Термоконтакная сварка полимеров

Сваркой получают изделия в основном из термопластов. В зоне сварки термопласт находится преимущественно в состоянии расплава. Поэтому технологические особенности сварки существенно зависят от термостабильности полимеров. Чем меньше термостабильность, тем сложнее процесс сварки. Лучше всего свариваются ПЭНД, ПЭВП, ПП, СЭВА, ПС, УПС, АБС-пластик, труднее - ПВХ, ПА, ПК, ПЭТФ. Весьма непросты процессы сварки термостойких пластиков ПСФ, ПИ, ПИА.

В настоящее время наибольшее распространение получила сварка с использованием тепловой энергии и давления [1-6]. При прямом нагреве соединенные детали непосредственно контактируют со съемным нагревателем.

Основные виды сварных соединений в условиях контактирования нагревательных элементов с соединяемыми внахлест однослойными пленками приведены на рисунке 1.6. Ширина сварного шва (а; б) зависит от его прочности и нагрузки, приложенной к концам соединяемых полотен пленки. Режимы сварки приведены в таблице 1.1.

    Таблица 17.2

а - однослойные внахлестку: б - однослойные внахлестку с накладкой: в - однослойные встык с накладкой: г – армированные внахлестку с накладками из основной и армирующей пленок; д - армированные внахлестку с накладками из основной и двух слоев армирующх пленок; е – Т-образное с рантованным швом

Рисунок 1.6 – Виды сварных соединении пленок

Таблица 1.1-Режимы сварки полимерных пленок проплавлением

Термопласт	Толщина, мкм	Температура инструмента, ^°С	Давление. МПа	Выдержка, с
Односторонний нагрев
ПЭНП	30-45	130-140	0,05-0,06	2-3
ПЭНП	60-90	140-160	0,05-0,06	2-3
ПЭНП	150-200	160-180	0,05-0,06	2-3
ПЭВП	130-150	200-220	0,06-0,08	2-3
ПП	60-150	230-240	До 0,10	2-3
Полиамид	60-150	185-20	0,06-0,08	5-6
Двухсторонний нагрев
ПЭВП	150-160	160-170	0,08-0,09	2-3
ПП	150-300	180-200	0,09	2-3
Фторопласт-4	100-200	390-400	0,02-0,05	120-150
Полиамид	130-200	210-220	0,04-0,05	10-15

Недостатки сварки с односторонним или двухсторонним нагревом состоят в том, что зона сварного шва отделена от нагревателя самой пленкой, и вследствие низкой теплопроводности полимера температура в ней ниже, чем на рабочей поверхности контакта с нагревателем. Для устранения этого недо­статка применяют сварку с термоклином (рис. 1.7). Свариваемые пленки укладываются внахлест и между ними располагается неподвижный нагретый наконечник клина, контактирующий со свариваемыми поверхностями. Сварной шов образуется за счет прижатия роликов, перемещающих пленку. При толщине менее 150 мкм пленки прогреваются но всей толщине и не прилипают к поверхности прижимных роликов.

1 - пленки: 2 - клин-нагреватель: 3 - тянущие валики, создающие сварное усилие Р

Рисунок 1.7 – Сварка пленок с тепловым клипом:

Простота в аппаратном оформлении термоконтактной сварки при соединении полимерных материалов делает предпочтительным данный вид сварки при производстве упаковки из полимерных пленочных материалов [6]. А отсутствие в литературе данных по прочности сварного шва делает интересным проведение исследований по влиянию типа полимерного материала на прочность сварного соединения.

Заключение

На данный момент вакуумная упаковка из термоусадочных многослойных полимерных пленочных материалов считается самым оптимальным и удобным решением в пищевой промышленности. Ее использование является гарантом сохранности свежести, питательных и пищевых свойств, аромата и внешнего вида. Однако высокие барьерные свойства многослойных полимерных пленок могут оказаться бесполезными, если в процессе изготовления пакетов и упаковывания в них пищевой продукции будет нарушена сплошность барьерных слоев пленочного материала [10].

При прямом нагреве соединяемые пленки непосредственно контактируют с нагревателем. Изменение параметров сварки существенно влияет на прочность сварного шва изделий. При испытании сварных изделий установлено [5], что даже идеально сваренный шов не обладает той же прочностью, что и свариваемая деталь. С учетом остаточных напряжений в большинстве случаев разрушается материал в околошовном пространстве. При тепловой сварке эти напряжения являются следствием локального нагрева пластмассы и термической усадки. Обычно прочность сварных изделий составляет 30-60 % от прочности соединяемых деталей. Если же параметры сварки выбраны неправильно, то потери прочности еще больше. А выбор технологических параметров сварки зависит в первую очередь от типа свариваемого материала и его толщины, а также от типа применяемого инструмента.

Таким образом, исследование прочности сварного соединения полимерных многослойных пленочных материалов является актуальной задачей, т.к. прочность сварного соединения во многом будет определять барьерные характеристики упаковки.

Список литературы

1. Крыжановский, В.К. Производство изделий из полимерных материалоа / В.К. Крыжановский, М.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко – СПб.: Профессия, 2008. – 464 с.

2. Власов, С.В. Основы технологии переработки пластмасс: Учебник для ВУЗов / С.В. Власов, Л.Б. Кандырин, В.Н. Кулезнев, А.В. Марков, И.Д. Симонов-Емельянов, П.В. Суриков, О.Б. Ушакова – М: Химия, 2004. – 600 с.

3. Ревяко, М.М. Оборудование и основы проектирования предприятий по переработке пластмасс: Учебное пособие / М.М. Ревяко, О.М. Касперович – Минск: БГТУ, 2005. – 344 с.

4. Шварц, О. Переработка пластмасс / О. Шварц, Ф.В. Эбелинг, Б. Бурт - СПб.: Профессия, 2005. – 320 с.

5. Власов С.В. Основы технологии переработки пластмасс / С.В. Власов, Л.Б. Кандырин, В.Н. Кулезнева, А.В. Марков, И.Д. Симонов-Емельянов, П.В. Суриков, О.Б. Ушакова.- М.: Химия, 2004.- 600 с.

6. Вакула, В. Л. Физическая химия адгезии полимеров / В.Л. Вакула, Л.М. Притыкин.- М.: Химия, 1984.- 222 с.

7. Ефремов, Н. Ф. Тара и ее производство. М.: Изд-во МГУП, 2001.- 311 с.

8. Полкоп, С. С. Сварка пластических масс: Учеб. пособие для работников образования / С.С. Полкоп, В.Я. Черняк.- М.: Химия. 1987. - 168 с.

9. Зайцев, К. И. Сварка пластмасс / К.И. Зайцев, Л.Н. Мацюк.- М.: Машиностроение, 1978.- 224 с.

10. Загидуллин А.И. Изучение влияния параметров сварки на барьерные свойства термоусадочных многослойных пакетов / А.И. Загидуллин, Р.М. Гарипов, А.И. Хасанов, А.А. Ефремова, А.А. Козлов // Вестник Казанского технологического университета.- 2013.- т.16, №20.- с. 83-86.

Дата добавления: 2015-07-11