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:
1.       Стабилизаторы:
o        термостаты;
o        антиоксиданты.
2.       Пластификаторы:
o        улучшают технологические и эксплуатационные свойства полимеров.
3.       Наполнители:
o        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 [Тc] это температура перехода из эластичного состояния в стеклообразное.
Температура текучести [Тт] это температура перехода из эластичного состояния в вязкотекучее.
Выше Тт происходит «истинное течение полимера»
При температуре разрушения полимера (температура деструкции) [Тp] (Тp>>Тт) 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
1.       Температура и расход газа;
2.       Материал, диаметр и форма сечения прутка;
3.       Угол наклона прутка;
4.       Давление на пруток;
5.       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:
1.       Температура нагревателя Тн;
2.       Продолжительность нагрева tн;
3.       Усилие прижатия инструмента детали при нагреве Рн;
4.       Давление осадки Рос;
5.       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