Тара и ее производство - Ефремов Н.Ф.
ISBN 5-8122-0274-5
Скачать (прямая ссылка):
162
ла значительно меньше ширины и длины шва. можно считать тепловой поток от нагревателя J направленным в одну сторону вдоль оси у. Тогда все плоскости, параллельные плоскости шва и рабочей плоскости нагревателя, будут изотермическими поверхностями. Температура этих поверхностей является функцией расстояния от нагревателя у, зависящей от времени (.
Решение задачи определения температур изотермических поверхностей должно удовлетворять основному уравнению теплопроводности Фурье для одномерного теплового потока и некоторым условиям, характеризующим эту задачу [40]:
dT d2T
=а-
2' (5-2)
dt dy
где T—температура, К; t— время: а—коэффициент температуропроводности, м2/с; у— расстояние от верхней поверхности пленки, находящейся в контакте с нагревателем, м.
Время, необходимое для достижения какой-либо заданной температуры при нестационарных тепловых процессах, обратно пропорционально температуропроводности материала. Коэффициент температуропроводности а зависит от удельной теплоемкости с, плотности р и коэффициента теплопроводности А.:
а = ^- 15.3)
Чем больше коэффициент температуропроводности, тем меньше разность температур в различных местах внутри материала при одинаковых внешних условиях его нагревания.
Теплофизические свойства термопластичных полимеров, необходимые для расчета их коэффициента температуропроводности, приведены в табл. 5.2.
При заданном начальном распределении температуры в материале, известных условиях теплообмена на его границах, а также при условии, что теплофизические свойства материала в процессе сварки остаются постоянными, можно рассчитать процесс распространения тепла. Решая уравнение (5.2), получаем выражение
163
Таблица 5.2
Теплофизические свойства термопластичных полимеров
Термопластичной полимер Температура текучести T1, "С Коэффициент теплопроводности Хт Вт/[м-град) Удельная теплоемкость с , кДж/Ікг-градҐ Коэффициент линейного термического расширения а, 10"'
ПЭНП ItO 29,2-10-* 2,10-3,84 2.2 (от Одо 50 ПС)
ПЭВП 140 40,0-10"г 2,10-3,84 5,2 (от 50 до 1С0 4C)
ПП ____—_и 170 13,8-10-3 1,92 1.4-2,0
ПС 150 12,5-10"2 — 0,6
ПММА 160-180 16.7-10"г 1.50 1.2
ПВХ 180 16,7-10-* 1,17 1,0
ПА 225-260 25.1-10'2 1.67 U
ПУ 190 31,4-10"* — 1.4
ПЭТФ 280 13,8-10г 1,04 -
ФП-4 >360 25.1 - !О"5 1,04 1,8
ФП-3 >270 5,8*10"г 0,92 -
Тн-Тс_ 2 9 -
где Тн — температура нагревателя; T0 — начальная температура материала; Тс — температура в искомой точке толщины материала с координатой у.
Правая часть выражения (5.4) представляет собой интеграл вероятности
Его числовое значение может быть найдено из таблиц теп-лофизических справочников.
Из-за низкой теплопроводности термопластов температура по толщине свариваемых деталей распределяется неравно-
164
мерно. На поверхности материала температура выше, чем в зоне сварки. Для достаточного разогрева зоны сварки температура нагревательных элементов должна быть выше температуры сварки. Скорость разогрева зависит от температуры инструмента, теплофизических свойств и толщины свариваемого материала.
Значительно улучшает условия сварки двусторонний нагрев материала (рис. 5.19, б). Он позволяет уменьшить время разогрева и понизить температуру инструмента.
Основное уравнение теплопроводности (5.2) при двустороннем нагреве принимает вид
Тн-Тс 4
^ 9nqi 25nqf
—е 0 +— е й 3 5
(5.6)
где t— продолжительность нагрева, с; 5 —суммарная толщина материала в зоне сварки, м.
Числовое значение ряда в правой части уравнения (5.6) можно определить по справочникам.
Способы получения сварных соединений разделяют на непрерывные и периодические.
При непрерывной контактно-тепловой сварке скорость перемещения материала относительно инструмента и определяется продолжительностью разогрева зоны сварки до требуемой температуры t
v = -t, (5.7)
іде I — рабочая длина нагревателя.
В процессе непрерывной сварки температура по длине нагревателя распределяется неравномерно. Передняя его часть, постоянно вступающая в контакт с холодным материалом, имеет более низкую температуру. Поэтому для нагрева свариваемого материала требуется больше времени, чем при шаговой сварке нагревателем, имеющим такую же, но равномерно распределенную температуру.
165
По конструктивному исполнению сварочного узла непрерывную контактно-тепловую сварку подразделяют на роликовую и ленточную. При роликовой сварке соединяемый материал пропускают через пару вращающихся нагретых роликов, один из которых прижимается с усилием, обеспечивающим требуемое контактное давление сварки (рис. 5.20}. Ширина получаемого сварного шва задается шириной рабочей части роликов. Рабочая поверхность роликов может быть гладкой или рифленой с различным профилем. Ролики могут быть достаточно широкими в виде валиков, с углублениями различной конфигурации под упаковываемый штучный материал.
Ленточная сварка позволяет производить охлаждение свариваемого шва перед снятием давления. Схема ленточной сварки приведена на рис. 5.21- Зона сварки расположена между двумя парами соосно установленных вращающихся валов, на которые надеты две непрерывные кольцевые металлические ленты 2. Между ними подается свариваемый материал 1. Сварка осуществляется между нагревательными губками 3, передающими через ленту определенное давление сварки. Затем между охлаждающими губками 4 под давлением происходит охлаясдение сварного шва.
