ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сварка термопластов из "Сварка пластмасс " Термопласты способны при нагреве или в набухшем состоянии переходить в вязко-текучую стадию, при которой молекулы полимера, входящего в их состав, приобретают способность свободно перемещаться в пограничных слоях и диффундировать в столь же пластичный материал. Степень и скорость свободной диффузии молекул полимера определяются величиной межмоле-кулярного взаимодействия, совмещаемостью полимеров и условиями протекания процесса [10, 93]. [c.9] Диффузионная сварка возможна лишь для таких полимеров, молекулы которых при определенных условиях приобретают достаточно высокую скорость перемещения относительно друг друга. К числу таких материалов относятся все термопласты полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, поливи-нилиденхлорид, фторопласты, полиметилметакрилат, полиамиды, полиформальдегид и др. [c.9] С малой скоростью, и тем меньшей, чем выше молекулярный вес полимера, поскольку перемещение связано с преодолением значительного межмолекулярного взаимодействия. [c.10] Между полярными звеньями соседних молекул полимера возникают электростатические силы притяжения, тем большие, чем выше полярность звеньев. При одном и том же молекулярном весе полимера межмолекулярное взаимодействие в нем возрастает с повышением полярности, а следовательно, повышаются температура перехода в вязко-текучее состояние и вязкость в этом состоянии снижаются растворимость и набухаемость. Таким образом, степень и скорость диффузии молекул полимера, а следовательно, его свариваемость при данной температуре определяются не только величиной молекулярного веса, но и степенью полярности звеньев молекул. [c.10] Звенья молекул могут совершать колебательные двилсения вокруг связи их друг с другом. Амплитуда колебания зависит от температуры и силы межмолекулярного взаимодействия. При очень малой возможности перемещения всей молекулы последняя все же находится в непрерывном движении, приводящем к изменению ее формы. В этой смене формы, т. е. в гибкости молекулы полимера, выражается особый вид теплового движения. Наибольшая гибкость свойственна молекулам аполярного полимера. [c.10] В зависимости от степени упорядоченности и плотности взаимного расположения отдельных участков линейных молекул полимер может находиться в частично кристаллическом или в полностью аморфном состоянии. Создать такой полимер, в котором молекулы по всей их длине находились бы полностью во взаимоупорядоченном состоянии, удается лишь в редких случаях. [c.10] Обычно полимеры, называемые кристаллическими, имеют участки молекул разрыхленной упаковки, составляющие как бы его аморфную фазу. [c.10] Отношение объема всех кристаллических областей полимера к его общему объему называется его степенью кристалличности. Высокая степень кристалличности (60—80%) характерна для полиэтилена высокой плотности (ВП), полипропилена, фторопластов, полиформальдегида, поликарбонатов. Меньшая степень кристалличности у полиамидов, поливинилиденхлорида, полиэфиров, полиэтилена низкой плотности (НП). В зависимости от условий роста кристаллов они могут принимать различную форму, агрегироваться в пачки, сферолиты (рис. 1), фибриллы. [c.11] В зависимости от формы кристаллических образований меняются и физико-механические свойства одного и того же полимера. Рост кристаллов происходит медленно необходимы достаточно высокая подвижность молекул и повышенная температура. Быстрое охлаждение расплавленного полимера приводит к тому, что только часть малых кристаллов успевает агрегироваться в крупные кристаллические образования, а большая часть участков молекулярных цепей так и остается в состоянии разрыхленной упаковки, характерной для аморфных систем. Кристаллическая структура повышает межмолекулярное взаимодействие, снижая гибкость молекул и хладотекучесть полимера под нагрузкой. Полимер становится более твердым и прочным, возрастает его температура перехода в вязко-текучее состояние. [c.11] В процессе диффузионной сварки таких изделий неминуема дезориентация материала в местах его прогрева, что существенно изменяет свойства всего изделия и околощовной зоны. По мере плавления полимера в нем постепенно нарушается упорядоченное расположение молекул и начинается переход из кристаллической фазы в аморфную. [c.13] Температура перехода полимера из твердого агрегатного состояния в жидкое (температура текучести) может быть выше температуры плавления кристаллической фазы в нем и зависит от молекулярного веса полимера и степени его полярности. При большом молекулярном весе полимер выше температуры плавления, перейдя в аморфную фазу, сохраняет еще твердое агрегатное состояние, и только с дальнейшим повышением температуры постепенно переходит в вязко-текучее состояние. Чем выше молекулярный вес полимера, тем больше интервал между температурой перехода полимера из кристаллической фазы в аморфную (температура плавления) и нз твердого аморфного состояния в вязко-текучее состояние (температура текучести) (табл. 1). Примером может служить полиэтилен низкой плотности (молекулярный вес 35 000), у которого температура плавления совпадает с температурой текучести и полиэтилен высокой плотности (молекулярный вес 200 000), у которого область твердого состояния, лежащая между температурой плавления и температурой текучести, составляет около 40°. Политетрафторэтилен, расплавляясь, сохраняет твердое агрегатное состояние вплоть до температуры химического распада (деструкции). Полиамид, имеющий сравнительно низкий молекулярный вес, расплавляясь, сразу переходит в вязко-текучее состояние. [c.13] Аморфное твердое состояние полимера, часто называемое стеклообразным, характеризуется фиксированным, но разрыхленным расположением макромолекул относительно друг друга и лишь ограниченной (но большей, чем в кристаллах полимера) подвижностью звеньев, обусловливающей упругие деформации материала. С повышением температуры увеличивается энергия теплового движения макромолекул. Когда эта энергия становится достаточной, чтобы проявилась гибкость всей молекулы, полимер переходит в высокоэластическое состояние (температура стеклования). Переход происходит постепенно в интервале 15— 25°. С дальнейшим нагреванием эластичность полимера возрастает. [c.13] В высокоэластическом состоянии сравнительно небольшие напряжения вызывают перемещение отдельных участков цепных молекул и их ориентацию в направлении действующей силы. [c.13] После снятия нагрузки молекулы постепенно приобретают форму, характерную для равновесного состояния. С дальнейшим повышением температуры энергия тепловых движений возрастает настолько, что молекулы приобретают способность перемещаться относительно друг друга (пластические деформации). Температурный интервал, в котором преимущественно высокоэластические деформации сменяются преимущественно пластическими, условно назван температурой текучести полимера. За этим интервалом расположена область вязко-текучего состояния полимера. Свариваемость полимеров за счет диффузии возможна только в зоне, допускающей свободное перемещение молекул, т. е. в стадии вязко-текучего состояния. Чем ниже температура перехода полимера в эту стадию и выше его текучесть, тем быстрее удается достигнуть однородности материала в зоне сварного шва. [c.15] В кристаллических полимерах, в которых объем аморфной фазы достаточно велик, заметны деформации, связанные с характером тепловых движений звеньев, находящихся в аморфной фазе. При нагреве выше температуры стеклования аморфной фазы (но значительно ниже температуры плавления кристаллической фазы) полимер становится высокоэластическим. Используя высокую гибкость молекул полимера, находящегося в высокоэластическом состоянии, можно медленным растяжением придать отдельным участкам молекул большую упорядоченность, повысив этим его прочность в направлении ориентации. [c.15] При температурах ниже температуры стеклования гибкость молекул пониженная и ориентированное состояние в полимере сохраняется вплоть до повторного нагрева его выше температуры стекло1вания. Температура стеклования высокоориентированного аморфного полимера возрастает с повышением степени ориентации. [c.16] И выше текучесть в размягченном состоянии. Этим свойством набухших полимеров часто пользуются для повышения ударной прочности или эластичности изделий, для облегчения самого процесса формования, вводя специальные вещества — пластификаторы. Пластификатор тем надежнее сохраняется в полимере и придает тем большую набухаемость, чем прочнее возникают силы взаимодействия между его молекулами и полярными группами молекул полимера. Пластифицирование, понижая температуру текучести полимера и усиливая подвижность молекул в вязко-те-кучей стадии, облегчает и ускоряет свариваемость полимера и повышает однородность материала в зоне сварного шва. Из свариваемых термопластов особенно часто используют пластифицированный поливинилхлорид —пластикат. [c.17] Многие аморфные термопластичные полимеры совместимы и могут создавать устойчивые системы твердых растворов. Совмещением повышают упругость или эластичность. Так, для повышения сопротивления ударным нагрузкам поливинилхлорид или полистирол совмещают с нитрильным каучуком. Для повышения эластичности полиэтилена низкой плотности его совмещают с полиизобутиленом. [c.17] Поскольку основной причиной, обусловливающей сваривание термопластов, является взаимная диффузия молекул, прочное сварное соединение двух разнородных полимеров возможно лишь при условии их совмещения. [c.17] Вернуться к основной статье