pobieranie: 13 Techniki łączenia tworzyw sztucznych - zgrzewanie
Pobierz dokument pdfPrzeglądaj wersję html pliku:
Instytut In ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych
Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
1. Cel wiczenia
Celem wiczenia zaznajomienie studentów z zagadnieniami dotycz cymi metod ł czenia tworzyw sztucznych, a tak e wykonanie poł czenia próbek wybranymi metodami.
2. Okre lenie podstawowych zagadnie oraz opis metod ł czenia.
Tworzywa sztuczne mo emy ł czy poprzez klejenie, poł czenia mechaniczne (nity, gwinty, zatrzaski). Tworzywa termoplastyczne mo na dodatkowo ł czy technikami zgrzewania i spawania. Wybór metody ł czenia zale y od postaci ł czonych elementów, zastosowania, warunków eksploatacji a tak e od budowy chemicznej i wła ciwo ci fizycznych ł czonych materiałów.
2.1. Zgrzewanie tworzyw sztucznych
Zgrzewanie tworzyw sztucznych jest to proces ł czenia elementów z tworzyw termoplastycznych polegaj cy na uplastycznieniu pod wpływem podwy szonej temperatury ł czonych powierzchni i docisku ich do siebie. Po ochłodzeniu powstaje trwałe zł cze. Ciepło potrzebne do uplastycznienia materiału, w zale no ci od techniki zgrzewania, mo e by doprowadzone z zewn trz albo mo e by wytworzone wewn trz materiału. Ła cuchy polimerowe doci ni tych do siebie ł czonych powierzchni przeplataj si wzajemnie wskutek dyfuzji. Spl tane makrocz steczki po ochłodzeniu tworz trwałe poł czenie. Ze wzgl du na dyfuzyjny charakter procesu wła ciwo ci wytrzymało ciowe zł cza zale od temperatury i czasu jej oddziaływania oraz od warto ci docisku i czasu jego trwania. Rozró ni si nast puj ce metody zgrzewania (podział ze wzgl du na sposób doprowadzenia ciepła): A) nagrzewanie od zewn trznej strony ł czonych elementów: 1) zgrzewanie kontaktowe 2) zgrzewanie impulsowe B) nagrzewanie od wewn trznej strony ł czonych elementów: 3) zgrzewanie gor cym powietrzem 4) zgrzewanie gor cym klinem 5) zgrzewanie gor c płyt 6) zgrzewanie tarciowe 7) zgrzewanie wibracyjne 8) zgrzewanie laserowe 9) zgrzewanie mufowe (polidyfuzyjne) C) nagrzewanie przy wytworzeniu ciepła wewn trz ł czonych materiałów 10) elektrooporowe 11) zgrzewanie pr dami wysokiej cz stotliwo ci 12) Zgrzewanie mikrofalami 13) zgrzewanie ultrad wi kowe 2.1.1. Zgrzewanie kontaktowe Zgrzewanie kontaktowe polega na doci ni ciu ł czonych elementów (przede wszystkim folii) do siebie mi dzy gor cymi elektrodami lub mi dzy gor c i zimn elektrod . Elektrody s nagrzewane poprzez przepływ pr du elektrycznego poprzez elementy elektrooporowe. Aby wyeliminowa przywieranie uplastycznionego materiału do elektrod, powleka si je policzterofluoroetylenem (PTFE)(znany pod nazw handlow Teflon) lub tkanin szklan nasycon PTFE. Elektrody podczas Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie 1
@ 2 5 6
5
2
2
2
A
9
2
1 !0¢'(!%&%$" !¨¦¤¢ ) ¥ © # # ¥ © §¥£ ¡ 2 2 B B 6 2 2 2 B B 2 2 @ 6 5 2 2 2 @ 2 2 2 2 22 B 2 B @ 8 B 2 2 2 @ @ 2 6 6 5 2 6 C26 2 2 5 6 2 2 22 B E 2 2 2 2 D D 2 B 2 6 2 2 2 @ 2 2
B 2 6
3
5
2
7
2
B
@ @ 2
4
B @
6
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad cał procesu s gor ce. W przypadku ł czenia folii, cz sto zgrzewanie kontaktowe prowadzi si w ego ten sposób aby podczas procesu nast pił przeci cie z jednoczesnym spojeniem przeci tych obrze y. o 2.1.2. Zgrzewanie impulsowe Zgrzewanie impulsowe (rys. 10) polega na ci ni ciu ł czonych elementów (przede wszystkim folii) elektrodami, które nast pnie wskutek krótkiego impulsu pr du elektrycznego s bardzo szybko nagrzewane, a nast pnie szybko schł odzone. Czas impulsu wynosi od 0,1 do ok. 3 sekund w zale no ci od grubo ci. Impuls pr du nie nagrzewa cał elektrody tylko cienk ta m elektrooporow ej znajduj c pod elektrod osł t tkanin szklan przesycon PTFE. Po ustaniu impulsu ciepł jest oni o odbierane przez masywn elektrod stalow , która mo e by dodatkowo cał czas chł y odzona. Zalet metody zgrzewania impulsowego jest chł odzenie zł cza pod dociskiem, co eliminuje mo liwo jego uszkodzenia przed cał kowitym schł odzeniem. Zalety tej nie posiadaj zgrzewarki kontaktowe. Metoda ta jest najbardziej rozpowszechniona do zgrzewania opakowa z folii z jednoczesnym ich napeł nianiem.
Rys. 10. Schemat zgrzewania impulsowego. 1 – listwa dociskowa, 2 – ta ma elektrooporowa, 3 – guma porowata (izolacja elektryczna ta my), 4 – tkanina szklana przesycona PTFE, 5 – ł czone folie
2.1.3. Zgrzewanie gor cym powietrzem Zgrzewanie to polega na nagrzaniu gor cym powietrzem wewn trznych stron ł czonych materiał i docisku ich do siebie (rys. 11). Parametrem zgrzewania jest temperatura wypł ów ywaj cego powietrza i jego ci nienie a tak e pr dko przesuwu oraz wielko docisku. Docisk najcz ciej odbywa si za pomoc elastycznego wał co umo liwia zgrzewanie nierównych powierzchni. Technik ka zgrzewania gor cym powietrzem wykonuje si zł cza zakł adkowe. Metoda ta jest wydajna i umo liwia wykonywanie poł cze z szybko ci do 15 m/min.
Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
2
b b
b
c
d
d
b
gfe d
b
¨c e
c
b
c e b
c b c b b b a V U ` I R Q X R X !0¢Y(!%&%$W V!R¨¦¤¢F UI T S Q PIH G c ut r ipq b gfe b b b c e e f d h b b b b c d b b gfe c d c b e bc b t c s b b v c e e
h b
b
b
bb e d b
c
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
Rys. 11. Zgrzewanie gor cym powietrzem polietylenowej wykł adziny basenu pł ywackiego ta m o szeroko ci.
2.1.4. Zgrzewanie gor cym klinem Zgrzewanie t metod polega na uplastycznieniu kraw dzi ł czonych elementów za pomoc gor cego klina metalowego i docisku kraw dzi do siebie. Nacisk na elementy wywierany jest za pomoc walcowej rolki. Metoda podobna do zgrzewania gor cym powietrzem. Technik to zgrzewa si folie i cienkie pł np. z PE, PVC, PMMA. yty 2.1.5. Zgrzewanie gor c pł yt Metoda ta polega na doci ni ciu powierzchni ł czonych do gor cej pł w celu uplastycznienia yty tworzywa, a nast pnie po usuni ciu pł docisku powierzchni do siebie. Podstawowymi parametrami yty yty, yty a zgrzewania s : temperatura pł czas docisku do pł i sił docisku, czas docisku powierzchni ł czonych i sił docisku. Podczas zgrzewania tworz si dwa symetryczne wypł (wał a ywki eczki) powstał e z wyci ni tego ze zł cza tworzywa. Metod t masowo wykonuje si poł czenia rur i pł z tworzyw yt sztucznych termoplastycznych. Najwi ksze zastosowanie metoda znajduje w ł czeniu rur z przeznaczeniem do wody, gazu i innych mediów. Najcz ciej s to rury z PEHD, PP. Du e zastosowanie metoda ta ma w produkcji okien i drzwi z PVC. Zgrzewaniem doczoł owym ł czy si pł yty w budowie zbiorników instalacji chemicznych. 2.1.6. Zgrzewanie tarciowe u W metodzie tej ciepł niezb dne do uplastycznienia materiał uzyskuje si przez wzajemne o tarcie ł czonych powierzchni z jednoczesnym dociskiem ich do siebie. Po osi gni ciu wymaganej temperatury operacj tarcia przerywa si utrzymuj c tylko docisk. Zgrzewanie mo na przeprowadza na przystosowanych do tego tokarkach – ł czy si w ten sposób rury. Dobrze zgrzewaj si t metod twarde termoplasty, podatne na utlenianie w podwy szonej temperaturze. Zgrzewanie odbywa si praktycznie bez dost pu powietrza do uplastycznionego tworzywa. Metoda doskonale nadaje si do zgrzewania PA, który jest twardy i podatny na utlenianie w podwy szonej temperaturze. 2.1.7. Zgrzewanie wibracyjne o Zgrzewanie wibracyjne jest odmian zgrzewania tarciowego, gdy ciepł potrzebne do uplastycznienia materiał równie wydziela si podczas tarcia. Ró nica polega na tym, e ł czone u powierzchnie tr o siebie wykonuj c wibracje wzgl dem siebie. Jeden z elementów jest nieruchomy, a drugi wprowadzany w ruch drgaj cy, przy jednoczesnym wywieraniu docisku. Cz stotliwo stosowana t. w tej metodzie wynosi 100 – 280 Hz. Elementy zgrzewane mog mie dowolny kształ Wzgl dne przemieszczenie zgrzewanych cz ci mo e by liniowe lub k towe. Wibruj ce powierzchnie zgrzewanych elementów ulegaj uplastycznieniu w ci gu 2-3 s, a po ustaniu drga nast puje ich Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
3
d
gd
e
!0¢(!%&%$ !¨¦¤¢w y x d ¨ d ¨
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad zestalenie pod odpowiednim dociskiem. T metod zgrzewa mo na elementy o wi kszych gabarytach np. zbiorniki na paliwo do samochodów. 2.1.8. Zgrzewanie laserowe W tej metodzie nast puje uplastycznienie ł czonych powierzchni jest nast pstwem absorpcji promieniowania laserowego. Oddział ywanie promienia lasera z makrocz steczkami polimeru powoduje zwi kszenie ich drga i podniesienie temperatury tworzywa. Je eli tworzyw wykazuje sł absorpcj ab promieniowania lasera, wprowadza si uprzednio do tworzywa rodki pomocnicze w postaci cz stek dobrze absorbuj cych to promieniowanie. Przy pomocy lasera mo na wykona poł czenia doczoł owe poprzez nagrzanie laserem rozsuni tych powierzchni przeznaczonych do zgrzania a nast pnie docisku ich do siebie podobnie jak ma to miejsce podczas zgrzewania gor c pł . Drugim sposobem yt zgrzewania za pomoc lasera jest wykonywanie poł cze elementów, z których jeden przepuszcza promieniowanie (nie wykazuje absorpcji) natomiast drugi doskonale absorbuje je. S to elementy z tego samego polimeru ale jeden z elementów posiada napeł niacz absorbuj cy promieniowanie lasera. Elementy s doci ni te do siebie, promie lasera przechodzi przez jeden materiałnatomiast na styku elementów nast puje absorpcja promieniowania z wydzieleniem ciepł i zgrzanie. a 2.1.9. Zgrzewanie mufowe (polidyfuzyjne) Metoda stosowana wył cznie do ł czenia rur. W metodzie tej ł czenie rur odbywa si za pomoc kształ (muf), nie ł czy si rury z rur bezpo rednio. Miejsce zgrzania jest wewn trzna tek powierzchnia kształ i zewn trzna rur. Nagrzewania odbywa si na specjalnych narz dziach pokrytych tki np. teflonem aby zapobiec adhezji do elementów grzejnych. Narz dzie jest w postaci nagrzanego z jednej strony trzpienia i z drugiej strony rury, na które nasadza si jednocze nie kształ i wsadza rur . tk Po podgrzaniu elementów narz dzie usuwa si i natychmiastowo wkł ada si rur w kształ i tk nast puje zgrzanie. Metod to wykonuje si coraz cz ciej instalacje wodne z rur PE i PP w gospodarstwach domowych. 2.1.10. Zgrzewanie elektrooporowe Metoda prawie identyczna jak zgrzewanie mufowe z t ró nic , e nie nagrzewa si powierzchni ł czonych gor cym narz dziem. Kształ (mufy) posiadaj wtopiony w cianki drut tki elektrooporowy. Po wł eniu rur w kształ , przez drut przepuszczany jest pr d elektryczny o tk powoduj cy rozgrzanie drutu i otaczaj cego go polimeru. Podgrzewa si zarówno wewn trzna powierzchnia kształ jak i zewn trzna powierzchnia rur w kształ Nast puje zgrzanie powierzchni. tki tce. 2.1.11. Zgrzewanie pr dami wysokiej cz stotliwo ci Metoda przeznaczona do tworzyw sztucznych maj cych budow polarn i wykazuj cych wysoki współ czynnik stratno ci dielektrycznej przede wszystkim do PVC. Mo liwe jest te zgrzewanie t metod ABS, PET, PUR, EVA, CA. Pod dział aniem pola elektromagnetycznego nast puje polaryzacja cz steczek tworzywa wg linii dział ania pola czyli ustawienie si dipoli analogicznie jak ustawia si igł a kompasu w polu elekromagnetycznym. Po zmianie biegunów przył onego napi cia, nast puje o przegrupowanie dipoli o 180O. Je eli zmiana biegunów odbywa si miliony razy w ci gu sekundy (dokł adnie 27 MHz), ruch dipoli wywoł tarcie wewn trzne i nagrzewanie si materiał (wyobrazi uje u sobie to mo na w ten sposób, e igł kompasu reprezentuj ca pojedynczy dipol na skutek zmiennego a pola elektromagnetycznego ustawiał si z wielk cz stotliwo ci raz w gór raz w dół Elektrody, które a ). dociskaj materiałs zimne a ciepł wytwarzane jest w materiale mi dzy elektrodami. Górna elektroda o ma kształ wykonywanego zł cza a doln stanowi pł Wytrzymał wzgl dna spoin wykonanych t t yta. o metod jest bardzo wysoka i dochodzi do 99%, gdy wymuszony ruch dipoli bardzo wzmaga dyfuzj ł cuchów i wzajemne ich przemieszanie w zł czu. Metod t wykonuje si zgrzewanie elementów a wyposa enia samochodowego, materiał obiciowych wykonanych np. ze sztucznej skóry PVC. ów Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie 4
w
v
v
y y
y
y
y
y
v
y
y
y
y
v
{
v
v
v v v vv y v w x
v
y
y
y y
x
y
y
y
y
y y v x v x v
y
v
y
x w v v u p o t i l k r l r !0¢s(!%&%$q p!l¨¦¤¢f oi n m k jih g y { v y x x v y gw{ y y y { y x v { v v y y ¨y { v { z v v y x y v v ~ v y v y y v } z v v y y y y y x y y v x v v y y v v x v | { z v
y {
v
y
v
x
v
v
v
v
x
v
v
v
y
y
v
z
2.1.12. Zgrzewanie mikrofalami Metoda analogiczna do zgrzewania pr dami wysokiej cz stotliwo ci ró ni ca si jedynie cz stotliwo ci pola wynosz ca 0,3-300 GHz i dł ciami fal elektromagnetycznych. ugo 2.1.13. Zgrzewanie ultrad wi kowe Zgrzewanie to polega na wprowadzeniu materiał ł czonego za pomoc sondotrody w drgania u o cz stotliwo ciach ultrad wi kowych (20-40 KHz), przez co w miejscu odpowiednio uformowanego styku materiał wydziela si ciepł umo liwiaj ce zgrzanie po ustaniu drga . Ciepł wydziela si z ów o o powodu tarcia wewn trznego na skutek wysokich napr e zmiennych w czasie (a co za tym idzie odkształ ) w miejscu styku materiał Materiał w miejscu styku maj mał powierzchnie co ce ów. y powoduje ze pod wpł ywem sił w tym miejscu powstaj du e napr enia i odkształ y cenia. Zgrzewarka ultrad wi kowa skł si m.in. z przetwornika drga , w którym wytwarzane s drgania mechaniczne ada trzpienia, który przenosi je na materiał ł czony a tak e z kowadeł przejmuj cego nadmiar drga i ka odprowadzaj cego ciepł Tworzyw przeznaczone do zgrzewania ultrad wi kowego nie powinny tł o. umi drga a wi c powinny by twarde (np. PA, PC, PMMA, PS, PET, PBT), aby przekazywa cał energi do zł cza. Metoda wydajna, czas zgrzewania nie przekracza 2 s.
3. Sposób wykonania wiczenia
Instrukcja obsł urz dze wraz z danymi technicznymi oraz uwagami dotycz cymi BHP ugi powinna znajdowa si na stanowisku. Obsł ugiwanie urz dze do spawania i zgrzewania jest dozwolone tylko w obecno ci prowadz cego wiczenie po uprzednim zapoznaniu si z instrukcj lub przeszkoleniu. Nale y ci le stosowa si do polece prowadz cego wiczenie. Nale y zachowa szczególn ostro no , gdy w przeciwnym wypadku istnieje gro ba poparzenia.
3.1. Zgrzewanie tworzyw sztucznych
W czasie wicze zostan wykonane poł czenia doczoł rur z PE i PP metod gor cej pł owe yty. Przy pomocy zgrzewarki impulsowej wykonane zostan worki z folii PE. Na zgrzewarce wielkiej cz stotliwo ci wykonane zostanie poł czenie folii ze zmi kczonego PVC.
4. Literatura
Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
g ¨ ¨ !0¢(!%&%$ ! ¨¦¤¢
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
1. Schreder W.: Tworzywa sztuczne. Przeróbka i spawanie. Wydawnictwo Naukowo Techniczne. Warszawa 1973 2. Klimpel A.,: Spawanie i zgrzewanie tworzyw termoplastycznych. Wydawnictwo Politechniki l skiej, Gliwice 2000 3. Wytyczne Urz du Dozoru Technicznego „SPAWACZE I ZGRZEWACZE TERMOPLASTYCZNYCH TWORZYW SZTUCZNYCH”, WDT-ST-1/00, Warszawa 2000 4. K. Kwiatkowski, Z. Rosł aniec – „Badanie poł cze spawanych elastomerów poli(eterowoestrowych). Cz. I. Wpł zawarto ci segmentów gi tkich na morfologi i wł ciwo ci yw a mechaniczne”, POLIMERY 2004,49, 268-274 5. Spawanie termoplastycznych tworzyw sztucznych przy u yciu spawarek r cznych. Materiał y reklamowe firmy LEISTER, prospekt 21A/PL , Kagiswil, Szwajcaria
5
13 Techniki łączenia tworzyw sztucznych - zgrzewanie
Instytut In ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych
Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
1. Cel wiczenia
Celem wiczenia zaznajomienie studentów z zagadnieniami dotycz cymi metod ł czenia tworzyw sztucznych, a tak e wykonanie poł czenia próbek wybranymi metodami.
2. Okre lenie podstawowych zagadnie oraz opis metod ł czenia.
Tworzywa sztuczne mo emy ł czy poprzez klejenie, poł czenia mechaniczne (nity, gwinty, zatrzaski). Tworzywa termoplastyczne mo na dodatkowo ł czy technikami zgrzewania i spawania. Wybór metody ł czenia zale y od postaci ł czonych elementów, zastosowania, warunków eksploatacji a tak e od budowy chemicznej i wła ciwo ci fizycznych ł czonych materiałów.
2.1. Zgrzewanie tworzyw sztucznych
Zgrzewanie tworzyw sztucznych jest to proces ł czenia elementów z tworzyw termoplastycznych polegaj cy na uplastycznieniu pod wpływem podwy szonej temperatury ł czonych powierzchni i docisku ich do siebie. Po ochłodzeniu powstaje trwałe zł cze. Ciepło potrzebne do uplastycznienia materiału, w zale no ci od techniki zgrzewania, mo e by doprowadzone z zewn trz albo mo e by wytworzone wewn trz materiału. Ła cuchy polimerowe doci ni tych do siebie ł czonych powierzchni przeplataj si wzajemnie wskutek dyfuzji. Spl tane makrocz steczki po ochłodzeniu tworz trwałe poł czenie. Ze wzgl du na dyfuzyjny charakter procesu wła ciwo ci wytrzymało ciowe zł cza zale od temperatury i czasu jej oddziaływania oraz od warto ci docisku i czasu jego trwania. Rozró ni si nast puj ce metody zgrzewania (podział ze wzgl du na sposób doprowadzenia ciepła): A) nagrzewanie od zewn trznej strony ł czonych elementów: 1) zgrzewanie kontaktowe 2) zgrzewanie impulsowe B) nagrzewanie od wewn trznej strony ł czonych elementów: 3) zgrzewanie gor cym powietrzem 4) zgrzewanie gor cym klinem 5) zgrzewanie gor c płyt 6) zgrzewanie tarciowe 7) zgrzewanie wibracyjne 8) zgrzewanie laserowe 9) zgrzewanie mufowe (polidyfuzyjne) C) nagrzewanie przy wytworzeniu ciepła wewn trz ł czonych materiałów 10) elektrooporowe 11) zgrzewanie pr dami wysokiej cz stotliwo ci 12) Zgrzewanie mikrofalami 13) zgrzewanie ultrad wi kowe 2.1.1. Zgrzewanie kontaktowe Zgrzewanie kontaktowe polega na doci ni ciu ł czonych elementów (przede wszystkim folii) do siebie mi dzy gor cymi elektrodami lub mi dzy gor c i zimn elektrod . Elektrody s nagrzewane poprzez przepływ pr du elektrycznego poprzez elementy elektrooporowe. Aby wyeliminowa przywieranie uplastycznionego materiału do elektrod, powleka si je policzterofluoroetylenem (PTFE)(znany pod nazw handlow Teflon) lub tkanin szklan nasycon PTFE. Elektrody podczas Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie 1
@ 2 5 6
5
2
2
2
A
9
2
1 !0¢'(!%&%$" !¨¦¤¢ ) ¥ © # # ¥ © §¥£ ¡ 2 2 B B 6 2 2 2 B B 2 2 @ 6 5 2 2 2 @ 2 2 2 2 22 B 2 B @ 8 B 2 2 2 @ @ 2 6 6 5 2 6 C26 2 2 5 6 2 2 22 B E 2 2 2 2 D D 2 B 2 6 2 2 2 @ 2 2
B 2 6
3
5
2
7
2
B
@ @ 2
4
B @
6
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad cał procesu s gor ce. W przypadku ł czenia folii, cz sto zgrzewanie kontaktowe prowadzi si w ego ten sposób aby podczas procesu nast pił przeci cie z jednoczesnym spojeniem przeci tych obrze y. o 2.1.2. Zgrzewanie impulsowe Zgrzewanie impulsowe (rys. 10) polega na ci ni ciu ł czonych elementów (przede wszystkim folii) elektrodami, które nast pnie wskutek krótkiego impulsu pr du elektrycznego s bardzo szybko nagrzewane, a nast pnie szybko schł odzone. Czas impulsu wynosi od 0,1 do ok. 3 sekund w zale no ci od grubo ci. Impuls pr du nie nagrzewa cał elektrody tylko cienk ta m elektrooporow ej znajduj c pod elektrod osł t tkanin szklan przesycon PTFE. Po ustaniu impulsu ciepł jest oni o odbierane przez masywn elektrod stalow , która mo e by dodatkowo cał czas chł y odzona. Zalet metody zgrzewania impulsowego jest chł odzenie zł cza pod dociskiem, co eliminuje mo liwo jego uszkodzenia przed cał kowitym schł odzeniem. Zalety tej nie posiadaj zgrzewarki kontaktowe. Metoda ta jest najbardziej rozpowszechniona do zgrzewania opakowa z folii z jednoczesnym ich napeł nianiem.
Rys. 10. Schemat zgrzewania impulsowego. 1 – listwa dociskowa, 2 – ta ma elektrooporowa, 3 – guma porowata (izolacja elektryczna ta my), 4 – tkanina szklana przesycona PTFE, 5 – ł czone folie
2.1.3. Zgrzewanie gor cym powietrzem Zgrzewanie to polega na nagrzaniu gor cym powietrzem wewn trznych stron ł czonych materiał i docisku ich do siebie (rys. 11). Parametrem zgrzewania jest temperatura wypł ów ywaj cego powietrza i jego ci nienie a tak e pr dko przesuwu oraz wielko docisku. Docisk najcz ciej odbywa si za pomoc elastycznego wał co umo liwia zgrzewanie nierównych powierzchni. Technik ka zgrzewania gor cym powietrzem wykonuje si zł cza zakł adkowe. Metoda ta jest wydajna i umo liwia wykonywanie poł cze z szybko ci do 15 m/min.
Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
2
b b
b
c
d
d
b
gfe d
b
¨c e
c
b
c e b
c b c b b b a V U ` I R Q X R X !0¢Y(!%&%$W V!R¨¦¤¢F UI T S Q PIH G c ut r ipq b gfe b b b c e e f d h b b b b c d b b gfe c d c b e bc b t c s b b v c e e
h b
b
b
bb e d b
c
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
Rys. 11. Zgrzewanie gor cym powietrzem polietylenowej wykł adziny basenu pł ywackiego ta m o szeroko ci.
2.1.4. Zgrzewanie gor cym klinem Zgrzewanie t metod polega na uplastycznieniu kraw dzi ł czonych elementów za pomoc gor cego klina metalowego i docisku kraw dzi do siebie. Nacisk na elementy wywierany jest za pomoc walcowej rolki. Metoda podobna do zgrzewania gor cym powietrzem. Technik to zgrzewa si folie i cienkie pł np. z PE, PVC, PMMA. yty 2.1.5. Zgrzewanie gor c pł yt Metoda ta polega na doci ni ciu powierzchni ł czonych do gor cej pł w celu uplastycznienia yty tworzywa, a nast pnie po usuni ciu pł docisku powierzchni do siebie. Podstawowymi parametrami yty yty, yty a zgrzewania s : temperatura pł czas docisku do pł i sił docisku, czas docisku powierzchni ł czonych i sił docisku. Podczas zgrzewania tworz si dwa symetryczne wypł (wał a ywki eczki) powstał e z wyci ni tego ze zł cza tworzywa. Metod t masowo wykonuje si poł czenia rur i pł z tworzyw yt sztucznych termoplastycznych. Najwi ksze zastosowanie metoda znajduje w ł czeniu rur z przeznaczeniem do wody, gazu i innych mediów. Najcz ciej s to rury z PEHD, PP. Du e zastosowanie metoda ta ma w produkcji okien i drzwi z PVC. Zgrzewaniem doczoł owym ł czy si pł yty w budowie zbiorników instalacji chemicznych. 2.1.6. Zgrzewanie tarciowe u W metodzie tej ciepł niezb dne do uplastycznienia materiał uzyskuje si przez wzajemne o tarcie ł czonych powierzchni z jednoczesnym dociskiem ich do siebie. Po osi gni ciu wymaganej temperatury operacj tarcia przerywa si utrzymuj c tylko docisk. Zgrzewanie mo na przeprowadza na przystosowanych do tego tokarkach – ł czy si w ten sposób rury. Dobrze zgrzewaj si t metod twarde termoplasty, podatne na utlenianie w podwy szonej temperaturze. Zgrzewanie odbywa si praktycznie bez dost pu powietrza do uplastycznionego tworzywa. Metoda doskonale nadaje si do zgrzewania PA, który jest twardy i podatny na utlenianie w podwy szonej temperaturze. 2.1.7. Zgrzewanie wibracyjne o Zgrzewanie wibracyjne jest odmian zgrzewania tarciowego, gdy ciepł potrzebne do uplastycznienia materiał równie wydziela si podczas tarcia. Ró nica polega na tym, e ł czone u powierzchnie tr o siebie wykonuj c wibracje wzgl dem siebie. Jeden z elementów jest nieruchomy, a drugi wprowadzany w ruch drgaj cy, przy jednoczesnym wywieraniu docisku. Cz stotliwo stosowana t. w tej metodzie wynosi 100 – 280 Hz. Elementy zgrzewane mog mie dowolny kształ Wzgl dne przemieszczenie zgrzewanych cz ci mo e by liniowe lub k towe. Wibruj ce powierzchnie zgrzewanych elementów ulegaj uplastycznieniu w ci gu 2-3 s, a po ustaniu drga nast puje ich Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
3
d
gd
e
!0¢(!%&%$ !¨¦¤¢w y x d ¨ d ¨
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad zestalenie pod odpowiednim dociskiem. T metod zgrzewa mo na elementy o wi kszych gabarytach np. zbiorniki na paliwo do samochodów. 2.1.8. Zgrzewanie laserowe W tej metodzie nast puje uplastycznienie ł czonych powierzchni jest nast pstwem absorpcji promieniowania laserowego. Oddział ywanie promienia lasera z makrocz steczkami polimeru powoduje zwi kszenie ich drga i podniesienie temperatury tworzywa. Je eli tworzyw wykazuje sł absorpcj ab promieniowania lasera, wprowadza si uprzednio do tworzywa rodki pomocnicze w postaci cz stek dobrze absorbuj cych to promieniowanie. Przy pomocy lasera mo na wykona poł czenia doczoł owe poprzez nagrzanie laserem rozsuni tych powierzchni przeznaczonych do zgrzania a nast pnie docisku ich do siebie podobnie jak ma to miejsce podczas zgrzewania gor c pł . Drugim sposobem yt zgrzewania za pomoc lasera jest wykonywanie poł cze elementów, z których jeden przepuszcza promieniowanie (nie wykazuje absorpcji) natomiast drugi doskonale absorbuje je. S to elementy z tego samego polimeru ale jeden z elementów posiada napeł niacz absorbuj cy promieniowanie lasera. Elementy s doci ni te do siebie, promie lasera przechodzi przez jeden materiałnatomiast na styku elementów nast puje absorpcja promieniowania z wydzieleniem ciepł i zgrzanie. a 2.1.9. Zgrzewanie mufowe (polidyfuzyjne) Metoda stosowana wył cznie do ł czenia rur. W metodzie tej ł czenie rur odbywa si za pomoc kształ (muf), nie ł czy si rury z rur bezpo rednio. Miejsce zgrzania jest wewn trzna tek powierzchnia kształ i zewn trzna rur. Nagrzewania odbywa si na specjalnych narz dziach pokrytych tki np. teflonem aby zapobiec adhezji do elementów grzejnych. Narz dzie jest w postaci nagrzanego z jednej strony trzpienia i z drugiej strony rury, na które nasadza si jednocze nie kształ i wsadza rur . tk Po podgrzaniu elementów narz dzie usuwa si i natychmiastowo wkł ada si rur w kształ i tk nast puje zgrzanie. Metod to wykonuje si coraz cz ciej instalacje wodne z rur PE i PP w gospodarstwach domowych. 2.1.10. Zgrzewanie elektrooporowe Metoda prawie identyczna jak zgrzewanie mufowe z t ró nic , e nie nagrzewa si powierzchni ł czonych gor cym narz dziem. Kształ (mufy) posiadaj wtopiony w cianki drut tki elektrooporowy. Po wł eniu rur w kształ , przez drut przepuszczany jest pr d elektryczny o tk powoduj cy rozgrzanie drutu i otaczaj cego go polimeru. Podgrzewa si zarówno wewn trzna powierzchnia kształ jak i zewn trzna powierzchnia rur w kształ Nast puje zgrzanie powierzchni. tki tce. 2.1.11. Zgrzewanie pr dami wysokiej cz stotliwo ci Metoda przeznaczona do tworzyw sztucznych maj cych budow polarn i wykazuj cych wysoki współ czynnik stratno ci dielektrycznej przede wszystkim do PVC. Mo liwe jest te zgrzewanie t metod ABS, PET, PUR, EVA, CA. Pod dział aniem pola elektromagnetycznego nast puje polaryzacja cz steczek tworzywa wg linii dział ania pola czyli ustawienie si dipoli analogicznie jak ustawia si igł a kompasu w polu elekromagnetycznym. Po zmianie biegunów przył onego napi cia, nast puje o przegrupowanie dipoli o 180O. Je eli zmiana biegunów odbywa si miliony razy w ci gu sekundy (dokł adnie 27 MHz), ruch dipoli wywoł tarcie wewn trzne i nagrzewanie si materiał (wyobrazi uje u sobie to mo na w ten sposób, e igł kompasu reprezentuj ca pojedynczy dipol na skutek zmiennego a pola elektromagnetycznego ustawiał si z wielk cz stotliwo ci raz w gór raz w dół Elektrody, które a ). dociskaj materiałs zimne a ciepł wytwarzane jest w materiale mi dzy elektrodami. Górna elektroda o ma kształ wykonywanego zł cza a doln stanowi pł Wytrzymał wzgl dna spoin wykonanych t t yta. o metod jest bardzo wysoka i dochodzi do 99%, gdy wymuszony ruch dipoli bardzo wzmaga dyfuzj ł cuchów i wzajemne ich przemieszanie w zł czu. Metod t wykonuje si zgrzewanie elementów a wyposa enia samochodowego, materiał obiciowych wykonanych np. ze sztucznej skóry PVC. ów Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie 4
w
v
v
y y
y
y
y
y
v
y
y
y
y
v
{
v
v
v v v vv y v w x
v
y
y
y y
x
y
y
y
y
y y v x v x v
y
v
y
x w v v u p o t i l k r l r !0¢s(!%&%$q p!l¨¦¤¢f oi n m k jih g y { v y x x v y gw{ y y y { y x v { v v y y ¨y { v { z v v y x y v v ~ v y v y y v } z v v y y y y y x y y v x v v y y v v x v | { z v
y {
v
y
v
x
v
v
v
v
x
v
v
v
y
y
v
z
2.1.12. Zgrzewanie mikrofalami Metoda analogiczna do zgrzewania pr dami wysokiej cz stotliwo ci ró ni ca si jedynie cz stotliwo ci pola wynosz ca 0,3-300 GHz i dł ciami fal elektromagnetycznych. ugo 2.1.13. Zgrzewanie ultrad wi kowe Zgrzewanie to polega na wprowadzeniu materiał ł czonego za pomoc sondotrody w drgania u o cz stotliwo ciach ultrad wi kowych (20-40 KHz), przez co w miejscu odpowiednio uformowanego styku materiał wydziela si ciepł umo liwiaj ce zgrzanie po ustaniu drga . Ciepł wydziela si z ów o o powodu tarcia wewn trznego na skutek wysokich napr e zmiennych w czasie (a co za tym idzie odkształ ) w miejscu styku materiał Materiał w miejscu styku maj mał powierzchnie co ce ów. y powoduje ze pod wpł ywem sił w tym miejscu powstaj du e napr enia i odkształ y cenia. Zgrzewarka ultrad wi kowa skł si m.in. z przetwornika drga , w którym wytwarzane s drgania mechaniczne ada trzpienia, który przenosi je na materiał ł czony a tak e z kowadeł przejmuj cego nadmiar drga i ka odprowadzaj cego ciepł Tworzyw przeznaczone do zgrzewania ultrad wi kowego nie powinny tł o. umi drga a wi c powinny by twarde (np. PA, PC, PMMA, PS, PET, PBT), aby przekazywa cał energi do zł cza. Metoda wydajna, czas zgrzewania nie przekracza 2 s.
3. Sposób wykonania wiczenia
Instrukcja obsł urz dze wraz z danymi technicznymi oraz uwagami dotycz cymi BHP ugi powinna znajdowa si na stanowisku. Obsł ugiwanie urz dze do spawania i zgrzewania jest dozwolone tylko w obecno ci prowadz cego wiczenie po uprzednim zapoznaniu si z instrukcj lub przeszkoleniu. Nale y ci le stosowa si do polece prowadz cego wiczenie. Nale y zachowa szczególn ostro no , gdy w przeciwnym wypadku istnieje gro ba poparzenia.
3.1. Zgrzewanie tworzyw sztucznych
W czasie wicze zostan wykonane poł czenia doczoł rur z PE i PP metod gor cej pł owe yty. Przy pomocy zgrzewarki impulsowej wykonane zostan worki z folii PE. Na zgrzewarce wielkiej cz stotliwo ci wykonane zostanie poł czenie folii ze zmi kczonego PVC.
4. Literatura
Techniki ł czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
g ¨ ¨ !0¢(!%&%$ ! ¨¦¤¢
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
1. Schreder W.: Tworzywa sztuczne. Przeróbka i spawanie. Wydawnictwo Naukowo Techniczne. Warszawa 1973 2. Klimpel A.,: Spawanie i zgrzewanie tworzyw termoplastycznych. Wydawnictwo Politechniki l skiej, Gliwice 2000 3. Wytyczne Urz du Dozoru Technicznego „SPAWACZE I ZGRZEWACZE TERMOPLASTYCZNYCH TWORZYW SZTUCZNYCH”, WDT-ST-1/00, Warszawa 2000 4. K. Kwiatkowski, Z. Rosł aniec – „Badanie poł cze spawanych elastomerów poli(eterowoestrowych). Cz. I. Wpł zawarto ci segmentów gi tkich na morfologi i wł ciwo ci yw a mechaniczne”, POLIMERY 2004,49, 268-274 5. Spawanie termoplastycznych tworzyw sztucznych przy u yciu spawarek r cznych. Materiał y reklamowe firmy LEISTER, prospekt 21A/PL , Kagiswil, Szwajcaria
5
