Требования при сварке изделий из термопластов

1. Определение
Термин "сварка пластмасс" обозначает неразъемное соединение изделий из термопластов без их растворения или изменения химического состава, исключительно за счет нагрева, с использованием или без использования дополнительного материала. В это определение не включаются процессы, двусмысленно описываемые как "холодная сварка", так как в этих процессах поверхность частично растворяется и склеивается.
Сварка имеет место, когда свариваемые поверхности (и, возможно, дополнительный материал в зазоре между ними) приводятся в пластическое состояние за счет нагрева, а затем прижимаются друг к другу. Цепочки молекул сжатых вместе пластмассовых поверхностей объединяются и переплетаются, образуя однородную массу.

2. Общие правила
Независимо от вида сварки, для достижения удовлетворительного качества сварного шва следует придерживаться следующих общих правил:

2.1 Свариваемые полимеры
Из всего разнообразия полимеров, свариваться с хорошим качеством могут только термопласты.
Определение: К термопластам относятся полимеры, у которых после нагрева до пластического состояния и последующего охлаждения не наблюдается существенного изменения физико-химических свойств.
Замечание: В принципе, любой полимер при нагреве до пластического состояния в большей или меньшей степени подвергается термическому шоку, т.е. температурным разрушениям молекулярных цепочек полимеров. Уменьшение длины молекулярных цепочек (средней молекулярной массы материала) ведет к снижению прочностных характеристик полимера. Поэтому в общем случае следует избегать нагрева материала до температур выше, чем необходимо для его расплавления.
Замечание: Быстрый нагрев свариваемых деталей (чаще всего – нагрев поверхности изделия другим твердым телом или веществом, нагретым до высокой температуры), кроме опасности температурного шока, также ведет к созданию высоких напряжений в материале, которые снижают прочность шва. Поэтому медленный нагрев (нагрев поверхности умеренно нагретым твердым телом или веществом) предпочтительнее, если только технология конкретного вида сварки не требует быстрого нагрева.

2.2 Подбор деталей и дополнительного материала
В принципе, хорошо свариваться вместе могут только термопласты одинакового химического состава (например, ПП Тип3 с ПП Тип3) и только с близким индексом текучести расплава.
На практике это обозначает, что при нагреве свариваемых поверхностей одинакового химического состава до температуры пластификации расплавленный материал обеих деталей должен иметь примерно одинаковую текучесть.
Цвет термопластов, как правило, определяется введением ничтожного количества (в процентном отношении) химически нейтрального пигмента. Поэтому различие цвета деталей на их свариваемость не влияет.

2.3 Требования к чистоте свариваемых поверхностей и дополнительного материала
Свариваемые поверхности должны быть очищены от загрязнений, особенно от масла или другого жира.
К загрязнениям относится также внешний слой полимера, который мог подвергнуться ультрафиолетовому разрушению. Очистку необходимо производить непосредственно перед сваркой. Механическая очистка предпочтительна.
В случае сварки нагретым инструментом требование к чистоте поверхностей распространяется также на нагретый инструмент, который должен быть очищен метиловым спиртом с применением неволокнистой ветоши.
В случае экструзионной сварки предъявляются требования к чистоте дополнительного материала. Иногда полимеры собирают влагу, обычно только по поверхности. Если влага накоплена дополнительным материалом, она испаряется в экструдере и смешивается с пластифицированным дополнительным материалом. При остывании дополнительного материала в нем образуются пузырьки, снижающие прочность шва. Горячий воздух с повышенным содержание влаги усиливает эффект.
Рекомендации для уменьшения этого эффекта:

• Предварительно просушивать дополнительный материал;
• Использовать систему осушения воздуха, подаваемого в зону сварки;
• Избегать разницы температур свариваемых компонентов, для этого хранить их в помещении.

2.4 Охлаждение шва после сварки
Не следует стараться ускорить охлаждение сварного шва с помощью холодного воздуха, воды или пр.
Быстрое охлаждение приводит к созданию в зоне шва значительных перепадов температуры, которые ведут к созданию больших напряжений в материале шва. Внутренние напряжения в материале снижают прочность шва. Поэтому при сварке деталей большой толщины (например, труб с большой толщиной стенки), особенно при низкой температуре окружающей среды, для уменьшения внутренних напряжений в зоне шва прибегают к искусственному замедлению охлаждения, укутывая шов тканью или другим теплоизолятором.