Способ ультрозвуковой сварки полимерных пленок Советский патент 1985 года по МПК B29C65/08 B29L7/00 B29K101/00 

Описание патента на изобретение SU1154104A1

Изобретение относится к сварке пластмасс, а именно к ультразвуковой сварке полимерных пленок, например полиэтиленовой, полипропиленовой, полиэтилентерефталатной, а также комбинированных пленок, и может найти применение в машиностроительной, легкой, химической и др. отраслях промышленности.

Известен способ контактно-тепловой сварки термопластичных материалов, включающий нагрев соединяемых поверхностей и приложение давления не только в месте сварки, но и в близлежащей зоне охладительными элементами или изоляционными пластинами, предотвращая нагрев околошовной зоны 1J .

{Недостатком способа является то, что давление в околошовной зоне приложено одновременно и равно значению сварочного давления в течение всего периода сварки, вследствие чего поверхностные дефекты, загрязнения, газовые пузыри не вытесняются из зоны сварки, а остаются в шве. Это при водит к снижению прочностных показателей сварочного соединения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ ультразвуковой сварки полимерных пленок, включающий введение ультразвуковых колебаний и одновременное сдавливание соединяемы поверхностей пленок 2j .

Недостатком известного способа является то, что отсутствие давления Б зоне вокруг шва при сварке тонких мягких эластичных моно- и многослойных полимерных пленок приводит к чрезмерному и неуправляемому течению расплавленного полимера в околошовную зону, что отрицательно сказывается на прочности сварных соединений Цель изобретения - повышение прочности сварного соединения.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу ультразвуковой сварки полимерных пленок, включающему введение ультразвуковых колебаний и одновременное сдавливание соединяемых поверхностей пленок, одновременно с введением ультразвуковых колебаний и сдавливанием соединяемых поверхностей сжимают пленки в околошовной зоне, на участках, равных ширине шва, причем напряжение сжатия в околошовной зоне сначала уменьшают от величины сварочного давления до

нуля, затем резко поднимают до величины, равной 1,05-1,15 величины сварочного давления, и сохраняют его до конца сварки.

Напряжение сжатия в околошовной зоне снижают с величины сварочного давления до нуля в течение периода, равного половине времени сварки.

Изменение напряжений сжатия в зоне вокруг шва обеспечивает оптимальные условия теплообразования и регулируемого течения полимера из рабочей (сварочной) зоны за ее пределы. При этом в первый рабочий цикл €, происходит подогрев контактирующих между собой приграничных слоев полимера, в которые входят и поверхностные дефекты - инородные включения, жировые пленки, воздушные прослойки и т.д.

При постепенном снятии напряжений сжатия в зоне вокруг шва доведенные до вязкотекучего состояния граничные контактирую Цие между собой слои-объемы полимера под действием сварочного давления начинают вытесняться из рабочей в околошовную зону, транспортируя вместе с собой и поверхностные дефекты. Вследствие малой дозы энергии ультразвуковых колебаний объемы полимера, вытесненные из сварочной (рабочей) зоны, не перегреты и не деструцированы.

Во втором цикле (2 процесса сварки вокруг сварного шва создаются напряжения сжатия, значения которых составляют 1,05-1,15 от сварочного давления (Pgg) . Этим самым течение расплава полимера из рабочей зоны исключается и обеспечиваются условия протекания процессов взаимодиффузии и перемешивании микрообъемов расплава полимера между очищенными свариваемыми поверхностями полимерных пленок под действием ультразвуковых колебаний. Все это приводит к повьш1енмо прочности сварных соединений, во-первых, путем устранения в процессе сварки чрезмерной и неуправляемой деформации сварного шва и, во-вторых, путем обеспечения оптимальных условий протекания диффузионных процессов и перемешивания микрообъемов расплава полимера в зоне сварки.

На фиг.1-3 изображена постадийно схема процесса ультразвуковой сварки полимерных пленок; на фиг. 4 - циклограмма процесса сварки. .11 Способ ультразвуковой сварки полимерных пленок осуществляется следующим образом. Свариваемые моно- или многослойные пленки 1 располагают между опорой 2 и сварочным устройством - инструментом 3 и парой прижимов 4, находящихся с обеих сторон рабочего инструмента и обеспечивающих напряжения сжатия в околошовной зоне. При этом ультразвуковой сварочный инструмент 3 и прижимы 4 создают равное по величине сварочное давление в околошовной зоне, т.е. Pg Рпр новременно со сдавливанием включают ультразвуковые колебания, и на первой jстадии происходит процесс разогрева iконтактирующих между собой поверхност ных слоев свариваемых пленок. Постепенное снижение напряжения сжатия в зоне вокруг шва со значения РСВ до О с длительностью обеспечивает условия локального разогрева объемов полимера в сварочной зоне до вязкотекучего состояния в начальный момент стадии и упорядоченного, управляемого транспортирования (вытеснения) этих объемов полимера из рабочей сварочной зоны за ее пределы,при этом вместе с расплавленным полимером вытесняются и различные дефекты. Времени Oj доста точно для разогрева и вытеснения мак/рообъемов полимера и образования двух валиков вытесненного полимера в периферийной зоне. На второй стадии в зоне около шва создается напряжение сжатия в полимере, значение которого составляет 1,05-1,15 от сварочного давления (). Это необходимо для того, чтобы устранить возможность течения полимера из рабочей (сварочной) зоны и обеспечить условия для активного протекания диффузионных процессов и перемешивания макрообъемов расплава, протекающих в сварочной зоне под действием ультразвуковых колебаний. Такое значение напряжения в зоне вокруг шва сохраняется до конца процесса сварки, причем сварочное давление неизменно в течение всех стадий процесса сварки. По окончании процесса сварки отключают ультразвуковые колебания, сварочное давление и в зоне в.округ шва снимают и производят подъем сварочного устройства. Ширина зоны с напряжениями сжатия полимера вокруг шва с калодой стороны 044 рабочего инструмента имеет величину, необходимую и достаточную для обеспечения надежного замыкания объема полимера в сварочной зоне, доведенного до вязкотекучего состояния, и имеют значение,равное ширине шва. Пределы значений давления в околошовной зоне (РПО ) выбираются следующим образом. При значениях давления Р„р меньше 1,05 Ppg на второй стадии сжатия околошовной зоны не обеспечиваются условия удержания объема полимера в рабочей (сварочной) зоне, вследствие чего полимер, доведенный в процессе обработки ультразвуковьми колебаниями до вязкотекучего состояния, начинает под воздействием сварочного давления вытесняться из зоны сварки, что приводит к чрезмерной деформации сварного шва и снижению его прочности. Значения давления Рпр больше 1,15 Ppg приводит к чрезмерной деформации в околошовной зоне и вытеснению холодного полимера в боковые области сварочной зоны, приводящие к деформации свариваемых поверхностей в сварочной зоне, вследствие чего ухудшается акустический контакт между свариваемыЕми поверхностями, что ухудшает условия сварки и снижает прочность сварного соединения. Одновременно сваривают контрольные образцы по известной схеме, при этан прочность сварных соединений составляет 60-65% от основного материала. Пример 1. Производят ультразвуковую сварку полимерной пленки .сополимера полиэтилена с полипропи- леном (СЭП) , толщиной (f 100- 150 мкм по схеме прессовой сварки со следующими технологическими параметрами: частота ультразвуковых колебаний кГц; амплитуда колебаний рабочего торца инструмента мкм; свароч ное давление Pj.g const 1,0 МПа,- общее время сварки ,5 с, при этом: время первой стадии С, 0,25 с; время второй стадии 22 0,25 с; давление в околошовной зоне Ррр в первой стадии изменяется от Р 1,0 МПа до 0; давление в околошовной зоне во второй стадии постоянно и составляет: 1,05 РСР - 1,t5 P,Q, т.е. 1,051,15 МПа, при этом .,

где (j - напряжение сжатия в материале;S - площадь прижима.

Прочность сварных соединений составляет 80-85% от основного материада.

Управление стадиями процесса сварки осуществляется электронным блоком, рабочее давление в сварочной и околошовной зоне обеспечивается комбинированной пружинно-электромагнитной системой (не показана).

П р и м е р 2. Производят ультразвуковую сварку многослойной полимерной пленки - полиэтилен+полиэтилентерефталат полиэтилен, с суммарной толщиной 6 80 мкм (20ПЭ+40ПЭТФ -20ПЭ) по полиэтилентерефталатному слою с параметрами процесса сварки: частота ультразвуковых колебаний кГц; амплитуда колебаний рабочего торца инструмента А 25-30 мкм; сварочное давление Peg const 2,0-2,2 МПа; время сварки (суммарное) ojB 0,7 с, при этом: время первой стадии о, 0,35 с; время второй стадии 0,35 с; давление в околошовной зоне е первой стадии изменяется с 2,2 МПа до 0; давление в околошовной зоне Рро во второй стадии постоянно и составляет 1,05-1,15 , т.е. ,3-2,4 МПа.

Прочность сварных-соединений, полученных предлагаемым способом, находится в пределах 70-75% от основного материала.

. Длительность стадии процесса сварки определяется из условий максимальной прочности сварных соединений и объясняется еледукнцим образом: при значениях времени по примеру 1 не, обеспечивается полное очищение свариваемых плоскостей от поверхностных дефектов, которые, оставаясь в шве, приводят к снижению его прочности. При значениях времени меньше 0,35 с

(в примере 2) не происходит полного удаления полиэтиленовых слоев из зоны сварки. В результате этого в процессе сварки по полиэтилентерефталатному слою, температура вязкотекучего состояния которого вьппе (260 С) , чем полиэтилена (140 .С), последний, оставаясь в сварочной зоне, деструцирует что приводит к снижению прочности сварного соединения.

Длительность первого периода с, выше указанных значений приводит к повьшению деформации и в зоне шва.

Длительность второй стадии , при которой протекают диффузионные процессы и перемешивание объемов расплава полимера, также необходима в оптимальных пределах. ЕсЛи величина 1/2 меньше половины времени сварки то в этом случае не достаточно полно протекают диффузионные процессы, и прочность сварного соединения остается низкой, а если превьш1ает, то имеет место перегрев и деструкция полимеров в зоне сварки; что также приводит к снижению прочности сварного соединения. Равенство стадий процесса t), Cj объясняется тем, что при этих условиях обеспечивается максимальная прочность сварных соединений

Прочность полученны х сварных соединений составляет 80-85% от основного материала, что на 10% выше прочности швов, полученных по известной схеме. Кроме того, значительно повышается стабильность качества сварных соединений, при этом шов имеет удовлетворительный внешний вид - без утолщения в зоне шва и беспорядочных выплесков в околошовной зоне.

Предлагаемый способ позволяет также увеличить срок службы изделий за счет повьш1ения прочности сварных соединений.

пр

(риг.2

PCS

Фиг.З

Похожие патенты SU1154104A1

название год авторы номер документа
Способ ультразвуковой сварки полимерных пленок 1980
  • Мозговой Иван Васильевич
  • Шестель Леонид Александрович
  • Соколов Валерий Алексеевич
  • Самчелькин Владимир Владимирович
SU903160A1
Способ сварки встык термопластичных материалов инфракрасным излучением 1980
  • Омельченко Владимир Андреевич
  • Хомский Семен Михайлович
  • Яцук Андрей Яковлевич
  • Могилевич Михаил Николаевич
  • Синьковская Иванна Николаевна
  • Малашевский Николай Логвинович
SU870164A1
Способ производства полимерного контейнера для крови и ее компонентов 2023
  • Григорьев Лев Викторович
  • Цхе Алексей Викторович
  • Барсуков Роман Владиславович
  • Нестеров Виктор Александрович
  • Хмелёв Владимир Николаевич
  • Генне Дмитрий Владимирович
RU2816160C1
Способ ультразвуковой сварки термопластов 1979
  • Черняк Борис Яковлевич
  • Мальганов Павел Андреевич
  • Тихонов Виталий Николаевич
  • Исаев Анатолий Иванович
  • Хошев Юрий Иванович
SU856829A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕШЕТКИ С ЯЧЕИСТОЙ СТРУКТУРОЙ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 2006
  • Хмелев Владимир Николаевич
  • Цыганок Сергей Николаевич
  • Сливин Алексей Николаевич
  • Барсуков Роман Владиславович
  • Левин Сергей Викторович
  • Абрамов Алексей Дмитриевич
RU2322551C1
Способ сварки термопластичных пленок и устройство для его осуществления 1979
  • Воробьев Николай Иванович
  • Быкова Нина Дмитриевна
  • Дюмулен Вадим Иппалитович
  • Еремин Николай Ильич
SU897546A1
Способ ультразвуковой сварки пластмассовых деталей кольцевыми швами 1980
  • Мозговой Иван Васильевич
  • Самчелькин Владислав Владимирович
  • Шестель Леонид Александрович
  • Калинин Василий Федорович
SU876473A1
Способ контактной сварки труб из термопластов 1982
  • Ехлаков Станислав Васильевич
SU1098808A1
Устройство для изготовления рукавов из полимерных пленок 1980
  • Комаров Виктор Сергеевич
  • Марьин Виктор Иванович
  • Пангонис Людас Иозович
SU927523A1
СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ ТЕРМОПЛАСТОВ 2003
  • Ляшко Ф.Е.
  • Соколова О.Ф.
RU2229382C1

Иллюстрации к изобретению SU 1 154 104 A1

Реферат патента 1985 года Способ ультрозвуковой сварки полимерных пленок

1. СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ ПОЛИМЕРШХ ПЛЕНОК, включащий введение ультразвуковых колебаний и одновременное сдавливание соединяемы поверхностей пленок, отличаюfpuz.f щ и и с я тем, что, с целью повышения прочности сварного соединения, одновременно с введением ультразвуковых колебаний и сдавливанием соединяемых поверхностей сжимают пленки в околршовной зоне на участках, равных ширине шва, причем напряжение сжатия в околошовной зоне сначала уменьшают от величины сварочного давления до нуля, затем резко поднимают до величины, равной 1,05-1,15 величины сварочного давления, и сохраняют его до конца сварки. 2. Способ по п. 1,отличающ и и с я тем, что напряжение сжатия S в околошовной зоне снимают с величины сварочного давления до нуля в течение периода, равного половине времени сварки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1985 года SU1154104A1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Тростянская Е.Б
и др
Свар ка пластмасс
М., Машиностроение, 1967, с.73-74
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Тынный А.Н
и Тарноруцкий В.К Соединение пластмассовых деталей с помощью ультразвука
Львов, Вища школа , 1979, с
Пуговица 0
  • Эйман Е.Ф.
SU83A1

SU 1 154 104 A1

Авторы

Волков Станислав Степанович

Мозговой Иван Васильевич

Шестель Леонид Александрович

Соколов Валерий Алексеевич

Даты

1985-05-07Публикация

1983-12-16Подача