Сварка пластика

Соединение, выполненное с помощью сварки, является неразъемным, то есть оно не может быть разобранным без разлома детали.  При монолитной сварке макромолекулы соединяемых деталей перемещаются из одного свариваемого элемента в другой по принципу силы взаимодействия.

Используя сварку для соединения деталей достаточно всего лишь сблизить свариваемые элементы на такое расстояние, при котором появляется сила взаимосвязи. Между свариваемыми полимерами также возникает связь, исчезает граница раздела и осуществляется сварка.

Сварка в качестве технологического процесса представляет собой неразъемное соединение элементов изделия, который основан на диффузном и химическом взаимодействии полимерных макромолекул. Результатом таких процессов будет исчезновение границ раздела между соединяемыми поверхностями.

Но даже если соединяемые поверхности имеют идеально гладкую поверхность, то различные помехи в виде загрязнений и адсорбированных газов будут препятствовать такому сближению, поэтому необходимо использование энергоносителей извне: деформационных и тепловых. Энергия деформации способствует преодолению силы отталкивания, которая появляется между атомами сближаемых поверхностей. Тепловая энергия направлена на увеличение развития взаимодействия между поверхностями. В зоне сваривания выделяют два основных процесса:

1. Подводка и преобразование энергии;

2. Превращение веществ.

Зависимо от интенсивности сварки и преобразования энергии и будет определяться ее тип.

Сварка требует активации поверхностей, которые нужно соединить между собой. Осуществить это можно подводом энергии или ее преобразованием. Использование специальных вспомогательных веществ нужно только при отдельных способах сварки полимеров. Например, при сваривании нагретыми газами с использованием материала присадки, а также при методе сваривания расплавами.

Некоторые виды сварки подразумевают значительное движение веществ, которое в свою очередь обуславливается смешиванием и диффузией в полимере, доведенном до вязко текучего состояния. Химическая реакция активных групп свариваемой поверхности является особым типом движения. Такие группы вступают в реакцию между собой или взаимодействуют с активными элементами промежуточного вещества. Подобные реакции протекают во время подвода энергии от разных типов химической сварки. Со стороны термодинамики можно утверждать, что особой разницы между соединением деталей полимера и металла нет. Сформулировать это определение можно так: сварка — это способ создания монолитного соединения деталей благодаря введению или термодинамическому необратимому преобразованию энергии и вещества в зоне, которую соединяют.

Механический процесс сварки полимеров и их свариваемость

Топохимическая реакция характеризуется тремя поочередными стадиями:

• I. Образование контакта на физическом уровне;

• II. Активизация поверхностей, которые контактируют между собой;

• III. Объемное развитие взаимодействия.

На первой стадии физический контакт возникает, когда к элементам сварки прилаживается давление. Существуют типы сварки, когда в свариваемую зону подают «жидкое» присадочное вещество. В данном случае контакт может быть обеспечен при небольшом давлении или вообще при его отсутствии. К таким видам сварки относят соединение деталей нагретыми газами или экструзионное сваривание. Физический контакт может устанавливаться после нагревания свариваемых зон до температуры, при которой обычно происходит соединение деталей или вместе с нагревом. На этапе физического контакта деформируются макро- и микронеровности. При деформировании из участков контакта удаляются еще и инородные включения в виде пузырьков газа, жирных и маслянистых пятен и иных загрязнений. Мягкие полимеры и материалы с волокнистой структурой на данном этапе становятся более плотными из-за уменьшения толщины материала.

Свариваемые поверхности активируются при повышении нагрева, который в свою очередь приводит к ускорению движения макромолекул. Нагревание происходит из-за тепловой подачи от нагретого сварочного инструмента, газа или материала присадки, а также за счет преобразования иных типов энергии в тепло. Такой энергией может выступать механическая, колебание от ультразвука или трение, высокочастотное электрическое поле конденсатора, электромагнитное поле, инфракрасные лучи, лазер и концентрированный световой луч.

Сварка с преобразованием различной энергии в тепло будет иметь некоторые процессы, которые характерны именно конкретному виду источника этой энергии. Например, сварке высокочастотным током будет характерно смещение диполей; введение и распространение ультразвуковым колебаниям; концентрация и появление тепла от механического колебания характерны использованию ультразвуку; поглощение лучей — ИК сварке.

Температурная активация обычно сопровождается деформацией, т. к. нагрузки от статики и динамики подразумевают внедрение инструмента в поверхность детали, которая с ним контактирует. Здесь также вытесняется шастицированный или расплавленный материал из свариваемого участка.

Объемное развитие взаимодействия подразумевает наличие сложнейших физических и химических процессов. Главенствующую роль этого этапа занимает диффузия, и данная теория несет название — диффузионной. В некоторых случаях основой объемного развития взаимодействия является течение, и такая теория будет называться реологической.

Различные классификации сварки полимеров

Сварку полимеров классифицируют по признакам физического, технического и технологического характера. Разность физических признаков определяет вид и тип сварки.

Деление на классы происходит зависимо от формы энергии, которая используется для соединения деталей. Сварка полимеров может осуществляться с применением термической, механической и электромагнитной энергии. Также существуют аппараты, для сварки, функционирующие от комбинированных источников энергии. К смешанным методикам сварки относят термомеханическую и электромагнитомеханическую.

• При термической сварке соединение образовывается зависимо от количества подводимой энергии. Давление в данном случае не имеет существенного значения.

• При термомеханическом сваривании соединение появляется благодаря подводке высокой температуры и давлению.

• В случае механического запаивания тепло генерируется внутри деталей, которые необходимо соединить благодаря переходу механической энергии в тепловую. Механическая энергия в данном случае подается извне, и представлена в виде трения или вибрационного трения. Из-за плохой тепловой проводимости полимеров тепло полученное от трений локализируется на участке сваривания — сварка трением. Ультразвуковая сварка осуществляется при воздействии механической энергии упругих колебаний.

• Электромагнитномеханическая сварка проводится за счет подвода электромагнитного поля к материалам, которые нужно соединить. Генерация тепла здесь происходит за счет поляризации звеньев полимерных макромолекул, что определит сварку как высокочастотную, или за счет поглощения электромагнитного колебания с прикладыванием давления, что будет относиться к инфракрасной сварке.

Ни один тип сварки полимеров не можно презентовать как самый выгодный вариант соединения деталей с экономической, эксплуатационной или технологической точки зрения. Подбирать источник энергии, технологию сварки, механический уровень и автоматизацию следует от физических особенностей конкретного типа полимера. 

Исходя из физических признаков, выделяют следующие типы материалов полимера:

• монолитные детали — трехмерные полимерные материалы, которые используют для производства плит, покрытий, контейнеров, деталей для авто, объемных рекламных изделий;

• пленочные полимеры — двухмерные, отличный материал для создания упаковочной тары, изоляционных конструкций, покрытия;

• волокнистые полимеры — одномерные, пользуются высоким спросом в производстве нетканого полотна, и различных тканей применяемых в быту и технической сфере.

Вид сварки подбирается, исходят от вида полимера. Различные варианты сварки имеют свои сильные стороны и недостатки. Предпочтение определённому варианту соединения деталей полимера основывается на физических и механических особенностях полимерного сырья, на том где изделие будет использоваться и какими сериями выпускается готовая деталь. Сварку, где нагревается рабочий инструмент или газ считают наиболее простой и с ее помощью можно создать соединение с достаточно высоким уровнем прочности. Сегодня это тип сварки наиболее часто используется для соединения полимерных труб. Но, так как зона нагрева в данном случае будет велика, такую сварку не используют для легковоспламеняющихся маркировок полимера. Загрязненная поверхность очень снизит прочность сварного соединения.

Сварка, относящаяся к высокочастотным соединениям, хоть и характеризуется высоким уровнем производительности ее нельзя использовать для некоторых полимеров, включая полиэтилен и полипропилен. Высокочастотный ток может давать пробои при обработке поливинилхлоридных емкостей наполненных жидкостью, полимерное изделие может полностью разрушиться.

Сварка расплавами отлично подходит для создания протяженного шва у толстостенных изделий. Но, использовать ее для пленочных полимеров, не рекомендовано.

Сварка ультразвуком может использоваться вместо механической склейки разнородных полимеров. Ее широко используют для соединения материалов, которые в дальнейшем должны использоваться в пищевой промышленности, радиоэлектронике, парфюмерии и сферах подобного типа.

Для соединения стыков листовых полимеров применяется сварка электронагревателями. Качество выполненного соединения напрямую будет зависеть от температуры, которую подает на материал нагревательный элемент, длительности теплового воздействия и приложенного давления. Стыковая сварка требует равномерного нагрева, поэтому нагревательные элементы размещаются между полимерными листами.

Электронагреватели используются при многих других вариантах сварки: экструзивной, сварке горячими газами, запайке пакетов и т.д.

«Полимернагрев» изготавливает все типы нагревателей для сварки полимеров. У нас вы можете заказать стандартные элементы нагрева или заказать индивидуально спроектированные устройства теплоотдачи под свою сварочную установку.

• Плоские электронагреватели — в основном применяются для запайки пакетов, подают равномерный контролированный нагрев, обладают высокой надежностью и уровнем КПД.

• Инфракрасные нагреватели включая отдельные кварцевые трубки и панели ИК стандартной сборки и под заказ от «Полимернагрев» наилучший вариант для вашей ИК сварки.

• Нагревательные элементы для сварочных фенов

По этим и другим типам нагревателей для сварки вы можете получить консультацию у менеджеров «Полимернагрев». Заказывайте электронагреватели у нас для качественного функционала вашего сварочного оборудования.