Основные способы получения пластмассы

Способы получения пластмасс.

Основными методами получения пластмасс являются полимеризация и поликонденсация. Различие этих двух методов заключается в том, что при полимеризации происходит связывание молекул мономеров в полимерные цепи без высвобождения побочных продуктов реакции (вода, спирт и др.). Процесс полимеризации является обратимым. При нагревании возможно разложение полимера на молекулы мономера. При поликонденсации процесс соединения мономолекул сопровождается образованием некоторых побочных не связанных с полимером веществ. Процесс поликонденсации является необратимым. Образовавшийся полимер по своей структуре отличается от исходных мономеров. Полимеризации могут быть подвергнуты смеси из молекул различных мономеров. Полимеры, полученные при полимеризации отличающихся по своим свойствам различных мономеров, носят название сополимеров. Используя различные мономеры, подбирая необходимые количественные соотношения их, можно получать пластмассы с нужными свойствами.

Методом поликонденсации полимеры получают из низкомолекулярных соединений. Особенностью поликонденсации является то, что в ходе химического процесса происходит высвобождение некоторых побочных продуктов, а получающийся полимер по составу отличается от первично взятых. Примером таких полимеров являются полиамидные, фенолформальдегидные, полиэфирные, силиконовые и другие смолы. В промышленности полимеров этот метод используют широко. В стоматологической практике он применения не нашел. Используемые для изготовления зубных протезов пластмассы получают только методом полимеризации.

Для повышения эластических свойств полимеров, придания им большей пластичности в необходимых случаях в них вводят специальные вещества, способные уменьшать силы молекулярного сцепления у полимера.

Классификация стоматологических материалов,

Содержащих прекурсоры, и область их применения.

Стоматологические пластмассы подразделяются на следующие группы:

1) базисные пластмассы;

2) эластичные пластмассы;

3) самотвердеющие пластмассы;

4) пластмасса для искусственных зубов и мостовидных протезов.

По пространственной структуре пластмассы подразделяют на:

1) линейные полимеры – химически не связанные одиночные цепи монополимерных звеньев (целлюлоза, каучук) (Рис. 5 – а);

2) разветвленные полимеры, имеющие структуру, подобную крахмалу игликогену (Рис. 5 – б);

3)

ва

ба

а

пространственные (сшитые) полимеры, построенные в основном как сополимеры (Рис. 5 – в).

Рисунок 5 – структура полимеров: а) линейная; б) разветвлённая; в) пространственная

По природе пластмассы различают:

1) биополимеры (натуральный каучук);

2) синтетические (полиэтилен, полиамиды, эпоксидные смолы).

Базисные пластмассы.

На сегодняшний день существует множество различных базисных материалов для изготовления съемных зубных протезов (Рис. 6), но не все они могут широко применяться в зуботехнической лаборатории. Оборот метилакрилата и метилметакрилата 15% или более в РФ ограничен, устанавливаются общие меры контроля.

Рисунок 6 – акриловый протез.

На сегодняшний день, несмотря на развитие химии, технологии полимеров и появление новых, самых разнообразных полимерных материалов, самым распространенными для изготовления съемных протезов остаются пластмассы на основе акрилатов. Это подтверждается тем, что 98% всех пластиночных протезов в мире изготавливаются из акриловых пластмасс. Они широко востребованы благодаря относительно небольшой токсичности и удобству переработки, т.е. возможности превращать материалы из текучего состояния в твердое даже без нагревания и давления или при малом давлении и невысокой температуре. Не обладая этими свойствами, никакие полимеры не смогут в полной мере конкурировать с акриловыми пластмассами, применяемыми в современной ортопедической стоматологии. Именно поэтому акриловые пластмассы ещё долго будут востребованы врачами-стоматологами и зубными техниками.

Отечественная промышленность выпускает базисные пластмассы горячей полимеризации как основу большинства стоматологических полимеров.

Ø Давно известный базисный материал «Этакрил» (АО «Стома», Украина), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999) предназначен для изготовления базисов съемных протезов. Полимер состоит из сложных эфиров: метиловой метакриловой кислоты – 89%; этилового метакриловой кислоты – 8%; метилового акриловой кислоты – 2%. Мономер состоит из метилметакрилата – 89%, этилметакрилата – 8% и метилакрилата – 2%, также содержит ингибитор гидрохинон – 0,005%, пластификатор дибутилфталат – 1%. Данная пластмасса является прекурсорной, так как в ее составе концентрация метилметакрилата составляет 89%, что значительно превышает норму 15%.

Ø Следующий представитель базисных материалов – «Акр-7» (ЗАО «ОЭЗ «ВЛАД-МиВа» Россия), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999) — применяется для изготовления базисов протезов, коронок искусственных зубов, мостовидных протезов. Полимер представляет собой мелкодисперсный, окрашенный и замутненный суспензионный полиметилметакрилат. Мономер – метиловый эфир метакриловой кислоты 99,5%. Данную пластмассу мы тоже относим к прекурсорной, так как в ее составе концентрация метилметакрилата по данным производителя составляет 99,5%, что так же превышает норму 15%.

Ø Менее распространенный базисный материал – «Бакрил» (АО «Стома», Украина) Тип 1, Класс 1 по ISO (1567:1999) также предназначен для изготовления как полных, так и частичных съемных протезов. Полимер представляет собой модифицированный эластомерами в процессе суспензионной полимеризации полиметилметакрилат. Мономер –метилметакрилат с ингибитором – дифенилпропанол. По данным производителя АО «Стома» концентрация метилметакрилата в мономере достигает 97%, поэтому данный материал относится к прекурсорам.

Ø

Рисунок 7 – базисная пластмасса Фторакс.

Самым популярным базисным материалом на сегодняшний день является «Фторакс» (АО «Стома» Украина) (Рис. 7), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999). Он отличается от предыдущих повышенной прочностью, химической стойкостью. Полимер представляет собой мелкодисперсный, суспензионный и привитой сополимер метилового эфира метакриловой кислоты и фтористого каучука. Мономер – метилметакрилат, содержащий сшивающий агент – диметакриловый эфир дефинилолпропан. Данный материал относится к стоматологической продукции с концентрацией метилметакрилата в мономере, по данным производителя АО «Стома», достигающий 97%, и является прекурсорным.

Ø Один из следующих представителей отечественных материалов – «Акронил» (АО «Стома», Украина), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999) – базисный материал предназначен для челюстно-лицевых шин, ортодонтических аппаратов, съемных шин. Обладает хорошими технологическими свойствами, низкой водопоглощаемостью. Полимер – привитый сополимер метилметакрилат к поливинилэтилалю. Мономер – метилметакрилат, содержащий в качестве сшивагента деметакрилат триэтиленгликоля, ингибитор и антистаритель. Данный материал является прекурсорным, так как в составе мономера концентрация метилметакрилата составляет более 15%, что превышает норму.

Ø

Рисунок 8 – пластмасса бесцветная.

«Пластмасса бесцветная» (АО «Стома», Украина) (Рис. 8), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999) – базисный материал, предназначенный для применения, когда имеются противопоказания к базису с добавлением красителя. Получается на основе очищенного от стабилизатора полиметилметакрилата, содержащего антистаритель в виде полимера и мономера. Концентрация в мономере достигает 100 %, поэтому безусловно является прекурсорной, так как в несколько раз превышает допустимую норму.

Ø Из новых отечественных базисных материалов радует появление пластмассы «Белакрил М ГО» (ЗАО «ОЭЗ «ВЛАД-МиВа» Россия), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999). Этот материал предназначен для изготовления базисов съемных протезов. В состав полимера входят полиэфиры метакриловой кислоты, катализатор реакции полимеризации перекись бензоила. В состав мономера — метилметакрилат 92%, диметакриловый эфир триэтиленгликоля – 3%. Важно отметить, что данный материал также является прекурсорным, так как концентрация метилметакрилата в мономере значительно превышает 15% и более.

Ø В ответ на новые требования отечественный производитель разработал современный базисный материал «Белакрил Э ГО» (ЗАО «ОЭЗ «ВЛАД-МиВа» Россия), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999), предназначенный для изготовления базисов съемных зубных протезов. В состав полимера входят полиэфиры метакриловой кислоты и катализатор реакции полимеризации перекись бензоила. В состав мономера – этилметакрилат 72%, гидроксиэтил-п-толуидин 5%, диметакриловый эфир триэтиленгликоля 3% и метилметакрилат 14%. Данный материал может широко применяться для изготовления базисов съемных протезов без ограничений, так как он отвечает современным требованиям РФ.

Из зарубежных полимерных материалов пользуются спросом следующие:

Ø

Рисунок 9 – базисный материал FuturAcryl-2000.

Базисный материал «FuturAcryl — 2000» («Schulz Dental» Германия) (Рис. 9), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999) – метилметакрилатный полимер предназначен для изготовления частичных и полных съемных протезов с использованием традиционного прессования или литья под давлением. Является прекурсорным материалом, так как в составе мономера концентрация метилметакрилата составляет более 15%, что превышает норму.

Ø Следующий представитель – «Futura Basic Hot» («Schulz Dental» Германия), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999) – базисный материал, содержащий метилметакрилатный полимер, применяется для изготовления съемных протезов. Также является прекурсорным материалом, так как в составе мономера концентрация метилметакрилата составляет более 15%, что превышает норму.

Ø Базисная пластмасса «Pro Base Hot» («Ivoclar Vivadent» Лихтенштейн), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999). В состав полимера входят: полиметилметакрилат, пластификатор, бензоил пероксид, пигменты пероксид, катализатор, пигменты. Мономер содержит метилметакрилат, диметакрилат, катализатор. Концентрация метилметакрилата в мономере, по данным производителя достигает 50-100%, данный материал относится к прекурсорам.

Ø

Рисунок 10 – базисный материал Interacryl Hot set.

«SR Triplex Hot» («Ivoclar Vivadent» Лихтенштейн), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999) – полимер: полиметилметакрилат, катализатор, пигменты; мономер: метилметакрилат, диметакрилат. Данная пластмасса является прекурсорной, так как концентрация метилметакрилата в мономере, по данным производителя, достигает 92,5%.

Ø Из следующих представителей – «Selektaplus-Н» («De Тгеу» Германия), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999) – базисный материал, предназначенный для изготовления различных видов съемных протезов традиционным методом. Является прекурсорным материалом, так как в составе мономера концентрация метилметакрилата составляет более 15%, что превышает норму.

Ø Базисный материал «Paladont-65» («De Тгеу» Германия), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999) предназначен для изготовления полных съемных пластиночных протезов и частичных съемных пластиночных протезов, изготавливаемых традиционным методом. Основу пластмассы составляет метилметакрилат. Данная пластмасса является прекурсорной, так как в составе мономера концентрация метилметакрилата составляет более 15%, что выше нормы.

Ø Также для базисов съемных протезов выпускается пластмасса «Interacryl Hot Set» («Interdent» США) (Рис. 10), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999). Материал предназначен для изготовления и ремонта полных и частичных протезов. Основу составляет метилметакрилат. По данным производителя пластмасса является прекурсорной, так как в составе мономера концентрация метилметакрилата составляет более 15%, что выше нормы.

Ø

Рисунок 11 – метод СВЧ-полимеризации базисных материалов.

«Superacryl Plus» («Spofa Dental», Чехия), тип 1, класс 1 по ISO (1567:1999) – базисный материал, предназначенный для изготовления базисов различных видов съемных зубных протезов, ортодонтических аппаратов, починки съемных протезов и непрямой перебазировки. В состав полимера входят полиметилметакрилат, окись цинка, пигменты, мономера — метилметакрилат, гликольдиметакрилат. Данную пластмассу мы тоже относим к прекурсорной, так как в составе мономера концентрация метилметакрилата составляет более 15%, что превышает норму.

Полимеры горячей полимеризации имеют высокие прочностные характеристики, цветостабильны, недороги, технологичны, не требуют дорогостоящего оборудования, поэтому и являются самым распространенным материалом.

Также используются полимеры микроволнового и светового отверждения отечественных и зарубежных производителей (Рис. 11).

Источник

Пластмассы — получение пластмасс, состав, свойства, свариваемость

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Состав и свойства

Получение пластмасс

Пластмассы — это материалы, полученные на основе синтетических или естественных полимеров (смол). Синтезируются полимеры путем полимеризации или поликонденсации мономеров в присутствии катализаторов при строго определенных температурных режимах и давлениях.

В полимер с различной целью могут вводиться наполнители, стабилизаторы, пигменты, могут составляться композиции с добавкой органических и неорганических волокон, сеток и тканей.

Таким образом, пластмассы в большинстве случаев являются многокомпонентными смесями и композиционными материалами, у которых технологические свойства, в том числе и свариваемость, в основном определяются свойствами полимера.

В зависимости от поведения полимера при нагревании различают два вида пластмасс — термопласты, материалы, которые могут многократно нагреваться и переходить при этом из твердого в вязко-текучее состояние, и реактопласты, которые могут претерпевать этот процесс лишь однократно.

Особенности строения

Пластмассы (полимеры) состоят из макромолекул, в которых более или менее регулярно чередуется большое число одинаковых или неодинаковых атомных группировок, соединенных химическими связями в длинные цепи, по форме которых различают линейные полимеры, разветвленные и сетчато-пространственные.

По составу макромолекул полимеры делятся на три класса:

1) карбоцепные, основные цепи которых построены только из углеродных атомов;

2) гетероцепные, в основных цепях которых, кроме атомов углерода, содержатся атомы кислорода, азота, серы;

3) элементоорганические полимеры, содержащие в основных цепях атомы кремния, бора, алюминия, титана и других элементов.

Макромолекулы обладают гибкостью и способны изменять форму под влиянием теплового движения их звеньев или электрического поля. Это свойство связано с внутренним вращением отдельных частей молекулы относительно друг друга. Не перемещаясь в пространстве, каждая макромолекула находится в непрерывном движении, которое выражается в смене ее конформаций.

Гибкость макромолекул характеризует величина сегмента, т. е. число звеньев в ней, которые в условиях данного конкретного воздействия на полимер проявляют себя как кинетически самостоятельные единицы, например в поле ТВЧ как диполи. По реакции к внешним электрическим полям различают полярные (ПЭ, ПП) и неполярные (ПВХ, полиаксилонитрил) полимеры. Между макромолекулами действуют силы притяжения, вызванные ван-дер-ваальсовым взаимодействием, а также водородными связями, ионным взаимодействием. Силы притяжения проявляются при сближении макромолекул на 0,3—0,4 им.

Полярные и неполярные полимеры (пластмассы) между собой несовместимы — между их макромолекулами не возникает взаимодействия (притяжения), т. е. они между собой не свариваются.

Надмолекулярная структура, ориентация

По структуре различают два вида пластмасс — кристаллические и аморфные. В кристаллических в отличие от аморфных наблюдается не только ближний, но и дальний порядок. При переходе из вязко-текучего состояния в твердое макромолекулы кристаллических полимеров образуют упорядоченные ассоциации-кристаллиты преимущественно в виде сферолитов (рис. 37.1). Чем меньше скорость охлаждения расплава термопласта, тем крупнее вырастают сферолиты. Однако и в кристаллических полимерах всегда остаются аморфные участки. Изменяя скорость охлаждения, можно регулировать структуру, а следовательно, и свойства сварного соединения.

Резкое различие продольных и поперечных размеров макромолекул приводит к возможности существования специфического для полимеров ориентированного состояния. Оно характеризуется расположением осей цепных макромолекул преимущественно вдоль одного направления, что приводит к проявлению анизотропии свойств изделия из пластмассы. Получение ориентированных пластмасс осуществляется путем их одноосной (5—10-кратной) вытяжки при комнатной или повышенной температуре. Однако при нагреве (в том числе и при сварке) эффект ориентации снижается или исчезает, так как макромолекулы вновь принимают термодинамически наиболее вероятные конфигурации (конформации) благодаря энтропийной упругости, обусловленной движением сегментов.

Реакция пластмасс на термомеханический цикл

Все конструкционные термопласты при нормальных температурах находятся в твердом состоянии (кристаллическом или застеклованном). Выше температуры стеклования (Т_ст) аморфные пластмассы переходят в эластическое (резиноподобное) состояние. При дальнейшем нагреве выше температуры плавления (T_пл) кристаллические полимеры переходят в аморфное состояние. Выше температуры текучести Т_T и кристаллические, и аморфные пластмассы переходят в вязкотекучее состояние Все эти изменения состояния обычно описываются термомеханическими кривыми (рис. 37.2), являющимися важнейшими технологическими характеристиками пластмасс. Образование сварного соединения происходит в интервале вязкотекучего состояния термопластов. Реактопласты при нагреве выше Т_T претерпевают радикальные процессы и в отличие от термопластов образуют пространственные полимерные сетки, не способные к взаимодействию без их разрушения, на что требуется применение специальных химических присадок.

Основные пластмассы для сварных конструкций

Наиболее распространенными конструкционными пластмассами являются группы термопластов на основе полиолефинов: полиэтилена высокого и низкого давления, полипропилена, полиизобутилена.

Полиэтилен [..—СН₂—СН₂—. ]_n высокого и низкого давления — кристаллические термопласты, отличающиеся между собой прочностью, жесткостью, температурой текучести. Полипропилен [—СН₂—СН(СН₃)—]_n более температуростоек, чем полиэтилен, и обладает большей прочностью и жесткостью.

В значительных объемах используются хлорсодержащие пластики на основе полимеров и сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида.

Поливинилхлорид (ПВХ) [—(СН₂—СНСl—)]_n — аморфный полимер линейного строения, в исходном состоянии является жестким материалом При добавке к нему пластификатора можно получить очень пластичный и хорошо сваривающийся материал — пластикат. Из жесткого ПВХ — винипласта — изготавливают листы, трубы, прутки, а из пластиката — пленку, шланги и другие изделия. Из ПВХ изготавливаются также вспененные материалы (пенопласты).

Значительную группу полимеров и пластмасс на их основе составляют полиамиды, содержащие в цепи макромолекул амидные группы [—СО—Н—]. Это в большинстве кристаллические термопласты с четко выраженной температурой плавления. Отечественная промышленность выпускает главным образом алифатические полиамиды, используемые для изготовления волокон, отливки деталей машин, получения пленок. К полиамидам относятся, в частности, широко известные поликапролактам и полнамид-66 (капрон).

Наибольшую известность из группы фторлонов получил политетрафтор-этилен-фторлон-4 (фторопласт 4). В отличие от других термопластов при нагреве он не переходит в вязкотекучее состояние даже при температуре деструкции (около 415°С), поэтому его сварка требует особых приемов. В настоящее время химической промышленностью освоен выпуск хорошо сваривающихся плавких фторлонов; Ф-4М, Ф-40, Ф-42 и др. Сварные конструкции из фторсодержащих пластиков обладают исключительно высокой стойкостью к агрессивным средам и могут воспринимать рабочие нагрузки в широком диапазоне температур.

На основе акриловой и метакриловой кислоты производятся акриловые пластики. Наиболее известная в практике производная на их основе — пластмасса полнметилметакрилат (торговая марка «плексиглас»). Эти пластики, обладающие высокой прозрачностью, используются как светопроводящие изделия (в виде листа, прутков и т. д.) Нашли применение также сополимеры метилметакрилата и акрилонитрила, которые обладают большей прочностью и твердостью. Все пластики этой группы хорошо свариваются.

Хорошей прозрачностью отличается группа пластиков на основе полистирола. Этот линейный термопласт хорошо сваривается тепловыми способами.

Для изготовления сварных конструкций преимущественно в электротехнической промышленности используют сополимеры стирола с метилстиролом, акрилонитрилом, метилметакрилатом и, в частности, акрилонитрилбутадиенстирольные (АБС) пластики. Последние отличаются от хрупкого полистирола более высокой ударной прочностью и теплостойкостью.

В сварных конструкциях находят применение пластмассы на основе поликарбонатов — сложных полиэфиров угольной кислоты. Они обладают более высокой вязкостью расплава, чем другие термопласты, однако свариваются удовлетворительно. Из них изготавливают пленки, листы, трубы и различные детали, в том числе декоративные. Характерными особенностями являются высокие диэлектрические и поляризационные свойства.

Формообразование деталей из пластмасс

Термопласты поставляются для переработки в гранулах размером 3—5 мм. Основными технологическими процессами изготовления полуфабрикатов и деталей из них являются: экструзия, литье, прессование, каландрирование, производимые в температурном интервале вязкотекучего состояния.

Трубопроводы из полиэтиленовых и поливинилхлоридных труб применяют для транспорта агрессивных продуктов, в том числе нефти и газа с содержанием сероводорода и углекислоты и химических (неароматических) реагентов в химическом производстве. Резервуары и цистерны для перевозки кислот и щелочей, травильные ванны и другие сосуды облицовываются пластмассовыми листами, соединяемыми с помощью сварки Герметизация пластикатом помещений, загрязняемых изотопами, покрытие полов линолеумом также осуществляются с помощью сварки. Консервация пищевых продуктов в тубы, коробки и банки, упаковка товаров и почтовых посылок резко ускоряются с применением сварки.

Машиностроительные детали. В химическом машиностроении свариваются корпуса и лопатки различного рода смесителей, корпуса и роторы насосов для перекачки агрессивных сред, фильтры, подшипники и прокладки из фторопласта, из полистирола сваривается осветительная арматура, из капрона неэлектропроводные шестерни, валики, муфточки, штоки, из фторлона — несмазывающиеся подшипники, вытеснители топлива и т д.

Оценка свариваемости пластмасс

Основные стадии процесса сварки

Процесс сварки термопластов состоит в активации свариваемых поверхностей деталей, либо находящихся уже в контакте (сварка ТВЧ, СВЧ), либо приводимых в контакт после (сварка нагретым инструментом, газом, ИК-излучением и т. д.) или одновременно с активизацией (сварка трением, УЗ-сварка).

При плотном контакте активированных слоев должны реализоваться силы межмолекулярного взаимодействия.

В процессе образования сварных соединений (при охлаждении) происходит формирование надмолекулярных структур в шве, а также развитие полей собственных напряжений и их релаксация. Эти конкурирующие процессы определяют конечные свойства сварного соединения. Технологическая задача сварки состоит в том, чтобы максимально приблизить по свойствам шов к исходному — основному материалу.

Механизм образования сварных соединений

Реологическая концепция. Согласно реологической концепции, механизм образования сварного соединения включает два этапа — на макроскопическом и микроскопическом уровнях. При сближении под давлением активированных тем или иным способом поверхностей соединяемых деталей вследствие сдвиговых деформаций происходит течение расплава полимера. В результате этого удаляются из зоны контакта ингредиенты, препятствующие сближению и взаимодействию ювенильных макромолекул (эвакуируются газовые, окисленные прослойки). Вследствие разности скоростей течения расплава не исключено и перемешивание макрообъемов расплава в зоне контакта. Только после удаления или разрушения дефектных слоев в зоне контакта, когда ювенильные макромолекулы сблизятся на расстояния действия Ван-дер-Ваальсовых сил, возникает взаимодействие (схватывание) между макромолекулами слоев соединяемых поверхностей деталей. Этот аутогезионный процесс происходит на микроуровне. Он сопровождается взаимодиффузией макромолекул, обусловленной энергетическим потенциалом и неравномерностью градиента температур в зоне свариваемых поверхностей.

Итак, чтобы образовалось сварное соединение двух поверхностей, необходимо прежде всего обеспечить течение расплава в этой зоне.

Течение расплава в зоне сварки зависит от его вязкости: чем меньше вязкость, тем активнее происходят сдвиговые деформации в расплаве — разрушение и удаление дефектных слоев на контактирующих поверхностях, тем меньшее давление необходимо прилагать для соединения деталей.

Вязкость расплава в свою очередь зависит от природы пластмассы (молекулярной массы, разветвленности макромолекул полимера) и температуры нагрева в интервале вязкотекучести. Следовательно, вязкость может служить одним из признаков, определяющих свариваемость пластмассы: чем она меньше в интервале вязкотекучести, тем лучше свариваемость и, наоборот, чем больше вязкость, тем сложнее разрушить и удалить из зоны контакта ингредиенты, препятствующие взаимодействию макромолекул. Однако нагрев для каждого полимера ограничен определенной температурой деструкции Т_д, выше которой происходит его разложение — деструкция. Термопласты различаются по граничным значениям температурного интервала вязкотекучести, т. е. между температурой их текучести Т_T и деструкции Т_д (табл. 37.2).

Классификация термопластов по их свариваемости. Чем шире интервал вязкотекучести термопласта (рис. 37.3), тем практически проще получить качественное сварное соединение, ибо отклонения по температуре в зоне шва отражаются менее на величине вязкости. Наряду с интервалом вязкотекучести и минимальным уровнем в нем значений вязкости заметную роль играет в реологических процессах при образовании шва градиент изменения вязкости в этом интервале. За количественные показатели свариваемости приняты: температурный интервал вязкотекучести ΔT, минимальное значение вязкости η_min и градиент изменения вязкости в этом интервале.

По свариваемости все термопластичные пластмассы можно разбить по этим показателям на четыре группы (табл. 37.3).

Сварка термопластичных пластмасс возможна, если материал переходит в состояние вязкого расплава, если его температурный интервал вязкотекучести достаточно широк, а градиент изменения вязкости в этом интервале минимальный, так как взаимодействие макромолекул в зоне контакта происходит по границе, обладающей одинаковой вязкостью.

В общем случае температура сварки назначается, исходя из анализа термомеханической кривой для свариваемой пластмассы, принимаем ее на 10—15° ниже Т_д. Давление принимается такое, чтобы эвакуировать расплав поверхностного слоя в грат либо разрушить его, исходя из конкретной глубины проплавления и теплофизических показателей свариваемого материала. Время выдержки t_CB определяется исходя из достижения квазистационарного состояния оплавления и проплавления либо по формуле

где t₀ — константа, имеющая размерность времени и зависящая от толщины соединяемого материала и способа нагрева; Q — энергия активации; R — газовая постоянная; Т — температура сварки.

При экспериментальной оценке свариваемости пластмасс фундаментальным показателем является длительная прочность сварного соединения, работающего в конкретных условиях по сравнению с основным материалом.

Испытываются образцы, вырубленные из сварного соединения, на одноосное растяжение. При этом временной фактор моделируется температурой, т. е. используется принцип температурно-временной суперпозиции, основанный на допущении, что при данном напряжении связь между длительной прочностью к температурой однозначна (метод Ларсона-Миллера).

Методы повышения свариваемости

Схемы механизма образования сварных соединений термопластов. Повышение их свариваемости может производиться за счет расширения температурного интервала вязкотекучести, интенсификации удаления ингредиентов или разрушения дефектных слоев в зоне контакта, препятствующих сближению и взаимодействию ювенильных макромолекул.

Возможно несколько путей:

введение в зону контакта присадки в случае недостаточного количества расплава (при сварке армированных пленок), при сварке разнородных термопластов присадка по составу должна обладать сродством к обоим свариваемым материалам;

введение в зону сварки растворителя или более пластифицированной присадки;

принудительное перемешивание расплава в шве путем смещения соединяемых деталей не только вдоль линии осадки, но и возвратно-поступательно поперек шва на 1,5—2 мм или наложением ультразвуковых колебаний. Активизация в зоне контакта перемешивания расплава может производиться после оплавления стыкуемых кромок нагревательным инструментом, имеющим ребристую поверхность. Свойства сварного соединения могут быть улучшены последующей термической обработкой соединения. При этом снимаются не только остаточные напряжения, но возможно исправление структуры в шве и околошовной зоне, особенно у кристаллических полимеров. Многие из изложенных мероприятий приближают свойства сварных соединений к свойствам основного материала.

При сварке ориентированных пластмасс во избежание потери их прочности вследствие переориентации при нагреве до вязко-текучего состояния полимера применяют химическую сварку, т. е. процесс, при котором в зоне контакта реализуются радикальные (химические) связи между макромолекулами. Химическую сварку применяют и при соединении реактопластов, детали из которых не могут переходить при повторном нагреве в вязкотекучее состояние. Для инициирования химических реакций в зону соединения при такой сварке вводят различные реагенты в зависимости от соединяемого вида пластмасс. Процесс химической сварки, как правило, производится при нагреве места сварки.

Волченко В.Н. Сварка и свариваемые материалы т.1. -M. 1991

Источник