Способ ультразвуковой сварки полимерных пленок

О П И С А Н И Е (и 903160ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоцналнстичвскнкРеспублик(22) Заявлено 12. 06. 80 (21) 2939759/23"05 с нрнсоеаннением заявки ЭВЮ 3 Ъеударатвеай кемятат СИф в делам взюбратеавй н атарцтнВДата онубликовання описания 07.02.82 И.В.Мозговой, Л.А.Шестель, В.А.Соколов и В.В.Самчелькин(72) Авторы изобретения 71) Заявител итехнический институт Омски ОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК астипособамйнцхто" трумен мации в проц утонен не ава риаце политатуультранокэемых сущнок изобрзвуковключпленорочноколебсвар и свацх.сти Изобретение относится к обл сварки пластмасс, а.именно к с ультразвуковой сварки многосло полимерных пленок, например фо кинопленок на лавсановой или т татной основе, полиэТиленовой ,этилентерефталатных (ПЭ-ПЭТФ) пленок и тедеИзвестен способ ультразвуковой сварки полимерных материалов 33, при котором ввод ультразвуковой энергии в свариваемые материалы осуществляют инструментом, расположен" нцм под углом к их поверхности. Лри этом векторы статического давления и амплитуды ультразвуковых колебаний рабочего торца инструмента могут быть разложены на горизонтальные (или касательные) и вертикальные (или нормальные) составляющие.Недостатком способа является то, что совместные действия касательных и нормальных составляющих вектора амплитуды сварочныхультразвуковых колебаний рабочего торца инста вызывают увеличение дефорсдвига материала в зоне швасе сварки, приводящие к егоуменьшение сплощности по длии снижение его прочности.Наиболее близким по техничести и достигаемому резулетению является способвой сварки полимерных плевещий сдавливание соединк, подачу подогревающегого импульсов ультразвукоанин, нормальных к плоско ки 123.Недостатком способа является низкая прочность сварного соединениямногослойных пленок, имеющих мягкиеи жесткие слои; вследствие того, чтмягкие слои пленки после подогревающего импульса остаются в зоне шваи подвергаются 1 деструкции при сварке жестких слоев.90316 Целью изобретения является повы-шение прочности сварного соединения многослойных полимерных пленок, имеющих мягкие и жесткие слои, за счет удаления из зоны сварки мягких слоевЭта цель достигается тем, что по способу ультразвуковой сварки полимерных пленок, включающему сдавпивание соединяемых пленок, подачу подогревающего и сварочного импульсов ульт" 16 развуковых колебаний, нормальных к плоскости сварки перед подачей свароч. ного импульса ультразвуковых колебаний на зону соединения воздействуют ультразвуковыми колебаниями, касатепьными к плоскости сварки,Это обеспецивает вытеснение из зоны сварки касательными колебаниями низкопрочных,слоев, входящих в многослой-уфные пленки, а следовательно, качественную сварку по их несущим высокопроцным слоям.Способ ультразвуковой сварки многослойных полимерных пленок поясняется 33чертежами, на которых изображены стадии процесса сварки: на фиг. 1 - подача подогревающего импульса; на фиг,2,подача импульса ультразвуковых колебаний, касательных к плоскости свар- И 1ки; на фиг, 3 - подача свароцногоимпульса.Способ ультразвуковой сварки многослойных полимерных пленок осуществляется следующим образом,3С вари ваемые материалы сдавливаютс усилием Р ,равным 1,5-3,5 ИПа, пос"ле чего в них вводятся в качестве подогревающего импульса нормальные кплоскости сварки ультразвуковые коле вбания (УЗК) (см. Фиг. 1) с амплитудойА = 20-25 мкм и частотой Ф20-60 кГц,а продолжительность импульса ф составляет 0,05-0,08 с, т.е. такое количество ультразвуковой энергии, которое необходимо для расплавления низко.прочных мягких слоев 1 пленок. Поокончании действия подогревающего импульса в зону сварки подается импульсультразвуковых колебаний, касательных к плоскости сварки (см.фиг.2),амплитуда которых составляет А = 1015 мкм, а продолжительность о = 0010,06 с, При этом мягкие слои, расплавленные подогревающим импульсом,уда"ляются из зоны сварки. В результатесоздаются условия для контакта повсей площади шва жестких, относительно. прочных слоев 2 между собой. ОВытесненные, не деструцированные поперечными колебаниями мягкие слоиобразуют вокруг шва (по всему егоконтуру) так называемый околошовныйграт 3, обеспечивающий дополнительнуюпрочность сварного соединения,Экспериментально установлено, чтоесли продолжительность импульса, касательного к плоскости сварки, меньше0,01 с ( (.0,011 с), то это приводитк ухудшению акустического контактамежду высокопрочными слоями вследст"вие недостаточного удаления мягкихслоев из зоны сварки,Продолжительность этого импульсасвыше 0,08 с ( 7) 0,08 с) сущест"венного влияния на процесс сваркине оказывает, так как при достижении времени 7= 0,08 с поверхностьконтакта между высокопрочными слоямиблизка к 1003 и дальнейшее увеличениепродолжительности импульса, касательного к плоскости сварки, технопогичес"ки нецелесообразно. Затем в зону контакта жестких предварительно подогретых от мягких слоев соединяемых пленок подают сварочный импульс представляющий собой нормаль. ные ультразвуковые колебания с амплитудой 20-25 мкм и продолжительностью импульса = 0,15. - 0,2 с, количество энергии, которой необходимо и достаточно для достижения сварочных температур на соединяемых поверхностях этих слоев и получения качественной сварки, после чего снимается сварочное давление с соединяемых пленок. П р и м е р 1. В качестве свариваемого материала используют Фотопленку, представляющую собой полимерную систему и состоящую из двух слоев,один из которых является несущейосновой, состоящей из полиэтилентерефтапата или триацетата. Толщина основы О = 1 ЙО мкм, Другой (фтоэмульси"онный) слой имеет толщину б = 20 мкми состоит из смеси галогенидов серебра с желатином,В процессе сварки указанным способом подлежащие соединению концыпленок помещают в рабочий зазор междуультразвуковым сварочным инструментом и опорой.Параметры ультразвуковой сваркиследующие:частота ультразвуковых колебаний5 9031сварочное давление РЬ - 30 МПа;подогревающий импульс: амплитуданормальных УЗК А = 25 мкм,продолжительность с= 0,07 с;импульс, касательный к плоскости 3сварки: амплитуда касательных УЗКА=продолжительность 1 о= 0,05 с;сварочный импульс: амплитуда нормальных УЗК Ан = 25 мкм,продолжительность Сс = 0,18 с.При этом расплавленные и вытесненные из зоны сварки желатиновые слои,образуя околошовный грат вокруг шва,обеспечивают дополнительную прочность 5-74 сварного соединения, асуммарная прочность сварного соединения на срез, полученная даннымспособом, составляет б 5-70 к основному материалу, что в 1,5-2 раза вы- Вше процности сварных соединений, полученных известными способами,П р и и е р 2, В качестве свариваемого материала используется комбинированная полиэтиленовая полиэти-лентерефталатная пленка, которая соединяется по полиэтиленовым слоям.Иараметры ультразвуковой сваркиследующие:частота ультразвуковых колебаний Зв1 = 40 кГц;сварочное давление Рд = 2,5 НПа; .подогревающий импульс: амплитуданормальных УЗК А я 25 мкм,продолжительность Фп = 0,09 с, 35Импульс, касательный к плоскостисварки:,амплитуда касательнь 1 х УЗКАн, = 15 мкм,продолжительность= 0,07 с, 40сварочный импульс: амплитуда нор"мальных УЗК Ан = 25 мкм,продолжительность с = 0,25 с.Зто обеспечивает качественную сварку по ПЭТф-пленкам, а вытесненные в Фзрасплавленном состоянии полиэтиленовыеспои образуют по периферии шва околошовный грат, создающий дополнительнуюпрочность (10-153 в прочности шва)сварочного соединения, которая в ито-ге составляет 70-754 от прочностиосновного материала.Введение в процесс ультразвуковойсварки многослойных полимерных плебОнок дополнительного импульса, пред" ставляющего собой касательные ультразвуковые колебания определенной продолжцтельности, создает возможность без перегрева до состояния деструк-, ции .интенсивного удаления из зоны сварки мягких, не обеспечивающих высокой прочности слоев многослойных полимерных пленок, тем самым создавая надежный акустический контакт между слоями пленки, обладающими высокой прочностью. Зто ведет к получению прочного сварного соединения между этими слоями, при этом нагретые до вязко-текучего. состояния и не деструктированные мягкие слои образуют.по контуру шва силовой около-. шовный грат, обеспечивая дополнитель- ную прочность полученного сварного соединения.Применение способа ультразвуковой сварки многослойных полимерных пле" нок обеспечивает повышение прочности сварных соединений, по сравнению с прочностью, полученной извеСтными способами в 1,5-2 раза.Формула изобретенияСпособ ультразвуковой сварки полимерных пленок, включающий сдавливание соединяемых пленок, подачу подогревающего и сварочного импульсов ультразвуковых колебаний, нормальных к плоскости сварки, о т л и ч а ющ и йс я тем, что, с целью повышения прочности сварного соединения многослойных полимерных пленок, имеющих мягкие и жесткие слои, за счет удаления из зоны сварки мягких слоев, перед подачей сварочного импульса ультразвуковых колебаний на зону соедине" ния воздействуют ультразвуковыми колебаниями, касательными к плоскости сварки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Волков С.С. и др. Сварка пластмасс ультразвуком. И., "Химия", 1974,с. 16.2. Авторское свидетельство СССРИф 713392, кл. В.29 С 27/08, 1977-35,аз 12536/ тираж 8 НИИВИ Государ йо делан иэобр 13035, Иосква, ЖисноеСР Патент", г. Ужгород, ул. Проект ал Й Редактор Л. УтехинВй елисееваер Корректор А. фере го коиитета С й и открытий аушская наб.