Соединение порлимерных материалов под действием ультразвука
Наибольший экспериментальный материал накоплен по соединению изделий из органического стекла, полихлорвинила, полиизобутилена, полистирола и полиамида.
Легче всего с помощью многофункциональных ультразвуковых аппаратов выполнить нахлесточные и тавровые точечные соединения с помощью рабочих инструментов. С помощью этих же инструментов можно выполнять шовные соединения и соединения по контуру.
Технология сварки заключается в следующем. На опору, (желательно массивную), в качестве подкладки укладывается резина, которая отражает часть энергии в свариваемые материалы. Применение подкладки из эластичного материала обеспечивает высокое качество швов при малом давлении и времени сварки. На подкладку, при выполнении нахлесточного соединения укладываются в два или более слоев свариваемые материалы. При выполнении точечной сварки, рабочий инструмент прижимается к свариваемым материалам с усилием, меньшем предела текучести, генератор многофункционального аппарата включается на время, необходимое для перевода материалов в вязкопластичное состояние (0,5 5 сек), затем генератор автоматически (с помощью таймера) или принудительно выключается. После выключения генератора статическое усилие на рабочий инструмент удерживается в течении 1 .2 сек для стабилизации сварного шва.
В качестве примера рассмотрим режимы ультразвуковой сварки винипласта и полиэтилена.
При ультразвуковой сварке винипласта толщиной от 5 до 10 мм с помощью крестообразного соединения или соединения встык при амплитуде колебаний рабочего инструмента колебательной системы около 35 мкм и усилии зажатия в пределах от 50 до 70 кг (усилие создавалось вручную) качественное соединение получалось при времени ультразвукового воздействия 2 .3 сек. Полученные таким образом швы разрушались лишь при усилиях 230 .240 кг (разрушение происходило вблизи шва). Использовался резиновый отражатель толщиной 5 мм.
При ультразвуковой сварке, без применения резинового отражателя, полиэтилена толщиной 2 3 мм ультразвуковыми колебаниями с амплитудой 35 мкм и усилии сжатия всего 5 кг время воздействия было от 0,5 до 2 сек. Для разрушения таких соединений достаточно усилий порядка 50 кг.
Приведенные результаты показывают, что прочность сварного шва практически равна прочности основного материала. Кроме того, при сварке вдоль направления ориентации, прочность, близкая к прочности основного материала достигается в три раза быстрее, чем при сварке поперек волокон.
Следует отметить еще одну особенность (и преимущество перед другими способами сварки) ультразвуковой сварки. Для жестких пластмасс, таких как: полистирол, полипропилен, жесткий ПВХ, полиакрилат, поликарбонат и др., характеризуемых малым коэффициентом поглощения УЗ колебаний, допускается вводить ультразвуковые колебания на значительных расстояниях от места соединения. Подобная методика сварки позволяет располагать рабочий инструмент для ввода ультразвуковых колебаний на расстоянии до 20 мм от сварного шва, обеспечивая тем самым возможность осуществлять сварку в труднодоступных местах.
Кроме пластмасс, с помощью многофункциональных ультразвуковых аппаратов можно соединять полимерные пленки полиэтилена, полипропилена, полистирола, полиамидов, а также различные ткани, содержащие синтетические волокна, нетканые материалы с поливинилхлоридным, полистирольным и полипропиленовым покрытием.
Достаточно легко осуществляется соединение пленок с бумагой (ламинирование) и хлопчатобумажной тканью.
Многофункциональные аппараты могут быть использованы для сварки различных оболочек, используемых в качестве тары для хранения жидкостей и сыпучих тел, а также для упаковки изделий.
Многофункциональные ультразвуковые аппараты могут быть с успехом использованы в автоматических установках для соединения пленок и листов толщиной от 50 мкм до 3 мм. При этом может быть обеспечена скорость сварки в пределах от 1 до 10 м/мин.
При использовании многофункциональных аппаратов в автоматизированных сварочных установках для выполнения непрерывной полосовой сварки, вместо рассмотренной колебательной системы с рабочими инструментами N 3 и N 4 могут быть использованы катящиеся ультразвуковые колебательные системы. В таких колебательных системах используется кольцевой (трубчатый) пьезоэлектрический элемент. Для излучения ультразвуковых колебаний используется цилиндрическая поверхность пьезоэлемента, перекатывающегося по поверхности свариваемых материалов.