Тара и ее производство - Ефремов Н.Ф.
ISBN 5-8122-0274-5
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, важнейшими технологическими процессами изготовления мягкой тары являются печать, сварка, склеивание, дозирование продукции и отрезка.
5.2. Сварка мягкой тары
Сваркой называют способ создания неразъемного соединения элементов конструкции, при котором полностью исчезает граница раздела между соединяемыми поверхностями, превращаясь в размытый переходный слой.
156
Переходный слой при сварке линейных или разветвленных полимеров образуется в результате взаимной диффузии макромолекул контактирующих материалов, находящихся в вязкоте-кучем состоянии (диффузионная сварка), или в результате химической реакции присоединения, происходящей между звеньями молекул соединяемых поверхностей (химическая сварка).
Диффузионную сварку разделяют на тепловую, осуществляемую путем нагревания, и на сварку с помощью растворителя.
Процесс диффузии зависит от физического состояния полимеров. В твердом стеклообразном состоянии даже при длительном времени контакта и значительных усилиях сжатия сопрягаемых поверхностей взаимной диффузии макромолекул не происходит, материалы не соединяются. В высокоэластическом состоянии при температурах выше Тс возникает аутоге-зионное взаимодействие полимерных цепей, главным образом их окончаний и боковых ответвлений [44]. Граница раздела между сопрягаемыми поверхностями может не исчезать, а прочность такого аутогезионного взаимодействия незначительна. В вязкотекучем состоянии (или набухшем от растворителя) макромолекулы приобретают способность свободно перемещаться в пограничных слоях и диффундировать в такой же вязкотекучий материал. Степень и скорость диффузии определяются силой межмолекулярного взаимодействия, совмещае-мостью полимеров и условиями протекания процесса. Граница раздела между поверхностями исчезает, а прочность аутогезионного соединения полимеров одинаковой природы приближается к когезионной прочности материалов. Таким образом, температура сварки должна быть выше Тпл для кристаллических полимеров или Тт аморфных полимеров, но ниже температур их деструкции. При кратковременной сварке продолжительностью 0,05-0,2 с температура может превышать температуру деструкции [16].
Другим условием осуществления процесса сварки является создание давления прижима, в результате которого поверхности сближаются на расстояние, при котором возникает межмолекулярное взаимодействие. В зоне сварки происходят процессы течения расплава полимера, обеспечивающие компенсацию неровностей и заполнение промежутков между соеди-
157
няемыми поверхностями. Реологические процессы подготавливают возможность протекания диффузии и образования качественного сварного шва. Величина давления прижима зависит от вязкости расплава полимера и температуры его размягчения. Чем выше вязкость расплава, тем больше давление прижима. Создаваемое при этом контактное давление оказывает существенное влияние на прочность сварных швов, особенно при пониженных температурах и небольшой продоляси-тельности нагрева.
По вязкости расплавов соединяемые поверхности должны быть достаточно близкими. Материалы с различной вязкостью расплавов не могут образовать прочного соединения: более вязкий материал не диффундирует в менее вязкий, а выдавливает его из сварного шва [3], Поэтому особое значение имеет равномерность разогрева соединяемых поверхностей.
Для обеспечения процесса диффузии прижим сопрягаемых поверхностей должен поддерживаться в течение некоторого времени. С увеличением продолжительности прижима прочность аутогезионного взаимодействия возрастает, стремясь к определенному пределу — когезионной прочности материала. Продолжительность процесса сварки тсв связана с температурой сварки Тсв экспоненциальной зависимостью
т™=т0ехр
(5.1)
где Tq — константа, имеющая размерность времени: идиф — энергия активации диффузии макромолекул: R — универсальная газовая постоянная.
Величина t/диф ПЭНП составляет 21 кДж/моль (5 ккал/моль), для ПВХ с различным содержанием пластификатора — от 38 до 51 кДж/моль(9-15ккал/моль) [48, Т. 3J.
Термическое воздействие на полимерный материал приводит к изменениям в его молекулярной и надмолекулярной структуре. Под действием повышенных температур при сварке протекают процессы деструкции, структурирования, окисления. При этом выделяются летучие продукты, в большинстве случаев являющиеся токсичными. Кроме того, в материале ин-
158
тенсивно развиваются релаксационные процессы, в результате которых ориентированные материалы разориентируются.
По поведению материала при сварке, объясняемому реологическими характеристиками, полимеры принято разделять натри группы [16, 17].
Первая группа — хорошо свариваемые термопласты. Их энергия активации вязкого течения не превышает 150 кДж/моль. температурный интервал вязкотекучего состояния составляет более 50°, вязкость расплава находится в интервале 102^lO5 Па - с. К ним относятся прежде всего полиолефины, которые при нагреве легко переходят в вязкотекучее состояние. Существенное различие менаду Тт и температурой деструкции позволяет широко варьировать режимы сварки.
