Сварка с использованием растворителей. Этот метод представляет собой серию технологических операций, включающих в себя смачивание, паузу, в течение которой происходит набухание полимера, контакт между обрабатываемыми поверхностями и последующую выдержку под нагрузкой. Данный способ сварки особенно актуален для полимеров, которые не обладают стойкостью к воздействию растворителей, к таким материалам чаще всего относятся аморфные термопласты.
Список тематических статей
Среди всех известных методов соединения деталей сварка выделяется как один из наиболее экономичных и надежных подходов. Это правило справедливо и для изделий из пластмасс. В большинстве случаев сварка обеспечивает получение изделий высококачественных, прочных и долговечных. Параметры процесса позволяют проводить сварку как в промышленных масштабах, так и в условиях малого производства или домашних мастерских.
Существует множество различных методов сварки пластиков, однако все их объединяет единый принцип: полимер нагревается, его макромолекулы начинают реагировать на повышение температуры, и происходит диффузия полимерных компонентов между собой, что впоследствии приводит к образованию единого монолитного изделия.
Следует отметить, что не все пластиковые материалы, так же как и другие виды материалов, подходят для сварочных процессов. Прежде всего сварка применяется к термопластам — полимерам, которые могут многократно перерабатываться путем нагрева, формирования и последующего охлаждения. В отличие от термореактивных пластиков, термопластичные материалы обладают свойствами, наиболее подходящими для указанной технологии. При повышении температуры термопластические материалы становятся мягкими и способны принимать форму, необходимую для сварки.
Сварка полимеров имеет множество неоспоримых преимуществ по сравнению с другими методами соединения, такими как использование крепежных элементов или клеевые соединения. С помощью сварки можно получить ровный шов без изъянов, с равномерным распределением внутренних напряжений.
Рис. 1. Контактная сварка встык.
Сварка нагретым инструментом
Этот метод, также известный как контактная или термоконтактная сварка, представляет собой самый простой из всех видов соединений полимерных деталей. Тепло передается на соединяемые поверхности через контакт с нагретым инструментом. Контактный метод широко применяется в трубопроводной технике, при изготовлении сосудов и емкостей, а также в других изделиях и конструкциях из пластика.
Наиболее распространенный способ — прямой нагрев, предполагающий следующие этапы сварки:
— предварительная обработка и нагрев свариваемых поверхностей с помощью специализированного нагретого инструмента;
— удаление инструмента и сжатие поверхностей с последующей выдержкой в течение определенного технологического времени для их соединения.
Существует популярное мнение, что временной интервал между удалением инструмента и сжатием свариваемых поверхностей должен быть минимальным. Это связано с тем, что в противном случае прочность сварного соединения может снизиться из-за быстрого охлаждения, вызванного контактом поверхности с окружающей средой. Однако на практике процесс сварки пластиков гораздо более сложен, и технологически обоснованная пауза перед соединением деталей является необходимой. За это время участки, подверженные нагреву, приходят в состояние, подходящее для диффузии. Обычно такая технологическая пауза составляет несколько секунд.
Кроме метода прямого нагрева, применяется способ косвенного нагрева полимеров и использование закладных нагревателей. Последний подход активно используется для соединения труб большого диаметра в полевых условиях. На концы труб устанавливается специальная муфта, в которую помещается нагревательный элемент. Затем, при пропускании электрического тока от мобильного генератора, внутренний слой муфты расплавляется, создавая тем самым прочное трубное соединение.
Рис.2. Соединение труб термосварной муфтой
Наиболее востребованные методы термоконтактной сварки полимеров включают сварку в стык и сварку в раструб. Оборудование для сварки в стык проще в исполнении и чаще используется на практике.
В аппаратах для сварки в раструб нагревают наружную поверхность одной детали (например, трубы), в то время как внутреннюю поверхность другой детали (например, фитинга). После этого свариваемые элементы помещаются на нагретую оснастку. После выдержки необходимого времени на оснастке (дорне и муфте) детали извлекаются и соединяются. Такой метод особенно широко используется для сварки труб для систем холодного и горячего водоснабжения, изготовленных из рандом-сополимера полипропилена.
В каких случаях применяется технология сварки пластика
Сварка пластиковых изделий применяется в самых разных сферах:
- Промышленное производство: в данной области сварка пластмасс используется для создания различных пластиковых изделий, включая бутылки, контейнеры, трубы, автомобильные детали и мн. др.
- Медицинская отрасль: пластиковые компоненты в медицинском оборудовании часто требуют точной сварки для обеспечения герметичности и стерильности.
- Авиационная промышленность: сварка используется при производстве летательных аппаратов, а также в процессе ремонта и обслуживания пластиковых деталей.
- Производство электроники: при создании электроники пластиковые компоненты, такие как корпуса, могут быть сварены для получения защищенных и закрытых конструкций.
- Строительство: в этой сфере пластиковые трубы и фитинги могут быть соединены с помощью сварки для создания систем водоснабжения и канализации.
Таким образом, сварка пластмасс представляет собой важный процесс, обеспечивающий создание разнообразных пластиковых изделий с гарантией прочного и герметичного соединения между их компонентами.
Основные методы сварки
Список ключевых технологий сварки пластмасс включает в себя:
- горячим воздухом: детали нагреваются горячим воздухом с помощью специализированного устройства, после чего соединяются для формирования сварного соединения;
- ультразвуком: высокочастотные колебания вызывают трение частиц на поверхности, в результате чего пластик плавится, образуя узлы схватывания;
- сварка с использованием тепловых элементов (нагревательные пластины или сварочные прутки): этот метод подходит для различных пластиков и находит широкое применение в промышленности;
- лазерная сварка: высокоэлементарный световой луч нагревает и плавит пластик в заданной зоне, формируя прочный шов;
- экструдерная сварка: расплавленный пластик выдавливается через формующую головку, позволяя получать изделия определенной формы и размера.
Принцип работы фена при сваривании пластика горячим воздухом
Сварка пластиков с применением фена осуществляется за счет подачи горячего воздуха, температура которого превышает температуру плавления как основного, так и присадочного материалов. Принцип работы устройства следующий:
- Напряжение от электрической сети поступает на полупроводниковую спираль.
- Из-за наличия сопротивления ток начинает замедляться, поскольку нагрев спирали является побочным эффектом этого процесса.
- Параллельно с этим начинает работать вентилятор, который выдувает горячий воздух через сопло.
- С помощью насадок можно формировать ширину и скорость горячего потока, регулируя ее за счет изменения сужения канала.
Температура регулируется путем изменения сопротивления, что влияет на степень нагрева полупроводника. Регулировка скорости вентилятора позволяет задавать оптимальные параметры для работы с различными типами пластиков (такими как ПНД, полипропилен или АБС), а также для обработки материалов различной толщины. К примеру, с помощью подобного оборудования возможно проводить как сварку пленки феном, так и соединение более толстых кусков, например, бамперов автомобилей.
Пошаговое описание процесса сварки пластика строительным феном
Сварка пластика представляет собой пайку горячим воздухом, в ходе которой произойдет соединение деталей через плавление их краев на молекулярном уровне. Описание процесса включает в себя следующие шаги:
- Если пластиковая деталь окрашена (например, бампер автомобиля или обшивка мотоцикла), необходимо сначала удалить лакокрасочное покрытие. Для этого используют шлифовальную машину с лепестковым кругом, ленточным типом, наждачную бумагу или напильник.
- Затем нужно углубить трещину, увеличив тем самым объем присадочного материала в шве. Для углубления используются дрель и фреза, подаваемые под углом. Можно воспользоваться напильником, если соединяемые стороны полностью разделены, при этом выполняя скошивание краев под углом 45 градусов.
- При помощи скребка удаляются заусенцы.
- Поверхность обезжиривается с использованием растворителя для исключения возможного загрязнения, остаточных следов краски и масляных пятен, которые могут ухудшить качество соединения.
- Выбирается присадочный пруток, который должен быть изготовлен из того же пластика, что и основной материал. Для сварки горячим воздухом ПВХ толщиной 1–2 мм потребуется пруток диаметром 2 мм, тогда как для работы с пластиком толщиной 3–4 мм нужен более толстый материал.
- Устанавливается насадка, позволяющая направлять пруток в смежный канал, что обеспечивает точную подачу присадки в зону сварки.
- Включается фен, выставляется температура, рекомендованная на упаковке с присадочными прутками.
- Сопло прижимается к месту начала трещины.
- Кончик расплавленного прутка ставится на стык деталей.
- Далее фен медленно двигается вдоль линии стыка, а второй рукой происходит подача прутка через насадку.
- После того как шов застынет, наружный валик стачивается до уровня основного материала с помощью шлифовальной машинки.
- Если это не лицевая сторона изделия, то валик можно оставить, поскольку чем толще валик, тем прочнее будет шов.
Если у вас нет специализированной комбинированной насадки для сварки прутком, сварка ПНД с использованием строительного фена выполняется со стандартной узкой насадкой, что позволяет концентрировать горячий воздух в щели. Пруток при этом подается под сопло свободной рукой.
Физические методы сварки
ПВХ пластик можно сваривать с использованием высокочастотной и ультразвуковой техники. При ультразвуковой сварке звуковые волны создают трение между свариваемыми компонентами, что приводит к нагреванию материала и его плавлению. После этого сжатие и охлаждение скрепляют компоненты.
Важно отметить, что структура ПВХ пластиказ накладывает определенные ограничения на этот тип соединений. Кроме того, данный метод сварки наиболее эффективен при обработке больших объемов. Генераторы ультразвука должны быть точно настроены для каждого конкретного случая сварки.
Если речь идет о высокочастотной сварке, то компаниям, работающим в этой области, необходима консультация специалистов.
ПВХ пластик можно соединять как между собой, так и с другими материалами с использованием адгезии. Для этого могут применяться адгезивы, подходящие для склеивания листовых ПВХ. Чтобы правильно выбрать адгезив, нужно учитывать два основных аспекта: во-первых, тип материала, который будет соединяться с ПВХ, и, во-вторых, наличие необходимого оборудования для нанесения покрытия. Также важно учитывать требования, предъявляемые к конечному соединению. Ниже перечислены основные рекомендации по выбору адгезивов.
Соединение ПВХ пластика с ПВХ пластиком
Для соединения краев листов ПВХ и изделий из этого материала подойдут специальные ПВХ адгезивы, которые обычно используются для соединения ПВХ трубок и секций. Для соединения больших площадей также могут использоваться те же продукты, которые предназначены для непористых материалов.
Соединение ПВХ пластика с непористыми материалами
Для соединения с непористыми материалами, такими как ПВХ листы или металл, можно использовать следующие виды адгезивов:
Контактный клей на основе растворителей — клей, изготовленный на основе неопрена, нитрила или полиуретана.
Клей необходимо наносить на обе поверхности в количестве около 150 г/м2. При соединении ПВХ с гибкими ПВХ листами следует использовать только те клеи, которые устойчивы к пластификаторам.
Клей без растворителей — двухкомпонентный полиуретановый клей.
Его нужно наносить только на одну поверхность, с расчетом около 150 г/м2. При комнатной температуре он затвердевает в течение нескольких часов, а этот процесс можно ускорить, повышая температуру до 50°С.
Для надежного соединения поверхности ПВХ, подлежащие склеиванию, должны быть тщательно очищены.
Соединение ПВХ пластика с пористыми материалами
Для соединения с пористыми материалами, такими как бумага, текстиль, ткани или дерево, можно использовать следующие виды адгезивов:
Контактный клей на основе растворителей:
Подходит в количестве около 150 г/м2, для пористых же материалов понадобится большее количество, в зависимости от уровня их пористости.
Водно-дисперсионный клей:
Не все виды этого клея могут быть использованы, поэтому рекомендуется предварительно проводить испытания.
Покрытие ПВХ пластика самоклеящимися пленками:
Вместо адгезивов можно использовать самоклеящиеся пленки. Два метода выборов пленки:
Переводная адгезия:
Сначала пленка с двумя самоклеящимися сторонами наклеивается на ПВХ, а затем наклеивается желаемая пленка.
Самоклеящаяся пленка:
ПВХ покрывается сразу самоклеящейся декоративной пленкой.
Гвозди/ Заклепки/ Винты.
В отличие от ряда жестких пластиковых листовых материалов, в ПВХ пластике возможно забивать гвозди на расстоянии всего нескольких миллиметров от края, не опасаясь его раскола.
Так же, как и с древесиной, острый конец гвоздя следует слегка притупить легким ударом молотка, чтобы избежать раскалывания листа.
ПВХ пластик можно сверлить, как дерево. Винты должны быть подобраны с учетом наиболее крупной шайбы, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки.
Закладные заклепки из алюминиевого сплава прекрасно подходят для соединения ПВХ с металлическими элементами. Заклепка должна вставляться со стороны ПВХ.
Что понадобится?
Для успешной самостоятельной сварки пластиков в домашних условиях необходимо заранее подготовить ряд инструментов и расходных материалов. Одним из самых простых устройств является сварочный аппарат, который предлагается в различных модификациях для работы с трубами и объемными деталями, соединяемыми в раструб или внахлест. Главное, чтобы оборудование имело регулятор температуры в пределах до 260 градусов Цельсия.
Сварочный пистолет или строительный фен с специальной насадкой для подачи прутка должны быть предусмотрены для работы с присадочными материалами. Не забудьте дополнительно приобрести стержни из того материала, который используются для формирования шва. Удобно использовать строительный фен, так как это позволяет задействовать только одну руку в процессе. При выборе устройства важно обращать внимание на его мощность — оптимальный диапазон составляет от 1,5 до 2 кВт.
На таких устройствах также имеется терморегулятор.
Экструдер — специальный аппарат, который подает расплавленный пластик в зону сварки. Хотя такое оборудование может быть довольно дорогостоящим, но оно надежно и формирует ровный шов. Экструдер может быть как контактного типа, так и бесконтактным, с дополнительным валиком для разравнивания нагретой массы. Первый вариант считается более безопасным в эксплуатации. В качестве соединительного материала чаще всего используется тот же присадочный пруток.
Технология
В домашних условиях сварка пластиковых изделий может производиться несколькими способами. Для соединения листовых полимерных материалов встык можно использовать нагрев при помощи специализированного инструмента. Наиболее распространены термопистолеты или фены с насадками, в которые вставляются прутки. Обычно к устройствам прилагается таблица разогрева различных веществ с указанием температуры плавления. Температуру можно регулировать в зависимости от типа соединяемых поверхностей. Также для соединения внахлест подойдет обычный паяльник.
Метод экструзии позволяет производить работу бесконтактно — с помощью прижимного ролика, а также контактно — с непосредственным касанием наконечника материала. Таким образом можно соединять различные пластиковые детали, запаивать пустоты между слоями плоских материалов.
Сварочный аппарат может осуществлять прямое или косвенное термическое воздействие. Этот инструмент предназначен для монтажа неразъемных трубопроводов без винтовых соединений, включая элементы с различными торцевыми сечениями.
По завершении термообработки сварного шва, он остужается.
Горячая сварка пластиков также пользуется популярностью в домашних условиях. Она предполагает подачу разогретой газообразной среды на поверхность материала. В качестве теплоносителя чаще всего используются строительные фены или газовые горелки. Подача тепловой среды может осуществляться с использованием обычного воздуха, азота или аргона в зависимости от условий проведения работ. Выбор среды должен учитывать характеристики сплавляемых деталей.
При горячей сварке пластиков отсутствуют ограничения по форме и размеру соединяемых изделий. Не существует пределов длины соединений. Кроме того, с помощью горячего воздуха можно производить ремонт изделий из полимеров с тонкими стенками, а также различных емкостей. Воздействие может быть направлено как непосредственно, так и с применением специальных присадок (прутков, планок) в соответствии с диаметром обрабатываемых деталей.
Обязательно перед началом процесса соединения необходимо провести обезжиривание места соединения. При наплавлении прутка его возможно прикрепить как в зазор, так и поверх материалов. В случае необходимости излишки материала можно срезать. Важно избегать деформации краев изделия и внимательно следить за соблюдением температуры нагрева в процессе сварки.
Чтобы узнать подробности о технике пайки пластика, смотрите следующее видео.
