Способы сварки

Полученные пленки сваривали с помощью сварочного аппарата HSG-C, позволяющего регулировать температуру сварного инструмента, давление при сварке, длительность контакта сварного инструмента с материалом. Ширина сварного инструмента составляла 10 мм.

Образование сварного шва при производстве упаковки из многослойных материалов является основной технологической операцией, обеспечивая герметизацию упаковки. Качество сварного шва во многом определяет качество упаковки. Даже самый хороший упаковочный материал при некачественной сварке не сможет обеспечить потребительские свойства упаковки. При эксплуатации многослойных структур наиболее важным показателем является прочность сварного шва. Высокая прочность сварного шва обеспечивает целостность упаковки в процессе фасовки, транспортировки и при использовании продукта потребителем. Выбор метода сварки, определение оптимальных параметров процесса определяется исходя из требований, предъявляемых к упаковке, теплофизическими и механическими слоев, входящих в состав многослойного полимерного материала[4, 5].

Термосварка двух осноориентированных пленочных материалов имеет некоторые ограничения по технологическим параметрам. Эти материалы очень капризны в сварочных процессах, что связано с особенностями их получения. В процессе получения после ориентации материал подвергается термофиксации при определенной температуре, которую нельзя превышать в последующих процессах при использовании данного материала, в частности при сварке. Иначе происходит релаксация, приводящая к деформации сварного шва. Это становиться особенно важным для термоусадочных пленочных материалов, которые подвергаются наиболее сильной ориентации в двух направлениях. Таким образом, предельная температура сварки должна быть ниже температуры термофиксации.

Качество сварного шва определяется его прочностью. Прочность сварного шва - это сила, требующаяся для разделения образцов, скрепленных или сваренных вместе. Для испытания из каждого образца трехслойной пленки ножом вырезали не менее трех образцов шириной 15±0,2 мм, длиной не менее 150 мм в продольном направлении и не менее трех образцов указанных размеров в поперечном направлении. Прочность сварного соединения оценивали после его полного остывания, но не ранее, чем через 10 минут.

Испытание на разрыв проводили на разрывной машине системы Ray-Ran (фирма - изготовитель Ray-RanTest EquipmentL TD), позволяющей проводить измерения величины нагрузки на образец с погрешностью не более 3 % от величины измеряемой нагрузки. Испытания проводили со скоростью передвижения зажимов разрывной машины 150±10 мм/мин. Фиксировали максимальное значение нагрузки, необходимой для разрушения сварного соединения[4, 5].

Прочность сварного соединения ? св в Н/15мм рассчитывали по формуле (1).

, (1)

Где, Р - сила, необходимая для разрушения сварного соединения, Н;

b - ширина испытуемого образца, мм.

Для сравнения эффективности адгезионного слоя с различными модификаторами образцы трехслойных пленок с разными адгезионными слоями были сварены при одинаковых условиях (T=140 ?С, Р=40 Н, t=0,5 с). Результаты изучения прочностных характеристик сварного шва представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Характеристики сварного шва для системы ПЭТФ/Адгезив/ПЭНП в продольном и поперечном направлениях.

Из таблицы 2 видно, что пленки с адгезионными слоями СЭВА3 и СЭВА4 обладают более низкими прочностными характеристиками сварного шва. Поэтому адгезивы СЭВА3 и СЭВА4 были исключены из дальнейших исследований.

На рисунке 6.1 (б) представлены зависимости влияния температуры сварки на прочность сварного шва при усилии сваривания 40 Н полученного на основе трехслойной пленки ПЭТФ/СЭВА1/ПЭНП. Установлено, что при температуре 110?С сварка полиэтиленового слоя между собой не происходит, так как температура плавления термосвариваемого слоя выше температуры сварки. Повышение температуры сварки выше 130оСприводит к снижению прочностных характеристик сварного шва, что объясняется протеканием процессов термодеструкции с образованием продуктов деструкции, когезионная прочность которых ниже когезионной прочности исходного термосвариваемого полимера. Из представленных данных видно, что прочность сварного шва в продольном направлении выше, чем в поперечном. Это объясняется преимущественной ориентацией макромолекул в направлении экструзии исходных полимерных пленок[4, 5].

(а)

(б)

Рисунок 6.1. - Зависимость прочности сварного шва от температуры в продольном ипоперечном направлениях (а - получением методом ламинации, б - получением методом соэкструзии)

Увеличение времени контакта сварочных губок от 0,8 до 1,2 мин вызывает повышение прочности сварного шва.Это отчетливо видно на рисунке 6.2 (а). В методе соэкструзии зависимостьпрочности сварного шва от времени сварки для системы ПЭТФ/СЭВА1/ПЭНП при постоянном давлении Р = 40 Н и оптимальной температуре показано на рисунке 6.2 (б)[4, 5].

(а)

(б)

Рисунок 6.2 - Зависимость прочности сварного шва от времени сварки в продольном и поперечном направлениях (а - получением методом ламинации, б - получением методом соэкструзии)

При увеличении времени сварки до 0,5 прочность сварного соединения в поперечном направлении увеличивается, а затем не значительно снижается.

Для продольного направления прочность сварного соединения наименьшая при минимальном времени выдержки, затем происходит резкое повышение прочности и в дальнейшем от времени сварки изменений не наблюдается.

Повышение давления приводит сначала к повышению прочности сварного шва при 140 кПа, дальнейшее увеличение давления до 170 кПа приводит к небольшому снижение прочности шва. Это объясняется выдавливанием расплавленного полиэтилена из шва и утоньшением сварного шва, который показан на рисунке 6.3 (а).

В методе соэкструзии при оптимальной температуре сварки 130 оС, определенной для системы ПЭТФ/СЭВА1/ПЭНП, было изучено влияние усилия сварки на прочность сварного соединения при постоянном времени сварки 0,5 с. На рисунке 6.3 (б) видно, что увеличение усилия сварки выше 50 Н приводит к незначительному уменьшению прочности сварного соединения. Причем, это характерно как для продольного, так и для поперечного направления. Такой факт объясняется вытеснением из зоны шва наименее вязкого расплава полимера адгезионного слоя в околошовные зоны под действием приложенной нагрузки. Значение прочности сварного шва в продольном направлении в среднем 1,5 раза выше, чем в поперечном направлении[4, 5].

(а)

(б)

Рисунок 6.3. - Зависимость прочности сварного шва от давления (а - получением методом ламинации, б - получением методом соэкструзии)

В технологии получения материалов путем ламинации испытания показали, что в процессе разрушения сварного шва начиная с температуры 110°С происходит отслаивание полиэтилена от пленки ВОРР сначала в зоне сварки, а затем от всей поверхности ВОРР пленки и далее происходит деформация полиэтиленовой пленки как единого целого с образованием «шейки» вплоть до разрушения полиэтилена. Характер записи диаграммы «усилие - перемещение» при определении прочности сварного шва подтверждает это, т. к. ширина сварного шва 10мм, а растяжение полиэтилена с деформированием «шейки» продолжается до 50мм. рассмотрим это явление на рисунке 6.4[4, 5].

Рисунок 6.4- Диаграммы «усилие - перемещение»

Дефект расслаивания кашированных пленок связан с нарушениями в процессе их склейки, причиной является недостаточная адгезия клея к склеиваемым материалам. Плохая адгезия может быть вызвана слабой активацией коронным разрядом поверхности полимера, нарушением таких технологических режимов, как количество клея на один квадратный метр, температура и давление в кашировальном узле агрегата.

Таким образом, на основании проделанной работы сделан вывод о том, что в представленных образцах кашированных пленок наблюдается плохая адгезии клея к поверхности пленок приводящая в процессе определения прочности сварного шва к отслаиванию полиэтилена по всей поверхности испытуемого образца. Для предотвращения этого дефекта необходимо перед склеиванием пленок обязательно контролировать степень коронирования их поверхности, соблюдать рекомендации по количеству клея в г на 1м?, а также поддерживать необходимые температуру и давление в кашировальном узле.

Для многослойных полимерных материалов полученным методом соэкструзии особый интерес представляет изучение влияния типа модификации полимера для адгезионного слоя иего количества на прочность сварного соединения. На рисунке 6.5 представлена зависимость прочности сварного шва от толщины адгезионного слоя. Для систем с адгезионными слоями на основе СЭВА1 иСЭВА2 увеличение толщины слоя приводит к снижению прочностных характеристик. Это объясняется увеличением общей толщины трехслойной пленки, поэтому при одинаковых условиях термосварки температура прогрева термосвариваемого слоя уменьшается, что приводит к ухудшению процесса взаимной диффузии макромолекул полиэтилена. Большое влияние на прочность сварного шва будет оказывать адгезионная прочность между слоями многослойного полимерного материала. Видно, что сварной шов трехслойной пленки с адгезионным слоем СЭВА2 отличается более высокими прочностными характеристиками[4, 5].

В результате проведенной работы опытным путем были установлены оптимальные условия для сварки изученных трехслойных пленок. При использовании пленки ПЭТФ/СЭВА1/ПЭНП для получения качественного сварного шва необходимо соблюдать следующие технологическиепараметры:Т=130 0С, Р=40 Н, t=0,5 с, а для пленки ПЭТФ/СЭВА2/ПЭНП - Т=140 0С, Р=40 Н, t=0,5 с.

Рисунок 6.5 - Зависимость прочности сварного шва от толщины адгезионного слоя для системы ПЭТФ/Адгезив/ПЭНП в продольном направлении

Таким образом, установлена зависимость прочности Т-образного сварного соединения от толщины адгезионного слоя при дублировании полярного и неполярного полимеров. С увеличением толщины адгезионного клеящего слоя при одинаковых условиях термосварки наблюдается снижение прочности сварного шва. Следовательно, при изготовлении многослойных барьерных пленок толщину адгезионного слоя необходимо минимизировать[4, 5].

СПИСОК НОРМАТИВНО - ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ И ГОСТов

1. ГОСТ 7.1-2003 СИБИД. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления.

2. ГОСТ 7.32-2001 СИБИД. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Николаев, А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. - М.: Химия, 1966. -768 с.

2. Зайцев, К.И. Сварка полимерных материалов: справочник / К.И. Зайцев, Л.Н. Мацюк, А.В. Богдашевский. - М. Машиностроение, 1988. - 312с.

3. Колбина Е.Л., Литунов С.Н., Заживихина Н.А. Гибкая упаковка. Этикетка: учеб пособие. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. 152с.

4. С.И. Вольфсон, Р.М. Гарипов, Н.А. Охотина, Л.Ю.Закирова, А.А. Ефремова, Вестник Казанского технологического университета, 16, 128-133, 2013;

5. Каган Д.Ф. Многослойные и комбинированные пленочные материалы / Д.Ф. Каган, В.Е. Гуль, Л.Д. Самарина. - М.: Химия, 1989 - 288с.

6. Волков С.С. Сварка пластических масс / С.С. Волков,Б.Я. Черняк - М.: Химия, 1987 - 168 с.

7. Мозговой, И. В. Сварка полиэтилена: монография / И. В. Мозговой; Минобрнауки России, ОмГТУ. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2016. - 268 с.

Размещено на Allbest.ur