ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СВАРКА Пленки из ПВХ и ПА6,6 трудно сваривать при нагревании, так как они разлагаются вблизи их температуры размягчения. Для решения таких проблем разработаны стабилизаторы, но предпочтительнее использовать другие методы сварки. Для таких материалов альтернативным методом является сварка, использующая высокочастотный или диэлектрический нагрев. Метод основан на действии тока высокой частоты (ТВЧ) на заряженные молекулы полимерной пленки. Этот метод применим только для полярных полимеров. Следовательно, полиэтилен невозможно сварить током высокой частоты, потому что у его макромолекул нет дипольного момента. ПВХ, напротив, полярен, и ТВЧ широко используют для его нагрева. Полярные молекулы стараются расположиться в соответствии с колебаниями электрического поля. В результате таких быстрых колебаний возникает внутреннее трение, которое приводит к разогреву ма¬териала. Это позволяет соединить слои полимерной пленки, особенно если приложео давление. Поскольку нагрев проис¬ходит равномерно по всей пленке, нет риска перегрева мате¬риала, как это происходит при внешнем нагреве. В последнем случае температура поверхности будет значительно выше, чем температура в зоне контакта пленок. Как правило, используют частоты 50-60 МГц с напряжением около 25 кВ. Для очень тон¬ких пленок рекомендуют использовать более высокие частоты и меньшие напряжения во избежание пробоя, возможного при значительном напряжении высокой частоты. Другими словами, так как данный ток вызывает определенное количество тепла, надежнее использовать более высокие частоты при более низком напряжении, чтобы находиться ниже точки пробоя. Одним из преимуществ сварки ТВЧ является легкость, с которой можно произвести сварку через жидкость. Такой тип сварки используют в производстве шампуней, когда сваривают заполненный пакетик. Непрерывную трубку заполняют жидкостью и отдельные пакетики получают сваркой поперек трубки. Преимуществом данного метода является то, что можно со¬здавать профилированные швы с помощью профилированных электродов. Производство пакетиков с шампунем, которые легко открыть по шву, является одним из примеров использования профилированных электродов; другим примером является капсулирование дорогостоящих и точных деталей автомобилей и самолетов. Детали помешают в вакуум-формованный прозрачный лист жесткого ПВХ и добавляют ингибитор коррозии. Такой же лист помещают сверху и сваривают профилированными по данной детали электродами, получая при этом прозрачную жесткую герметично закрытую упаковку, обеспечивающую полную защиту его содержимого. Следующим преимуществом сварки ТВЧ является равномерный прогрев всей пленки. При тепловой сварке свариваемые поверхности нагреваются от соприкосновения с нагреваемым электродом, температура которого поэтому должна быть существенно выше требуемой вследствие плохой теплопроводности материала. Параметрами процесса высокочастотной сварки являются температура, давление и подаваемая энергия. Для тонких пле¬нок время нагрева может быть больше теоретического из-за больших теплопотерь (вследствие большой поверхности и низ¬кого теплосодержания). В таких случаях можно использовать буферы, чтобы задержать как можно больше тепла. Давление не должно быть высоким, чтобы не вызвать утонение пленки, оно должно просто обеспечивать хороший термический контакт между свариваемыми поверхностями. Выдержка пленки после сварки под давлением позволяет увеличить прочность сварного шва. Важность величины подводимой энергии уже обсуждалась при рассмотрении вопроса о «пробое». УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СВАРКА Этот метод сварки зависит от энергии вибрации ультразвуко¬вого (УЗ) волновода, проходящей через две сложенные полимерные пленки. На границе раздела между ними механическая энергия превращается в тепловую, которая производит почти мгновенную сварку. Принцип метода заключается в следующем. Энергия вибрации через УЗ головку попадает в полимер и вызывает колебательное движение. Возможно отражение энергии от поверхности соединенных пленок, но оно обычно невелико, потому что соединение осуществляется под давлением, приложенным к УЗ волноводу. Следовательно, основная энергия проходит через соединяемые пленки. Здесь энергия отражается от подложки, на которой лежит пленка, заставляя поверхности пленок вибрировать друг относительно друга; так как частоты очень высокие (около 18—20 кГц), поверхности «вбиваются» друг в друга, и механическая энергия превращается в тепло¬вую, которая расплавляет поверхности пленок. Оборудование состоит из УЗ генератора, передающего сигнал в 20 кГц в преобразователь, который превращает электрическую энергию в механические колебания. Они усиливаются с помощью фокусирования инструментом или головкой, которые, как уже описано, находятся в контакте с двумя соединенными пленками. УЗ сварку, как правило, применяют для обычных термо¬пластов. Прекрасные результаты получают на полистироле, ударопрочном полистироле, АБС-пластике, акрилонитрилстироле и на других пластмассах с низкой температурой плавления. Этот метод хорош для ориентированных пленок, включая поли-этилентерефталатные, так как высокая разрывная прочность этих пленок теряется при обычной тепловой сварке, в то время как УЗ сварка не прогревает пленку. Другим преимуществом данного метода является то, что его можно использовать для сварки пакетов, содержащих жирные продукты, так как сварку можно производить через поверхности, загрязненные маслами и жирами. Несмотря на то, что обычно ультразвуком можно сваривать только аналогичные материалы, имеются и некоторые исключения. Одним из примеров является сварка полимера с бумагой или тканью. В этом случае соединение возможно вследствие того, что используют высокое локальное давление, за счет которого расплавленный полимер проникает в фибриллярную структуру бумаги или ткани. АБС-пластики можно сваривать с полиакрилатами и полистиролом, так как эти материалы хими¬чески совместимы и имеют близкие температуры плавления. Другим примером успешного использования УЗ сварки яв¬ляется сварка многослойных бумажных мешков с внутренним слоем полиэтилена. Такая сварка возможна потому, что тепло генерируется только на свариваемых поверхностях и бумага не повреждается. При обычной тепловой сварке достаточно тепла, чтобы через бумагу расплавить полиэтилен, но в результате может обуглиться внешний слой, особенно при использовании толстой бумаги. Основными недостатками УЗ сварки являются следующие: скорость УЗ сварки значительно ниже скорости тепловой сварки (хотя это может быть преодолено со временем); имеется опасность для здоровья вследствие вибраций. На некоторых особенно чувствительных людей могут действовать ультразвуковые частоты и верхний уровень звуковых частот, который тоже иногда имеет место. Следствием непосредственного контакта с источниками ультразвука могут быть потери слуха, головные боли, кумулятивное разрушение тканей, по-этому операторы должны быть обеспечены качественной звукоизоляцией, а оборудование должно быть изолировано звукопоглощающими материалами. АДГЕЗИВЫ (КЛЕИ) Переработчики пластмасс часто смотрят на склеивание как на архаичный процесс (по сравнению с тепловой, ультрафиолето¬вой, инфракрасной и высокочастотной сваркой). Кроме того, такие пластмассы, как полиэтилен и полипропилен, имеют инертную поверхность, и их трудно склеить между собой. Тем не менее соединение адгезивами является все же полезным ме¬тодом, и часто его можно сделать быстрее, чем другими мето-дами. Инертные полимеры необходимо предварительно обрабо¬тать, как перед нанесением печати; в настоящее время вы¬пускают большое число адгезивов для соединения пластмасс. Использование адгезивов - это еще одно решение проблемы соединения ориентированных монопленок. Этот метод полезен при необходимости соединения больших поверхностей, например в многослойных мешках, и для присоединения клапанов в клапанных мешках. Адгезивы также используют для соединения полимерных пленок и листов с другими материалами, например с волокнистым картоном (в блистерной упаковке). Адгезивы наносят на полимерные поверхности теми же методами, какие используют и для других материалов, например прямую и обратную промазку валками, распыление. ВЫБОР МЕТОДА Выбор метода соединения зависит от многих факторов: тре¬буемых характеристик сварки, природы свариваемой пленки, цены и эффективности источника энергии и сварочного аппара¬та, необходимой скорости производства. Эффективность соеди¬нения можно измерить различными способами, некоторые из ко¬торых дают только качественную информацию, но пригодны для оценки продукции. В производстве пакетиков подача воздуха в них позволяет обнаружить протечку воздуха через сварной шов. Другим про¬стейшим методом контроля является введение внутрь красящего вещества и проверка, вытекает оно или нет. Используют также визуальное наблюдение в поляризованном свете. www.polymery.ru |
