Способ соединения полимерных материалов

СОЮЗ ОжТСНИХСдЦИАЛИС."ТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН я)4 В 29 Сб ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СТ АВТОРСНОМУ СВИ 67,нала. се отки СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(56) Авторское свидетельство СССР В 1184696, кл. В 29 С 65/02, 1984.Тростянская Е.Б. и др. Сварка пластмасс. М.: Машиностроение, 19 с.74 и 99.(54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к сварке пластмасс, а именно к способам соединения термопластичных ориентирован ных материалов. Цель - повышение качества сварки термопластичных ориентированных материалов. Для этого в способе соединения полимерных материалов в процессе предварительной термообработки каждую иэ соединяемыхкромок зажимают в жесткой пресс-форме из материала, коэффициент термического расширения которого по меньшей мере равен коэффициенту термического расширения материала соединяемых кромок, нагревают их до температуры текучести материала в зоне, ширина которой превышает ширину сварного шва на 0,6-0,8 толщины кромки.При этом одновременно охлаждают остальную часть зажатой соединяемойкромки до температуры на 50-60 С ниже температуры размягчения матерПосле предварительной термообрабсоединяемые кромки охлаждают. 3 ил1 табл.Изобретение относится к сваркепластмасс, а именно к способам соединения термопластичных ориентированных материалов. 5Цель изобретения - повышение ка"чества сварки термопластичных ориентированных материалов,На фиг.1 изображена схема операции предварительной термообработки 10одной из кромок, на фиг.2 - схемаоперации сварки кромок, расположенных встык, на фиг.З - то же, с разделкой кромок на ус.Способ соединения полимерных материалов заключается в следующем.Каждую из соединяемых кромокподвергают предварительной термообработке. Для этого ее помещают междуматрицей 2 и пуансоном 3, являющимнся 20элементами жесткой пресс"формы, плотно прилегающей к кромке 1 (фиг,1).Материал матрицы 2 и пуансона 3 подбирают так, чтобы имел .он коэффициенттермического расширения, близкий к 25коэффициенту термического расширенияматериала свариваемой кромки. Создают давление Р на пресс-форму, например, струбцинами. Давление сжатияпресс-формы подбирают так, чтобы вдальнейшем исключить изменение конфигурации свариваемой кромки притермообработке.Термообработка, проводимая в постоянной по конфигурация в процессетермообработки жесткой и выполненной35из материала, коэффициент термического расширения которого близок ккоэффициенту термического расширенияматериала кромки, пресс-Форме, плот"но прилегающей. к свариваемой кромке,4 Опозволяет исключить изменение формыкромки.Давление Р, препятствующее усадке,зависит от степени ориентации материала кромки и в каждом конкретном45случае подбирается экспериментально.Включив нагревательные элементы4, нагревают свариваемую кромку 1 взоне Ь шириной а, превышаницей ширинуЪ сварного шва на 0,6-0,8 толщины о 50свариваемой. кромки, до температурытекучести материала.Термообработка свариваемой кромкис нагревом до температуры текучестиматериала в зоне шириной,. превышающей ширину сварного шва на 0,6-0,8толщины свариваемой кромки, являетсяоптимальной зоной дезориентации, так как увеличение зоны дезориентациикромки на величину менее 0,6 толщинысвариваемого материала сильно затрудняет проведение процесса сварки бездезориентации зон А и В, что ведетк снижению качества сварки эа счетвнутренних напряжений в шве и эа счетусадочных явлений материала кромки.Увеличение эоны Ь более 0,8 о ведетк необоснованному увеличению эоныдезориентации детали, а в случае удаления части дезориентированного материала механической обработкой приводит к увеличению расхода материалабез увеличения прочности сварногосоединения.Как показали эксперименты, в случае сварки ориентированного стеклапредварительная обработка при температуре текучести материала кромкипозволяет провести дезориентациюкромки и снять внутренние напряжения,связанные с ориентацией материала.Одновременно с включением нагревательных элементов 4 включают охлаждающие элементы 5, которые осуществляют охлаждение остальной части эаРжатой соединяемой кромки до темпераотуры на 50-60 С ниже температуры раз"мягчення материала,Изменяя электрический ток в нагревательных элементах 4 и количество охлаждающей жидкости, проходящейчерез охлаждающие элементы 5, устанавливают необходимую ширину эоны Ь.Для определения, ширины эоны Ь,имеющей температуру текучести материала свариваемой кромки 11 можнопользоваться, например, термопарами(не показаны), которые помещают вузкие прорези, перпендикулярные кромке опытных образцов.При изменении количества охлаждающей жидкости необходимо следить эатем, чтобы температура свариваемойкромки 1 в зоне В, выходящей из пресс"формы, была ниже на 50-60 С темпера"туры размягчения материала. Термообработка кромок с одновременным охлаждением остальной части зажатой свариваемой кромки до темпеоратуры на 50-60 С ниже температуры размягчения .позволяет исключить дезориентацню незажатой кромки и ис" ключить коробление кромки в случае неравномерного охлаждения верхней н нижней поверхностей кромок.Как показали эксперименты, например при сварке ориентированного органического стекла марки АО, снижение температуры зажатой части ох"а 5 лаждаемой кромки менее чем на 50 С по сравнению с температурой размягчения материала свариваемой кромки увеличивает брак и в процессе термообработки свариваемой кромки, и при последующей ее сварке, а снижениеотемпературы более чем на 60 С ведет к необоснованному увеличению расхода охлаждающей жидкости и мощности нагревательных элементов, 15Термообработав свариваемую кромку 1, отключают нагревательные элементы и охлаядают свариваемую кромку 1 до комнатной температуры, Отключив охладитель 5, демонтируют пресс-формУ, 20 извлекают свариваемую кромку 1 и отмечают местоположение охладителей 5. Затем подвергают свариваемую кромку механической обработке, подготавливая ее свариваемую поверхность под 25 сварку, удаляя окислеиный слой и не" ровности, возникающие при термообработке, за счет незначительной усадки свариваемой кромки 1.Затем производят установку и фик- З 0 сацию свариваемых кромок 1 относи- . тельно нагревательного электрода 6 (фиг.2) или одна относительно другой (фиг.Э) с последующей установкой сва" рочного электрода 6. Затем размещают охлаждающие элементы 5 на отмеченных ранее участках и производят сварку. Если сварку производят по схеме (фиг.2), нагревают свариваемые кромки электродом 6 до температуры сварки, убирают нагревательный электрод, а соединяемые поверхности 7 сдавливают. В случае, когда сварку производят по другой схеме (фиг.З), сварочное давление прикладывают после отключения нагревательных электродов.Чтобы в процессе сварки не проис" ходила дезориентация оставшихся ори,ентированных или частично дезориентированных зон, соответственно В и А, для этого необходимо, наример, перед включением нагревательного электрода 6 включить охлаждающие элементы 5, размещенные в отмеченных ранее местах и охладить расположенные между ними участки (по толщине свариваемых кромок) до температуры ниже комнатной и после этого производить нагрев сва риваемых поверхностей. Можно такжеисключить дезориентацию во времясварки, если увеличить расход охлаждающей жидкости в охладительных элементах 5 о сравнению с расходомжидкости при термообработке или расположить охлаждающие элементы 5 на зоне А. Во всех случаях отключение охлаждающих элементов 5 производят после окончания процесса сварки,Осуществление сварки на режимах,не допускающих дезориентации оставшихся ориентированных участков А иВ, исключает возможность повышениятемпературы при сварке зон А и В дотемпературы, близкой к температуреразмягчения материала, и тем самымисключается возможность образованиянапряжения в сварном шве за счет дезориентации соседних ориентированныхучастков.Результаты экспериментбв способаприведены в таблице для полимерногоориентированного материала - органического стекла марки АОс йараметрами; степень ориентации 603, толщина 10 мм прочность на разрыв осЭновиого материала 7,2 кГ/мм , способнагрева свариваеьых поверхностейконтактный, время нагрева 10 мин,отемпература сварки 260 С, сварочноедавление 10 кГ/см , температура термообработки 195-220 С, время термообработки 2 ч. Сжатие пресс-формыпроизводят струбцинами, свариваемыекромки охлаждают при температуре 8085 С. а Ь разр8 кГ/мм,9 3 ормула изобретения Способ соединения полимерных материалов, включающий предварительную5 14424 термообработку соединяемых кромок, нагрев их до температуры сварки и сдавливание с одновременным охлаждением околошовной эоны о т л и ч аЭ5 ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварки термоппастичных ориентированных материалов, в ., процессе предварительной термообработки каждую иэ соединяемых кромок щ эажимают в жесткой пресс-форме иэ материала, коэффициент термического расширения которого по меньшей мере 196равен коэффициенту термического расширения материала соединяемых кромок,н агревают их до температуры текучести материала в эоне, ширина которой,превышает ширину сварного шва на0,6-0,8 толщины кромки, и одновременно охлаждают остальную часть эа"жатой соединяемой кромки до темпераотуры на 50-60 С ниже температурыраэ"мягчения материала, причем послепредварительной термообработки соединяемые кромки охлаждают, РХ442419 г,З Составитель Н.ЕлисееваТехред А. Кравчук Корре тор И. Мусха ктор А.Коэориэ Подписное каз 6347/ о ела Мос д. 4/5 зводственно-полиграфическое предприятие, г. Ултород, ул. Проектная, 4 ВНИИ и 1303