Sudarea materialelor plastice: sudarea pentru materiale plastice semifabricate este descrisă în ISO 472 ca un proces de unire a suprafețelor înmuiate ale materialelor, în general cu ajutorul căldurii (cu excepția sudării cu solvent). Sudarea materialelor termoplastice se realizează în trei etape succesive, și anume pregătirea suprafeței, aplicarea de căldură și presiune și răcire. Au fost dezvoltate numeroase metode de sudare pentru îmbinarea materialelor plastice semifabricate. Pe baza mecanismului de generare a căldurii la interfața de sudare, metodele de sudare pentru materialele termoplastice pot fi clasificate ca metode de încălzire externă și internă, așa cum se arată în fig. Pe de altă parte, producția unei suduri de bună calitate nu poate depinde numai de metodele de sudare, dar de asemeneasudabilitatea materialelor de bază. Prin urmare, evaluareasudabilitateeste de o importanță critică înainte de operația de sudare (veziSudabilitate reologică) pentru materiale plastice.
Sudare cu gaz fierbinte
Sudarea cu gaz fierbinte, cunoscută și sub denumirea de sudare cu aer cald, este o tehnică de sudare a plasticului folosind căldură. Un pistol termic special conceput, numit sudură cu aer cald, produce un jet de aer fierbinte care înmoaie atât piesele care trebuie îmbinate, cât și o tijă de umplutură din plastic, toate acestea trebuie să fie dintr-un plastic identic sau foarte asemănător. (SudarePVClaacrileste o excepție de la această regulă.)
Sudarea cu aer cald/gaz este o tehnică comună de fabricație pentru fabricarea articolelor mai mici, cum ar firezervoare chimice, rezervoare de apă, schimbatoare de caldura, șifitinguri sanitare.
În cazul în carerețeleşifilmenu se poate folosi o tijă de umplere. Două foi de plastic sunt încălzite printr-un gaz fierbinte (sau unelement de încălzire) și apoi rulate împreună. Acesta este un proces de sudare rapid și poate fi efectuat continuu.
Tija de sudura
O tijă de sudură din plastic, cunoscută și sub numele de tijă de sudură termoplastică, este o tijă cu secțiune transversală circulară sau triunghiulară utilizată pentru a lega două bucăți de plastic împreună. Sunt disponibile într-o gamă largă de culori pentru a se potrivi cu culoarea materialului de bază. Tija de sudură din plastic bobină este cunoscută sub numele de „spline”.
Un aspect important al proiectării și fabricării barelor de sudură din plastic esteporozitatea materialului. O porozitate mare va duce la formarea de bule de aer (cunoscute sub numele de goluri) în tije, care scad calitatea sudurii. Cea mai înaltă calitate a tijelor de sudură din plastic sunt, prin urmare, cele cu porozitate zero, care se numesc fără gol.
Sigilarea termică este procesul de etanșare a unui termoplastic cu un alt termoplastic similar folosind căldură și presiune. Metoda de contact direct de etanșare termică utilizează o matriță sau o bară de etanșare încălzită în mod constant pentru a aplica căldură pe o anumită zonă de contact sau pe calea de etanșare sau sudare a materialelor termoplastice împreună. Sigilarea termică este utilizată pentru multe aplicații, inclusiv conectori de termoetanșare, adezivi activați termic și etanșare cu folie sau folie. Aplicații obișnuite pentru procesul de etanșare termică: conectorii de etanșare termică sunt utilizați pentru a îmbina LCD-urile laPCB-uriîn multe electronice de larg consum, precum și în dispozitivele medicale și de telecomunicații. Sigilarea termică a produselor cu adezivi termici este utilizată pentru a ține ecrane clare de afișare pe produsele electronice de larg consum și pentru alte ansambluri termoplastice sigilate sau dispozitive în care instalarea termică sau sudarea cu ultrasunete nu este o opțiune din cauza cerințelor de proiectare a pieselor sau a altor considerente de asamblare. Sigilarea termică este, de asemenea, utilizată la fabricarea filmelor de testare a sângelui și a mediilor de filtrare pentru sânge, virus și multe alte dispozitive de test utilizate în domeniul medical astăzi. Foliile și filmele laminate sunt adesea sigilate la căldură peste tăvile medicale termoplastice, plăcile de microtitrare (microgodeuri), sticlele și recipientele pentru a sigila și/sau a preveni contaminarea dispozitivelor de testare medicală, tăvilor de colectare a probelor și recipientelor utilizate pentru produsele alimentare. Producția de saci sau containere flexibile din industria alimentară utilizează etanșarea termică fie pentru sudarea perimetrală a materialului plastic al pungilor și/sau pentru etanșarea orificiilor și tuburilor în pungi. O varietate deetanșoare termicesunt disponibile pentru a îmbina materiale termoplastice precumfolii de plastic: etanșare cu bară fierbinte, etanșare cu impuls, etc.
Sudarea manuală
La sudarea manuală, jetul de aer cald (sau gaz inert) de la aparat de sudură este jucat în același timp pe zona de sudură și vârful tijei de sudare. Pe măsură ce tija se înmoaie, este împinsă în articulație și se conectează la părți. Acest proces este mai lent decât majoritatea altora, dar poate fi folosit în aproape orice situație.
Sudare cu vârf rapid
Cu sudarea rapidă, sudorul din plastic, asemănător unui fier de lipit ca aspect și putere, este echipat cu un tub de alimentare pentru tija de sudură din plastic. Vârful de viteză încălzește tija și substratul, în timp ce în același timp presează tija de sudură topită în poziție. În îmbinare este așezată un șirag de plastic înmuiat, iar piesele și tija de sudură se îmbină. La unele tipuri de plastic, cum ar fi polipropilena, tija de sudură topită trebuie „amestecata” cu materialul de bază semitopit care este fabricat sau reparat. Aceste tehnici de sudare au fost îmbunătățite de-a lungul timpului și au fost utilizate de peste 50 de ani de către producătorii și reparatorii profesioniști de plastic la nivel internațional. Metoda de sudare cu vârf rapid este o tehnică de sudare mult mai rapidă și, cu practică, poate fi folosită în colțurile strânse. O versiune a „pistolului” cu vârf rapid este în esență un fier de lipit cu un vârf lat și plat care poate fi folosit pentru a topi îmbinarea de sudură și materialul de umplutură pentru a crea o legătură.
Sudarea prin extrudare
Sudarea prin extrudare permite aplicarea de suduri mai mari într-o singură trecere de sudare. Este tehnica preferată pentru îmbinarea materialului cu grosimea de peste 6 mm. Tija de sudură este trasă într-un extruder de plastic miniatural de mână, plastifiat și forțat să iasă din extruder împotriva pieselor care se îmbină, care sunt înmuiate cu un jet de aer cald pentru a permite lipirea.
Sudarea la contact
Aceasta este la fel casudare în punctecu excepția faptului că căldura este furnizată cuconductie termicaa vârfurilor ciupitorului în loc de conducție electrică. Două piese din plastic sunt reunite acolo unde vârfurile încălzite le ciupesc, topindu-se și unind piesele în proces.
Sudarea cu placă fierbinte
Legat de sudarea prin contact, această tehnică este utilizată pentru a suda piese mai mari sau piese care au o geometrie complexă a îmbinării sudate. Cele două piese de sudat sunt plasate în sculele atașate la cele două plăci opuse ale unei prese. O placă fierbinte, cu o formă care se potrivește cu geometria îmbinării sudate a pieselor de sudat, este mutată în poziție între cele două părți. Cele două plăci opuse mută piesele în contact cu placa fierbinte până când căldura înmoaie interfețele până la punctul de topire al plasticului. Când această condiție este atinsă, placa fierbinte este îndepărtată, iar piesele sunt presate împreună și ținute până când îmbinarea de sudură se răcește și se solidifică din nou pentru a crea o legătură permanentă.
Echipamentul de sudare cu plăci fierbinți este de obicei controlat pneumatic, hidraulic sau electric cu servomotoare.
Acest proces este utilizat pentru a suda componentele auto sub capotă, componentele ornamentelor interioare ale autovehiculelor, dispozitivele de filtrare medicală, componentele aparatelor de larg consum și alte componente de interior auto.
Sudare de înaltă frecvență
Anumite materiale plastice cu dipoli chimici, cum ar fi PVC,poliamide(PA) șiacetațipoate fi încălzit cu unde electromagnetice de înaltă frecvență. Sudarea de înaltă frecvență folosește această proprietate pentru a înmuia materialele plastice pentru îmbinare. Încălzirea poate fi localizată, iar procesul poate fi continuu. De asemenea, cunoscut sub numele de etanșare dielectrică, etanșare termică RF (radio frecvență).
Frecvența radiosudarea este o foartetehnologie maturăcare există încă din anii 1940. Două bucăți de material sunt plasate pe o presă de masă care aplică presiune pe ambele suprafețe. matrițele sunt folosite pentru a dirija procesul de sudare. Când presa se reunește, unde de înaltă frecvență (de obicei27.120 MHz) sunt trecute prin zona mică dintre matriță și masa unde are loc sudarea. Acest câmp de înaltă frecvență (frecvență radio) face ca moleculele din anumite materiale să se miște și să se încălzească, iar combinația acestei călduri sub presiune face ca sudura să ia forma matriței. Sudarea RF este rapidă. Acest tip de sudare este utilizat pentru conectarea foliilor polimerice utilizate într-o varietate de industrii în care este necesară o etanșare puternică și consistentă, rezistentă la scurgeri. În industria țesăturilor, RF este cel mai adesea folosit pentru sudarea PVC șipoliuretanțesături acoperite (PU). Aceasta este o metodă foarte consistentă de sudare.
Cele mai frecvente materiale utilizate în sudarea RF sunt PVC și poliuretan. De asemenea, este posibilă sudarea altor polimeri, cum ar fi Nylon, PET, PEVA, EVA și unele materiale plastice ABS. Fiți atenți când sudați uretanul, deoarece se știe că degajă gaze de cianură la topire.
Sudarea prin inducție
Atunci când un izolator electric, ca un plastic, este încorporat cu un material cu conductivitate electrică ridicată, cum ar fi metalele sau fibrele de carbon, se poate realiza sudarea prin inducție. Aparatul de sudare conține o bobină de inducție care este alimentată cu un curent electric de radiofrecvență. Aceasta generează un câmp electromagnetic care acționează fie asupra unei piese de prelucrat conductoare de electricitate, fie asupra unei piese feromagnetice. Într-o piesă conductoare electric, principalul efect de încălzire este încălzirea rezistivă, care se datorează curenților induși numițicurenți turbionari. Sudarea prin inducție a materialelor termoplastice armate cu fibră de carbon este o tehnologie folosită în mod obișnuit, de exemplu, în industria aerospațială.
Într-o piesă de prelucrat feromagnetică, materialele plastice pot fisudate prin inducțieprin formularea lor cu compuși metalici sau feromagnetici, numiți susceptori. Acești susceptori absorb energie electromagnetică dintr-o bobină de inducție, devin fierbinți și își pierd energia termică către materialul înconjurător prin conducție termică.
Sudarea prin injecție
Sudarea prin injecție este similară/identică cu sudarea prin extrudare, cu excepția faptului că, folosind anumite vârfuri de la sudorul portabil, se poate introduce vârful în găuri cu defecte din plastic de diferite dimensiuni și să le peticească din interior spre exterior. Avantajul este că nu este nevoie de acces în partea din spate a orificiului defect. Alternativa este un plasture, cu excepția faptului că plasturele nu poate fi șlefuit la același nivel cu plasticul original din jur la aceeași grosime. PE și PP sunt cele mai potrivite pentru acest tip de proces. Drader injectiweld este un exemplu de astfel de instrument.
Sudarea cu ultrasunete
În sudarea cu ultrasunete, vibrațiile de înaltă frecvență (15 kHz până la 40 kHz) de amplitudine mică sunt utilizate pentru a crea căldură prin frecare între materialele care trebuie îmbinate. Interfața celor două părți este special concepută pentru a concentra energia pentru rezistența maximă a sudurii. Ultrasunetele pot fi utilizate pe aproape toate materialele plastice. Este cea mai rapidă tehnologie de etanșare la căldură disponibilă.
Sudarea prin frecare
La sudarea prin frecare, cele două părți care urmează să fie asamblate sunt frecate împreună la o frecvență mai mică (de obicei 100–300 Hz) și o amplitudine mai mare (de obicei 1 până la 2 mm (0,039 până la 0,079 in)) decât sudarea cu ultrasunete. Frecarea cauzată de mișcare combinată cu presiunea de strângere dintre cele două părți creează căldură care începe să topească zonele de contact dintre cele două părți. În acest moment, materialele plastifiate încep să formeze straturi care se întrepătrund unele cu altele, ceea ce are ca rezultat o sudură puternică. La terminarea mișcării de vibrație, piesele rămân ținute împreună până când îmbinarea de sudură se răcește și plasticul topit se resolidifică. Mișcarea de frecare poate fi liniară sau orbitală, iar designul comun al celor două părți trebuie să permită această mișcare.
Sudarea prin spin
Sudarea prin rotație este o formă specială de sudare prin frecare. Cu acest proces, o componentă cu o îmbinare rotundă de sudură este ținută staționară, în timp ce o componentă de împerechere este rotită cu viteză mare și presată pe componenta staționară. Frecarea de rotație dintre cele două componente generează căldură. Odată ce suprafețele de îmbinare ajung într-o stare semitopită, componenta de filare este oprită brusc. Forța asupra celor două componente este menținută până când îmbinarea de sudură se răcește și se solidifică din nou. Acesta este un mod obișnuit de a produce roți din plastic cu sarcină mică și medie, de exemplu, pentru jucării, cărucioare de cumpărături, coșuri de reciclare etc. Acest proces este, de asemenea, utilizat pentru a suda diferite deschideri de port în componentele auto sub capotă.
Sudarea cu laser
Această tehnică necesită ca o parte să fie transmisivă la un fascicul laser și fie cealaltă parte absorbtivă, fie ca o acoperire la interfață să fie absorbantă pentru fascicul. Cele două părți sunt puse sub presiune în timp ce fasciculul laser se mișcă de-a lungul liniei de îmbinare. Fasciculul trece prin prima parte și este absorbit de cealaltă sau de acoperire pentru a genera suficientă căldură pentru a înmuia interfața creând o sudură permanentă.
Laserele cu diode semiconductoare sunt utilizate de obicei în sudarea plasticului. Lungimi de undă în intervalul de la 808 nm la 980 nm pot fi utilizate pentru a îmbina diverse combinații de materiale plastice. Sunt necesare niveluri de putere de la mai puțin de 1 W la 100 W, în funcție de materiale, grosime și viteza de proces dorită. Sistemele laser cu diode au următoarele avantaje în îmbinarea materialelor plastice:
Mai curat decât adeziv
Fără micro-duze care să se înfunde
Nu există lichide sau vapori care să afecteze finisarea suprafeței
Fara consumabile
Debit mai mare
Poate accesa piesa de prelucrat în geometrie dificilă
Nivel ridicat de control al procesului
Cerințele pentru îmbinările de înaltă rezistență includ:
Transmitere adecvată prin stratul superior
Absorbție prin stratul inferior
Compatibilitate material – umezire
Design bun al îmbinării – presiunea de prindere, zona îmbinării
Densitate de putere mai mică
Un exemplu de listă de materiale care pot fi îmbinate include:
Aplicațiile specifice includ etanșarea / sudarea / îmbinarea: pungi de cateter, recipiente medicale, chei pentru telecomandă pentru autovehicule, carcase pentru stimulatoare cardiace, îmbinări evidente împotriva manipularii seringilor, ansambluri faruri sau faruri spate, carcase de pompe și piese pentru telefoane celulare.
Sudarea cu laser transparent a plasticului
Noua tehnologie laser cu fibră permite producerea unor lungimi de undă mai mari ale laserului, cu cele mai bune rezultate, de obicei, în jur de 2,000 nm, semnificativ mai mari decât media laser cu diodă de 808 nm până la 1064 nm utilizat pentru sudarea laser tradițională a plasticului. Deoarece aceste lungimi de undă mai mari sunt absorbite mai ușor de termoplastice decât radiația infraroșie a sudării plastice tradiționale, este posibilă sudarea a doi polimeri limpezi fără coloranți sau aditivi absorbanți. Aplicațiile comune se vor încadra în cea mai mare parte în industria medicală pentru dispozitive precum catetere și dispozitive microfluidice. Utilizarea intensă a materialelor plastice transparente, în special a polimerilor flexibili precum TPU, TPE și PVC, în industria dispozitivelor medicale face ca sudarea cu laser transparentă să fie o potrivire naturală. De asemenea, procesul nu necesită aditivi sau coloranți absorbanți de laser, ceea ce face testarea și îndeplinirea cerințelor de biocompatibilitate semnificativ mai ușoare.
Sudarea cu solvent
În sudarea cu solvent, se aplică un solvent care poate dizolva temporar polimerul la temperatura camerei. Când se întâmplă acest lucru, lanțurile polimerice sunt libere să se miște în lichid și se pot amesteca cu alte lanțuri dizolvate similar în cealaltă componentă. Având suficient timp, solventul va pătrunde prin polimer și va fi în mediu, astfel încât lanțurile își vor pierde mobilitatea. Aceasta lasă o masă solidă de lanțuri polimerice încurcate care constituie o sudură cu solvent.
Această tehnică este utilizată în mod obișnuit pentru conectarea conductelor din PVC și ABS, ca în instalațiile sanitare de uz casnic. „Lipirea” între ele a modelelor din plastic (policarbonat, polistiren sau ABS) este, de asemenea, un proces de sudare cu solvent.
Diclormetan(clorura de metilen), care se poate obtine in decapant pentru vopsea, poate suda cu solvent policarbonatul si polimetilmetacrilatul. Diclormetanul sudează chimic anumite materiale plastice; de exemplu, este folosit pentru a sigila carcasa contoarelor electrice. Este, de asemenea, o componentă – împreună cutetrahidrofuran– a solventului folosit la sudarea instalațiilor sanitare.
