Способ ультразвуковой сварки полимерных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК И 9) (11) 151) 4 В 29 С 65/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(088.8)и др. СваркаМ,: Химия,аст 74 ьство СССР27/08, 1970 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(54)(57) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙСВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий сдавливание соединяемыхматериалов и введение в них ультраэяуковых колебаний, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьппения прочности и долговечности сварного соединения, при достижении температуры текучести материала уменьшают частоту ультразвуковых колебаний на 20-507, а амплитуду ультразвуковых колебаний увеличивают в1,5 - 2 раза.Изобретение относится к сваркепластмасс, а именно к способам сварки ультразвуком термопластичных материалов.Целью изобретения является повышение прочности и долговечностисварного соединения,Способ ультразвуковой сварки полимерных материалов заключается вследующем.Свариваемые детали иэ полимерныхматериалов сдавливают волноводом ивводят в них ультразвуковые колебания. После достижения температурытекучести материала уменьшают частоту ультразвуковых колебаний на 20507 и увеличивают амплитуду ультразвуковых колебаний в 1,5-2 раза.Для всех исследуемых термопластовпри ультразвуковой сварке до достижения ими температуры текучестискорость изменения температуры нарастает, а по достижении ее начинаетснижаться. Это объясняется тем, чтопосле досиижения вязкотекучего состояния по всему сварному соединениювследствие увеличения подвижностимакромолекул интенсивность тепловыделения уменьшается. Ультразвуковые колебания на участке послетемпературы текучести, в основномнаправлены на перемешивание расплавленных объемов полимера в зонесварного шва, поэтому прирост темйературы вьппе температуры текучестиявляется вынужденным. Отключитьультразвуковые колебания по достижении температуры текучести материала нельзя иэ-за необходимостиперешивания расплавленных массполимера и формирования шва. Поэтомунеобходимо, обеспечив перемешиваниерасплавленных масс, максимальноснизить прирост температуры вьппетемпературы текучести материала.Для этого, кроме основного режима,на котором происходит сварка,необходимо выбрать режим работы преобразователя и волновода, который,обеспечивая формирование сварного шва, снижал бы тепловыделение в полимере по сравнению сисходным режимом. Наиболее оптимальным для формирования сварного шваявляется режим с более низким значением частоты и более высоким значением амплитуды, так как полимер в зоне сварного шва после температуры текучести ведет себя, как высоковяэкая жидкость, его легче перемешать колебаниями большей аглплитуды, а снижение частоты колебанийуменьшает тепловыделение из-эагистерезисных потерь, а значитснижает прирост температуры. П р и м е р. Производят ультразвуковую сварку цилиндрического корпусз с крышкой (диаметр иэделия55 мм,изготовленных иэ полиамида-б,на сварочной установке УПМ, которая служит для контактной и пере,цаточной ультразвуковой сварки изделий иэ различных марок пластмасс,В машине использованы магнитострикционный преобразователь ПМСМ(материал пакета - пермендюр, частота17,6 кГц, мощность 1,6 кВт с водяным охлаждением, ультразвуковой генератор УЗГ 5-1,6 мощностью 1,6 кВт иконтурный экспоненциальный волноводс площадью выхода диаметром 55 мм.Основной режим; амплитуда колебанийрабочего торца волновода на частоте19,6 кГц составляет 30 мкм. Кпярегистрации температур используюттермопары группы хромель - копельдиаметром спая 0,3 мм, Температура текучести 600 К достигается через 0,7 с после начала сварки. Вэтот момент генератор переключаетсяна режим формирования сварного шва,в качестве которого принимают режимс частотой колебаний рабочего торца35волновода 14 кГц и амплитудой 47 мкм,Переключение генератора при достижении температуры 600 К производитсяс. помощью милливольтметра типаШ 4501 с двухпозиционным регулирующим устройством магнитоэлектрической системы, который используетсядля измерения и двухпозиционногорегулирования температуры,в комплекте с термоэлектрическим преобразователем градуировочных характеристикПР 30/бп . Общее время сварки0,9 с (0,7 с производят сваркуна старом режиме и 0,2 с - нарежиме формирования сварного шва).Старение образцов производится вотермошкафу при 120 С и временивыдержки 240 ч. Прочность образцов по известному способу послестарения в термошкафу в 4 раза меньше прочности образцов по предлагаемому способу (500 Н против 2000 Н).Образцы по известному способу теря-ют герметичность через 150 ч старе1212837 1 50 2 54 3 57 4 60 5 65 11 54711,5 521 Полистирол 73 50 73 61,2 12 554 73 48 Полиметил - метакрилат 565 70 540 74 49 2 50 3 55 13 59 13,5 531 75 64 ния, а образцы, сваренные пс предлагаемому способу, через 220 ч.Осуществляют сварку наиболеераспространенных термопластичныхматериалов.Полистирол, Основной режим (безизменения амплитуды и частоты):А = 30 мкм, 1 = 21,4 кГц. Температура, соответствующая отключениюУЗ- колебаний Т = 560 К. Относительная прочность сварного соединениядо старения 3 = 72 % от прочностиосновного образца, после старенияц = 48%.Полиметилметакрилат. Основнойрежим: А = 35 мкм, 1 = 20,9 кГц,Т = 580 К, 6 = 69% в = 47%.Полиэтилен. Основной режим:А = 25 мкм; 1 = 19,6 кГц, Т450 К= 70%ф с = 52%Полиамид. Основной режим: А =30 мкм; 1 = 19,6 кГц, Т = 600 К,8 = 67%, 8 : 45%,Винипласт ЛВХ. Основной режим:А = 25 мкм; 1 = 20,9 кГц, Т = 420 К;- 60% г = 40% В таблице приведены результаты серий опытов по ультразвуковой ,сварке перечисленных термопластов с переключением на новые режимы при достижении материалами температур вязкотекучего состояния А, - амплитуда после переключения,1, - частота после переключения, Т, - температура, соответствующая отключению ультразвуковых колебаний, 3, - относительная прочность сварного соединения от прочнос.ти основного материала до старения;- то же,поспе старения.Из приведенных результатов видно что увеличение прочности сварного соединения после старения посравнению с известным способом сварки происходит при изменении параметров на следующие значения.1 О Полистирол: увеличение амплитуды в 1,8-2 раза и уменьшение частоты на 40-50%, при этом оптимальнымвариантом является увеличение амплитуды в 1,9 раза и уменьшение частотына 43,9%,Полиметилметакрнлат:увеличениеамплитуды в 1,5-1,7 раза и уменьшениечастоты на 35-40%, при этом оптимальным является увеличение амплитуды,в 1,58 раза и уменьшение частоты на35,4%.Полиэтилен: увеличение амплитуды в 1,5-1,9 раза и уменьшение частоты на 35-45%, при этом оптимальным является увеличение амплитудыв 1,72 раза.и уменьшение частоты на39,1%.Полиамид: увеличение амплитудыв 1,5-1,6 раза и уменьшение частотына 25-35%, при этом оптимальным является увеличение амплитуды в 1,58раза и уменьшение частоты на 29,8%.Винипласт ПВХ: увеличение амплитуды в 1,7-2 раза и уменьшение частоты на 20-30%, при этом оптимальнымявляется увеличение амплитулы в1,84 раза и уменьшение частоты на28,2%. 12 509 75 6512,5 518 74,5 60,7"1 и открытий Раушская на ам иэобретен Москва, Ж ) Д. лиал ППП нПатент"