Основные способы сварки пластмасс

ПЛАСТМАССЫ

Пластма́ссы (пласти́ческие ма́ссы) или пла́стики — органические материалы, основой которых являются синтетические или природныевысокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное состояние. Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов. Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85—1,8 г/см³), чрезвычайно низкими электрической и тепловой проводимостями, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Производство синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа.

Композиционные материалы

Композицио́нный материа́л (компози́т, КМ) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы.

Композиты обычно классифицируются по виду армирующего наполнителя:^[1]

· волокнистые (армирующий компонент — волокнистые структуры);

· слоистые;

· наполненные пластики (армирующий компонент — частицы)

· насыпные (гомогенные),

· скелетные (начальные структуры, наполненные связующим).

· ПРЕИМУЩЕСТВА:

· высокая удельная прочность (прочность 3500 МПа)

· высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 - 240 ГПа)

· высокая износостойкость

· высокая усталостная прочность

· из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции

· легкость

· НЕДОСТАТКИ:

· Высокая стоимость

· Низкая ударная вязкость

· Высокий удельный объём

· Гигроскопичность

· токсичность

Основные способы сварки пластмасс

Пластмассы являются полимерными материалами преимущественно синтетического происхождения, которые обладают высокими пластичными свойствами на изначальной стадии производства, а застывая, обретают механическую прочность и жесткость.

Полимеры различного типа используются практически во всех сферах производства, науки и жизнедеятельности человека.

Для создания сложных конструктивных элементов, а также для ремонта деталей из полимеров применяется сварка пластмасс. Суть процесса и его основные разновидности

Сам процесс представляет собой создание неразрушимого слоя между двумя частями полимера, который по прочности не будет уступать основному материалу.

Существует два основных вида соединения молекул полимера между собой: сварка в вязко-текучем состоянии; химическое взаимодействие.

В первом случае процесс происходит без внедрения дополнительных реагентов на стадии, когда между молекулами связь наиболее ослаблена. В зависимости от типа соединяемых полимеров, полярности и прочности связей, различают итоговый результат.

Все пластмассы могут быть разделены на три основных категории по типу взаимодействия между собой – не свариваемые, ограниченно или полностью свариваемые.

При идеальных условиях необходима небольшая температура (около +50 градусов Цельсия) и максимальные взаимные диффузионные качества обеих материалов (способность проникать друг в друга на молекулярном уровне).

Итоговый сварной шов может достигать значения до 100% прочности по сравнению с основными материалами.

Второй способ применяется для материалов, которые невозможно соединить диффузионным методом (реактопласты в твердой фазе, полиамиды). В основе способа лежит создание прочных химических связей между молекулами с добавлением определенных присадок, которые по химическим свойствам или по структуре будут близкими к свариваемым материалам.

Наиболее распространенные способы Основная задача любого способа сварки полимеров – добиться неразрывного соединения между материалами путем плавного перехода одного вещества в другое посредством присадки или без нее.

Существует огромное количество разновидностей сварки синтетических полимеров вне зависимости от основного метода (химия или диффузия).

Наибольшее распространение получили два способа: сварка при помощи ультразвука; холодный способ.

Несмотря на одинаковые стремления к итоговому результату, суть процессов принципиально отличается. Чтобы понять основные принципы и особенности технологии, стоит рассмотреть каждый из вариантов более подробно.

Соединение при помощи ультразвука Ультразвуковая сварка пластмасс – достаточно новый метод соединения различных полимеров между собой. Принцип действия основан на взаимодействии молекул материала с ультразвуковыми колебаниями. В большинстве случаев этот метод является единственным способом соединения различных не свариваемых пластмасс. Процесс происходит по следующей технологии: две части изделия укладываются в специальное гнездо, к которому прилегает волновод; генератор волн вырабатывает колебания в диапазоне от 20 до 50 кГц, которые затем при помощи специальной установки становятся механическими колебаниями и передаются на волновод; специальная пневматическая установка прижимает волновод к частям свариваемых компонентов и производит воздействие на них; под действием смешанного вида волны происходит ослабление молекулярных связей между полимерами и происходит взаимная диффузия; после соединения полимеров, ультразвуковая волна перестает вырабатываться генератором, а детали еще некоторое время лежат в зоне сварки, укрепляя вновь созданные молекулярные связи. Когда пройдет небольшой промежуток времени полученную деталь можно вынимать из аппарата и использовать. В подавляющем большинстве случаев соединение деталей происходит внахлест двумя способами – по всему периметру и точечно.

Существует целый ряд преимуществ такого способа.

В первую очередь стоит назвать экологичность самого процесса – отсутствие дополнительных химических реагентов и присадок, а также нагревания материалов. Во время всей процедуры не выделяются вредные газы или канцерогены.

Во-вторых, этот способ надежен и обладает высоким уровнем качества, выраженный в достижении неразрывного соединения с высокими показателями прочности. Можно добиться высокой степени герметичности без нарушения внешнего вида (сварного шва как такового не существует).

В-третьих, метод ультразвука универсален и позволяет производить сварку полимеров, различных по своей структуре.

В-четвертых, этот способ наиболее подходящий для автоматизированных процессов и успешно реализуется на многих заводах в сборочных цехах. При помощи этого метода успешно и надежно соединяют между собой поликарбонат, материалы на основе ПВХ, полистирол, полиамид и им подобные вещества.

Способ холодной сварки Холодная сварка для пластмассы – это процесс, немного не укладывающийся в общий концепт понятия сварочных работ.

По большому счету – это клей на основе химически активных компонентов, который частично разрушает структуру соединяемых деталей между собой, дополнительно склеивая их при помощи присадок. Сам термин «холодная» символизирует отсутствие термического нагрева между соединяемыми компонентами и их физического плавления.

Различают два основных вида холодной сварки: двухкомпонентные полимерные клеи; специальный стержень с активным веществом.

В первом случае необходимо смешать в определенных пропорциях, которые указаны производителем, оба компонента и нанести однородную массу на склеиваемые поверхности. В качестве основного компонента используют чаще всего эпоксидную смолу, а вторая составляющая – отвердитель. Степень полимеризации состава зависит от химических характеристик и типа активных компонентов. Примерно через сутки склеиваемые поверхности обретают максимальную прочность.

Во втором случае, «сварка» выглядит в виде стержня с оболочкой и внутренним активным веществом. Для получения необходимой реакции компоненты смешивают. Сначала отрезается необходимый кусок стержня, а затем в течение нескольких минут он активно разминается вручную до получения однородной пластичной массы, которая и служит соединительным веществом.

Специалисты рекомендуют для соединений встык или внахлест использовать клей, а для герметизации или заделывания отверстий – замазку. Вне зависимости от используемого типа холодной сварки, необходимо соблюдать основные меры безопасности и технологию: обязательно обезжирить соединяемые поверхности; работать с использованием средств личной защиты (перчатки, очки, респираторы) в помещениях с высоким уровнем проветривания или вентиляции; строго придерживаться инструкции производителя по дозировке компонентов клея или времени разминания стержня.

Главное преимущество такого способа соединения полимеров – относительная простота и возможность сделать все в домашних условиях без применения специального оборудования.

К недостаткам стоит отнести довольно слабая сопротивляемость полученного соединения к вибрациям и ударам, а также полное отсутствие привлекательного внешнего вида.

Краткие итоги Сварка полимеров – необходимый процесс, который применяется как в условиях производства, так и дома. Если метод при помощи ультразвука больше относится к масштабным промышленным отраслям, то при помощи холодной сварки можно соединить различные полимеры между собой или с другими материалами (металл, керамика) в домашних условиях без использования сложного оборудования.

Источник: https://polimerinfo.com/kompozitnye-materialy/svarka-plastmass.html