ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сварка с помощью инфракрасного- излучения из "Сварка пластмасс " Сварка полимерных материалов нагревом с помощью инфракрасного (ИК) излучения представляет большой практический интерес из-за универсальности. Первоначально этот способ был разработан для соединения пленок и листов из термопластов, которые с трудом свариваются в поле токов высокой частоты, а при контактной сварке нагретым инструментом претерпевают термоокислительную деструкцию. [c.182] Сварка с помощью ИК-излучения, основана на превращении лучистой энергии в тепловую внутри соединяемого материала. ИК-излучение имеет электромагнитную природу, являясь следствием колебательных и вращательных движений элементарных частиц веществ. ИК-лучи в физической среде не передаются ни с помощью конвекции, ни с помощью теплопроводности. [c.182] Принято считать, что ИК-спектр занимает область длин волн от 0,72 до 1000 мкм, т. е. от красной границы видимого спектра до коротковолновой части миллиметрового диапазона. [c.182] Согласно закону обратных квадратов облучение точечным источником обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. Этот закон достаточно точен в случаях, когда расстояния велики по сравнению с размерами источника. [c.183] Обладая всеми свойствами лучей видимого спектра, ИК-лучи отражаются, преломляются и поглощаются другими телами. Преобладание одного явления над другим зависит от длины волны излучения, а энергетическое распределение — от типа материала и состояния его поверхности. Для осуществления сварки используют свойства ИК-лучей отдавать свою энергию поглощающим их телам. [c.183] Элементарные частицы каждого тела (атомы и группы атомов), составляющие молекулу, имеют собственные частоты колебаний, определяющиеся структурой молекулы, размерами атомов и характером внутри- и межмолекулярных связей. [c.183] Если частота ИК-излучения совпадает с собственными частотами колебаний хотя бы части элементарных частиц вещества, то происходит поглощение излучения на этих частотах или длинах волн — резонансное поглощение. Поглощение ИК-лу-чей сопровождается увеличением энергии колебаний атомов облучаемого тела, т. е. превращением электромагнитной энергии ИК-лучей в тепловую (рис. 158). [c.183] Если облучаемое тело в какой-то степени прозрачно для ИК-лучей, поток их проникает внутрь, ослабляясь но мере удаления от поверхности. Чистый сухой воздух не поглощает ИК-лучи, поэтому температура его ниже температуры облучаемого тела, нагретого поглощенной им энергией. Удаленность зоны максимального нагрева от поверхности зависит от поглощающей способности веществ и спектрального состава потока. [c.183] Если В потоке преобладают длины волн, для которых материал тела непрозрачен, зона максимума температуры находится ближе к поверхности тела. Чем более прозрачен материал для падающих ИК-лучей, тем глубже зона максимума. [c.184] Поверхностные слои тела испытывают одновременно воздействие окружающей среды и лучистого потока. Если окружающая среда холоднее поверхности тела, начинается конвективный отвод тепла от поверхностных слоев и зона максимального нагрева сдвигается внутрь. Перепад температур между поверхностью и наиболее нагретым слоем материала будет тем больше, чем прозрачнее для ИК-лучей вещество. Спад температуры внутри тела за зоной максимального нагрева объясняется тем, что плотность лучистого потока уменьшается по мере его движения в материале, поглощающем лучистую энергию. [c.184] По степени поглощения материалом ИК-излучения можно судить о нагреве его лучистой энергией. Степень поглощения характеризуется коэффициентом поглощения, т. е. отношением поглощенной телом лучистой энергии ко всему количеству энергии излучения, падающей на него. [c.184] Полимеры в большинстве случаев проницаемы для ИК-лучей с длиной волны 2,5—3,0 мкм и поглощают более длинноволновые излучения [20, 21, 37]. Например, органическое стекло толщиной 3 мм проницаемо для лучей с длиной волны 0,7—, мкм (степень проницаемости 90%) и ограниченно проницаемо для лучей с длиной волны 1,6—3,0 мкм (степень проницаемости 30%). Тонкие листы органического стекла выгоднее нагревать длинноволновым ( темным ) йзлученнем, а более толстые, наоборот, коротковолновым ( светлым ) излучением, особенно в тех случаях, когда требуется равномерный нагрев по всей толщине. [c.184] Поливинилхлорид также почти полностью поглощает темное излучение с длиной волны около 3 мкм и более проницаем для светлого излучения (рис. 159). С увеличением длины волны излучения возрастает доля поглощенной энергии и при облучении полиолефинов. По степени прозрачности при действии ИК-лучей полимерные материалы можно расположить в следующем порядке [37] 1) фторопласты (фторопласт-4, фторопласт-3, фторлон) 2) полиолефины (полиэтилен, сополимер этилена с пропиленом, полипропилен) 3) поливинилхлорид 4) полиэтилентерефталат 5) полиамиды 6) пентопласт. [c.185] И для всех материалов, поглощение ИК-лучей полимерами возрастает с увеличением толщины изделий (рис. 160). [c.185] Давление, необходимое для сваривания термопласта, может быть создано за счет упругого деформирования материала при его перегибе (рис. 163). При таком способе сварки исключается утонение материала шва и обеспечивается высокая прочность соединения при расслаивании. [c.186] Сварку с помощью ИК-излучения можно осуществлять по методу импульсного нагрева. Во ВНИИЭСО [24] разработан способ импульсной сварки ИК-излучением пленок в торец (рис. 164). Сварка происходит одновременно по всей длине торца пленки 1, зажатой между двумя губками 4, одиночным тепловым импульсом, возникающим при кратковременном пропускании тока через ленточный нагреватель 2. ИК-излучение вызывает равномерное оплавление торцов пленки. Образующийся шов 3 имеет вид гладкого узкого рубца одинакового сечения по всей длине. [c.186] В неразогретом месте пленки. Импульсный нагрев лишь места сварки предупреждает перегрев остального объема свариваемого материала и деталей установки, попадающих в зону облучения. Используя преимущества торцового соединения и импульсного нагрева, ИК-излучением, можно сваривать подавляющее большинство термопластов вне зависимости от толщины материала. Применяя постоянно нагретый излучатель и непрерывную подачу материалов, можно получать протяженные торцовые швы и вести процесс на конвейере. [c.187] Свариваемость полимерных материалов ИК-излучением определяется интенсивностью и плотностью энергии облучения, степенью поглощения ИК-излучения материалов, толщиной пленок и применяемой подложкой. [c.187] Однако нагрев подложки не обеспечивает значительного повышения температуры по всей толщине материала. В результате теплопроводности от подложки разогреваются только нижние слои материала, с ней соприкасающиеся, и поэтому зона в середине материала имеет наиболее низкую температуру. [c.188] У исследованных подложек степень поглощения ИК-излучения, а следовательно, и интенсивность их нагрева падает в следующей последовательности ламповая сажа, бумага черная, черный пенополиуретан, черная микропористая резина, черная °с прорезиненная ткань. [c.188] Вернуться к основной статье