A műanyaghegesztés fő típusai és jellemzői - műanyag hegesztés
A műanyagok hegesztése a hőre lágyuló műanyagok és a hőre keményedők folyamatos összekapcsolódásának folyamata, aminek következtében az összekapcsolandó részek közötti felület eltűnik.
A hőre keményedők csatlakoztatását a felületek kémiai kölcsönhatásán alapuló módszerrel vagy töltőanyag (úgynevezett vegyi hegesztés) részvételével végezzük. Ennek a módszernek a végrehajtása a felületek intenzív felmelegítését és a rezgések fokozódását igényli a polimer molekulák kötéseinél áram vagy ultrahang segítségével.
Ezután a munka a hőre lágyuló műanyag hegesztésről szól.
A hőre lágyuló műanyagok hegesztése hővel történik. Attól függően, hogy közvetlen hőforrásokat használnak-e, vagy különböző típusú energiákat hővé alakítanak-e, a hőre lágyuló műanyagok hegesztésére szolgáló eljárások két csoportra oszthatók.
Az első típusú hegesztés hegesztéssel, hevített elemekkel, forró levegő (gáz) hegesztéssel, extrudálással és injektálással történő hegesztéssel foglalkozik. A második -. Elektromos csatlakozás, és a nagyfrekvenciás ultrahangos hegesztéssel, dörzshegesztés, stb A megkülönböztető jellemzője a műanyag hegesztés, hogy a csatlakozási folyamat zajlik feletti hőmérsékleten a lágyulási hőmérsékletet, de bomlási hőmérséklete alatt, amikor a viszkózus-folyékony állapotban a polimer öntvény.
1. Hegesztés fűtött elemekkel
Ha az első típusú hegesztéshez kapcsolódik a hőre lágyuló műanyag hőre hegesztése, akkor a csatlakozás kialakulása a csatlakoztatott felületek melegítésével és a nyomás alkalmazásával történik. A kontakt-hőhegesztés két fő módja: fúziós hegesztés és penetrációs hegesztés.
2. ábra Hegesztés fűtött elem segítségével. 1 - hegesztett üregek; 2 - fluoroplasztikus szalag; 3 - nyomóhenger; 4 - fűtött elem.
Fúziós hegesztés esetén a fűtőelem jól illeszkedik a hegesztendő felületekhez és megolvasztja. A fűtőelemet ezután eltávolítják a hegesztési zónából, az alkatrészeket csatlakoztatják, nyomást gyakorolnak és fenntartják egy ideig a hegesztés előtt.
A műanyag termékek szilárdságát az ízület kialakítása is meghatározza. A hegesztéses reflow-féle hegesztett illesztések típusai a 3. ábrán láthatók.
3. ábra Hegesztett kötések típusai érintkező-hő-fúziós hegesztéssel
A szélek formázott fűtőelemekkel való összekapcsolása a hegesztett kötés erősségének növekedéséhez vezet, ami az ízület felületének növekedésével magyarázható.
A fúziós hegesztés lemezek, hegesztett műanyag csövek, lemezek és blokkok összekötésére szolgál mechanikus vágással.
Amikor ellenállás hegesztés penetráció fűtőelem érintkezik a külső részek felületein, és a hő átadódik a hegesztett felületek hővezetéssel teljes vastagságán keresztül. Az alkatrészek fűtése egy vagy két oldalról történik. Az anyag kétoldalas melegítése megkönnyíti a hegesztési körülményeket, lehetővé teszi az anyag gyorsabb felmelegítését a kívánt hőmérsékletre. A terméket egész hosszában csatlakoztathatja vagy hegesztéssel végezheti el. A folyamatos varratok előállításához görgős és öves gépeket használok.
A hegesztendő anyag tulajdonságaitól, a tömítések vastagságától, a szerszám hőmérsékletétől függően a hegesztési idő 3-5 másodperc. A megerõsítés elkerülése érdekében az alkatrészeket nyomás alatt hûtik le.
Érintkező-hőhegesztés olvasztással kombinálva az átfedéshez 2-3 mm vastagságú lemezeket és filmeket tartalmaz. Az átfedés változtatásával a hegesztési varrat erőssége széles tartományon belül változhat. A hegesztett ízületek kialakítását a 4. ábrán mutatjuk be.
műanyag polimer hegesztési kontaktus
4. ábra A filmek hegesztett illesztéseinek tervezése: a - lapping; b, c - átfedésekkel
2. Hegesztés forró levegővel (gáz)
Ez a típusú hegesztés forró levegőt (gáz) használ fel a műanyag felület felmelegítésére. A műanyag oxidációja meglazíthatja a hegesztett kötést. Ha ez a probléma jelentkezik, a forró levegőt forró gázzal (például nitrogénnel) helyettesítik, mert a levegő páratartalma növelheti az oxidációt. A hőállóság tekintetében a forró gázzal ellátott hegesztő berendezések előnyt jelentenek a forró levegős hegesztő berendezéseknél.
5. ábra Hegesztés forró gázzal. 1 - töltőanyag rúd; 2 - a henger; 3 - égő; 4 - hegesztett varrat; 5 hegeszthető üresek; 6 - Hegesztési irány
3. Extrudáló hegesztés
Ez a típusú hegesztés egy csavaros mechanizmust (csigás szállítószalagot) alkalmaz, amely mozgatja a rudat vagy granulátumokat (az elektród méretétől függően) a hengeren keresztül. A henger belsejében a műanyagokat összekeverik, összenyomják és megolvasztják. A csigás szállítószalag az olvasztott műanyagot a hegesztőgépen keresztül a "csúszka" segítségével tolja fel, és egy hegesztett gyöngyöt hoz létre. Az extrudáló hegesztőegység előmelegíti a hegesztett területet forró levegővel vagy gázzal [2]
4. Befecskendező hegesztés
Ez a hegesztési rendszer hevített ízületek kialakításához hevített hegyet és injektálási nyomást alkalmaz. A forró (cserélhető) csúcs felmelegíti a műanyag felületét és létrehoz egy hegesztett kötési zónát, amelybe az olvadt műanyagot beinjektálják. A hegesztett kötés és a műanyag nem valós fizikai keveredést eredményez. Hűtött állapotban ez a hegesztett kötés a legerősebb, amelyet ezzel a technológiával lehet elérni. Mivel a csúcs a műanyag felületének felszakadását okozza, a felület felkészítése nem szükséges, hacsak nincs sok szennyezés. Ez időt takarít meg a hegesztési műveletek során.
A következő típusú hegesztő technológiák a második típushoz kapcsolódnak:
5. Elektromos alap csatlakozás
Ez a technológia egy elektromos patront használ műanyag alkatrészek (pl. Polietilén csövek) hegesztéséhez. Az elektromos energia felmelegíti a rézvezetéket a patron belsejében, a műanyag megolvad és kibővül, a tágulási nyomás összeköti az alkatrészeket.
6. Ultrahangos hegesztés
Az ultrahangos hegesztés során akusztikus szerszámot használnak a vibrációs energia átvitelére műanyag részeken keresztül a hegesztési területre. A vibráló molekulák súrlódása hővé alakul, amely megolvasztja és hegesztett műanyagot. Amikor a műanyag eléri az olvadékot, a rezgés leáll. A nyomást akkor alkalmazzák, amikor az olvadt műanyag megszilárdul. Az ilyen rendszereket kis alkatrészek hegesztésére használják.
6. ábra: Prémium ultrahangos hegesztés. 1 - hullámvezető eszköz; 2 - hegesztett alkatrészek
7. Nagyfrekvenciás hegesztés
A nagyfrekvenciás hegesztés, szemben az ultrahangos hegesztéssel, amelynek csatlakozásai hasonlóak a bélyegzéshez, lehetővé teszik a hegesztett kötések folytonosságát. Az ilyen típusú hegesztés tipikus alkalmazása a vékony anyagok hegesztése.
8. ábra Nagyfrekvenciás áramú csövek hegesztése.
8. Súrlódás hegesztése
A súrlódásos hegesztés kerek műanyag részeket köti össze egymással a körkörös forgó mozgás folyamatában. Ezzel egyidejűleg az egyik részt megtartja, a másik pedig el van forgatva. A két rész közötti súrlódás hőt termel, ami az olvasztást és a fúziót okozza (hűtés közben).
9. ábra Súrlódásos hegesztés
9. Vibrációs hegesztés
Ezzel a hegesztéssel a hegesztett részek felületét vibrációval hevítik fel, ami megolvasztja és hegesztett kötést hoz létre.
10. ábra Vibrációs hegesztési séma
10. Lézeres hegesztés
A lézeres hegesztés háromféle lehet: hegesztés kontúr, szinkron és kvázisszinkron hegesztéssel. Amikor hegesztéssel a áramköri rétegek vannak összekötve egy lézersugár, ami mozog, és megolvasztja a műanyag a varrás, vagy préselt egymáshoz réteg mentén mozgatjuk egy rögzített lézersugarat.
Szinkron hegesztés során a különböző diódákból származó lézersugarak a varrás kontúrvonalára irányulnak, ezzel egyidejűleg megolvasztják és hegesztik az egész profilt.
A kvasi-szinkron hegesztés a kontúrhegesztés és a szinkronhegesztés kombinációja. A tükrök a lézersugarat nagy sebességgel irányítják a hegesztett rész mentén, aminek következtében az egész kontúr fokozatosan felmelegszik és megolvad.
11. ábra: Lézeres hegesztés. Balról jobbra: kontúrhegesztés, szinkronhegesztés, kvazinszinkron hegesztés.
Minden ilyen típusú hegesztési következő paraméterek jellemzőek: a hegesztési hőmérséklet, idő fűtés (reflow), a nyomás értéke melegítés után az iszap nyomás alatt, amikor csapadék és öregedés, a nagysága és aránya csapadék, behatolási mélysége.
A hegesztéses hegesztőgépek hegesztés közben történő hevítési hőmérsékletét és a későbbi hűtést a termikus folyamatok kinetikája, a varrás szerkezeti átalakulása és a hegesztési zóna határozza meg. Ebben az esetben a polimer bomlása nem fordulhat elő, különben csökken a hegesztés minősége. A fűtőelem hőmérséklete általában 100-120 ° C-ra van beállítva a hőre lágyuló műanyag olvadáspontja felett.
Szükséges továbbá elkerülni a hegesztés (víz vagy hideg levegő) éles hűtését, mivel ez a belső terhelések növekedéséhez vezethet.
A hegesztés során a nyomás és a lerakódás sebességének biztosítania kell a közbenső rétegek (gáz és oxidált réteg) eltávolítását. A nyomás lehetővé teszi a műanyagok molekuláinak keveredését. A műanyag hegesztésénél a legjobb kapcsolatot akkor kapja meg, ha nincs valódi fizikai keveredés a műanyagokból. Ha a nyomás túl alacsony vagy túl magas, a hegesztési minőség romlik.
A hegesztett kötések szilárdsága a hegesztési időtartam növekedésével és az olvadt részek végeinek hőmérsékletével csak egy bizonyos határig növekszik, a polimer aktív dekompozíciójának hőmérsékletéig. Ahogy a nyomás a vájattal nő, a hegesztett kötések erőssége nő.
A varratszakasz szilárdsága a csukló közepén maximális értéket képvisel. Ennek oka az olvadék áramlása a varrás kialakítása és hűtése során. Az olvadék áramlása különösen intenzív a perifériás zónában.
A hegesztési műveletek során vegye figyelembe az alábbiakat. Először is, lehetetlen különböző típusú műanyagokat hegeszteni, mivel minden műanyagnak saját molekuláris szerkezete és hegesztési hőmérséklete van. Másodszor, a legtöbb hegesztőrendszerrel történő hegesztéshez elő kell készíteni a műanyag felületét, amely a minőségi hegesztett kötés kialakításához szükséges. A felület előkészítése csökkenti az oxidációt, és eltávolítja az egyéb szennyeződéseket, például zsírt, port, kiküszöböli a felszíni károsodást.
Emlékeztetni kell arra is, hogy nincs univerzális hegesztési módszer. A hegesztés típusát a hegesztett műanyag molekuláris szerkezetétől és tulajdonságaitól, valamint a termék méreteitől függően választjuk meg.