ЗАВАНТАЖИТИ

ЦІКАВА ІНФОРМАЦІЯ

Зпайка полімерних плівок

Сучасні методи формування виробів із пластмас — лиття під тиском, екструзія, вакуумформування та ін. дозволяють одержувати як готові вироби, так і напівфабрикати, які потім різними способами переробляються у вироби. Близько 40-50% виробів, що випускаються, виготовляються у вигляді збірних конструкцій, одержуваних різними способами з'єднання вузлів і деталей: механічні, склеювання, зварювання і т.д.

У цей час зварювання є основним способом одержання нероз'ємних з'єднань. Зварювання — процес утвору нероз'ємного з'єднання, заснований на взаємній дифузії (дифузійне зварювання) або хімічній взаємодії (хімічне зварювання) макромолекул полімерів, у результаті яких зникає границя розділу між, що з'єднуються поверхнями й утворюється структурний перехід від одного полімеру до іншого. Зварювання незамінне при виробництві впакування в будь-якій галузі, особливо в харчовий, широко застосовується в будівництві, сільськім господарстві й ін. Для полімерних матеріалів характерні низька теплопровідність і висока теплоємність. Тому зварювання відбувається тільки в інтервалі температур, при яких полімер перебуває у вязкотекучем стані.

Якість з'єднань, отриманих зварюванням, залежить від умов проведення процесу, будови полімерної фази й сумісності полімерів. З безлічі методів зварювання полімерних матеріалів у пакувальнім виробництві найбільш широке застосування знайшли наступні: контактно-теплова, термоімпульсна, ультразвукова, високочастотна, рідше зварювання нагрітим газом. Контактно-теплове зварювання є найбільш простим і економічним методом, що характеризують досить високі міцнісні характеристики з'єднання. З термоконтактных методів найбільше поширення одержали зварювання постійно нагрітим електродом і термоімпульсне зварювання. У першому випадку в якості нагрівача служить електрод, виконаний з теплопровідного матеріалу. Усередині електрода розташована електрична спіраль. Час зварювання постійно нагрітим електродом відповідає часу його контакту з матеріалами, що зварюються. Тиск при зварюванні здійснюється за рахунок притиснення електрода.

Види зварювань

Термоімпульсне зварювання здійснюється електродом омічним опором, що володіє високим, наприклад, ніхромовою стрічкою або дротом, який розігрівається подаваним на неї імпульсом струму за частки секунди, віддаючи тепло плівкам, що зварюються. Стрічка або дріт закріплений у притискнім обладнанн, що забезпечують при зварюванні необхідний тиск на матеріали, котрі з'єднуються. При цьому тиск на плівки при термоімпульснім зварюванні можна підтримувати й у процесі охолодження звареного шва. Цей метод широко застосовується при зварюванні поліолефінів, багатошарових плівок, комбінованих матеріалів на основі полімерів.

Ультразвукове зварювання засноване на перетворенні в тепло енергії коливань ультразвукової частоти. Можливість застосування цього методу пов'язана з модулем пружності матеріалу, що характеризує здатність передачі енергії пружних коливань. Цим методом добре зварюються плівки з поліетилентерефталата, поліаміду, полікарбонату, полістиролу. Високочастотне зварювання здійснюється за рахунок тепла, яке виділяється в полярному матеріалі при поміщенні його в змінне електромагнітне поле струмів високої частоти. Критерієм застосованості високочастотного зварювання для плівок служить величина тангенса кута діелектричних втрат полімеру tq 8. Виділення необхідної для зварювання кількості тепла можливо при величині tg 8 > 0,01. До таких матеріалів відноситься полівінілхлорид і поліамід. До числа найбільш вживаних у пакувальній галузі, що добре зварюються плавленням є поліолефіниПЕВД, ПЕНД, ПП. Поліолефіни характеризуються низькою енергією активації грузлого плину (46-53 кДж/моль), мають порівняно низьку температуру плинності (120-169 °С), широкий температурний інтервал грузько-текучого стану (понад 50°С), порівняно низьку в'язкість розплаву й тому належать до полімерів, що добре зварюються.
Істотна відмінність між температурою плинності й температурою деструкції в поліолефінів дозволяє широко варіювати режими зварювання. Поліолефіни добре зварюються термоконтактним зварюванням, при цьому нагрівачі можуть контактувати як із внутрішніми (що зварюються) поверхнями (зварювання оплавленням), так і із зовнішніми (зварювання проплавленням). Поліолефінові плівки товщиною до 150 мкм рекомендується зварювати за схемою з однобічного підведення теплової енергії, а плівки товщиною понад 150 мкм — із двостороннім підведенням теплової енергії, при цьому для плівок товщиною до 150 мкм рекомендована ширина шва перебуває в межах 2-5 мм, а для плівок понад 150 мкм - у межах 4-6 мм. Для з'єднання поліолефінових плівок товщиною 20-250 мкм застосовується в основному термоімпульсне зварювання, тому що вони мають широкий температурний інтервал між переходом у вязкотекучий стан і деструкцією.

Термоімпульсне зварювання можна сполучати з різанням або відділенням припуску матеріалу шляхом проплавлення пакета плівок по всій товщині дротовим нагрівачем. При цьому одночасно одержують два вироби з рантовими (торцевими) швами.

При зварюванні полімерних плівок для швидкого досягнення температури плавлення в перетинах, вилучених від поверхні торців інструмента, необхідно, щоб температура інструмента була на 50-100 °С вище температури плавлення термопластичного полімеру, але не вище температури інтенсивної деструкції. Для поліетилену низкої щільності температура плинності рівна 115-120 °С, а температура деструкції - 220 °С. При цьому слід мати на увазі, що при температурах зварювання близьких до верхньої межі час зварювання повинен наближуватися до мінімального значення й навпаки. Великий вплив на зварювання плівок виявляє орієнтація полімерних плівок. Для орієнтованих полімерних плівок при нагріванні їх до в’язкотекучого стану неминуче порушення орієнтованої структури, що може привести до руйнування зварного шва.

Зварювання орієнтованих (термоусадочних) полімерних плівок термоконтактним методом не повинна викликати дезорієнтацію й деструкцію матеріалу, що можливо тільки за умови швидкого й локального нагрівання до температури плинності поверхонь, що зварюються, без проплавления матеріалу по товщині. Такі умови з'єднання полімерних плівок можуть бути забезпечені за допомогою термоімпульсного зварювання. Зварювальний електрод, при цьому, виконується таким чином, щоб притискний механізм електрода був ширшим від нагрівального елемента. Вибір температури зварювання для орієнтованих (термоусадочних) плівок залежить від напрвлення орієнтації плівки.

При розташуванні зварного шва уздовж напрямку орієнтації температура нижче, чим при поперечному розташуванні шва, а різниця температур зварювання тим більша, чим вищий ступінь орієнтації плівки. Уточнення технологічних режимів зварювання в кожному конкретному випадку здійснюється досвідченим шляхом проведення пробних зварювань із фіксацією параметрів зварювання на конкретнім устаткуванні.