Сварка пластмасс

Сварка пластмасс — технологический процесс получения неразъемного соединения элементов конструкции за счет диффузионно-реологического или химического воздействия макромолекул полимера, в результате чего между соединяемыми поверхностями исчезает граница раздела и создается структурный переход от одного полимера к другому.

Диффузионно-реологический процесс взаимодействия свариваемых поверхностей деталей наиболее эффективно реализуется в стадии вязкотекучего состояния материала, когда молекулы имеют максимальную подвижность и наименьшую плотность упаковки. В некоторых случаях возможно достичь разрыхлений структуры полимера с помощью действия растворителя. Степень и скорость диффузии зависит от молекулярной массы и полярности звеньев полимеров. С их снижением скорость диффузии увеличивается.

Химическая сварка основана на создании химических связей между полимерными материалами. В отличие от склеивания при химическом сварке не создается самостоятельная непрерывная фаза. Материалы, которые не подлежат диффузионной сварке ( реактопласты, вулканизатов ) возможно соединять путем химического взаимодействия функциональных групп или с помощью присадочной материала, который близок по активности к свариваемых полимеров, при этом подогрев и давление создают необходимые условия для сварки, а присадочные материалы способствуют активации групп.

По способности к сварке все известные полимеры можно разделить на 4 группы.

• Первая группа — неориентированный термопласты с энергией активации вязкого течения значительно меньшей, чем энергия разрушения химической связи (не более 150 кДж / моль), температурным интервалом вязкотекучего состояния (Тд-ТТ> 50 ° C), вязкостью расплава 102-105 Па • с в интервале температур сварки. Эти термопласты хорошо свариваются. Сварка возможна с помощью различных методов в интервале температур, лежащий в широких пределах от температуры текучести до температуры деструкции. Полимеры лучше свариваются плавлением, в первую очередь относится к полиолефинy - полиэтилену высокого и низкого давления и полипропилену. Эти полимеры характеризуются низкой энергией активации вязкого течения (46-53 кДж / моль), имеют достаточно низкую температуру текучести (120-160 ° С), широкий интервал вязкотекучего состояния (> 50 ° C) сравнительно низкую вязкость расплава .

• Вторая группа — термопласты с энергией активации вязкого течения, которая близка к энергии разрушения химической связи, с узким температурным интервалом вязкотекучего состояния (<50 ° C) или сравнительно высокой вязкостью расплава (107-108 Па • с ). К этой группе относятся и ориентированы полуфабрикаты из всех известных термопластичных материалов. Все эти материалы плохо свариваются. Для обеспечения возможности их сварки плавлением нужно в каждом отдельном случае искать оптимальные способы и приемы. Эта группа термопластов наиболее распространена. К ней некоторые фторопласты и др.

• Третья группа — термопласты, энергия активации вязкого течения которых не превышает энергию химической связи, а также термопласты, вязкость расплава которых составляет 1011-1012 Па • с. Эти термопласты не могут быть переведены в вязкотекучее состояние, то есть невозможна из сварка плавлением. Образование сварных соединений таких термопластов делается за счет диффузных процессов на границе раздела, при условии, что необходимый для этого контакт осуществляется высокоэластичной деформацией материала. Диффузионная сварка осуществляется путем длительного контакта поверхностей.

• Четвертая группа — реактопласты и вулканизаторы (полимеры, которые невозможно соединить с помощью диффузионной сварки). Они свариваются в результате химического взаимодействия молекул полимеров, спровоцированной подогревом, давлением или введением в зону сварки сшивающего агента.

Методы сварки

Разработаны специальные методы сварки пластмассовых изделий. К ним относятся:

Горячая газовая сварка

Горячая газовая сварка, также известная как сварка горячим воздухом, представляет собой сварку с использованием тепла. Разработана тепловая пушка, которая производит струю горячего воздуха, который смягчает обе части соединяемых материалов из пластика. (Сварка ПВХ с акрилом является исключением из этого правила.)

Горячая газовая сварка воздуха представляет собой распространенный метод изготовления таких изделий, как химические цистерны, емкости для воды, теплообменники и водопроводная арматура.

При сварке тканей и пленок не может использоваться присадочный пруток. Два листа пластмассы нагреваются с помощью горячего газа (или нагревательный элемент ), а затем соединяются. Этот быстрый процесс сварки может выполняться непрерывно.

Термосваривание

Термосваривание - процесс сварки одного термопластичного материала с другим аналогичным материало с использованием тепла и давления. Термосваривание используется для многих применений, включая соединители, термоактивированные клеи и др.

Экструзионная сварка

Экструзионная сварка используется для производства длинных сварных швов в одном проходе. Этот метод предпочтителен для соединения материала толщиной более 6 мм. Сварочный стержень всталяется в миниатюрный ручные пластиковые экструдеры и выдавливается из экструдера в местах соединения. Места соединений размягчаются струей горячего воздуха.

Высокочастотная сварка

Некоторые пластмассы, такие как ПВХ, полиамиды (ПА) и ацетаты могут быть нагреты высокочастотными электромагнитными волнами. Высокочастотная сварка использует это свойство для размягчения пластмасс при их соединении. Нагревание локализовано, процесс сварки может быть непрерывным.

Радиочастотная сварка используется с 1940 - х годов. Этим методом сварки свариваются ПВХ, полиуретан, нейлон и др.

Индукционная сварка

Используется для сварки пластмасс, имеющих плохую электропроводность. При этом в место соединения вкладывается материал, имеющий высокую электропроводность - металлы или углеродные волокна. Сварочный аппарат содержит индукционную катушку, которая запитывается с высокочастотным электрическим током. Ток генерирует электромагнитное поле, которое действует на проводящие вкладки заготовки. В них проходит резистивный нагрев с помощью индуцированных токов, называемых вихревыми токами. Индукционная сварка широко используется в например авиационно - космической промышленности.

Ультразвуковая сварка

В ультразвуковой сварке используется высокая частота (15 кГц до 40 кГц) с низкой амплитудой колебаний для создания тепла путем создания трения между материалами, подлежащих соединению. Ультразвуковой сваркой можно сваривать практически все пластмассы.

Сварка трением

При сварке трением, две части свариваемого материала воздействуют механическими колебаниями на более низкой частоте (обычно 100-300 Гц) с более высокой амплитудой (от 1 до 2 мм), чем при ультразвуковой сварке. Трение создает высокую температуру, которая плавит контактные зоны между этими частями. В пластмассах формируются слои, которые переплетаются друг с другом. По завершении движения вибрации обе части остаются скрепленными до сварного соединения. Движение трения может быть линейным или круговым.

См. также: Вращательная сварка

Лазерная сварка

При лазерной сварке две свариваемые части ставятся под давлением. В это время происходит движение лазерного луча вдоль соединительной линии. Луч проходит через первую часть и поглощается другой частью или непрозрачным покрытием, чтобы произошло выделение достаточного количество тепла для смягчения пластмасс и созданий сварного шва.

Для сварки используются полупроводниковые лазерные диоды с длинами волн в диапазоне от 808 нм до 980 нм. и уровнями мощности от 1 Вт до 100 Вт в зависимости от вида материалов, его толщины и желаемой скорости процесса.

Сварка растворением

Сварка проходит с использованием растворителя, который применяется для растворения полимера при комнатной температуре. Во время растворения пластмассы полимерные цепи свободно перемещаются в жидкости и смешиваются с другими растворенными цепями. Со временем цепи теряют подвижность. Формируется твердая масса перепутанных полимерных цепей, которые образует сварной шов.

Этот метод обычно используется для сварки пластиковых труб в бытовой сантехнике.

Литература

• [www.gost-svarka.ru/gost_soedinenie_svarnoe_tip_pazmer/gost_17659-2009.htm ГОСТ Р ИСО 17659-2009 Сварка. Термины многоязычные для сварных соединений]. — М.: ФГУП «Стандартинформ», 2009.
• J. Alex Neumann and Frank J. Bockoff, "Welding of Plastics", 1959, Reinhold publishing.
• Safety in the use of Radiofrequency Dielectric Heaters and Sealers, ISBN 92-2-110333-1
• Michael J. Troughton, "Handbook of Plastics Joining, A Practical Guide", 2nd ed., 2008, ISBN 978-0-8155-1581-4
• Tres, Paul A., "Designing Plastic Parts for Assembly", 6th ed., 2006, ISBN 978-1-5699-0401-5

Ссылки

• [tool-land.ru/svarka-plastmass.php Сварка пластмасс]
• [esu.com.ua/search_articles.php?id=16600 Сварка пластмасс]
• [electrowelder.ru/index.php/plastmass Сварка пластмасс]

Отрывок, характеризующий Сварка пластмасс

Ростов заметил даже, что Денисову неприятно было, когда ему напоминали о полке и вообще о той, другой, вольной жизни, которая шла вне госпиталя. Он, казалось, старался забыть ту прежнюю жизнь и интересовался только своим делом с провиантскими чиновниками. На вопрос Ростова, в каком положении было дело, он тотчас достал из под подушки бумагу, полученную из комиссии, и свой черновой ответ на нее. Он оживился, начав читать свою бумагу и особенно давал заметить Ростову колкости, которые он в этой бумаге говорил своим врагам. Госпитальные товарищи Денисова, окружившие было Ростова – вновь прибывшее из вольного света лицо, – стали понемногу расходиться, как только Денисов стал читать свою бумагу. По их лицам Ростов понял, что все эти господа уже не раз слышали всю эту успевшую им надоесть историю. Только сосед на кровати, толстый улан, сидел на своей койке, мрачно нахмурившись и куря трубку, и маленький Тушин без руки продолжал слушать, неодобрительно покачивая головой. В середине чтения улан перебил Денисова.
– А по мне, – сказал он, обращаясь к Ростову, – надо просто просить государя о помиловании. Теперь, говорят, награды будут большие, и верно простят…
– Мне просить государя! – сказал Денисов голосом, которому он хотел придать прежнюю энергию и горячность, но который звучал бесполезной раздражительностью. – О чем? Ежели бы я был разбойник, я бы просил милости, а то я сужусь за то, что вывожу на чистую воду разбойников. Пускай судят, я никого не боюсь: я честно служил царю, отечеству и не крал! И меня разжаловать, и… Слушай, я так прямо и пишу им, вот я пишу: «ежели бы я был казнокрад…
– Ловко написано, что и говорить, – сказал Тушин. Да не в том дело, Василий Дмитрич, – он тоже обратился к Ростову, – покориться надо, а вот Василий Дмитрич не хочет. Ведь аудитор говорил вам, что дело ваше плохо.
– Ну пускай будет плохо, – сказал Денисов. – Вам написал аудитор просьбу, – продолжал Тушин, – и надо подписать, да вот с ними и отправить. У них верно (он указал на Ростова) и рука в штабе есть. Уже лучше случая не найдете.
– Да ведь я сказал, что подличать не стану, – перебил Денисов и опять продолжал чтение своей бумаги.
Ростов не смел уговаривать Денисова, хотя он инстинктом чувствовал, что путь, предлагаемый Тушиным и другими офицерами, был самый верный, и хотя он считал бы себя счастливым, ежели бы мог оказать помощь Денисову: он знал непреклонность воли Денисова и его правдивую горячность.
Когда кончилось чтение ядовитых бумаг Денисова, продолжавшееся более часа, Ростов ничего не сказал, и в самом грустном расположении духа, в обществе опять собравшихся около него госпитальных товарищей Денисова, провел остальную часть дня, рассказывая про то, что он знал, и слушая рассказы других. Денисов мрачно молчал в продолжение всего вечера.
Поздно вечером Ростов собрался уезжать и спросил Денисова, не будет ли каких поручений?
– Да, постой, – сказал Денисов, оглянулся на офицеров и, достав из под подушки свои бумаги, пошел к окну, на котором у него стояла чернильница, и сел писать.
– Видно плетью обуха не пег'ешибешь, – сказал он, отходя от окна и подавая Ростову большой конверт. – Это была просьба на имя государя, составленная аудитором, в которой Денисов, ничего не упоминая о винах провиантского ведомства, просил только о помиловании.
– Передай, видно… – Он не договорил и улыбнулся болезненно фальшивой улыбкой.


Вернувшись в полк и передав командиру, в каком положении находилось дело Денисова, Ростов с письмом к государю поехал в Тильзит.
13 го июня, французский и русский императоры съехались в Тильзите. Борис Друбецкой просил важное лицо, при котором он состоял, о том, чтобы быть причислену к свите, назначенной состоять в Тильзите.
– Je voudrais voir le grand homme, [Я желал бы видеть великого человека,] – сказал он, говоря про Наполеона, которого он до сих пор всегда, как и все, называл Буонапарте.
– Vous parlez de Buonaparte? [Вы говорите про Буонапарта?] – сказал ему улыбаясь генерал.
Борис вопросительно посмотрел на своего генерала и тотчас же понял, что это было шуточное испытание.
– Mon prince, je parle de l'empereur Napoleon, [Князь, я говорю об императоре Наполеоне,] – отвечал он. Генерал с улыбкой потрепал его по плечу.
– Ты далеко пойдешь, – сказал он ему и взял с собою.
Борис в числе немногих был на Немане в день свидания императоров; он видел плоты с вензелями, проезд Наполеона по тому берегу мимо французской гвардии, видел задумчивое лицо императора Александра, в то время как он молча сидел в корчме на берегу Немана, ожидая прибытия Наполеона; видел, как оба императора сели в лодки и как Наполеон, приставши прежде к плоту, быстрыми шагами пошел вперед и, встречая Александра, подал ему руку, и как оба скрылись в павильоне. Со времени своего вступления в высшие миры, Борис сделал себе привычку внимательно наблюдать то, что происходило вокруг него и записывать. Во время свидания в Тильзите он расспрашивал об именах тех лиц, которые приехали с Наполеоном, о мундирах, которые были на них надеты, и внимательно прислушивался к словам, которые были сказаны важными лицами. В то самое время, как императоры вошли в павильон, он посмотрел на часы и не забыл посмотреть опять в то время, когда Александр вышел из павильона. Свидание продолжалось час и пятьдесят три минуты: он так и записал это в тот вечер в числе других фактов, которые, он полагал, имели историческое значение. Так как свита императора была очень небольшая, то для человека, дорожащего успехом по службе, находиться в Тильзите во время свидания императоров было делом очень важным, и Борис, попав в Тильзит, чувствовал, что с этого времени положение его совершенно утвердилось. Его не только знали, но к нему пригляделись и привыкли. Два раза он исполнял поручения к самому государю, так что государь знал его в лицо, и все приближенные не только не дичились его, как прежде, считая за новое лицо, но удивились бы, ежели бы его не было.
Борис жил с другим адъютантом, польским графом Жилинским. Жилинский, воспитанный в Париже поляк, был богат, страстно любил французов, и почти каждый день во время пребывания в Тильзите, к Жилинскому и Борису собирались на обеды и завтраки французские офицеры из гвардии и главного французского штаба.
24 го июня вечером, граф Жилинский, сожитель Бориса, устроил для своих знакомых французов ужин. На ужине этом был почетный гость, один адъютант Наполеона, несколько офицеров французской гвардии и молодой мальчик старой аристократической французской фамилии, паж Наполеона. В этот самый день Ростов, пользуясь темнотой, чтобы не быть узнанным, в статском платье, приехал в Тильзит и вошел в квартиру Жилинского и Бориса.
В Ростове, также как и во всей армии, из которой он приехал, еще далеко не совершился в отношении Наполеона и французов, из врагов сделавшихся друзьями, тот переворот, который произошел в главной квартире и в Борисе. Все еще продолжали в армии испытывать прежнее смешанное чувство злобы, презрения и страха к Бонапарте и французам. Еще недавно Ростов, разговаривая с Платовским казачьим офицером, спорил о том, что ежели бы Наполеон был взят в плен, с ним обратились бы не как с государем, а как с преступником. Еще недавно на дороге, встретившись с французским раненым полковником, Ростов разгорячился, доказывая ему, что не может быть мира между законным государем и преступником Бонапарте. Поэтому Ростова странно поразил в квартире Бориса вид французских офицеров в тех самых мундирах, на которые он привык совсем иначе смотреть из фланкерской цепи. Как только он увидал высунувшегося из двери французского офицера, это чувство войны, враждебности, которое он всегда испытывал при виде неприятеля, вдруг обхватило его. Он остановился на пороге и по русски спросил, тут ли живет Друбецкой. Борис, заслышав чужой голос в передней, вышел к нему навстречу. Лицо его в первую минуту, когда он узнал Ростова, выразило досаду.
– Ах это ты, очень рад, очень рад тебя видеть, – сказал он однако, улыбаясь и подвигаясь к нему. Но Ростов заметил первое его движение.
– Я не во время кажется, – сказал он, – я бы не приехал, но мне дело есть, – сказал он холодно…
– Нет, я только удивляюсь, как ты из полка приехал. – «Dans un moment je suis a vous», [Сию минуту я к твоим услугам,] – обратился он на голос звавшего его.