2.3. Классификация способов сварки пластмасс

Классификация сварки пластмасс проводится по основным физическим, техническим и технологическим признакам. По физическим признакам сварка пластмасс делится на классы и виды.

Из определения понятия сварки, данного в разд. 2.1, следу­ет, что деление на классы нужно проводить по форме энергии, используемой для сварки, т. е. подводимой к свариваемым ма­териалам. Все известные в настоящее время процессы сварки пластмасс осуществляются с использованием тепловой, механи­ческой, электромагнитной энергии или различных комбинаций этих видов энергии. В связи с этим следует различать следующие классы сварки: термическая, механическая и электромагнит­ная. Кроме того, существуют методы термомеханической и электромагнитномеханнческой сварки.

К термическим относятся виды сварки, при которых давле­ние не играет существенной роли в образовании сварного соеди­нения, например сварка пламенем, нагретым газом или распла­вом. Образование сварного соединения в этом случае определя­ется в основном количеством подводимой энергии,

К термомеханическим относятся виды сварки, при которых неразъемное соединение образуется вследствие подвода тепло­вой энергии и приложения давления, например сварка нагретым инструментом или нагретым закладным элементом.

При механических видах сварки тепловая энергия генери­руется внутри свариваемых деталей за счет превращения меха­нической энергии, подведенной извне, в тепловую. Это может быть механическая энергия трения или вибротрения сваривае­мых поверхностей, превращающаяся в тепловую, которая вследствие малой теплопроводности пластмасс локализуется в сварочной зоне (сварка трением), или механическая энергия упругих колебаний (ультразвуковая сварка).

При электромагнитномехакических видах сварки, осуще­ствляемых путем подвода электромагнитной энергии к сва­риваемым деталям, тепловая энергия также генерируется в них либо за счет способности звеньев макромолекул полимеров поляризоваться при наложении внешнего электрического поля (высокочастотная и сверхвысокочастотная сварка), либо за счет поглощения энергии электромагнитных колебаний (сварка инфракрасным излучением, сварка лазером) с наложением сварочного давления.

Из всех существующих видов сварки пластмасс невозмож­но выделить один, который бы удовлетворял экономическим, технологическим и эксплуатационным требованиям. Применя­емые источники энергии, технологические принципы, положен­ные в основу процесса сварки, степень механизации и автомати­зации в немалой степени зависят от физической формы, которая придана пластмассам. По этому признаку можно выделить: мо­нолитные изделия — трехмерные материалы, применяемые для изготовления деталей машин, емкостей, труб, профилей, плит, фасонных деталей; пленочные — двухмерные материалы, кото­рые используются в качестве упаковки, покрытий, подложек, изолирующих конструкций и т. д.; волокна — одномерные ма­териалы, применяемые для получения нетканых полотен, быто­вых и технических тканей. Комбинацией последних двух физи­ческих форм являются волокнистые материалы, имеющие по­лимерное покрытие, — искусственные кожи.

В зависимости от физической формы полимера и вида изделия используется тот или другой вид сварки. Каждый из видов сварки пластмасс имеет свои преимущест­ва и недостатки, и в зависимости от физико-механических свойств материала, назначения изделия, серийности выпуска и т. д. предпочтение может быть отдано тому или иному из пере­численных видов сварки. Например, сварки нагретым газом и нагретым инструментом являются наиболее простыми и экономичными способами, характеризующимися достаточно высоки­ми прочностными характеристиками соединения. В последние годы эти виды сварки получили очень широкое распространение для соединения пластмассовых трубопроводов. Однако посколь­ку при этом виде сварки получается зона разогрева значитель­ных размеров, он не применяется для консервации легковоспла­меняющихся веществ, пищевых продуктов и лекарственных препаратов, портящихся при повышенных температурах. Вслед­ствие загрязнения поверхностей свариваемых изделий значитель­но уменьшается прочность сварных соединений в этих случаях.

Высокочастотная сварка отличается высокой производитель­ностью, но она неприменима для некоторых типов пластмасс (полиэтилена, полипропилена и т. д). При сварке токами высо­кой частоты емкостей из поливинилхлорида, наполненных жидкостями, может происходить электрический пробой, при­водящий к разрушению изделия.

Сварку расплавом целесообразно применять для получения протяженных швов при соединении материалов достаточно боль­шой толщины и не всегда целесообразно — для соединения пле­ночных материалов.

Ультразвуковая сварка может заменить механические ме­тоды соединения и склеивания целой группы полимеров, на­пример полистирола, лавсана и капрона. Она широко применя­ется при изготовлении изделий пищевой и легкой промышленно­сти, парфюмерии, радиоэлектроники и электротехники, товаров широкого потребления из пластмасс.