Учебное пособие

Сварка пластмасс

Сварка пластмасс растворителями

К сварке растворителями относится такой вид диффузионнореологической сварки, при котором изменение внутренней энергии, необходимое для увеличения подвижности макромолекул полимера, достигается временным присутствием растворителя на соединяемых поверхностях.

Сварка растворителями в обычных условиях применяется для соединения аморфных термопластичных полимеров, а в некоторых случаях и кристаллизующихся полимеров при температуре, близкой к температуре плавления кристаллической фазы.

Так, способ широко применяют для соединения деталей, изготовленных из полиэфиров метакриловой кислоты, полистирола, поливинилхлорида, полиамида, поликарбонатов, эфиров целлюлозы и различных сополимеров. Метод практически непригоден для полиэтилена, политетрафторэтилена и полипропилена вследствие их слабого набухания в растворителях. Сварка растворителями применяется в тех случаях, когда методы тепловой сварки не обеспечивают надежного соединения или нерациональны (нарушаются формы и размеры деталей), в индивидуальном производстве, а также для соединения прозрачных термопластов – полиакрилатов, поликарбоната, полистирола, сварные швы которых должны иметь не только достаточно высокую прочность, но и должны быть прозрачными.

Основным достоинством сварки растворителями являются малые капитальные затраты на её проведение, так как сварка может осуществляться с помощью простых приспособлений, а недостатками являются токсичность растворителей, длительный цикл сварки, большая трудоемкость.

Сварка растворителями заключается в смачивании поверхностей материалом, содержащим растворитель, в последующем приведении их в контакт и выдержке под давлением до момента затвердевания шва. Кроме чистого растворителя, в качестве присадочного материала используют композиции – растворы полимера в растворителе, полимеризующиеся композиции и др. Свариваемую поверхность смачивают растворителем до тех пор, пока она не приобретет липкость, характерную для сильно набухшего полимера, затем поверхности соединяют и выдерживают под небольшим давлением для облегчения взаимной диффузии макромолекул.

Поскольку скорость диффузии макромолекул в поверхностном слое полимера при смачивании растворителем значительно ниже, чем скорость диффузии макромолекул того же полимера, нагретого до температуры, превышающей температуру его текучести, то сварка растворителем требует значительно большего времени для образования прочного соединения по сравнению со сваркой нагревом.

Основными видами соединений при сварке растворителем листовых и пленочных термопластов являются нахлесточные соединения, соединения «на ус» и стыковые с односторонней накладкой. Для толстостенных изделий и стержней применяются стыковые соединения без накладок, для труб – раструбные соединения. Выбор вида соединения определяется условиями работы конструкции. При сварке листовых термопластов длины перекрытия в нахлесточном соединении, «уса» и накладки в стыковом соединении должны быть не меньше соответственно четырех -, пяти -, и восьмикратной толщины листа.

В производственной практике применяют растворители и смеси растворителей. Использование смеси растворителей позволяет регулировать скорость размягчения полимера и предупреждать испарение растворителя с поверхности во время набухания. Для ускорения процесса и повышения прочности соединения применяют растворы свариваемого полимера в растворителе (лаковые композиции) или в мономере (полимеризующиеся композиции). Последние обеспечивают наилучшее качество соединения. Повышение качества соединения обусловлено тем, что растворитель выполняет функцию пластификатора в околошовной зоне, повышая в ней эластичность полимера, снижая температуру стеклования и прочность соединения; кроме того, с присутствием растворителя связано и некоторое увеличение объема полимера в зоне шва, что приводит вместе с тем к появлению внутренних напряжений.

В случае применения раствора в мономере после окончания диффузии макромолекул из раствора в поверхностные слои соединяемых деталей и из них - в присадочный материал – происходит полимеризация мономера. Превращение мономера растворителя в полимер устраняет недостатки сварного соединения, пластифицированного жидким компонентом. В тех случаях, когда мономер свариваемого материала при комнатной температуре находится в газообразном состоянии, применяют жидкий мономер иного состава, растворяющий соединяемый полимер и совмещающийся с ним после полимеризации.

Обычно в растворитель вводят до 15 % свариваемого полимера, что обеспечивает необходимую вязкость и снижает скорость испарения растворителя. Введение полимера, кроме того, позволяет заполнить зазоры между соединяемыми деталями, и соответственно, улучшить качество шва.