Способ ультразвуковой сварки полимерных пленок Советский патент 1982 года по МПК B29C27/08 

(5) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК

Изобретение относится к области сварки пластмасс, а- именно к способам ультразвуковой сварки многослойных полимерных пленок, например фотокинопленок на лавсановой или триаце татной основе, полиэтиленовой пояи:этилентерефталатннх (ПЭ-ПЭТФ) пленок и т.д.

Известен способ ультразвуковой сварки полимерных материалов ttl, при котором ввод ультразвуковой энергии в свариваемые материалы осуществляют инструментом, расположен ным под углом к их поверхности. При этом векторы статического давления и амплитуды ультразвуковых колебаний рабочего торца инструмента могут быть разложены на горизонтальные (или касательные) и вертикальные (или нормальные) составляющие.

Недостатком способа является то, что совместные действия касательных и нормальных составляющих вектора амплитуды сварочных ультразвуковых

колебаний рабочего торца инструмен.та вызывают увеличение деформации сдвига материала в зоне шва а прсщессе сварки, приводящие к его утоненио, уменьшение сплошности по длине шва и снижение его прочности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретен) является способ ультрёзвуковой сварю1 полимерных пленок,

to включающий сдавливание соединяе1 «11х пленок, подачу подогревающего и сварочного импульсов ультразвуковых« колебаний, нормальных к плоскости сварки 121.

15

Недостатком способа является низ- кая прочность сварного соединения многослойных пленок, имеющих мягкие и жесткие слои, вследствие того, что

20 мягкие слои пленки после подогревающего импульса остаются в зоне шва и подвергаются |Деструкцииi при сварке жестких слоев. Целью изобретения является повышение прочности сварного соединения многослойных полимерных пленок,имеющих мягкие и жесткие слои, за счет удаления из зоны сварки мягких слоев, j Эта цель достигается тем, что по способу ультразвуковой сварки полимерных пленок, включающему сдавливание соединяемых пленок, подачу подогревающего и сварочного импульсов ульт- 10 развуковых колебаний, нормальных к плоскости сварки перед подачей сваро ного импульса ультразвуковых колебаний на зону соединения воздействуют ультразвуковыми колебаниями, касател ными к плоскости сварки. Это обеспечивает вытеснение из зоны сварки касательными колебаниями ни копрочных .слоев, входящих в многослой ные пленки, а следовательно, качественную сварку по их несущим высокопрочным слоям. Способ ультразвуковой сварки много слойных полимерных пленок поясняется чертежами, на которых изображены стадии процесса сварки: на фиг. 1 - пода ча подогревающего импульса; на фиг.2 уподача импульса ультразвуковых колебаний, касательных к плоскости сварки; на фиг. 3 подача сварочного импульса. Способ ультразвуковой сварки много слойных полимерных пленок осуществляется следующим образом. Свариваемые материалы сдавливают с усилием R:5 ,равным 1,,5 МПа, пос ле чего в них вводятся в качестве подогревающего импульса нормальные к плоскости сварки ультразвуковые колебания (УЗК) (сМо фиг. -t) с амплитудой А 20-25 мкм. и частотой f 20-60 кГц а продолжительность импульса Сп составляет 0,05-0,08 с, т,е„ такое количество ультразвуковой энергии, которое необходимо для расплавления низко прочны.х мягких слоев 1 пленок. По окончании действия подогревающего импульса в зону сварки подается импульс ультразвуковых колебаний, касательных к плоскости сварки (см.фиг.2), амплитуда которых составляет А 1015 мкм, а продолжительность t 0,,06 Со При этом мягкие слои, расплав ленные подогреващим импульсом, удаляются из зоны сварки В результате создаются условия для контакта по всей площади шва жестких, относи тельно. прочных слоев 2 между собой. Вытесненные, не деструцированные поперечными колебаниями мягкие слои образуют вокруг шва (по всему его контуру) так называемый околошовный грат 3 обеспечивающий дополнительную прочность сварного соединения. Экспериментально установлено, что если продолжительность импульса, касательного к плоскости сварки, меньше 0,0 с (to OjOi с), то это приводит к ухудшению акустического контакта между высокопрочными слоями вследствие недостаточного удаления мягких слоев из зоны сварки,. Продолжительность этого импульса свыше 0,08 с (U)0,08 с) существенного влияния на процесс сварки не оказывает, так как при достижении времени 1 0,08 с поверхность / контакта между высокопрочными слоями близка к 100 и дальнейшее увеличение продолжительности импульса, касательного к плоскости сварки, технологически нецепесообразнОо Затем в зону контакта жестких предварительно подогретых от мягких слоев соединяемых пленок подают сварочный импульс, представляющий собой нормальные ультразвуковые колебания с амплитудой 20-25 мкм и продолжительностью импульса 0,15. - 0,2 с, количество энергии, которой необходи 4э и достаточно для достижения сварочных температур на соединяемых поверхностях этих слоев и получения качественной сварки, после чего снимается сварочное давление с соединяемых пленок. Пример. В качестве свариаемого материала используют фотоленку, представляющую собой полимерую систему и состоящую из двух слоев, дин из которых является несущей сновой, состоящей из полиэтилентеретапата или триацетата. Толщина осноы д мкм. Другой (фс тоэмульсинный) слой имеет тог1щину S 20 мкм состоит из смеси галогенидов сереба с желатином, В процессе сварки указанным спообом подлежащие соединению концы ленок помещают в рабочий зазор между льтразвуковым сварочным инструменом и опорой. Параметры ультразвуковой сварки ледующие; частота ультразвуковых колебаний - 0 кГц, 5. сварочное давление R - 30 М.Па; подогревающий импульс: амплитуда нормальных УЗК АН 25 мкм, продолжительность Тп 0,&7 с; импульс, касательный к плоскости сварки: амплитуда касательных УЗК A.J 15 мкм, продолжительность Со- с; сварочный импульс: амплитуда нормальных УЗК АН 25 мкм, продолжительность 0,18 с. При этом расплавленные и вытеснен ные из зоны сварки желатиновые слои образуя околоШовный грат вокруг шва обеспечивают дополнительную прочность 5-7 сварного соединения,а суммарная прочность сварного соединения на срез, полученная данным способом, составляет 65-70% к основному материалу, что в 1,5-2 раза выше прочности сварных соединений, полученных известными способами. Пример качестве свариваемого материала используется комбинированная полиэтиленовая полиэтилентерефталатная пленка, которая сое диняется по полиэтиленовым слоям. Параметры ультразвуковой сварки ел едущие: частота ультразвуковых f 0 кГц; сварочное давление & 2,5 МПа; подогреваю«4ий импульс: амплитуда нормальных УЗК АН 25 мкм, продолжительность &п 0,09 t. Импульс, касательный к плоскости сварки: .амплитуда касательных УЗК Ауч 15 мкм, t-R 0,07 С, продолжительность сварочный импульс амплитуда нормальных УЗК АН 25 мкм, продолжительность (. 0,25 с. Это обеспечивает качественную сва ку по ПЭТФ-пленкам, а вытесненные в расплавленном состоянии полиэтиленов спои образуют по периферии шва около шовный грат, создающий дополнительну прочность (10-15 в прочности шва) сварочного соединения, которая в ито ге составляет 70-75% от прочности основного материала. Введение в процесс ультразвуковой сварки многослойных полимерных пле«0 нок дополнительного импульса, представляющего собой касательные ультразвуковые колебания определенной продолжительности, создает возможность без перегрева до состояния деструкции -интенсивного удаления из зоны сварки мягких, не обеспечивающих высокой прочности слоев многослойных полимерных пленок, тем самым создавая надежный акустический контакт между слоями пленки, обладающими высокой прочностью. Это ведет к получению прочного сварного соединения между этими слоями, при этом нагретые до вязко-текучего состояния и недеструктированные мягкие слои образуют по контуру шва силовой около-, шовный грат, обеспечивая дополнительную прочность полученного сварного соединения. Применение способа ультразвуковой сварки многослойных полимерных пленок обеспечивает повышение прочности сварных соединений, по сравнению с прочностью, полученной известными способами в 1, раза, формула изобретения Способ ультразвуковой сварки пoли epныx пленок, включающий сдавливание соединяемых пленок, подачу подогревающего и сварочного импульсов ультразвуковых колебаний, нормальных к плоскости сварки, отличающ и йс я тем, что, с целью повышения прочности сварного соединения многослойных полимерных пленок, имеющих мягкие и жесткие слои, за счет удаления из зоны сварки мягких слоев, перед подачей сварочного импульса ультразвуковых колебаний на зону соединения воздействуют ультразвуковыми колебаниями, касательными к плоскости сварки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Волков С,С. и др. Сварка пластмасс ультразвуком. М., Химия, 197, с. 16. 2.Авторское свидетельство СССР ff 713392, кл. В.29 С 27/08, 1977 (прототип).

7///7/////////