Spawanie tworzyw sztucznych: spawanie półproduktów z tworzyw sztucznych jest opisane w normie ISO 472 jako proces łączenia zmiękczonych powierzchni materiałów, zazwyczaj za pomocą ciepła (z wyjątkiem spawania rozpuszczalnikiem). Spawanie tworzyw termoplastycznych odbywa się w trzech kolejnych etapach, a mianowicie: przygotowanie powierzchni, zastosowanie ciepła i ciśnienia oraz chłodzenie. Opracowano liczne metody spawania do łączenia półproduktów z tworzyw sztucznych. Na podstawie mechanizmu wytwarzania ciepła na styku spawania, metody spawania tworzyw termoplastycznych można sklasyfikować jako metody ogrzewania zewnętrznego i wewnętrznego, jak pokazano na rys. Z drugiej strony, produkcja dobrej jakości spoiny może zależeć nie tylko od metod spawania, ale takżespawalnośćmateriałów bazowych. Dlatego ocenaspawalnośćma krytyczne znaczenie przed operacją spawania (patrzSpawalność reologiczna) do tworzyw sztucznych.
Spawanie gorącym gazem
Spawanie gorącym gazem, znane również jako spawanie gorącym powietrzem, to technika spawania tworzyw sztucznych przy użyciu ciepła. Specjalnie zaprojektowana opalarka, zwana spawarką na gorące powietrze, wytwarza strumień gorącego powietrza, który zmiękcza zarówno łączone części, jak i plastikowy pręt wypełniający, które muszą być wykonane z tego samego lub bardzo podobnego tworzywa sztucznego. (SpawaniePCVDoakryljest wyjątkiem od tej reguły.)
Spawanie gorącym powietrzem/gazem to powszechna technika wytwarzania mniejszych elementów, takich jak:zbiorniki chemiczne, zbiorniki na wodę, wymienniki ciepła, Iarmatura hydrauliczna.
W przypadkupajęczynyIfilmynie wolno używać pręta wypełniającego. Dwie warstwy plastiku są podgrzewane za pomocą gorącego gazu (lubelement grzewczy) a następnie zwinięte razem. Jest to szybki proces spawania i może być wykonywany w sposób ciągły.
Pręt spawalniczy
Pręt spawalniczy z tworzywa sztucznego, znany również jako termoplastyczny pręt spawalniczy, to pręt o okrągłym lub trójkątnym przekroju poprzecznym, używany do łączenia ze sobą dwóch kawałków plastiku. Są dostępne w szerokiej gamie kolorów, aby dopasować je do koloru materiału bazowego. Szpulowany plastikowy pręt spawalniczy jest znany jako „spline”.
Ważnym aspektem projektowania i produkcji prętów spawalniczych do tworzyw sztucznych jestporowatośćmateriału. Wysoka porowatość spowoduje powstawanie pęcherzyków powietrza (znanych jako puste przestrzenie) w prętach, co obniży jakość spawania. Najwyższej jakości pręty spawalnicze z tworzyw sztucznych to zatem te o zerowej porowatości, które są nazywane bezpustkowymi.
Zgrzewanie na gorąco to proces zgrzewania jednego tworzywa termoplastycznego z innym podobnym tworzywem termoplastycznym przy użyciu ciepła i ciśnienia. Metoda zgrzewania na gorąco z bezpośrednim kontaktem wykorzystuje stale podgrzewaną matrycę lub pręt zgrzewający do przyłożenia ciepła do określonego obszaru styku lub ścieżki w celu zgrzania lub zespawania tworzyw termoplastycznych. Zgrzewanie na gorąco jest stosowane w wielu zastosowaniach, w tym złączach zgrzewanych na gorąco, klejach aktywowanych termicznie i zgrzewaniu folii lub folii. Typowe zastosowania procesu zgrzewania na gorąco: złącza zgrzewane na gorąco są stosowane do łączenia wyświetlaczy LCD zPCBw wielu urządzeniach elektroniki użytkowej, a także w urządzeniach medycznych i telekomunikacyjnych. Zgrzewanie produktów za pomocą klejów termicznych jest stosowane w celu przytrzymywania przezroczystych ekranów wyświetlacza na produktach elektroniki użytkowej i innych uszczelnionych zespołach lub urządzeniach termoplastycznych, w których zgrzewanie termiczne lub zgrzewanie ultradźwiękowe nie jest możliwe ze względu na wymagania konstrukcyjne części lub inne względy montażowe. Zgrzewanie jest również stosowane w produkcji folii do badań krwi i mediów filtracyjnych do krwi, wirusów i wielu innych urządzeń paskowych stosowanych obecnie w medycynie. Folie i folie laminowane są często zgrzewane na wierzchu termoplastycznych tacek medycznych, płytek mikrotitracyjnych (mikrostudzienkowych), butelek i pojemników w celu uszczelnienia i/lub zapobiegania zanieczyszczeniu urządzeń do badań medycznych, tacek do pobierania próbek i pojemników stosowanych w produktach spożywczych. Produkcja w przemyśle medycznym i spożywczym Worki lub elastyczne pojemniki wykorzystują zgrzewanie do zgrzewania obwodowego materiału plastikowego toreb i/lub do uszczelniania portów i rurek w torbach. Różnorodnośćzgrzewarkisą dostępne do łączenia materiałów termoplastycznych takich jakfolie plastikowe: Zgrzewarka prętowa, zgrzewarka impulsowa, itp.
Spawanie ręczne
W przypadku spawania ręcznego strumień gorącego powietrza (lub gazu obojętnego) ze spawarki jest jednocześnie kierowany na obszar spoiny i końcówkę pręta spawalniczego. Gdy pręt zmięknie, jest wpychany do złącza i łączy się z częściami. Proces ten jest wolniejszy niż większość innych, ale można go stosować w niemal każdej sytuacji.
Spawanie końcówką szybką
W przypadku spawania szybkiego spawarka plastikowa, podobna wyglądem i mocą do lutownicy, jest wyposażona w rurkę doprowadzającą plastikowy pręt spawalniczy. Końcówka szybkiego spawania podgrzewa pręt i podłoże, a jednocześnie dociska stopiony pręt spawalniczy do odpowiedniej pozycji. W spoinę wkładana jest warstwa zmiękczonego plastiku, a części i pręt spawalniczy łączą się. W przypadku niektórych rodzajów plastiku, takich jak polipropylen, stopiony pręt spawalniczy musi zostać „wymieszany” z półstopionym materiałem bazowym, który jest wytwarzany lub naprawiany. Te techniki spawania zostały udoskonalone z biegiem czasu i są wykorzystywane od ponad 50 lat przez profesjonalnych producentów i naprawiaczy tworzyw sztucznych na całym świecie. Metoda spawania szybką końcówką jest znacznie szybszą techniką spawania i przy odrobinie praktyki można ją stosować w ciasnych narożnikach. Wersja „pistoletu” szybkiej końcówki jest zasadniczo lutownicą z szeroką, płaską końcówką, której można użyć do stopienia spoiny i materiału wypełniającego w celu utworzenia połączenia.
Spawanie ekstruzyjne
Spawanie ekstruzyjne umożliwia zastosowanie większych spoin w jednym przejściu spoiny. Jest to preferowana technika łączenia materiałów o grubości ponad 6 mm. Pręt spawalniczy jest wciągany do miniaturowej, ręcznej wytłaczarki do tworzyw sztucznych, uplastyczniany i wyciskany z wytłaczarki w kierunku łączonych części, które są zmiękczane strumieniem gorącego powietrza, aby umożliwić łączenie.
Spawanie kontaktowe
To jest to samo cospawanie punktowez wyjątkiem tego, że ciepło jest dostarczane zprzewodnictwo cieplnekońcówek szczypiec zamiast przewodzenia prądu. Dwie plastikowe części są łączone ze sobą, gdzie rozgrzane końcówki ściskają je, topiąc i łącząc części w procesie.
Spawanie gorącą płytą
W odniesieniu do spawania kontaktowego, ta technika jest stosowana do spawania większych części lub części o złożonej geometrii spoiny. Dwie części do spawania umieszczane są w oprzyrządowaniu przymocowanym do dwóch przeciwległych płyt prasy. Gorąca płyta o kształcie pasującym do geometrii spoiny spawanych części jest przesuwana w pozycji pomiędzy dwiema częściami. Dwie przeciwległe płyty przesuwają części do kontaktu z gorącą płytą, aż ciepło zmiękczy interfejsy do punktu topnienia tworzywa sztucznego. Po osiągnięciu tego stanu gorąca płyta jest usuwana, a części są ściskane razem i przytrzymywane, aż spoina ostygnie i ponownie zestali się, aby utworzyć trwałe połączenie.
Sprzęt do spawania gorącą płytą jest zazwyczaj sterowany pneumatycznie, hydraulicznie lub elektrycznie za pomocą serwosilników.
Proces ten jest stosowany do spawania podzespołów znajdujących się pod maską samochodu, podzespołów wykończenia wnętrza, urządzeń filtrujących stosowanych w medycynie, podzespołów urządzeń powszechnego użytku i innych podzespołów wnętrza samochodu.
Spawanie wysokoczęstotliwościowe
Niektóre tworzywa sztuczne z dipolami chemicznymi, takie jak PVC,poliamidy(PA) ioctanymoże być podgrzewany falami elektromagnetycznymi o wysokiej częstotliwości. Spawanie o wysokiej częstotliwości wykorzystuje tę właściwość do zmiękczania tworzyw sztucznych w celu ich łączenia. Podgrzewanie może być zlokalizowane, a proces może być ciągły. Znane również jako uszczelnianie dielektryczne, uszczelnianie cieplne RF (Radio Frequency).
Częstotliwość radiowaspawanie jest bardzodojrzała technologiaktóry istnieje od lat 40. XX wieku. Dwa kawałki materiału umieszczane są na prasie stołowej, która wywiera nacisk na obie powierzchnie. Matryce służą do kierowania procesem spawania. Gdy prasa się łączy, fale o wysokiej częstotliwości (zwykle27,120 MHz) przechodzą przez małą przestrzeń między matrycą a stołem, gdzie odbywa się spawanie. To pole o wysokiej częstotliwości (radiowej) powoduje, że cząsteczki w niektórych materiałach poruszają się i nagrzewają, a połączenie tego ciepła pod ciśnieniem powoduje, że spaw przyjmuje kształt matrycy. Spawanie RF jest szybkie. Ten rodzaj spawania jest stosowany do łączenia folii polimerowych stosowanych w różnych gałęziach przemysłu, w których wymagane jest mocne, spójne i szczelne uszczelnienie. W przemyśle tekstylnym RF jest najczęściej stosowane do spawania PVC ipoliuretan(PU) tkaniny powlekane. Jest to bardzo spójna metoda spawania.
Najczęściej używanymi materiałami do spawania RF są PVC i poliuretan. Możliwe jest również spawanie innych polimerów, takich jak nylon, PET, PEVA, EVA i niektóre tworzywa sztuczne ABS. Należy zachować ostrożność podczas spawania poliuretanu, ponieważ wiadomo, że wydziela on gazy cyjankowe podczas topienia.
Spawanie indukcyjne
Gdy izolator elektryczny, taki jak plastik, jest osadzony w materiale o wysokiej przewodności elektrycznej, takim jak metale lub włókna węglowe, można wykonać spawanie indukcyjne. Aparat spawalniczy zawiera cewkę indukcyjną, która jest zasilana prądem elektrycznym o częstotliwości radiowej. Generuje to pole elektromagnetyczne, które działa na przewodzący prąd elektryczny lub ferromagnetyczny przedmiot obrabiany. W przewodzącym prąd elektryczny przedmiocie obrabianym głównym efektem grzewczym jest ogrzewanie rezystancyjne, które jest spowodowane prądami indukowanymi zwanymiprądy wiroweSpawanie indukcyjne materiałów termoplastycznych wzmacnianych włóknem węglowym to technologia powszechnie stosowana na przykład w przemyśle lotniczym.
W przypadku przedmiotu ferromagnetycznego tworzywa sztuczne mogą byćspawane indukcyjniepoprzez ich formułowanie z metalowymi lub ferromagnetycznymi związkami, zwanymi susceptorami. Te susceptory pochłaniają energię elektromagnetyczną z cewki indukcyjnej, nagrzewają się i tracą swoją energię cieplną do otaczającego materiału poprzez przewodzenie ciepła.
Spawanie wtryskowe
Spawanie wtryskowe jest podobne/identyczne do spawania ekstruzyjnego, z tą różnicą, że przy użyciu pewnych końcówek ręcznej spawarki można włożyć końcówkę do otworów defektowych w plastiku o różnych rozmiarach i załatać je od wewnątrz na zewnątrz. Zaletą jest to, że nie jest potrzebny dostęp do tylnej części otworu defektowego. Alternatywą jest łatka, z tą różnicą, że łatki nie można zeszlifować na równo z oryginalnym otaczającym plastikiem do tej samej grubości. PE i PP są najbardziej odpowiednie do tego typu procesu. Drader injectiweld jest przykładem takiego narzędzia.
Spawanie ultradźwiękowe
W spawaniu ultradźwiękowym, drgania o niskiej amplitudzie i wysokiej częstotliwości (15 kHz do 40 kHz) są wykorzystywane do wytwarzania ciepła poprzez tarcie między materiałami, które mają zostać połączone. Interfejs dwóch części jest specjalnie zaprojektowany, aby skoncentrować energię dla uzyskania maksymalnej wytrzymałości spoiny. Ultradźwięki mogą być stosowane do niemal wszystkich materiałów z tworzyw sztucznych. Jest to najszybsza dostępna technologia zgrzewania.
Spawanie tarciowe
W spawaniu tarciowym, dwie części do złączenia są pocierane o siebie z niższą częstotliwością (zwykle 100–300 Hz) i wyższą amplitudą (zwykle 1 do 2 mm (0,039 do 0,079 cala)) niż w spawaniu ultradźwiękowym. Tarcie spowodowane ruchem w połączeniu z naciskiem zacisku między dwiema częściami tworzy ciepło, które zaczyna topić powierzchnie styku między dwiema częściami. W tym momencie uplastycznione materiały zaczynają tworzyć warstwy, które przeplatają się ze sobą, co skutkuje mocnym spoiwem. Po zakończeniu ruchu wibracyjnego części pozostają trzymane razem, aż do ostygnięcia spoiny i ponownego zestalenia się stopionego plastiku. Ruch cierny może być liniowy lub orbitalny, a konstrukcja połączenia dwóch części musi umożliwiać ten ruch.
Spawanie wirowe
Spawanie wirowe jest szczególną formą spawania tarciowego. W tym procesie jeden element z okrągłym złączem spawanym jest utrzymywany nieruchomo, podczas gdy pasujący element jest obracany z dużą prędkością i dociskany do nieruchomego elementu. Tarcie obrotowe między dwoma elementami generuje ciepło. Gdy powierzchnie łączenia osiągną stan półstopiony, obracający się element zostaje gwałtownie zatrzymany. Siła na dwóch elementach jest utrzymywana, aż złącze spawane ostygnie i ponownie się zestali. Jest to powszechny sposób produkcji kół plastikowych o niskiej i średniej wytrzymałości, np. do zabawek, wózków sklepowych, pojemników na odpady itp. Proces ten jest również stosowany do spawania różnych otworów portów w elementach pod maską samochodu.
Spawanie laserowe
Ta technika wymaga, aby jedna część była przepuszczalna dla wiązki laserowej, a druga część była absorbująca lub powłoka na styku była absorbująca dla wiązki. Dwie części są poddawane naciskowi, podczas gdy wiązka laserowa porusza się wzdłuż linii łączenia. Wiązka przechodzi przez pierwszą część i jest absorbowana przez drugą lub powłokę, aby wygenerować wystarczająco dużo ciepła, aby zmiękczyć styk, tworząc trwałe spoiny.
Lasery diodowe półprzewodnikowe są zazwyczaj używane w spawaniu tworzyw sztucznych. Długości fali w zakresie od 808 nm do 980 nm mogą być używane do łączenia różnych kombinacji materiałów z tworzyw sztucznych. W zależności od materiałów, grubości i pożądanej szybkości procesu potrzebne są poziomy mocy od poniżej 1 W do 100 W. Systemy laserów diodowych mają następujące zalety w łączeniu materiałów z tworzyw sztucznych:
Czystsze niż klejenie
Brak mikrodysz, które mogłyby się zatkać
Brak cieczy lub oparów mogących wpłynąć na wykończenie powierzchni
Brak materiałów eksploatacyjnych
Większa przepustowość
Możliwość dostępu do obrabianego przedmiotu o trudnej geometrii
Wysoki poziom kontroli procesu
Wymagania stawiane połączeniom o dużej wytrzymałości obejmują:
Odpowiednia transmisja przez górną warstwę
Absorpcja przez warstwę dolną
Zgodność materiałów – zwilżanie
Dobra konstrukcja połączenia – siła zacisku, powierzchnia połączenia
Niższa gęstość mocy
Przykładowa lista materiałów, które można łączyć, obejmuje:
Konkretne zastosowania obejmują uszczelnianie/spawanie/łączenie: worków na cewniki, pojemników medycznych, kluczyków samochodowych, obudów rozruszników serca, złączy zabezpieczających strzykawki przed manipulacją, zespołów świateł przednich i tylnych, obudów pomp oraz części telefonów komórkowych.
Przezroczyste spawanie laserowe tworzyw sztucznych
Nowa technologia lasera światłowodowego pozwala na wyjście wyższych długości fal lasera, z najlepszymi wynikami zwykle około 2,000 nm, znacznie wyższymi niż średnia długość fali lasera diodowego 808 nm do 1064 nm stosowana w tradycyjnym spawaniu laserowym plastiku. Ponieważ te wyższe długości fal są łatwiej absorbowane przez tworzywa termoplastyczne niż promieniowanie podczerwone tradycyjnego spawania plastiku, możliwe jest spawanie dwóch przezroczystych polimerów bez żadnych barwników ani dodatków absorbujących. Typowe zastosowania będą głównie w przemyśle medycznym dla urządzeń takich jak cewniki i urządzenia mikroprzepływowe. Intensywne wykorzystanie przezroczystych tworzyw sztucznych, zwłaszcza elastycznych polimerów takich jak TPU, TPE i PVC, w przemyśle urządzeń medycznych sprawia, że przezroczyste spawanie laserowe jest naturalnym rozwiązaniem. Ponadto proces ten nie wymaga żadnych dodatków absorbujących laser ani barwników, co znacznie ułatwia testowanie i spełnianie wymagań biokompatybilności.
Spawanie rozpuszczalnikiem
W spawaniu rozpuszczalnikiem stosuje się rozpuszczalnik, który może tymczasowo rozpuścić polimer w temperaturze pokojowej. Kiedy to nastąpi, łańcuchy polimeru mogą swobodnie poruszać się w cieczy i mieszać się z innymi podobnie rozpuszczonymi łańcuchami w innym komponencie. Po upływie wystarczającej ilości czasu rozpuszczalnik przeniknie przez polimer i wydostanie się do środowiska, tak że łańcuchy stracą swoją ruchliwość. Pozostawia to stałą masę splątanych łańcuchów polimeru, która stanowi spaw rozpuszczalnikowy.
Ta technika jest powszechnie stosowana do łączenia rur PVC i ABS, jak w domowych instalacjach wodno-kanalizacyjnych. „Sklejanie” modeli z tworzyw sztucznych (poliwęglanu, polistyrenu lub ABS) jest również procesem spawania rozpuszczalnikiem.
Dichlorometan(chlorek metylenu), który jest dostępny w odplamiaczu do farb, może rozpuszczalnikowo spawać poliwęglan i polimetakrylan metylu. Dichlorometan chemicznie spawa niektóre tworzywa sztuczne; na przykład jest stosowany do uszczelniania obudowy liczników elektrycznych. Jest również składnikiem – wraz zczterowodorofuran– rozpuszczalnika stosowanego do spawania instalacji wodno-kanalizacyjnych.
