30.03.2022

Группа 203

Предмет: Сварка полимерных материалов 

Тема урока : Технология сварки полимерных материалов нагретым инструментом 

Цель урока : изучить данную тему, составить конспект урока . 

Сварка полимерных материалов — один из методов создания неразъемного соединения элементов конструкции. В результате сварки между соединяемыми поверхностями исчезает граница раздела, превращаясь в размытый переходный слой. Прочность соединения обусловливают возникающие в этом слое силы межатомного и межмолекулярного взаимодействия. В случае сварки линейных или разветвленных полимеров (термопластов и термоэластопластов) переходный слой образуется в результате диффузии макромолекул полимера, которая возможна при переходе полимера в вязко текучее состояние. Последнее реализуется при нагревании свариваемых материалов или при действии на них растворителя. В соответствии с этим различают диффузионную тепловую сварку и диффузионную сварку с помощью растворителя. Прочное сварное соединение лестничных или трехмерных полимеров, которые невозможно перевести в расплав или раствор, может быть образовано при химическом взаимодействии макромолекул между собой или с введенным в зону сварки сшивающим агентом. Такой способ создания соединения называется химической сваркой Его используют также для сварки некоторых кристаллических или ориентированных термопластов, когда стремятся в максимальной степени предотвратить нарушение структуры свариваемых материалов.

Источники нагрева при сварке— нагретые газ, инструмент, присадочный материал или тепло, генерируемое в материалах в результате преобразования различных видов энергии — токов высокой частоты (ТВЧ), ультразвука, трения, ИК- или лазерного излучения.
Сварку предпочитают другим методам создания неразъемного соединения полимерных материалов (склеиванию, креплению заклепками, при формовке, прессовой посадке) в тех случаях, когда:

• соединяемые детали изготовлены из одинаковых материалов или из материалов с близкими значениями плотности энергии когезии;
• недопустимо присутствие чужеродных по отношению к соединяемым материалам крепежных элементов или клеевых прослоек;
• важнейшими требованиями к процессу являются высокая производительность и возможность механизации и автоматизации. Неразъемность сварных узлов, трудности, возникающие при соединении разнородных материалов, а также низкая прочность швов при расслаивающих нагрузках ограничивают применение сварки.

Сварка нагретым инструментом.

Соединяемые детали нагреваются в результате контакта с металлическими брусками, лентами, дисками, пластинками или с др. инструментом. Нагретые детали спрессовывают, а затем охлаждают. Инструментом может быть нагрета внешняя поверхность деталей или сами соединяемые поверхности. В первом случае различают контактно-тепловую сварку прессованием (детали нагревают и спрессовывают одновременно) и термоимпульсную сварку

При контактно-тепловой сварке прессованием используют постоянно нагретый инструмент с большой теплоемкостью. Детали нагревают с одной или с двух сторон (двухсторонний нагрев облегчает сварку). Необходимая температура в месте сварки толстостенных деталей устанавливается лишь спустя некоторое время (доли ч) после их соприкосновения с инструментом. Длительность разогрева материала в месте соединения уменьшается до нескольких мин при использовании инструмента, нагретого на 20—50°С выше Т т полимера (в зависимости от толщины детали). Однако при этом повышается опасность термодеструкции полимера. Перегрев поверхности нежелателен также и потому, что инструмент, оказывая давление на размягченный материал, деформирует его в зоне шва. Деформирование уменьшают, применяя ограничители хода инструмента или распределяя давление на зону, ширина которой превышает ширину зоны шва. Чтобы исключить прилипание пластмассы к инструменту, применяют разделительные прокладки из фторопласта-4, полиимида, целлофана. Охлаждение под давлением предупреждает коробление изделий, но процесс значительно удлиняется; поэтому такую технологию применяют главным образом в мелкосерийном производстве, при ремонтных работах, а также при сварке фторопласта-4 (в промышленных условиях этот полимер сваривают только таким методом).

Детали могут быть соединены одновременно по всей поверхности шва; протяженные швы образуются в результате ряда последовательных операций. Для непрерывного получения шва значительной длины, напр. при сварке пленочных изделий, может быть использована как ручная, так и механизированная сварка. В первом случае применяют инструмент в виде полоза, во втором—в виде роликовых или ленточных устройств. Использование последних дает возможность охлаждать сварной шов перед снятием давления. Контактно-тепловой сваркой прессованием получают след. типы швов: стыковые с накладкой, нахлесточные, «на ус» и Т-образные. Помимо фторопласта-4, этим способом сваривают полиметилметакрилат, полистирол, полиамиды, поливинилхлорид, полиолефины, полиимиды.

Для термоимпульсной сварки используют малоинерционный нагреватель (ленту или проволоку), через который периодически пропускают электрич. ток. При его отключении сварной шов быстро охлаждается. Наиболее распространенная схема термоимпульсной сварки применяется для соединения пленок, главрым образом полиолефиновых, толщиной 20—250 мкм.Сварку можно проводить внахлестку или в торец; нахлесточные швы имеют более высокую прочность при растяжении.
При проплавлении свариваемого пакета по всей его толщине (например, нагревателем в виде проволоки) можно одновременно получить два торцевых шва и разделить изделия или отделить припуск материала. Ускорить охлаждение сварного шва в этом случае можно с помощью сжатого воздуха. В зависимости от типа материала и его толщины длительность нагрева составляет от десятых долей сек до нескольких сек, давление — от 10 кн/м2 (0,1 кгс/см2} до 0,2—0,3 Мт^2 (2—3 кгс/см2). Швы длиной более 1,0—1,5 м могут быть получены при шаговом перемещении материала относительно инструмента.

При сварке способом нагрева инструментом соединяемых поверхностей соединение м. б. получено в результате одновременного нагрева всей поверхности шва или последовательного нагрева ее отдельных участков (т. н. непрерывная схема). Первый способ наиболее широко применяют при стыковке труб, плит, профилей и др. полуфабрикатов из жестких термопластов.

Таблица 2. Режимы сварки встык термопластов толщиной 3-5 мм при нагреве инструментом соединяемых поверхностей

Термопласт	Т на поверхности нагреват. °C	Время нагрева, сек	Давление кн/м кв (кг/см.кв)
			при нагреве поверхн.	при соед. поверхн
Полиэтилен низкой плотности	180±10	45±15	50(0,5)	100(1,0)
Полиэтилен высокой плотности	200±10	45±15	75(0,75)	150(1,5)
Полипропилен	220±10	90±30	75(0,75)	150(1,5)
Жесткий поливинилхлорид	230±10	45±15	75(0,75)	150(1,5)

После того как температура поверхности термопласта достигнет Т, инструмент удаляют и соединяемые поверхности приводят в контакт. Сварной шов охлаждают под давлением. По непрерывной схеме соединяют встык или внахлестку мягкие материалы типа эластичного пенополиуретана, а также различные пленки.

В некоторых случаях нагревательные элементы помещают между соединяемыми поверхностями, нагревают их и оставляют в сварном шве. Если нагрев ведут электрическим током, то в качестве нагревателя применяют спираль из металла с высоким электрическим сопротивлением. Наиболее детально этот способ разработан для соединения труб с фитингами. При нагреве электромагнитным высокочастотным полем используют, кроме металлич. вкладышей, тонкоизмельченную окись железа, которую наносят на соединяемые поверхности или вводят в поверхностные слои детали.

Сварка нагретым присадочным материалом

Присадочный материал поступает из нагревательного устройства в зону соединения, где сплавляется с контактирующими с ним поверхностями, отдавая им часть тепла. Процесс осуществляется по непрерывной или периодической схеме. В первом случае присадочный материал поступает из нагревательного устройства непрерывно. Для получения нахлесточного или прямолинейного стыкового шва на изделиях большой протяженности (пленках, листах, трубах и др.) обычно используют экструдируемый присадочный материал. При получении коротких стыковых швов с У-образной разделкой кромок, напр. при футеровке резервуаров, применяют портативное переносное оборудование типа экструзионного пистолета. Предварительный подогрев соединяемых поверхностей способствует ускорению сварки и повышению качества швов.

По второй схеме нагретый присадочный материал периодически поступает в зазор между деталями, установленными в форме. Для подачи присадочного материала используют устройства типа литьевых машин. Такой способ, называется сваркой литьем под давлением и его применяют при сборке замкнутых емкостей с труднодоступным швом. Для стыковки концов кабелей может быть использовано свободное литье.