Назначение и механизм процесса сварки термопластов

Процесс сварки термопластов заключается в образовании соединений за счет контакта активированных нагревом соединяемых поверхностей.

Последовательность операций может быть различной: в одних случаях вначале материалы приводят в плотный контакт, а затем соединяемые поверхности нагревают; в других – наоборот, - вначале соединяемые поверхности подвергают нагреву, а затем обеспечивают их контакт друг с другом; в третьих – контактирование соединяемых поверхностей и нагрев их осуществляют одновременно.

Введение энергии, необходимой для активации соединяемых поверхностей, и приложение давления, необходимого для достижения между ними контакта, возможно с помощью одних и тех же инструментов либо различных. Независимо от этого при сварке термопластов, тех же, как и при сварке металлов, в сварочной зоне протекают следующие процессы: развод и преобразование энергии, обеспечивающей активацию свариваемых поверхностей; взаимодействие активированных свариваемых поверхностей при контакте их друг с другом; формирование структуры материала в зоне контакта.

Активация свариваемых поверхностей может достигаться за счет контакта их с теплоносителями – нагретыми инструментами, газами либо присадочными материалами, а также за счет поглощения и преобразования энергии высокочастотных электрических колебаний, механической энергии трения, лучистой энергии либо энергии высокочастотных механических колебаний.
Активация состоит в нагреве свариваемых поверхностей и проявляется в повышении энергии теплового движения макромолекул: вблизи температуры стеклования (в случае стеклообразных полимеров) возникает возможность движения отдельных сегментов макромолекул; при температурах, близких к температурам текучести, макромолекулы путем последовательного перемещения сегментов могут перемещаться относительно друг друга.

Следующая стадия процесса сварки – взаимодействие активированных свариваемых поверхностей при контакте друг с другом. Эта стадия наиболее ответственна за свойства образовавшегося сварного соединения, так как только при реализации в зоне контакта взаимодействия между макромолекулами полимера, характерного для исходного материала, возможно получение соединения, близкого к нему по свойствам.

Сущность процессов сварки состоит в сближении макромолекул соединяемых поверхностей на такие расстояния, чтобы между ними появились силы межмолекулярного взаимодействия.

По вопросу явлений, протекающих при контакте активированных свариваемых поверхностей и предшествующих проявлению этих сил, существует ряд представлений. Наибольшее признание получили представления, основанные на диффузной теории адгезии и аутогезии полимеров, разработанной С.С. Воющким. В соответствии с этими представлениями в основе процессов сваривания термопластов лежит явление диффузии макромолекул полимера и их сегментов через границу раздела соединяемых поверхностей. Диффузия макромолекул в целом особенно легко может происходить в том случае, если контакт слоев полимера осуществляется при температурах выше температуры, текучести.
Принято считать, что факторы, способствующие диффузии (повышение температуры и продолжительность сварки, введение пластификаторов и др.) увеличивают прочность сварных соединений, и, наоборот, факторы, замедляющие диффузию, ухудшают свариваемость.

Сваривание термопластов при температурах выше температуры их текучести происходит быстро, продолжительность процесса в ряде случаев исчисляется секундами (особенно при ультразвуковой и высокочастотной сварке).