Тара и ее производство - Ефремов Н.Ф.
ISBN 5-8122-0274-5
Скачать (прямая ссылка):
электродами 2 рабочего конденсатора
метить» что кДГ| сильно зависит от температуры и частоты колебаний.
Под воздействием ТВЧ тепловая энергия выделяется в массе полимера. С ростом температуры свариваемого материала поток тепла устремляется к сварочным электродам, имеющим температуру окружающего воздуха (рис. 5.31). Уравнение тепловых процессов такой системы имеет вид [43]
dT = a2d2T р_ dt djc2 ср
(5.15)
Решение уравнения (5.
где T—температура свариваемого материала на расстоянии хот свариваемой поверхности; р — удельная тепловая мощность, выделяемая в виде тепла при нахождении полимера в ТВЧ; t — время; р — плотность материала. 15) может быть представлено в виде
2Ая"
COS
26
1-е L
(2п-1)ллг 2*
H
(5.16)
где 5 — толщина свариваемого материала; А. — коэффициент теплопроводности.
Формула (5.16) позволяет рассчитать распределение температуры по толщине свариваемых материалов. В начале нагрева, при t = О, все члены суммы обращаются в ноль и T= 0. При t = » формула (5.16) приобретает вид
2
- 32р52?, ,.(n+i) _ (2п-1)тис
178
Распределение температуры в этом случае происходит по параболе. При малом времени нагрева распределение температур близко к равномерному. На свариваемых поверхностях (.v= О) выражение по знаком суммы приобретает вид
.3
те
32
(5 Л 8]
Подставляя (5.18) в (5.17), получаем
2Х
(5.19)
Формулы (5.16)-(5.19} позволяют решать и обратную задачу. Задаваясь температурой сварки материала (значением T при X = 0), можно определить удельную тепловую мощность р при различном времени сварки. Ил формулы (5.16) при х= 0 следует
P =
ITX
1-
32 ті3
па 25
З4 54
5ла
~25~
-1
.{5.2O)
Объем нагреваемого материала может быть определен по формуле
V = 2&bl
(5.21)
где 28 — общая толщина шва; b — фактическая ширина зоны нагрева; I — фактическая длина зоны нагрева.
Общая мощность или скорость преобразования электромагнитной энергии в тепловую во всем объеме сварного шва составляет
P = ру = р 2&Ы = p-25St
(5.22)
где S — фактическая площадь зоны нагрева.
Мощность Ракк, аккумулированная в объеме шва, будет меньше общей мощности Р, поскольку часть энергии перешла к холодным элементам:
179
Ракк=фЗ J Tdx. x=-6
(5.23)
Подводя под знак интеграла значение T из выражения (5.23) и интегрируя, получаем
P =
1UKK
2pS&'
За'
1
96v
+
1
Зла 2?
J +
1
(5.24)
Уравнение (5.24) позволяет рассчитать Ракк и определить термический коэффициент полезного действия нагрева п,т, равный отношению аккумулированной в шве энергии к энергии, выделенной в шве высокочастотным полем:
TIx =
акк
(5.25)
кпд.%
100
0.1 0,2
0.5 1 2 5 Толщина шва, мм
Рис. 5.32. Зависимость коэффициента полезного действия нагрева ТВЧ от толщины пластифицированного ПВХ при различном времени нагрева: 1-0,1:2- 0,2; 3 - 0,5; 4-1,Oc
Зависимость г|т от толщины пластифицированного ПВХ приведена на рис. 5.32. Из рисунка видно, что для увеличения т}т процесс нагрева следует вести с максимально возможной скоростью. Оказывает влияние на т[т и тепловой режим электродов рабочего конденсатора. При холодных электродах потери энергии в них от нагретого материала за счет теплопроводности будут максимальными.
По известным электрофизическим параметрам термопластов можно определить диапазон частот.
180
при котором осуществляется быстрый нагрев зоны сварного шва до температуры вязкотекучего состояния:
f рсДТ
(5,26)
где J— частота тока, Пд; AT/At — скорость нагрева, град/с; є0 — диэлектрическая постоянная, равная 1/(4л ¦ 9 - 109)Р Ф/м: ^м.доп — напряженность электрического поля в материале, В/м.
Расчеты показывают, что для сварки термопластов этот ди -апазон частот составляет
/ = (30+150)-100 Гц.
Удельную тепловую мощность р можно определить по следующему соотношению [4Oj:
p=0,55-10~8etg8/E?
ДОП'
(5.27)
Сварку полимерных пленок в полеТВЧ осуществляют преимущественно по двум схемам: прессовой и роликовой (рис. 5.33).
а
Рис. 5.33. Прессовая (а) и роликовая (6) высокочастотная сварка полимерных пленок: 1 — свариваемые материалы; 2 — высокопотенциальный ролик; 3 — заземленный ролик; 4 — генератор высокой частоты; 5 — рабочий инструмент; 6 и 7 — обкладки рабочего конденсатора (6 — высокопотенциальная,
7 — заземленная); 8 — сварной шов
181
При прессовом способе свариваемый материал помещают между обкладками рабочего конденсатора и нагрев места соединения осуществляют с помощью инструмента (электродов], повторяющего внешнюю форму шва. Кроме подвода энергии к месту сварки электроды передают на материал необходимое давление и охлаждают его поверхности. Преимуществом прессового способа является равномерный нагрев свариваемого материала за один прием и при одном режиме, что обеспечивает высокое качество сварки швов.
Роликовый способ служит для получения протяженных непрерывных швов. Сварка материалов производится двумя вращающимися в противоположном направлении электродами — роликами, один из которых соединен с высокопотенциальным выводом генератора, а другой заземлен.
При всей простоте способ имеет ряд существенных недостатков, которые ограничивают его применение. При непрерывной высокочастотной сварке особые трудности возникают во время охлаждения шва: материал не успевает охладиться под давлением. Шов выходит из-под роликов в еще нагретом состоянии, поэтому в процессе охлаждения может произойти его деформирование. Кроме того, материал может захватываться роликами в зоне разогрева, поэтому его толщина уменьшается, изменяется электрический режим, а следовательно, и качество шва. Для устранения этого недостатка ограничивают скорость сварки, длину сварочных швов, а также применяют подающий механизм более сложной конструкции.
