижная прижимная губка; 2 – теплоизоляционная прокладка; 3 – разделительная антиадгезионная пленка; 4 – нагревательная лента; 5 – свариваемые пленки; 6 – эластичная теплоизоляция; 7 – неподвижная губка

Кинетика процесса проплавления

Основными технологическими параметрами режима контактной сварки косвенным нагревом являются температура нагревателя Тн, давление при нагреве Рн и сварочное давление Рсв, продолжительность нагрева tн, время выдержки под давлением после сварки tохл.

При сварке на прессах пленка в месте нахлестки может прогреваться с одной стороны или одновременно с двух сторон. Но в любом случае течение материала в зоне контакта пленок будет происходить лишь тогда, когда температура в зоне раздела достигнет значений, превышающих температуру текучести. Такое состояние наступает не сразу, а постепенно – по мере передачи тепла за счет теплопроводности слоев, расположенных между поверхностью нагретого инструмента и свариваемыми поверхностями.

При термоимпульсной сварке собранную на столе пресса пленку сжимают в месте нахлестки под сварочным давлением и одновременно включают нагреватель (рис.4.12, а). По мере нагрева и размягчения поверхности пленки начинается её течение. Этот эффект тем сильнее, чем толще пленка. При сварке толстых пленок, особенно армированных, целесообразно вначале создавать давление Рн, которое обеспечивало бы плотный контакт пленок и их прогрев, и только спустя некоторое время tн (рис.4.12, б) сдавливать нахлестку под давлением сварки Рсв для создания условий течения расплава в месте контакта свариваемых пленок. Охлаждение сварного соединения должно происходить обязательно под давлением до температур Тохл перехода в стеклообразное состояние (для аморфных полимеров) или в кристаллическое (для кристаллических полимеров).

Рис.4.12. Термомеханические циклы сварки термопластов косвенным нагревом: а - наиболее распространенный способ прессовой сварки пленок; б – цикл с предварительным нагревом под давлением и осадкой; Рн – начальное давление; Рсв – давление сварки; Тт – температура текучести термопласта; Тохл – предельная температура охлаждения под давлением; tн, tсв, tохл – продолжительность нагрева, выдержки и охлаждения соот- ветственно

 

 

 

Top.Mail.Ru
Top.Mail.Ru