При выборе способа сварки необходимо принимать во внимание возможности того или иного способа и технико-экономическую целесообразность, исходя из свойств свариваемой пластмассы и вида конструкции. Не все термопласты одинаково успешно могут быть сварены тем или иным способом сварки.
Одни из них не свариваются или свариваются плохо токами высокой частоты в связи с малым значением тангенса диэлектрических потерь (полиэтилен, полипропилен). Другие трудно сваривать ультразвуком из-за его затухания при прохождении через свариваемые детали. Это пластмассы, имеющие малый модуль упругости и называемые мягкими. Третьи не могут свариваться светом из-за высокой проницаемости и недостаточно интенсивного поглощения лучистой энергии.
На свариваемость существенное влияние могут оказывать структурные и химические изменения, имеющие место в поверхностных слоях пластмассы. Причины этих изменений кроются в природе полимерных материалов и технологии их производства.
Со временем в верхних слоях полимера происходит постепенное снижение молекулярной массы полимера, что является следствием деструкции и старения, под влиянием солнечной радиации происходят изменения химической природы поверхностного слоя.
В процессе получения изделий из пластмасс на поверхность валков каландров наносятся технологические смазки, которые попадают на изделие. Со временем эти вещества окисляются и превращаются в нерастворимые компоненты. Кроме этого, на поверхность изделий из внутренних слоев пластмассы диффундирует пластификатор.
Таким образом, поверхность представляет собой сложный по составу и структуре слой. Способность к активному взаимодействию макромолекул поверхности со временем резко падает, создается экранирующий слой, который затрудняет или даже исключает сближение активных макромолекул. Химическое удаление таких поверхностных слоев очень сложно, а механическое удаление экранирующего слоя часто невозможно, особенно с поверхности пленок.
Чтобы его разрушить, следует в процессе сварки прикладывать давление, обеспечивающее течение вязкой массы, разрушение и выдавливание фрагментов слоя в грат. И хотя для разных пластмасс это характерно в различной степени, очевидно, что развитие сдвиговых деформаций в зоне контакта является необходимым в образовании соединения.
При этом переход полимера в вязкотекучее состояние не должен сопровождаться разложением материала (термодеструкцией), т.е. изменением химической природы цепных молекул, иначе шов будет обладать по сравнению с основным материалом пониженными прочностными, деформационными и другими свойствами. Температурный интервал вязкотекучего состояния полимера должен быть достаточно широким, т.к. иначе неизбежные в реальных условиях производства отклонения от оптимального режима сварки могут привести к дефектам (непровары при недогреве или деструкция при перегреве).
Кроме того, расплав, образующийся при переходе полимера в вязкотекучее состояние, должен иметь такую вязкость, чтобы при напряжениях сдвига достигалось его перемещение и перемешивание.
Этих положений уже достаточно, чтобы судить о свариваемости полимеров. Рассмотрим два условных полимера (1 и 2) и сравним их реологические характеристики. Полимерный материал, имеющий больший температурный интервал вязкотекучего состояния ΔТ (Тт – Тр) и меньшую вязкость η в этом интервале, а также больший градиент снижения этой вязкости dη/dТ, имеет лучшие показатели свариваемости. Параметры вязкости ΔТ1, η1MIN, dη1/dТ1 (кривая 1) соответствуют полимеру с худшей свариваемостью.
где: ΔТ – температурный интервал вязкотекучего состояния (от Тт до Тр), градусов Цельсия; η - вязкость в этом интервале (Па⋅с); dη/dТ – градиент снижения вязкости.
Температуры фазовых и агрегатных переходов различных термопластов
Спасибо за прочтение и уделённое время, живите и процветайте!
p.s. ставьте лайки, подписывайтесь на канал.