Svařování plastů

Svařování plastů je technologický proces získání trvalého spojení strukturních prvků difúzně-reologickým nebo chemickým působením polymerních makromolekul , v důsledku čehož mizí rozhraní mezi spojovanými povrchy a dochází ke strukturálnímu přechodu z jednoho polymeru na vzniká další.

Difuzně-reologický proces interakce mezi povrchy svařovaných dílů je nejúčinněji realizován ve fázi viskózního toku materiálu, kdy molekuly mají maximální pohyblivost a nejnižší hustotu balení. V některých případech je možné dosáhnout uvolnění struktury polymeru působením rozpouštědla. Stupeň a rychlost difúze závisí na molekulové hmotnosti a polaritě polymerních jednotek. Jak se snižují, rychlost difúze se zvyšuje.

Chemické svařování je založeno na vytváření chemických vazeb mezi polymerními materiály. Chemické svařování na rozdíl od lepení nevytváří samostatnou spojitou fázi. Materiály, které nepodléhají difúznímu svařování (termosety, vulkanizáty), lze spojovat chemickou interakcí funkčních skupin nebo pomocí přídavného materiálu, který je svou aktivitou blízký svařovaným polymerům, přičemž zahřátím a tlakem se vytvářejí nezbytné podmínky pro svařování, a výplňové materiály přispívají k aktivaci skupin .

Podle schopnosti svařovat lze všechny známé polymery rozdělit do 4 skupin.

• První skupinou jsou neorientované termoplasty s aktivační energií viskózního toku výrazně nižší než energie destrukce chemické vazby (ne více než 150 kJ/mol), teplotní rozsah viskózního stavu (Td-TT> 50 ° C), viskozita taveniny 102-105 Pa • s v rozsahu svařovacích teplot. Tyto termoplasty se dobře svařují. Svařování je možné různými metodami v rozmezí teplot, které leží v širokém rozmezí od bodu tuhnutí až po teplotu degradace. Polymery se lépe svařují tavením, jedná se především o polyolefiny - vysokotlaký a nízkotlaký polyetylén a polypropylen. Tyto polymery se vyznačují nízkou aktivační energií viskózního toku (46-53 kJ/mol), poměrně nízkým bodem tuhnutí (120-160 °C), širokým rozsahem viskózního toku (>50 °C) a relativně nízkým viskozita taveniny.

• Do druhé skupiny patří termoplasty s aktivační energií viskózního toku, která se blíží energii porušení chemické vazby, s úzkým teplotním rozsahem viskózního toku (<50 °C) nebo relativně vysokou viskozitou taveniny (107 -108 Pa • s). Polotovary ze všech známých termoplastických materiálů patří do této skupiny a jsou orientované. Všechny tyto materiály se špatně svařují. Pro zajištění možnosti jejich tavného svařování je nutné v každém jednotlivém případě hledat optimální metody a techniky. Tato skupina termoplastů je nejrozšířenější. K tomu jsou nějaké fluoroplasty atd.

• Třetí skupina - termoplasty , jejichž aktivační energie viskózního toku nepřesahuje energii chemické vazby, dále termoplasty, jejichž viskozita taveniny je 1011-1012 Pa • s. Tyto termoplasty nemohou být převedeny do viskózního stavu, to znamená, že nemohou být roztaveny. Vytváření svarových spojů v takových termoplastech se provádí difúzními procesy na rozhraní za předpokladu, že kontakt k tomu potřebný je proveden vysoce elastickou deformací materiálu. Difúzní svařování se provádí prodlouženým kontaktem povrchů.

• Čtvrtou skupinou jsou termoplasty a vulkanizátory (polymery, které nelze spojovat pomocí difúzního svařování). Jsou svařovány v důsledku chemické interakce molekul polymeru, vyvolané zahřátím, tlakem nebo zavedením síťovacího činidla do svařovací zóny.

Metody svařování

Byly vyvinuty speciální metody pro svařování plastových výrobků. Tyto zahrnují:

Svařování horkým plynem

Svařování horkým plynem, známé také jako svařování horkým vzduchem, je svařování pomocí tepla. Byla vyvinuta horkovzdušná pistole, která vytváří proud horkého vzduchu, který změkčuje obě části spojovaných plastových materiálů. (Svařování PVC s akrylem je výjimkou z tohoto pravidla.)

Svařování horkým vzduchem je běžnou metodou výroby produktů, jako jsou chemické nádrže, vodní nádrže, tepelné výměníky a vodovodní armatury.

Při svařování tkanin a fólií nelze použít přídavnou tyč. Dvě plastové fólie se zahřejí horkým plynem (nebo topným tělesem) a poté se spojí. Tento rychlý proces svařování lze provádět nepřetržitě.

Tepelné těsnění

Tepelné svařování je proces svařování jednoho termoplastického materiálu s jiným podobným materiálem pomocí tepla a tlaku. Tepelné těsnění se používá pro mnoho aplikací, včetně konektorů, teplem aktivovaných lepidel atd. Při tepelném spojování je nutné provést test adheze. Označení plastového dílu a dárce se musí složením shodovat minimálně z 80 %.

Extruzní svařování

Extruzní svařování se používá k výrobě dlouhých svarů v jednom průchodu. Tento způsob je výhodný pro spojování materiálu o tloušťce větší než 6 mm. Svařovací tyč je vložena do miniaturních ručních plastových extruderů a vytlačována z extruderu ve spojích. Spáry jsou změkčeny proudem horkého vzduchu.

Vysokofrekvenční svařování

Některé plasty jako PVC, polyamidy (PA) a acetáty mohou být ohřívány vysokofrekvenčními elektromagnetickými vlnami. Vysokofrekvenční svařování využívá této vlastnosti ke změkčení plastů při jejich spojování. Ohřev je lokalizovaný, proces svařování může být kontinuální.

Radiofrekvenční svařování se používá od 40. let 20. století. Tato metoda svařování svařuje PVC, polyuretan, nylon atd.

Indukční svařování

Používá se pro svařování plastů se špatnou elektrickou vodivostí. V tomto případě je ve spoji uložen materiál s vysokou elektrickou vodivostí - kovy nebo uhlíková vlákna. Svařovací stroj obsahuje indukční cívku, která je napájena vysokofrekvenčním elektrickým proudem. Proud vytváří elektromagnetické pole, které působí na vodivé výstupky obrobku. Jsou odporově zahřívány indukovanými proudy nazývanými vířivé proudy. Indukční svařování je široce používáno například v leteckém průmyslu.

Ultrazvukové svařování

Ultrazvukové svařování využívá vysokou frekvenci (15 kHz až 40 kHz) s nízkou amplitudou vibrací k vytváření tepla vytvářením tření mezi spojovanými materiály. Ultrazvukovým svařováním lze svařovat téměř všechny plasty.

Třecí svařování

Při třecím svařování jsou dvě části svařovaného materiálu ovlivněny mechanickými vibracemi s nižší frekvencí (typicky 100-300 Hz) s vyšší amplitudou (1 až 2 mm) než při svařování ultrazvukem. Třením vzniká teplo, které taví kontaktní plochy mezi těmito částmi. V plastech se tvoří vrstvy, které se vzájemně prolínají. Na konci vibračního pohybu zůstávají obě části spojeny se svarovým spojem. Třecí pohyb může být lineární nebo kruhový.

Viz také: Rotační svařování

Laserové svařování

Při laserovém svařování jsou dva díly, které se mají svařovat, vystaveny tlaku. V tomto okamžiku se laserový paprsek pohybuje po spojovací čáře. Paprsek prochází prvním dílem a je pohlcen dalším dílem nebo neprůhledným povlakem, aby se vytvořilo dostatečné teplo ke změkčení plastů a vytvoření svaru.

Pro svařování se používají polovodičové laserové diody s vlnovými délkami od 808 nm do 980 nm. a úrovně výkonu od 1 W do 100 W v závislosti na typu materiálů, jejich tloušťce a požadované rychlosti procesu.

Řešení svařování

Svařování probíhá pomocí rozpouštědla, které se používá k rozpuštění polymeru při pokojové teplotě. Během rozpouštění plastu se polymerní řetězce volně pohybují v kapalině a mísí se s ostatními rozpuštěnými řetězci. Postupem času řetězy ztrácejí pohyblivost. Vznikne pevná hmota zapletených polymerních řetězců, která tvoří svar.

Tato metoda se běžně používá pro svařování plastových trubek v domovních instalacích.

Literatura

• GOST R ISO 17659-2009 Svařování. Vícejazyčné termíny pro svarové spoje . - M. : FSUE "Standartinform", 2009.
• J. Alex Neumann a Frank J. Bockoff, "Svařování plastů", 1959, nakladatelství Reinhold.
• Bezpečnost při používání radiofrekvenčních dielektrických ohřívačů a těsnění, ISBN 92-2-110333-1
• Michael J. Troughton, "Příručka spojování plastů, praktický průvodce", 2. vydání, 2008, ISBN 978-0-8155-1581-4
• Tres, Paul A., "Designing Plastic Parts for Assembly", 6. vydání, 2006, ISBN 978-1-5699-0401-5

Odkazy

• Svařování plastů
• Svařování plastů
• Svařování plastů