4.7 Зварювання пластмас
Процес зварювання термопластів полягає в утворенні з’єднань за рахунок контакту активованих нагрівом поверхонь, що сполучаються.
Послідовність операцій може бути різною: у одних випадках спочатку матеріали приводять в щільний контакт, а потім поверхні, що сполучаються, нагрівають; у інших – навпаки, – поверхні, що спочатку сполучаються, піддають нагріву, а потім забезпечують їх контакт один з одним; у третіх – контакт поверхонь, що сполучаються, і нагріваючи їх здійснюють одночасно.
Введення енергії, необхідної для активації поверхонь, які з’єднують, і додаток тиску, необхідного для досягнення між ними контакту, можливо за допомогою одних і тих же інструментів або різних. Незалежно від цього при зварці термопластів, тих же, як і при зварці металів, в зварювальній зоні протікають такі процеси: роздведення і перетворення енергії, що забезпечує активацію зварюваних поверхонь; взаємодія активованих зварюваних поверхонь при контакті їх один з одним; формування структури матеріалу в зоні контакту.
Активація зварюваних поверхонь може досягатися за рахунок контакту їх з теплоносіями – нагрітими інструментами, газами або присадними матеріалами, а також за рахунок поглинання і перетворення енергії високочастотних електричних коливань, механічної енергії тертя, променистої енергії або енергії високочастотних механічних коливань.
Активація полягає в нагріві зварюваних поверхонь і виявляється в підвищенні енергії теплового руху макромолекул: поблизу температури склування (у разі скловидних полімерів) виникає можливість руху окремих сегментів макромолекул; при температурах, близьких до температур текучості, макромолекули шляхом послідовного переміщення сегментів можуть переміщатися щодо один одного.
Наступна стадія процесу зварки – взаємодія активованих зварюваних поверхонь при контакті одна з одною. Ця стадія найбільш відповідальна за властивості зварного з’єднання, що утворилося, оскільки тільки при реалізації в зоні контакту взаємодії між макромолекулами полімеру, характерного для початкового матеріалу, є можливим отримання з’єднання, близького до нього по властивостях.
Суть процесів зварки полягає в зближенні макромолекул поверхонь, що сполучаються, на такі відстані, щоб між ними з’явилися сили міжмолекулярної взаємодії.
Стосовно явищ, що протікають при контакті активованих зварюваних поверхонь і передуючих прояву цих сил, існує ряд уявлень|вистав|. Найбільше визнання|зізнання| отримали уявлення, засновані на дифузній теорії адгезії і аутогезії полімерів, розробленою С.С. Воющким. Відповідно до цих уявлень в основі процесів зварювання термопластів лежить явище дифузії макромолекул полімеру і їх сегментів через кордон розділу поверхонь, що сполучаються. Дифузія макромолекул в цілому|загалом| особливо легко може відбуватися в тому випадку, якщо контакт шарів полімеру здійснюється при температурах вище за температуру, текучість (cold flow).
Прийнято вважати, що чинники, сприяючі дифузії (підвищення температури і тривалість зварки, введення пластифікаторів і ін.) збільшують міцність зварних з’єднань, і, навпаки, чинники, що уповільнюють дифузію, погіршують зварюваність (bondability).
Зварювання термопластів при температурах вище за температуру їх текучості відбувається швидко, тривалість процесу у ряді випадків обчислюється секундами (особливо при ультразвуковому і високочастотному зварюванні).