Файл: Крикунова, И. И. Газовая сварка пластмасс.pdf

И.И. КРИКУНОВА

Ю.И. НЕКРАСОВ

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

И КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ АВТОГЕННОГО

МАШИНОСТРОЕНИЯ

ВНЙИАВТОГЕНМАШ

БИБЛИОТЕКА ГАЗОСВАРЩИКА

И. И. Крикунова, Ю. И. Некрасов

ГАЗОВАЯ СВАРКА

ПЛАСТМАСС

Под редакцией И. А. Антонова и Д. Л. Глизманенко

Москва «Машиностроение» 1974

6П4.3

К82 УДК 621.791.58 (082.1)

Крикунова И. И., Некрасов Ю. И. Газовая сварка пластмасс. М., «Машиностроение», 1974, 88 с.

В брошюре приведены свойства пластмасс и ука­ зано их влияние на свариваемость. Описаны сущест­ вующие способы сварки пластмасс, в частности газовым теплоносителем, сварочное оборудование, применяемое при газовой сварке, и организация рабочего места свар­ щика. Приведены способы подготовки швов под сварку.

Брошюра предназначена для рабочих, мастеров и техников, занимающихся сваркой пластмасс.

Табл. 8, ил. 39, список лит. 11 назв.

I Гос. пубг-

Iиаучно-і .

’библиотек/

ЭКЗ£- •'

ЧИТАЛЪ

© Издательство «Машиностроение», 1974 г.

СВАРИВАЕМОСТЬ И СВОЙСТВА ПЛАСТМАСС

Влияние молекулярной и надмолекулярной структур

на процесс свариваемости

Сваривать можно контактирующие поверхности, на­ ходящиеся в пластическом состоянии. Свариваемость пластмасс характеризуется их способностью переходить в пластическое состояние при нагреве. Однако эта спо­ собность у всех пластмасс различна. Рассмотрим причи­ ны, обусловливающие в той или иной степени проявле­ ние описываемого свойства.

Пластмассы состоят из макромолекул, т. е. молекул, размеры которых велики по сравнению с размерами других органических соединений. В свою очередь, мак­ ромолекулы состоят из большого количества элементар­ ных звеньев — мономеров.

У некоторых пластмасс связь между мономерами или цепями мономеров приводит к возникновению простран­ ственной решетки, т. е. к образованию пространственно­ сетчатых молекул (рис. 1). Такие молекулы, в свою оче­ редь, вследствие сил молекулярного взаимодействия об­ разуют полимерные сетки; между ними возникают проч­ ные связи, перемещения их ограничены. При этом до какой бы высокой температуры не нагревали пластмас­ су она не переходит в жидкотекучее состояние, т. е. мак­ ромолекулы разрушаются без образования текучей фазы. При нагревании на контактирующих поверхно­ стях таких пластмасс не происходит полного или час­ тичного взаимного проникновения молекул. Поэтому указанные пластмассы нельзя сваривать. В зависимости от плотности полимерной сетки пластмассы описывае-

4

» j

Рис. 1. Структура термореактивной пластмассы (упрощенная схема)

Рис. 2. Структура нитеобразной

gмолекулы полимера

5

мого строения подразделяют на эластомеры и реакто­ пласты.

Другой тип пластмасс характеризуется нитеобраз­ ным соединением мономеров в молекуле. В данном слу­ чае молекулы могут разветвляться и переплетаться между собой (рис. 2). При этом они могут образовать упорядоченную структуру полимера — кристаллическую фазу или неупорядоченную — аморфную фазу. В рас­ сматриваемых полимерах, называемых еиіе частично кристаллическими пластмассами, эти две фазы суще­ ствуют одновременно (рис. 3 и 4).

При воздействии на такие пластмассы теплотой сре­ да молекул значительно изменяется, что обусловливает изменение свойств материала. Дело в том, что при низ­ ких температурах энергия молекул недостаточна для преодоления действия сил молекулярного притяжения и подвижность их как бы «заморожена», т. е. пластмасса находится в твердо-хрупком состоянии. Вначале с по­ вышением температуры колебания молекул усиливают­ ся, однако изменения их расположения еще невозможны (твердо-вязкое состояние). Лишь при достижении опре­ деленной температуры энергия молекул становится до­ статочной для преодоления сил межмолекулярного вза­ имодействия, и взаимное расположение молекул изме­ няется, т. е. материал переходит в высокоэластическое, а затем в пластическое состояние. У частично кристал­ лических полимеров для аморфной фазы эта температу­ ра называется температурой стеклования, а для кристаллической — плавления кристаллов. В основном полимер из твердого состояния в пластическое перехо­ дит постепенно, поэтому чаще всего говорят об области температур размягчения. Переход полимера в пластиче­ ское состояние сопровождается уменьшением вязкости расплава, т. е. расплав вначале обладает очень боль­ шой вязкостью (высокоэластическое состояние), затем при дальнейшем нагревании вязкость уменьшается (со­ стояние пластичности).

Сваривать можно пластмассы с цепным строением макромолекул и переходящие при' нагреве в пластиче­ ское состояние (термопласты).

На рис. 5,ö,6 приведены диаграммы состояния и характеристические кривые термопластов в зависимости от температуры их нагрева, с указанием областей при­ менения и способов переработки термопластов.

б

Рис. 6. Схема сварки двух термо­ пластичных поверхностей

При сварке соединяемые поверхности должны рас­ плавиться, при этом молекулы освобождаются от сил межмолекулярного взаимодействия, стекаются вместе на поверхности соприкосновения, диффундируют и перепле­ таются (рис. 6). После охлаждения обе поверхности остаются гомогенно соединенными.

Влияние теплофизических свойств термопластов на процесс свариваемости

Влияние вязкости расплава. Как указывалось, в нор­ мальных условиях расплав обладает высокой вязкостью, при его нагревании она уменьшается, т. е. в интервале температур точки плавления расплав еще настолько гу­ стой, что даже при высоких удельных давлениях (50— 100 кгс/см2) сваривания не происходит. Вначале состоя­ ние расплава полиэтилена при увеличении температуры мало изменяется, при температуре около 100°С выше точки плавления наблюдается текучесть. У полипропи­ лена вязкость изменяется при более низкой темпера­ туре, чем у полиэтилена.

Так как в пределах области плавления с небольшой разницей температур вязкость ре,зко изменяется, следует обращать особое внимание на равномерность подогрева соединяемых поверхностей. Даже небольшая разница температур нагрева свариваемых поверхностей приводит к большому различию в степени вязкости. Две поверх­ ности с различной степенью вязкости не могут образо­ вать прочного соединения, так как более вязкий мате­ риал, деформируясь одновременно с менее вязким, не перемешивается с последним, т. е. менее вязкий слой выдавливается из шва, контактирующиеся же поверх­ ности с высокой вязкостью не образуют прочного соеди­ нения.

Влияние теплопроводности. Вследствие низкой тепло­ проводности пластмасс подводимая теплота отводится

8

пряжения ff] и ff2, т. e. в* результате усадки в перво­ начальной аморфной структуре, а позднее и при кри­ сталлизации возникают значительные напряжения, кото­ рые усиливаются по мере остывания материала. Они появляются во всех трех осевых направлениях и при эксплуатации сварного изделия делают его менее устой­ чивым к деформации.

Большинство пластмасс относительно долго релаксируют *.

В практике эксплуатации конструкций из термопла­ стов необходимо учитывать, что детали после сварки и охлаждения нельзя подвергать ударной нагрузке, так как может произойти их хрупкий излом. При медлен­ ном воздействии нагрузки они деформируются без из­ лома, так как в результате релаксации напряжения сни­ маются. При сварке прутком распределение внутренних напряжений в околошовной зоне более неблагоприятно при Ѵ-образном шве, чем при Х-образном. Последнее объясняется симметрией поперечного сечения и частич­ ным снятием внутренних напряжений при повторном нагреве шва. Сварной шов должен быть подвержен на­ грузке до температуры окончательной кристаллизации, т. е. в течение как можно большего времени с тем, что­ бы противодействовать образованию внутренних напря­ жений при объемном расширении в результате кристал­ лизации. При сварке рекомендуется глубокий прогрев околошовных зон, выравнивающий напряжения по обе стороны шва.

Нежелательные явления при сварке пластмасс. Вли­ яние термической и окислительной дест­ рукции **. Для сварки необходимо нагреть соединяе­ мые поверхности до температуры, превышающей темпе­ ратуру текучести. Однако надо принимать во внимание еще одну характеристическую температуру — темпера­ туру разложения термопласта. Из ее названия понятно, что речь идет о температуре, при которой материал раз­ лагается, т. е. запас энергии макромолекул становится настолько большим, что они расщепляются на более мелкие, которые могут вступать в реакции между собой

* Релаксация — ослабление или снятие со временем напряжений после устранения деформирующего напряжения (в данном случае после остывания сварного шва).

10