Способность пластмасс к сварке
Сварка пластмасс – это процесс получения неразъемного соединения составляющих конструкции благодаря диффузионно-реологическому или химическому взаимодействию макромолекул полимера, в результате чего между соединяемыми поверхностями исчезает граница раздела и создается структурный переход от одного полимера к другому.
Диффузионно-реологическое взаимодействие лучше всего реализуется в вязко-текучем состоянии материала, когда молекулы приобретают максимальную подвижность и минимально возможную плотность упаковки. В некоторых случаях можно достичь разрыхленной структуры полимера благодаря действию растворителя. Скорость и степень диффузии зависят от молекулярной массы и полярности звеньев полимеров. Химическая сварка пластмасс основывается на создании связей между полимерными материалами. В отличие от склейки при химической сварке не создается непрерывная самостоятельная фаза. Материалы, которые не могут свариваться диффузионным способом, такие как вулканизаторы и реактопласты, соединяются посредством химического взаимодействия функциональных групп или при помощи присадочного материала. По способности к сварке пластмассы делятся на четыре группы:
- К первой группе относятся термопласты, обладающие энергией активации вязкого течения значительно меньшей, чем энергия, которая необходима для разрушения химической связи, температурным интервалом вязкотекучего состояния, определенной величиной вязкости расплава. Такие материалы хорошо свариваются. Сварка возможна разными методами в интервале температуры от температуры вязкости до температуры деструкции.
- Ко второй группе относятся термопласты с энергией активации вязкого течения близкой к энергии разрушения химической связи и с узким температурным интервалом вязкотекучего состояния (не более 50 градусов по Цельсию) или сравнительно высокой вязкостью расплава. К данной группе также относятся полуфабрикаты из всех известных на сегодняшний день термопластичных материалов. Такие материалы свариваются плохо. Данная группа наиболее распространена, ее типичными представителями являются фторопласты.
- К третьей группе относятся термопласты, у которых значение энергии активации вязкого течения не больше, чем энергия химической связи и термопласты, вязкость расплава которых составляет 1012 Па•с. Такие материалы не могут быть переведены в вязкотекучее состояние, таким образом их сварка плавлением невозможна. Сварные соединения таких термопласт делаются благодаря диффузионным процессам на их границе раздела, но при условии, что необходимый контакт осуществляется высокоэластичной деформацией материала.
- К четвертой группе относятся вулканизаторы и реактопласты. Данные полимеры свариваются в результате химического взаимодействия молекул, которое спровоцировано подогревом, давлением или введением сшивающего агента.
Сшивающие агенты – это вещества, которые способны необратимо превращать молекулы полимеров в твердые нерастворимые и неплавкие сетчатые полимеры.
Виды сварки пластмасс. Контактная сварка
Для сварки пластмасс наиболее часто применяют следующие методы:
- Сварка газом.
- Сварка присадочным материалом.
- Сварка инфракрасным, лазерным или световым излучением.
- Экструзионная сварка.
- Контактная сварка.
- Ультразвуковая сварка.
- Сварка токами высокой частоты.
- Сварка трением.
Контактная сварка пластмасс или сварка нагретым инструментом является простейшим видом соединения деталей из пластмасс. Подача тепла в этом случае достигается за счет контакта деталей с нагретым инструментом. Наиболее распространен данный способ в изготовлении сосудов и емкостей. Чаще всего применяется прямой нагрев, при котором сварка состоит из следующих этапов:
- Зачистка свариваемых поверхностей и их нагрев прижатым к ним горячим инструментом.
- Удаление инструмента, выдерживание шва в течении определенного промежутка времени в сжатом состоянии.
Процесс сварки пластмасс гораздо сложнее, чем сварка металлов, поэтому необходимо правильно выдерживать паузу перед соединением составляющих. За данный промежуток времени свариваемые поверхности, которые неравномерно разогреты инструментом, приходят в состояние больше подготовленности к процессу диффузии. Такая пауза, как правило, составляет несколько секунд.
Также используется косвенный нагрев пластмасс и закладные нагреватели. Последний способ получил распространение при соединении труб большого диаметра в полевых условиях. При таком способе на концы труб помещается специальная муфта, в которую заранее поместили нагревательный элемент. После этого при пропускании электричества от генератора внутренний слой муфты расплавляется и создается неразъемное трубное соединение.
