pobieranie: 13 Techniki łączenia tworzyw sztucznych - zgrzewanie
Pobierz dokument pdfPrzeglądaj wersję html pliku:
Instytut In1 ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych
Techniki ł3 czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
1. Cel wiczenia
Celem iw czenia zaznajomienie studentów z zagadnieniami dotycz2 cymi metod ł2 czenia tworzyw sztucznych, a tak6 e wykonanie poł2 czenia próbek wybranymi metodami.
2. Okre7 lenie podstawowych zagadnie8 oraz opis metod ł9 czenia.
Tworzywa sztuczne mo6 emy ł2 czy5 poprzez klejenie, poł2 czenia mechaniczne (nity, gwinty, zatrzaski). Tworzywa termoplastyczne mo6 na dodatkowo ł2 czy5 technikami zgrzewania i spawania. Wybór metody ł2 czenia zale6 y od postaci ł2 czonych elementów, zastosowania, warunków eksploatacji a tak6 e od budowy chemicznej i wła@ ciwo@ ci fizycznych ł2 czonych materiałów.
2.1. Zgrzewanie tworzyw sztucznych
Zgrzewanie tworzyw sztucznych jest to proces ł2 czenia elementów z tworzyw termoplastycznych polegaj2 cy na uplastycznieniu pod wpływem podwy6 szonej temperatury ł2 czonych powierzchni i docisku ich do siebie. Po ochłodzeniu powstaje trwałe zł2 cze. Ciepło potrzebne do uplastycznienia materiału, w zale6 no@ ci od techniki zgrzewania, mo6 e by5 doprowadzone z zewn2 trz albo mo6 e by5 wytworzone wewn2 trz materiału. ŁaA cuchy polimerowe doci@ niB tych do siebie ł2 czonych powierzchni przeplataj2 siB wzajemnie wskutek dyfuzji. Spl2 tane makrocz2 steczki po ochłodzeniu tworz2 trwałe poł2 czenie. Ze wzglB du na dyfuzyjny charakter procesu wła@ ciwo@ ci wytrzymało@ ciowe zł2 cza zale6 od temperatury i czasu jej oddziaływania oraz od warto@ ci docisku i czasu jego trwania. Rozró6 ni2 siB nastB puj2 ce metody zgrzewania (podział ze wzglB du na sposób doprowadzenia ciepła): A) nagrzewanie od zewnD trznej strony ł2 czonych elementów: 1) zgrzewanie kontaktowe 2) zgrzewanie impulsowe B) nagrzewanie od wewnD trznej strony ł2 czonych elementów: 3) zgrzewanie gor2 cym powietrzem 4) zgrzewanie gor2 cym klinem 5) zgrzewanie gor2 c2 płyt2 6) zgrzewanie tarciowe 7) zgrzewanie wibracyjne 8) zgrzewanie laserowe 9) zgrzewanie mufowe (polidyfuzyjne) C) nagrzewanie przy wytworzeniu ciepła wewn2 trz ł2 czonych materiałów 10) elektrooporowe 11) zgrzewanie pr2 dami wysokiej czB stotliwo@ ci 12) Zgrzewanie mikrofalami 13) zgrzewanie ultradE wiB kowe 2.1.1. Zgrzewanie kontaktowe Zgrzewanie kontaktowe polega na doci@ niB ciu ł2 czonych elementów (przede wszystkim folii) do siebie miB dzy gor2 cymi elektrodami lub miB dzy gor2 c2 i zimn2 elektrod2 . Elektrody s2 nagrzewane poprzez przepływ pr2 du elektrycznego poprzez elementy elektrooporowe. Aby wyeliminowa5 przywieranie uplastycznionego materiału do elektrod, powleka siB je policzterofluoroetylenem (PTFE)(znany pod nazw2 handlow2 Teflon) lub tkanin2 szklan2 nasycon2 PTFE. Elektrody podczas Techniki ł2 czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie 1
!0¢'(!%&%$" !¨¦¤¢ ) ¥©## ¥ © §¥£ ¡ C2
5
4
Instytut Ina ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad cał procesu sb gorb ce. W przypadku ł c zenia folii, czc sto zgrzewanie kontaktowe prowadzi sic w ego ten sposób aby podczas procesu nastb pił przecic cie z jednoczesnym spojeniem przecic tych obrzed y. o 2.1.2. Zgrzewanie impulsowe Zgrzewanie impulsowe (rys. 10) polega na c i n i ciu ł c zonych elementów (przede wszystkim folii) elektrodami, które nastc pnie wskutek krótkiego impulsu prb du elektrycznego sb bardzo szybko nagrzewane, a nastc pnie szybko schł odzone. Czas impulsu wynosi od 0,1 do ok. 3 sekund w zaled noe ci od gruboe ci. Impuls prb du nie nagrzewa cał elektrody tylko cienkb tae mc elektrooporowb ej znajdujb cb pod elektrodb osł tb tkaninb szklanb przesyconb PTFE. Po ustaniu impulsu ciepł jest onic o odbierane przez masywnb elektrodc stalowb , która mod e byf dodatkowo cał czas chł y odzona. Zaletb metody zgrzewania impulsowego jest chł odzenie zł za pod dociskiem, co eliminuje mod liwoe jego c uszkodzenia przed cał kowitym schł odzeniem. Zalety tej nie posiadajb zgrzewarki kontaktowe. Metoda ta jest najbardziej rozpowszechniona do zgrzewania opakowah z folii z jednoczesnym ich napeł nianiem.
Rys. 10. Schemat zgrzewania impulsowego. 1 – listwa dociskowa, 2 – tat ma elektrooporowa, 3 – guma porowata (izolacja elektryczna tat my), 4 – tkanina szklana przesycona PTFE, 5 – ł c zone folie
2.1.3. Zgrzewanie gorv cym powietrzem Zgrzewanie to polega na nagrzaniu gorb cym powietrzem wewnc trznych stron ł c zonych materiał i docisku ich do siebie (rys. 11). Parametrem zgrzewania jest temperatura wypł ów ywajb cego powietrza i jego cie nienie a takd e prc dkoe przesuwu oraz wielkoe docisku. Docisk najczc ciej odbywa sic za pomocb elastycznego wał co umod liwia zgrzewanie nierównych powierzchni. Technikb ka adkowe. Metoda ta jest wydajna i umod liwia zgrzewania gorb cym powietrzem wykonuje sic zł c za zakł wykonywanie poł c zeh z szybkoe cib do 15 m/min.
Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
gf
b
¨ e
VU` IRQXRX !0¢Y(!%&%$W V!R¨¦¤¢F UI T S Q PIH G u r ipq gf b cee b b b gf s
b
2
b
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 c zonych 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 c zonych 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 c zonych i sił docisku. Podczas zgrzewania tworz si dwa symetryczne wypł (wał a ywki eczki) powstał e z wyci ni tego ze zł c za tworzywa. Metod t masowo wykonuje si poł c zenia rur i pł z tworzyw yt sztucznych termoplastycznych. Najwi ksze zastosowanie metoda znajduje w ł c zeniu 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 c zy 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 c zonych powierzchni z jednoczesnym dociskiem ich do siebie. Po osi gni ciu wymaganej temperatury operacj tarcia przerywa si utrzymuj c tylko docisk. Zgrzewanie mo na przeprowadzad na przystosowanych do tego tokarkach – ł c zy 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 Zgrzewanie wibracyjne jest odmian zgrzewania tarciowego, gdy ciepł potrzebne do o uplastycznienia materiał równie wydziela si podczas tarcia. Ró nica polega na tym, e ł c zone 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 mied dowolny kształ Wzgl dne przemieszczenie zgrzewanych cz ci mo e byd liniowe lub k towe. Wibruj ce powierzchnie zgrzewanych elementów ulegaj uplastycznieniu w ci gu 2-3 s, a po ustaniu drgae nast puje ich Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
gd
!0¢(!%&%$ !¨¦¤¢w y x ¨ ¨
3
Instytut Inu ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad zestalenie pod odpowiednim dociskiem. Tv metodv zgrzewaw mox na elementy o wiy kszych gabarytach np. zbiorniki na paliwo do samochodów. 2.1.8. Zgrzewanie laserowe W tej metodzie nasty puje uplastycznienie ł c zonych powierzchni jest nasty pstwem absorpcji promieniowania laserowego. Oddział ywanie promienia lasera z makroczv steczkami polimeru powoduje zwiy kszenie ich drgaz i podniesienie temperatury tworzywa. Jex eli tworzyw wykazuje sł absorpcjy abv promieniowania lasera, wprowadza siy uprzednio do tworzywa odki pomocnicze w postaci czv stek r dobrze absorbujv cych to promieniowanie. Przy pomocy lasera mox na wykonaw poł c zenia doczoł owe poprzez nagrzanie laserem rozsuniy tych powierzchni przeznaczonych do zgrzania a nasty pnie docisku ich do siebie podobnie jak ma to miejsce podczas zgrzewania gorv cv pł . Drugim sposobem ytv zgrzewania za pomocv lasera jest wykonywanie poł c zez elementów, z których jeden przepuszcza promieniowanie (nie wykazuje absorpcji) natomiast drugi doskonale absorbuje je. Sv to elementy z tego samego polimeru ale jeden z elementów posiada napeł niacz absorbujv cy promieniowanie lasera. Elementy sv doci{ niy te do siebie, promiez lasera przechodzi przez jeden materiałnatomiast na styku elementów nasty puje absorpcja promieniowania z wydzieleniem ciepł i zgrzanie. a 2.1.9. Zgrzewanie mufowe (polidyfuzyjne) Metoda stosowana wył c znie do ł c zenia rur. W metodzie tej ł c zenie rur odbywa siy za pomocv kształ (muf), nie ł c zy siy rury z rurv bezpo{ rednio. Miejsce zgrzania jest wewny trzna tek powierzchnia kształ i zewny trzna rur. Nagrzewania odbywa siy na specjalnych narzy dziach pokrytych tki np. teflonem aby zapobiec adhezji do elementów grzejnych. Narzy dzie jest w postaci nagrzanego z jednej strony trzpienia i z drugiej strony rury, na które nasadza siy jednocze{ nie kształ i wsadza rury . tky Po podgrzaniu elementów narzy dzie usuwa siy i natychmiastowo wkł ada siy rury w kształ i tky nasty puje zgrzanie. Metodv to wykonuje siy coraz czy ciej instalacje wodne z rur PE i PP w gospodarstwach domowych. 2.1.10. Zgrzewanie elektrooporowe Metoda prawie identyczna jak zgrzewanie mufowe z tv róx nicv , e nie nagrzewa siy powierzchni ł c zonych gorv cym narzy dziem. Kształ (mufy) posiadajv wtopiony w c ianki drut tki elektrooporowy. Po wł eniu rur w kształ , przez drut przepuszczany jest prv d elektryczny ox tky powodujv cy rozgrzanie drutu i otaczajv cego go polimeru. Podgrzewa siy zarówno wewny trzna powierzchnia kształ jak i zewny trzna powierzchnia rur w kształ Nasty puje zgrzanie powierzchni. tki tce. 2.1.11. Zgrzewanie pr| dami wysokiej cz} stotliwo~ ci Metoda przeznaczona do tworzyw sztucznych majv cych budowy polarnv i wykazujv cych wysoki współ czynnik stratno{ ci dielektrycznej przede wszystkim do PVC. Mox liwe jest tex zgrzewanie tv metodv ABS, PET, PUR, EVA, CA. Pod dział aniem pola elektromagnetycznego nasty puje polaryzacja czv steczek tworzywa wg linii dział ania pola czyli ustawienie siy dipoli analogicznie jak ustawia siy igł a kompasu w polu elekromagnetycznym. Po zmianie biegunów przył onego napiy cia, nasty puje ox przegrupowanie dipoli o 180O. Jex eli zmiana biegunów odbywa siy miliony razy w civ gu sekundy (dokł adnie 27 MHz), ruch dipoli wywoł tarcie wewny trzne i nagrzewanie siy materiał (wyobraziw uje u sobie to mox na w ten sposób, e igł kompasu reprezentujv ca pojedynczy dipol na skutek zmiennego a pola elektromagnetycznego ustawiał siy z wielkv czy stotliwo{ civ raz w góry raz w dół Elektrody, które a ). o dociskajv materiałsv zimne a ciepł wytwarzane jest w materiale miy dzy elektrodami. Górna elektroda ma kształ wykonywanego zł c za a dolnv stanowi pł Wytrzymał wzgly dna spoin wykonanych tv t yta. o{ metodv jest bardzo wysoka i dochodzi do 99%, gdyx wymuszony ruch dipoli bardzo wzmaga dyfuzjy ł cuchów i wzajemne ich przemieszanie w zł c zu. Metodv tv wykonuje siy zgrzewanie elementów az wyposax enia samochodowego, materiał obiciowych wykonanych np. ze sztucznej skóry PVC. ów Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
{
v
x
pot ilkrlr !0¢s(!%&%$q p!l¨¦¤¢f oi n m k jih g v gw { ¨ { v v v v v x v v
v
4
v
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad 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 c zonego 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 c zony 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 c za. 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 iw czenie po uprzednim zapoznaniu si z instrukcj lub przeszkoleniu. Nale y c i e stosowa si do polece prowadz cego iw czenie. Nale y zachowa l szczególn ostro no , gdy w przeciwnym wypadku istnieje gro ba poparzenia.
3.1. Zgrzewanie tworzyw sztucznych
W czasie iw cze zostan wykonane poł c zenia 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 c zenie folii ze zmi kczonego PVC.
4. Literatura
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 c ze 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
Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
!0¢(!%&%$ ! ¨¦¤¢ ¨ ¨ g
5
13 Techniki łączenia tworzyw sztucznych - zgrzewanie
Instytut In1 ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych
Techniki ł3 czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
1. Cel wiczenia
Celem iw czenia zaznajomienie studentów z zagadnieniami dotycz2 cymi metod ł2 czenia tworzyw sztucznych, a tak6 e wykonanie poł2 czenia próbek wybranymi metodami.
2. Okre7 lenie podstawowych zagadnie8 oraz opis metod ł9 czenia.
Tworzywa sztuczne mo6 emy ł2 czy5 poprzez klejenie, poł2 czenia mechaniczne (nity, gwinty, zatrzaski). Tworzywa termoplastyczne mo6 na dodatkowo ł2 czy5 technikami zgrzewania i spawania. Wybór metody ł2 czenia zale6 y od postaci ł2 czonych elementów, zastosowania, warunków eksploatacji a tak6 e od budowy chemicznej i wła@ ciwo@ ci fizycznych ł2 czonych materiałów.
2.1. Zgrzewanie tworzyw sztucznych
Zgrzewanie tworzyw sztucznych jest to proces ł2 czenia elementów z tworzyw termoplastycznych polegaj2 cy na uplastycznieniu pod wpływem podwy6 szonej temperatury ł2 czonych powierzchni i docisku ich do siebie. Po ochłodzeniu powstaje trwałe zł2 cze. Ciepło potrzebne do uplastycznienia materiału, w zale6 no@ ci od techniki zgrzewania, mo6 e by5 doprowadzone z zewn2 trz albo mo6 e by5 wytworzone wewn2 trz materiału. ŁaA cuchy polimerowe doci@ niB tych do siebie ł2 czonych powierzchni przeplataj2 siB wzajemnie wskutek dyfuzji. Spl2 tane makrocz2 steczki po ochłodzeniu tworz2 trwałe poł2 czenie. Ze wzglB du na dyfuzyjny charakter procesu wła@ ciwo@ ci wytrzymało@ ciowe zł2 cza zale6 od temperatury i czasu jej oddziaływania oraz od warto@ ci docisku i czasu jego trwania. Rozró6 ni2 siB nastB puj2 ce metody zgrzewania (podział ze wzglB du na sposób doprowadzenia ciepła): A) nagrzewanie od zewnD trznej strony ł2 czonych elementów: 1) zgrzewanie kontaktowe 2) zgrzewanie impulsowe B) nagrzewanie od wewnD trznej strony ł2 czonych elementów: 3) zgrzewanie gor2 cym powietrzem 4) zgrzewanie gor2 cym klinem 5) zgrzewanie gor2 c2 płyt2 6) zgrzewanie tarciowe 7) zgrzewanie wibracyjne 8) zgrzewanie laserowe 9) zgrzewanie mufowe (polidyfuzyjne) C) nagrzewanie przy wytworzeniu ciepła wewn2 trz ł2 czonych materiałów 10) elektrooporowe 11) zgrzewanie pr2 dami wysokiej czB stotliwo@ ci 12) Zgrzewanie mikrofalami 13) zgrzewanie ultradE wiB kowe 2.1.1. Zgrzewanie kontaktowe Zgrzewanie kontaktowe polega na doci@ niB ciu ł2 czonych elementów (przede wszystkim folii) do siebie miB dzy gor2 cymi elektrodami lub miB dzy gor2 c2 i zimn2 elektrod2 . Elektrody s2 nagrzewane poprzez przepływ pr2 du elektrycznego poprzez elementy elektrooporowe. Aby wyeliminowa5 przywieranie uplastycznionego materiału do elektrod, powleka siB je policzterofluoroetylenem (PTFE)(znany pod nazw2 handlow2 Teflon) lub tkanin2 szklan2 nasycon2 PTFE. Elektrody podczas Techniki ł2 czenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie 1
!0¢'(!%&%$" !¨¦¤¢ ) ¥©## ¥ © §¥£ ¡ C2
5
4
Instytut Ina ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad cał procesu sb gorb ce. W przypadku ł c zenia folii, czc sto zgrzewanie kontaktowe prowadzi sic w ego ten sposób aby podczas procesu nastb pił przecic cie z jednoczesnym spojeniem przecic tych obrzed y. o 2.1.2. Zgrzewanie impulsowe Zgrzewanie impulsowe (rys. 10) polega na c i n i ciu ł c zonych elementów (przede wszystkim folii) elektrodami, które nastc pnie wskutek krótkiego impulsu prb du elektrycznego sb bardzo szybko nagrzewane, a nastc pnie szybko schł odzone. Czas impulsu wynosi od 0,1 do ok. 3 sekund w zaled noe ci od gruboe ci. Impuls prb du nie nagrzewa cał elektrody tylko cienkb tae mc elektrooporowb ej znajdujb cb pod elektrodb osł tb tkaninb szklanb przesyconb PTFE. Po ustaniu impulsu ciepł jest onic o odbierane przez masywnb elektrodc stalowb , która mod e byf dodatkowo cał czas chł y odzona. Zaletb metody zgrzewania impulsowego jest chł odzenie zł za pod dociskiem, co eliminuje mod liwoe jego c uszkodzenia przed cał kowitym schł odzeniem. Zalety tej nie posiadajb zgrzewarki kontaktowe. Metoda ta jest najbardziej rozpowszechniona do zgrzewania opakowah z folii z jednoczesnym ich napeł nianiem.
Rys. 10. Schemat zgrzewania impulsowego. 1 – listwa dociskowa, 2 – tat ma elektrooporowa, 3 – guma porowata (izolacja elektryczna tat my), 4 – tkanina szklana przesycona PTFE, 5 – ł c zone folie
2.1.3. Zgrzewanie gorv cym powietrzem Zgrzewanie to polega na nagrzaniu gorb cym powietrzem wewnc trznych stron ł c zonych materiał i docisku ich do siebie (rys. 11). Parametrem zgrzewania jest temperatura wypł ów ywajb cego powietrza i jego cie nienie a takd e prc dkoe przesuwu oraz wielkoe docisku. Docisk najczc ciej odbywa sic za pomocb elastycznego wał co umod liwia zgrzewanie nierównych powierzchni. Technikb ka adkowe. Metoda ta jest wydajna i umod liwia zgrzewania gorb cym powietrzem wykonuje sic zł c za zakł wykonywanie poł c zeh z szybkoe cib do 15 m/min.
Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
gf
b
¨ e
VU` IRQXRX !0¢Y(!%&%$W V!R¨¦¤¢F UI T S Q PIH G u r ipq gf b cee b b b gf s
b
2
b
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 c zonych 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 c zonych 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 c zonych i sił docisku. Podczas zgrzewania tworz si dwa symetryczne wypł (wał a ywki eczki) powstał e z wyci ni tego ze zł c za tworzywa. Metod t masowo wykonuje si poł c zenia rur i pł z tworzyw yt sztucznych termoplastycznych. Najwi ksze zastosowanie metoda znajduje w ł c zeniu 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 c zy 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 c zonych powierzchni z jednoczesnym dociskiem ich do siebie. Po osi gni ciu wymaganej temperatury operacj tarcia przerywa si utrzymuj c tylko docisk. Zgrzewanie mo na przeprowadzad na przystosowanych do tego tokarkach – ł c zy 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 Zgrzewanie wibracyjne jest odmian zgrzewania tarciowego, gdy ciepł potrzebne do o uplastycznienia materiał równie wydziela si podczas tarcia. Ró nica polega na tym, e ł c zone 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 mied dowolny kształ Wzgl dne przemieszczenie zgrzewanych cz ci mo e byd liniowe lub k towe. Wibruj ce powierzchnie zgrzewanych elementów ulegaj uplastycznieniu w ci gu 2-3 s, a po ustaniu drgae nast puje ich Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
gd
!0¢(!%&%$ !¨¦¤¢w y x ¨ ¨
3
Instytut Inu ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad zestalenie pod odpowiednim dociskiem. Tv metodv zgrzewaw mox na elementy o wiy kszych gabarytach np. zbiorniki na paliwo do samochodów. 2.1.8. Zgrzewanie laserowe W tej metodzie nasty puje uplastycznienie ł c zonych powierzchni jest nasty pstwem absorpcji promieniowania laserowego. Oddział ywanie promienia lasera z makroczv steczkami polimeru powoduje zwiy kszenie ich drgaz i podniesienie temperatury tworzywa. Jex eli tworzyw wykazuje sł absorpcjy abv promieniowania lasera, wprowadza siy uprzednio do tworzywa odki pomocnicze w postaci czv stek r dobrze absorbujv cych to promieniowanie. Przy pomocy lasera mox na wykonaw poł c zenia doczoł owe poprzez nagrzanie laserem rozsuniy tych powierzchni przeznaczonych do zgrzania a nasty pnie docisku ich do siebie podobnie jak ma to miejsce podczas zgrzewania gorv cv pł . Drugim sposobem ytv zgrzewania za pomocv lasera jest wykonywanie poł c zez elementów, z których jeden przepuszcza promieniowanie (nie wykazuje absorpcji) natomiast drugi doskonale absorbuje je. Sv to elementy z tego samego polimeru ale jeden z elementów posiada napeł niacz absorbujv cy promieniowanie lasera. Elementy sv doci{ niy te do siebie, promiez lasera przechodzi przez jeden materiałnatomiast na styku elementów nasty puje absorpcja promieniowania z wydzieleniem ciepł i zgrzanie. a 2.1.9. Zgrzewanie mufowe (polidyfuzyjne) Metoda stosowana wył c znie do ł c zenia rur. W metodzie tej ł c zenie rur odbywa siy za pomocv kształ (muf), nie ł c zy siy rury z rurv bezpo{ rednio. Miejsce zgrzania jest wewny trzna tek powierzchnia kształ i zewny trzna rur. Nagrzewania odbywa siy na specjalnych narzy dziach pokrytych tki np. teflonem aby zapobiec adhezji do elementów grzejnych. Narzy dzie jest w postaci nagrzanego z jednej strony trzpienia i z drugiej strony rury, na które nasadza siy jednocze{ nie kształ i wsadza rury . tky Po podgrzaniu elementów narzy dzie usuwa siy i natychmiastowo wkł ada siy rury w kształ i tky nasty puje zgrzanie. Metodv to wykonuje siy coraz czy ciej instalacje wodne z rur PE i PP w gospodarstwach domowych. 2.1.10. Zgrzewanie elektrooporowe Metoda prawie identyczna jak zgrzewanie mufowe z tv róx nicv , e nie nagrzewa siy powierzchni ł c zonych gorv cym narzy dziem. Kształ (mufy) posiadajv wtopiony w c ianki drut tki elektrooporowy. Po wł eniu rur w kształ , przez drut przepuszczany jest prv d elektryczny ox tky powodujv cy rozgrzanie drutu i otaczajv cego go polimeru. Podgrzewa siy zarówno wewny trzna powierzchnia kształ jak i zewny trzna powierzchnia rur w kształ Nasty puje zgrzanie powierzchni. tki tce. 2.1.11. Zgrzewanie pr| dami wysokiej cz} stotliwo~ ci Metoda przeznaczona do tworzyw sztucznych majv cych budowy polarnv i wykazujv cych wysoki współ czynnik stratno{ ci dielektrycznej przede wszystkim do PVC. Mox liwe jest tex zgrzewanie tv metodv ABS, PET, PUR, EVA, CA. Pod dział aniem pola elektromagnetycznego nasty puje polaryzacja czv steczek tworzywa wg linii dział ania pola czyli ustawienie siy dipoli analogicznie jak ustawia siy igł a kompasu w polu elekromagnetycznym. Po zmianie biegunów przył onego napiy cia, nasty puje ox przegrupowanie dipoli o 180O. Jex eli zmiana biegunów odbywa siy miliony razy w civ gu sekundy (dokł adnie 27 MHz), ruch dipoli wywoł tarcie wewny trzne i nagrzewanie siy materiał (wyobraziw uje u sobie to mox na w ten sposób, e igł kompasu reprezentujv ca pojedynczy dipol na skutek zmiennego a pola elektromagnetycznego ustawiał siy z wielkv czy stotliwo{ civ raz w góry raz w dół Elektrody, które a ). o dociskajv materiałsv zimne a ciepł wytwarzane jest w materiale miy dzy elektrodami. Górna elektroda ma kształ wykonywanego zł c za a dolnv stanowi pł Wytrzymał wzgly dna spoin wykonanych tv t yta. o{ metodv jest bardzo wysoka i dochodzi do 99%, gdyx wymuszony ruch dipoli bardzo wzmaga dyfuzjy ł cuchów i wzajemne ich przemieszanie w zł c zu. Metodv tv wykonuje siy zgrzewanie elementów az wyposax enia samochodowego, materiał obiciowych wykonanych np. ze sztucznej skóry PVC. ów Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
{
v
x
pot ilkrlr !0¢s(!%&%$q p!l¨¦¤¢f oi n m k jih g v gw { ¨ { v v v v v x v v
v
4
v
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad 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 c zonego 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 c zony 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 c za. 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 iw czenie po uprzednim zapoznaniu si z instrukcj lub przeszkoleniu. Nale y c i e stosowa si do polece prowadz cego iw czenie. Nale y zachowa l szczególn ostro no , gdy w przeciwnym wypadku istnieje gro ba poparzenia.
3.1. Zgrzewanie tworzyw sztucznych
W czasie iw cze zostan wykonane poł c zenia 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 c zenie folii ze zmi kczonego PVC.
4. Literatura
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 c ze 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
Techniki ł c zenia tworzyw sztucznych – zgrzewanie
!0¢(!%&%$ ! ¨¦¤¢ ¨ ¨ g
5
