Способ сварки термопластичных полимерных материалов

(57) Использ к области св применение ных синтети изобретения стичных пол ниесоединя резкой, При ную подачу новленных Скорость и мм/с. Темпе Т.н=(2-3) Тпл, йия материа(71) Всесоюзныинститут по еттрубопроводов.Авторское1558696, кл. В 2 л,М 14й научно-исследователроительству магистра кий ных и Н.Л,Сергеевасвидетельство С9 С 65/18, 1987.свидетельство С9 С 65/18, 1990. щий вид полотнища; на фиг.3 - сечение А-Ана фиг,2,Способ сварки термопластичных полимерных материалов реализуется с по-мощью устройства, содержащегосварочный стол-центратор, имеющий горизонтальные центрирующие зажимы; 1 - не- аподвижный, 2 - выполненный с С)Овозможностью горизонтального возвратнопоступательного перемещения, и траверсу3, смонтированную с возможностью верти. кального возвратно-поступательного перемещения. Для ограничения величины Мосадкизажимы 1,2 имеют регулируемые упоры 4, На траверсе 3 установлены держатели5, в которых укреплены с возможностью отееейклонения от вертикальной оси сварочныеинструменты 6 в виде натянутых металлических лент, подключенных к источнику электрического тока (на чертеже не показан),Способ сварки заключается в следующем.Свариваемые кромки полотнищкрепляют в зажимах 1 и 2 устройства э хоГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 4) СПОСОБ СВАРКИ ТЕРМОПЛАСТИЧЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к области сварки пластмасс и может найти применение при сварке волокнистых нетканых синтетическихматериалов.Цель изобретения - расширение области использования способа и повышение производительности.Укаэанная цель достигается тем, что в способе сварки термопластичных полимер. ных материалов, включающем резку и оплавление соединяемых кромок по всей их длине нагретыми инструментами, вводимыми в материал под углом 84-87 к поверхности свариваемых полотнищ, и осадку нагретых кромок, согласно изобретению, , оплавление соединяемых кромок совмещают с их резкой, осуществляя при этом вертикальную подачу нагретых инструментов, установленных с наклоном друг к другу, со скоростью 1,0-3,0 мм/с, причем температура нагрева инструментов Т,=(2-3) Т,лгде Тлл - температура плавления материала,На фиг,1 изображена схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 - об 2ование; изобретение относится арки пластмасс и может найти при сварке волокнистых неткаческих материалов. Сущность ; в способе сварки термоплаимерных материалов оплавлеемых кромок совмещают с их этом осуществляют вертикаль- нагретых инструментов, устас наклоном друг к другу одач и инструментов 1,0-3,0 ратура нагрева инструментов где Тп - температура плавлела. 3 ил., 1 табл.кромок материала за губки зажимов во избежание его провисания не должен превышать величины, равной 10 д, где д, - толщина свариваемого материала. Резку материала производят одновременно по всей длине свариваемых кромок с целью их выравнивания и оплавления перед свариваемых кромок с целью их выравнивания и оплавления перед сваркой. Оплавление кромок совмещают с их резкой, осуществляя при этом вертикальную подачу нагретых инструментов 6, установленных с наклоном друг к другу.Процесс осуществляют с помощью инструментов - натянутых металлических лент 6, нагретых до температуры Тн=(2-3)Тпо, где Тпл - температура плавления материала, поддерживаемая постоянной втечение всего цикла сварки,Резку материала осуществляют путем расплавления волокон, входящих в контакт с вводимым инструментом. Установлено экспериментально, что при температуре нагретого инструмента Тн выше 3 Тлл, происходит практически мгновенное сгорание расплава нетканого синтетического материала, образовавшегося при контактировании с инструментом и необходимого для образования сварного соединения, что вызывает снижение прочности сварного соединения и появление и рожогов.Снижение температуры нагрева ниже 2 . Тпл приводит к значительному увеличению времени, необходимого для процесса само- очистки нагревателя и, как следствие этого, к резкому снижению производительности процесса. Продукты сгорания налипших на инструмент волокон попадают в сварной шов, что приводит к снижению его прочности,Процесс резки сопровождается усадкой материала,Во избежание отрыва оплавленного материала от инструмента при усадке и с целью накопления расплава на торцах, для получения прочного сварного шва на. гретый инструмент вводят под углом 84-87 Ок поверхйости материала, Установлено экспериментально, что при угле более 87 происходит отрыв торцов материала от инструмента, тем самым не происходит накопление необходимого количества расплава для получения сварного соединения. При угле наклона менее 84 О образуется значительный скос кромок, что вызывает в процессе осадки вспучивание материала в зоне шва и ухудшение его качества,Ввод нагретого инструмента в зону резаосуществляется со скоростью =1,0-3,0 м м/с, Экспериментально установлено, что уменьшение скорости ниже 1,0 мм/с приводит к увеличению времени контактирования инструмента с кромками свариваемого материала, чрезмерному их перегреву, и, какследствие этого, к снижению качества свэр 5 ного соединения, При увеличении скоростиболее 3,0 мм/с материал не успевает расплавляться, что приводит к деформациикромок и получению некачественного резаи сварного соединения,10 Завершающими этапами являютсяотвод нагретого инструмента из зоны реза,осуществляемый быстрым опусканием траверсы, После этого перемещением зажима2 с полотнищем 7 в сторону неподвижного15 зажима 1 производят осадку оплавленныхкромок до упоров 4 с образованием сварного соединения,После кратковременного охлаждениясваренные полотнища снимают и передают20 на сматывающее устройство (на черт.не показано),Примеры осуществления способа.Резке и сварке подвергались полотнища нетканого синтетического материала25 (НСМ) на основе полипропилена (ПП) - варианты 1-22 (таблица 1) и полиамида (ПА) -варианты 23-44. Были сварены 44 партииобразцов (таблица 1). Качество сварных соединений НСМ проверяли в процессе изме 30 нения температуры нагрева инструментов,Скорость и угол реза находились при этом вуказанных выше пределах. За критерийоценки качества взята прочность сварногосоединения при испытании его на растяже 35 ние. Кроме того, учитывали производительность процесса сварки, состояниеинструмента после сварки и внешний видсварного шва,Результаты экспериментов представле 40 ны вариантами 1-8(ПП) и 23-30(ПА) в табл,1,Варианты 3-7 и 25-28, в которых температура нагрева инструмента, скорость иугол реза находятся в описываемых пределах, обеспечивают хорошее качество свар 45 ки, высокую производительность (20-30сварок в час) и полную самоочистку инструмента, Состояние поверхности инструментапозволяет получить ровный и чистый от нагара рез кромок. Варианты 1,2,8 (ПП) и 23,50 24, 29, 30 (ПП), в которых скорость и уголреза находятся в указанных выше пределах,но не соблюдены соотношения Тн и Тпл, необеспечивают хорошего качества сварки. Ввариантах 1, 2, 23, 24 сварной шов неров 55 ный, с нагаром, производительность низкая(до 5 сварок в час), в вариантах 8, 30 - прожоги, неудовлетворительное качество сварки.Качество сварного соединения НСМ ипроизводительность процесса сварки про1808727 веряли и в ээвисимости от изменения угла реза; варианты 9-15 (ПП) и 31-37 (ПА). Вари- энты 10-13 и 32-35, температура нагрева инструмента в которых, э также скорость и угол резвнэходятся в описываемых пределэх, обеспечивэют хорошее качество сварки и высокую производительность процесса. Варианты 9, 14, 15 и 31, 36, 37, в которых не соблюдены заданные пределы углов реза, не обеспечивают хорошего качества сварки. Для вариантов 9 и 31 характерен неровный шов и низкая прочность сварного швэ в результате недостэточного количества рэсплэвэ в зоне сварки. Для вариантов 14, 15, 36, 37 иэ-зэ энэчительного скоса кромок образуется вспучивэние материала в зоне швэ, нерэвномерное проплэвление кромок и резкое снижение прочности свэрного соединения.Нэ последнем зтэпе работы при сварке Н СМ - варианты 16-22 (ПП) и 38-44 ПА) вэрьировэли скорость реза свэривэемого материала, Вэриэнты 18-20 и 40-42, в которых все параметры находятся в описывэемых пределах, обеспечили хорошее кэчество сварки и высокую производительность проПрочность сварного соединения при испытании нарастяшенин Производи" Состояние потельность верхности нагрепроцесса ватепьного инст- румента Пример Угол 1 Скорость Качествосварки Время сам- очист, инструмента,с Температура инст рументаТ, С резаЧ нн/с резаН/снь 57-64 Неудовлетв. Низкая 40-45 1 256 85 Частичная само"очистка Более1 О мин 2 306 85340 85 360 85 5 385 85 6 425 85 7 510 85 В 595 85 78-82 Удовпетв. 55-58 65-69 68-70 65-70 63-68 63-66 350 92-9890-100 Удовпета. Полная самочистка 90 Хорошее Высокое Хорошее 60 н Высокая н 92.10090-9790-9464-85 30 1 О н н Неудовлетв,Нгновенное сго 45-80 рание60 64-71 Неудовлетв. Высокап Полная саюочистка н 9 1045-50 55-60 68-70 66-70 65-68 52-55 46-51 42-46 н 78-85 Хорошее 60 60 97-100 94-100 92-97 74-78 65-70 60-65 60"71 ВысокоеВысокоеВысокоеУдовлетв.Неудовлетв. 11 12 13 14 60 н 60 Высокая н н 60 н 60 15 16 Неудовлетв, Удовлетв. 60 0,5 0,8 60 н н 42-50 65-68 68-70 66-68 н 17 18 60 92-97 Хорошее97-100 Высокое Высокая 1,0 н 60 2,0 19 20 94-97 78-87 67-74 60 3,0 55-58 7-52 60 323,52 Неудовлетв. 21 и 60 22 Полюй 50-60 саиоочист 50-60 Частичная сахюачистка Низкая 23 ки ие происходитт24 396 85 56-62 Удовпетв, Низкая БолееО нин Частичная самочистка 56-62 85-90 25 440 85 26 500 85 Удовлетв. Полная самочистка 15060 85-90 Хорошее 95-100 95-100 Высокое н Высокая 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 ,360 360 330 83 8 85 Вб 87 88 89 85 85 85 85 85 85 85 85 цессэ, а то время кэк варианты 16, 17, 38, 39, в которых не соблюдены указанные соотношения скоростей реза, не обеспечивают хорошего качества сварки, Для вариантов 16, 5 17, 38, 39 характерен неровный шов (рвэ -ные крал). В вариантах 21, 22, 43, 44 - из-зэ увеличения скорости реза процесс реза не успевает осуществиться.Формула изобретения 10 Способ свэрки термопластичных полимерных материалов, включающий резку и оплэвление соединяемых кромок по всей их длине нагретыми инструментами, вводимыми в материал под углом 84-87 к поверхно сти свэривэемых полотнищ, и осэдкунагретых кромок, о тл и ч э ю щи й с я тем, что, с целью расширения области использо-.вэния способа и повышения производительности, оплэвление соединяемых 20 кромок совмещают с их резкой, осуществляя при этом вертикальную подачу нагретых инструментов, установленных с наклоном друг к другу, со скоростью 1,0-3,0 мм/с, и ричем темперэтурэ нагрева инструментов 25 Тн=(2-3) Тпд, гДе Тпп - темпеРатУРа плэвления материала.1808727 ПРС)ДОЛжЕНИЕ табЛИЦ)11 Темпера" Угол тура ин- реза струмен таТн ССкоростьрезат мм/сВремя Производи" Состояние поверкности нагревательного инст Процность сварного соединения при испытании на , растяшении Пример тельностьпроцесса самоочист,инстру"мента,С, с Н/смФ 31 95"10090-9780-84 95-10090-97Во55 о 85 660 85 715 85 770 85 30 27 28 29 30 3 10 Хорошее 1,5 60-64 Неудовлетв, Высокая 60-64 Полная самооцистка 11 г КЗВЕНное сгорание 71-74 88-92 н 71-74 88-92 60 Неудовлетв.Хорошее 2 .3,2 95-100 Высокое 13 92"100 ч 89-93 74-79 ХорошееУдовлетв. Высокая Полная сэмооцистка 65-71 Неудовлетв. 50-60 65-70 Удовлетв.11Высокая 0,5 0,8 1,0 88-92 Хорошее95-100 Высокое и 95"100 92-95 75-79 60-70 2,0 3,0 3,2 13 92-95 75-79 Удовлете. 60-70 Низкое13 3,5 ьи Р и м е ч а н и е, ВаРианты 13313 1-22 - натеоиал - полипРопилен 1 пп)3 т 33 а 170 с, пооцность матеРиала Рр 3 70 н/смВарианты Ь 33 23-4 - натериал - полиамид 1 ПА)3 Т 3 220 С, прочность материала РР100 Н/см 31 32 33 34 3536 37 3 В 39 40 42 43 500 83 500 84 500 85 500 86 5 оо500 89 50085 500 85 500 85 500 85 500 85 500 85 500 85 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 95-100 92-100 89-.93 74-79 65-71 50-60 65-70 88-921808727 г оставитель Н.Елисеева хред М,Моргентал Редакт ректор Л,филь венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Прои аказ 1251 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5