М
инистерство
образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
В. А. Соколов
Сварка пластмасс и ультразвуковые технологии
Конспект лекций
Омск
Издательство ОмГТУ
2
010
УДК 621.791.46/.48+621.791.16(075)
ББК 30.61+35.71+34.56 я73
С59
Рецензенты:
Кандаев В. А., д-р техн. наук, профессор кафедры «Системы передачи информации» ОмГУПС;
Мирошниченко М. М., директор Западно-Сибирского регионального аттестационного центра НАКС, специалист IV уровня.
Соколов, В. А.
С 59 Сварка пластмасс и ультразвуковые технологии: конспект лекций / В. А. Соколов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 72 с.
Рассмотрены основные способы сварки пластмасс, технология сварки пластмассовых трубопроводов, области применения ультразвуковых технологий, приведен типовой расчет акустической системы для ультразвукового оборудования.
Конспект лекций предназначен для студентов специальности 150202 «Оборудование и технология сварочного производства».
Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета
© ГОУ ВПО «Омский государственный
технический
университет», 2010
1. Общие понятия о пластических массах
1.1. Основные определения
Пластмассами называются композиционные материалы, состоящие из основы – полимера и различных добавок.
Полимеры – это высокомолекулярные вещества, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся малых структурных элементов – звеньев, являющихся остатками молекул исходных низкомолекулярных веществ – мономеров. Число таких элементарных единиц характеризует степень полимеризации полимера, которая у различных полимерных материалов составляет от 104 до 107. Полимеры могут иметь как естественное (целлюлоза, натуральный каучук и т.д.), так и искусственное (полиэтилен, полистирол, полиамиды и др.) происхождение.
В качестве добавок используют высоко- и низкомолекулярные вещества, находящиеся в твердом, жидком или газообразном состоянии. Добавки вводятся в смеси при изготовлении пластмасс и служат для придания им свойств, которыми должны обладать готовые изделия, или для облегчения их переработки. Они могут выполнять роль наполнителей, вспенивающих агентов, пластификаторов, стабилизаторов, красителей, смазок и т.д.
Стабилизаторы (термостабилизаторы и антиоксиданты) служат для повышения стойкости пластмасс к воздействию света, солнечной радиации, тепла, кислорода воздуха и других факторов, способствующих развитию цепной реакции деструкции (разложения) полимера.
Пластификаторы улучшают технологические и эксплуатационные свойства полимеров (текучесть, способность перерабатываться различными методами, пластичность, эластичность и т.д.).
Наполнители, как правило, способствуют увеличению прочности, улучшению диэлектрических свойств, химической стойкости полимеров. Их вводят с целью экономии полимерной основы композиции, т.е. ее удешевления.
Образование высокомолекулярных веществ осуществляется в результате химических реакций полимеризации или поликонденсации.
Полимеризация – процесс образования высокомолекулярного соединения из ненасыщенных низкомолекулярных соединений без выделения побочных продуктов. Под действием энергетических факторов (света, тепла, элементарных частиц и т.д.) происходит активизация мономера, сопровождающаяся раскрытием двойных связей. Первичный свободный радикал может образовываться в результате присоединения мономера к катализатору или распада молекул инициатора. В первом случае реакция называется каталитической или ионной, во втором – инициированной. Процесс полимеризации может производиться в газовой фазе, в твердой фазе (в блоке), в растворителях и водных эмульсиях. Реакция полимеризации протекает практически мгновенно, при этом степень полимеризации полученного продукта не зависит от продолжительности ее протекания. К высокомолекулярным соединениям полимеризационного типа относятся полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол, поливинилхлорид и др.
Если в реакции полимеризации участвует не один, а несколько видов мономеров, то полученные продукты называют сополимерами. Сополимеризация позволяет значительно расширить номенклатуру полимерных материалов, придав им самые разнообразные свойства. Примером является ударопрочный полистирол, представляющий собой сополимер стирола с бутадиеном, обладающий высокой ударной вязкостью.
Последовательное соединение в основной цепи сравнительно больших отрезков разных макромолекул образует так называемые блок – сополимеры, которые сочетают в себе свойства обоих компонентов, из которых они получены. При размещении же звеньев одного из мономеров на ответвлениях от основной цепи другого образуются привитые полимеры.
Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений из мономеров одинакового или различного строения, сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных веществ. К высокомолекулярным соединениям поликонденсационного типа относятся полиэфиры, полиамиды, полиуретаны, поликарбонаты и др.