Женская грудь - идеальная упаковка для молока!

Расчет и испытания сварных соединений

Основными типами сварных соединений полимерных п леночных материалов являются стыковое, нахлесточ ное, Т-образное nyi ловое. Помимо геометрической характеристики способа сопряжения по­верхностей тип сварного соединения характеризует и форма кро­мок соединяемых деталей. Кромки мо1утбыть прямыми, с односто­ронним или двусторонним скосом

Сварные швы характеризуют способом выполнения сварки, тех­нологическими и конструктивными особенностями, односторонняя и/л двусторонняя сварка, наличие одной или двух дополнительных накладок, их размеры, а также размеры сварного шва — ширина (Ь) и длина (/).

Для некоторых методов сварки наиболее широко применяемых по­лиэтиленовых п ленок толщиной 30 — 500 мкм конструктивные особен­ности сварных о )едпнении и швов стандартизованы OCT 1.41117 — 87 В этом стандарте приняты следующие условные обозначения мето­дов сварки: 1Т — газовыми теплоносителями без присадки, К — кон­тактно-тепловая: КТИ — термоимпульсная; ИК — инфракрасным излучением: ЭП — экструдируемой присадкои

Указанные в стандарте соединения мог>т быть выпо лнены также с помощью других способов сварки и с использованием других ма­териалов Так, соединения типа С3 — С8, Н — Н3, i, — Р5 выполняют ультразвуковой или высокочастотной сваркой. В качестве материа­лов применяются пленки, хорошо свариваемые данным способом, по. липропиленовые, поливин илхлоридные, полиэтилентерефталат — ные, полиамидные ит д.

В нагруженных силовых конструкциях мягкой тары использу­ются высокопрочные армированные пленки толщиной 0,5 —1,5 мм

Они представляют собой ткани из различных материалов, на кото­рые с одной или двух сторон нанесено пленочное покрытие из по­лиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полиамида и дру­гих термопластов.

Основные типы сварных соединений из таких армированных пленок, выполненные контактно-тепловой прессовой сваркой, оп­ределены ОСТ 102.47 — 78. В нем установлены условные изображе­ния и обозначения нахлесточных и Т-образных типов сварных со­единении, конструктивные элементы и размеры свариваемых дета­лей и швов.

К особенностям сварных соединений из армированных пленок (за исключением соединения Нг| следует отнести требование за- плавлени я кромок швов слоем терм< > пласта Этот слой герметизиру­ет шов и образует плавный переход к основному материалу. Т< шци — на материала шва д< >лжна бытт не менее одинарной толщин ы свари­ваемой пленки.

Сварные соединения армированных пленок могут быть выпол­нены и другими видами сварки, например термоимп у:ьсной, высо­кочастотной прессовой, ультразвуковой. Кроме того, могут быть ис­пользованы и другие многосл< >иные материалы с односторонним или двусторонним термопластичным покрытием, хорошо свариваемым данным методом.

При проектировании сварной конструкции мягкой тары из поли­мерных пленочных материалов возможны два принципиальных ре­шения

1) прочность сварн ого соединения не ниже прочности основных материалов:

2) прочность сварного соединения ниже прочности свариваемых элементов, поэтому несущую способность конструкции мягкой тары определяет сварное соединение.

Расчет сварных соединении на прочность выполняют с учетом только рабочих напряжений в швах. Напряжения, возникающие вследствие совместных деформаций основного материала и шва, а также остаточные напряжения не учитывают, хотя при разработке технологии изг отовления сварных конструкции мягкой тары влия­ние их следует иметь в виду.

11рочность сварных соединений полимерных пленок, полученных при использовании оптимальных методов и режимов сварки, опре­деляется главным образом свойствами полимерного материала и характером распределения напряжений при работе соединения.

Исследования напряжении в наиболее часто применяемых при про­изводстве мягкой тары нахлесточных иТ-образньи сварных соеди­нения х показали следующее.

В яахлесточном соединении (рис. 4.59. а) в сечении I — I по основ­ному материалу при растяжении возникают равномерно распреде­ленные напряжения ор. В сечении II — II по сварочному шву напря­жения сгш также распределены равномерно: аш2а = о].. , но напряже­ния в шве меньше, чем напряжения в основном материале: о… < сгр. В сечении III — Ш по околошовной зоне напряжения в точках За и 36 Различаются между собой по величине. Максимальное напряжение характерно для точки За в месте резкого изменения размера попе­речного сечения при переходе от околошовной зоны к шву. Поэтому разрушение нахлесточных сварных соединений в основном проис­Ходи г в околошовпой зоне и начинается уточки За, а их прочность всегда несколько уступает прочности основного материала

В Г-образных сварных соединениях (рис. 4.59,6) в сечении I — I по основному материалу также возникают равномерно распределен­ные растягивающие напряжения сгр. В сечении II —II по носкости сварки напряжения распределены неравномерно. Максимальное напряжение, значительно превышающее <т, наблюдается в точке 2а, расположенной в устье шва Это место является концент{ вто­ром напряжения типа надреза. Напряжение в точке 26Равно ну. мо. Напря жения в точках За и 36 сечения III — III меньше, чем в точке 2а, но больше, чем в точках и 16Сечения I — I. Поэтому разруше — н ие Т-образных сварных соединений происходит преимуществен­но по линии устья шва.

Расчет и испытания сварных соединений

Рис. 4 59 11ахлесточное (а) и Т-образное (Л) соединения

Полимерных пленочных материалов мягкой тары и характер распределения напряжений в сварных швах

Значения ко эффициентов концентрации напряжении К^, в раз­личных точках сварных соединений приведены в табл 4.5.

Таблица 45

Значения коэффициентов концентрации напряжений К в различных точках сьарьых соединении полимерных пленочных материалов

Тип соединения

W

26

За

36

11ахлесточное

1,0

1.0

0.4

0.4

1,3

1.0

Т об] >азное

10

1.0

1,8

0,0

1,2

1 3

Величину Кк определяли как отношение напряжения в различ­ных точках сварного шва к напряжению в основном материале:

^к = —• (4 37)

Gp

Значительное влияние на прочность сварного соединения оказы­вает утонение свариваемого материала в зоне шва (рис 4 60, а) Уто­нение материала в нахлесточных соединениях, работающих на сдвиг, значительно снижает прочность, поскольку нагрузку воспринимает сильно ослабленное сечение а-а (рис. 4.GO, Б. Кроме того, в месте перехода от утолщения 2 к тонком}* шву создается дополнительная конце] [трация напряжений, что также приводит к ослаблению свар­ного соединения. Утонение в Т-образных соединениях, работающих на раздир, повышает п рочность. так как нагрузку воспринимает утол­щенная часть соединения 2 (рис 4 60, я)

Дя нахлесточных сварных соединений расчетную (эксплуата­ционную) нагрузку (у< илие) Pj определяют из соотношения [G 14]

Расчет и испытания сварных соединений

Рис. 4.60 Схема утонения шва и образования нап ывов в ок ол« шовной зоне в процессе сварки (о) и влияния наплывов на испытания нахлесточных (о) и Т-образных (в) сварных соединений

——— — [ i 1, (4 3В)

0,1 Ы 1 CAj

Где Ъ и I — ширина и длина шва соответственно; [т J — допустимое на! [ряжение сдвига (среза) f

I/- СА С

—— > (4.39)

Л *

Где т — нормальное разрушающее напряжение сдвига (среза) для

СД

Основного материала, Кс — относительная прочность сварного со­единения; п — коэффициент запаса прочности.

Относительную прочность сварного соединения определяют как отношение разрушающего напряжения сварного шва т к разру­шающему напряжению основного материала*

К = (4.40)

Экспериментально установлено [6,14], что при контактно-тепло­вой сварке нахлесточных соединении ПЭ6Д. НЭНД и ПП К > 0,9. Для некоторых видов сварки значения Кс приведены в габл.4.6.

ОкН

Коэффициент запаса прочности п зависит от вида прикладывае­мой к упаковке нагрузки, изменении рабочей температуры, агрес­сивности внешней и внутренней среды, климатических и других ус­ловий эксплуатации. Значения коэффициента п для сварных соеди­нений некоторых термопластов приведены в табл. 4.7 и 4 8

Таблица 4 6

Относительная прочность сварного соединения Кс в зависимости от способа сварки и температуры окружающей среды

Способ сварки

Материал

Относительная прочность

Кратк< >времен] гая

Длительная

20 °С

60 "С

20’С.

60 °С

Газовым теплоносителем

ПВХ

0,6

0.4

0,4

ПЭНД

0,6

04

0,4

ПП

0.6

0,4

0,4

Контактная тепловая

Г1ВХ

0.8

06

ПЭНД

0,8-1,0

0,8

0,8

ПП

08- 1.0

0,8

08

Способ сварки

Материал

Относительная прочность

Кратковременная

Длительная

20 °С

60 "С

20 °С

60 *с

Экструдируемой присадкои

ПВХ

ПЭНД

0,7

05

0.5

ПП

Таблица 4.7

Коэффициенты запаса прочности л сварных соединений для конструкций из винипласта

Условия эксплуатации

Л — 1-7-1,4

Л = 1,5 2,2

Л = 2,3 + 3

Механическая нагрузка

Статическая

Статическая

Динамическая

Рабочая температура

Постоянная

Постоянная

Переменная

Среда

Неагрессивная

Неагрессивная

Агрессивная

Климатические условия

В помещении

На открытом воздухе

На открытом воздухе

Максима льная деформация сварных соединении еСв не должна

Превышать допустимую деформацию еДоп:

£

FcB ^ еАОП = —■ (4.41)

Л£

Где е — граничная деформация; nt—коэффициент запаса допусти­мой деформации.

Значения г. и L Дя некотс »рьгх термопластов приведены в табл 4.8.

Таблица 48

Коэффициент запаса прочноггги пе для сварных соединений из термопластов исходя из требований прочности и допустимой деформации

Условия эксплуатации

ПВХ, л

ПКХ, л

К = °’8>

ПЭВД л

ПП, л К = 2.5)

I

2,5

0,7-1

1.3-1,5

1.5-1,7

Условия эксплуатации

ПВХ. л

IIBX, л

К =

ПЭВД, л

ПП, л (егр = 2,5)

II

3,4

1 —1.1

1,5-1,8

1.8-2

III

5

1,3

2-2,2

2.2-3

Условия эксплуатации в табл 4.8 классифицируются следующим образом:

I. Окружающая среда — воздух; статическая нагрузка при нор­мальной температуре и небольшом давлении, конструкция простой формы; в случае отказа конструкции опасность для окружающего персонала и оборудования от< утствует

II. Статическая нагрузка при переменной температуре и среднем давлении; конструкция простой формы; в случае отказа конструк­ции опасность отсутствует.

III. Изменяющаяся нагрузка при переменной температуре и вы­соком давлении; наличие сред, не оказывающих химического воз­действия, конструкция сложной формы; в случае отказа конструк­ции имеется опасность для персонала, окружающих устройств.

Разрушающее напряжение сдвига нахлесточного соединения определяют по результатам испытаний на растяжение по формуле

Рр

Где Рр — разрушающее усилие.

Процесс изготовления мягкой тары совмещен с процессом за­полнения ее продукцией Поэтому на сварные шьы могут попадать частицы заполняемого продукта. Особенно часто это встречается при заполнении тары жидко и и порошкообразной продукцией На рис. 4.61 показаны стадии получения мягкой тары типа «пакет» с одним продольным и двумя поперечными швами и заполнение ее продукцией. Заполненная дозой продукта цилиндрическая пленоч­ная заготовка с продольным и нижним сварными швами подается вниз на расчетное расстояние (рис. 4 61, а). После этого встречным движением сварочных электродов горизонтального шва приводят­ся в соприкосновение противоположные стороны цилиндрической пленочной заготовки (рис. 4.61, б). Из-за негерметичности дозиру­ющего устройства в зону сварного шва могут попадать частицы за­полняемого продукта.

Расчет и испытания сварных соединений

Рис 4 61. Схема совмещенных процессов изготовления м Я1 кой тары и зал< >лнения ее продукцией

При сварке продольного шва происходит укупоривание запол­ненного нижнего пакета и оформление нижнего шва верхней заго­товки пакета. Горячие участки полимерн< >и пленки, прилегающие к свариваемым швам, контактируют с продуктом (рис 4.61, в), поэтому швы и околошовная зона могут содержать вплавления продукта, яв­ляющиеся концентратором напряжении и снижающие прочность упаковки. После завершения сварки горизонтальный шов разреза­ется (рис. 4.61, г), упа кованная продукция отделяется, а верхняя ци­линдрическая заготоька заполняется дозой продукта и процесс по­вторяется.

Существует и другой механизм снижения качества и уменьше­ния прочности сварного шва под влиянием упаковываемой продук­ции. После завершения процесса сварки нижний шов заготовки мяг­кой тары имеет расчетную ширину (рис. 4,62).

Под действием веса упакованной продукции горячий сварной шов деформируется и в некоторых местах может иметь меньшую шири­ну Ь2:Ь, >Ь2.

Оба механизма сшиж ени я каче< тва и уменьшения прочности свар­ных швов зависят от свойств материала мягкой тары и упаковывае­мого продукта. Интенсивность их взаимодеиствия можно оценить коэффициентом сниженич прочности сварного шва под действием упаковываемого продукта:

*уп=— , (4.43)

Расчет и испытания сварных соединений

Рис. 4 62 Влияние упаковываемой продую щи на каче< :тво

Свар] [ых соединений: а — сварка шва и одновременное заполнение продукцией; б — качественный сварной шов, в — влияние продукции па качество шва

Где о■ — прочность шва под воздействием упаковываемого проду к — та; аш — прочность чистого сварного шва

О влиянии различных упаковываемых продуктов на прочность сварных швов мягкой тары из некоторых полиолефинов можно су­дить по табл. 4.9.

Таблица 4 9

Влияние упаковываемой продукции на прочность сварных швов мягкой тары из полиолефинов [53]

У пакоьы ваемая продукция

Материал мягкой тары

Ламинат ОРА/EXACT

EXACT

LLDPE

Проч­ность, Мбар

*vn

Проч­ность, Мбар

Проч­ность, Мбар

Вез продукта

920

1,00

125

1,00

156

1.0

Смазочное масло

955

1,04

Кофе

925

1,01

Расти гелыюе масло

900

0,98

Вода

890

0,97

121

0,97

162

1.04

Мыл! .ный рас гвор

875

0,95

Спирт

720

0,78

Лимонный сок

650

0,71

Упаковываемая продукция

Материал мягкой тары

Ламинат ОРА/НХА ZT

EXACT

LLDPE

Проч­ность, Мбар

К

Ун

Проч­ное гь, Мбар

К

Уп

I Точ­ность, Мбар

Апельсиновый сок

610

0,66

Молоко

590

0,64

120

0.96

0

0

Воздух

120

0 96

143

0,92

Оливковое масло

Ш

0,90

147

0,94

Томатный сок

125

1,00

152

0,97

С учетом коэффициента снижения прочности сварного шва Г. п под действием упаковываемого продукта уравнение (4.39) будет иметь вид

— (4,44)

В тех случаях, когда прочность сварного шва соизмерима с проч­ностью основного материала, мягкую тару испытывают на разруше­ние избыточным давлением сжатого воздуха (рис. 4.63). Мя] кую тару 8 помещают на н еподвижн ую опору стенда 1, с помощью подвижно­го кронштейна 2 к ней подводят прибор для испытаний 5. Заострен-

Расчет и испытания сварных соединений

Ным наконечником штуцера 6 протыкают стенку мя гкой тары и с помощью линии 3 подаю! сжатый воздух. Герметизацию между шту­цером в и мягкой тарой осуществляют с помощью уплотнительных прокладок 7 Регистратор 4 фиксирует давление в мягкой таре.

Давление разрушения может служить критерием оценки каче­ства сварных соединений, определять влияние процесса сварки на околошовную зону, а также оптимизировать технологические режи­мы изготовления мягкой тары (рис. 4.G4).

0

Leave a Reply

Name (required)


Mail (required)


Website



Производство тары из полимерных пленок и листов

Стабилизаторы

Стабилизаторами называют вещества, используемые в качестве компонентов полимерных композиций для повышения устойчивос­ти к действию различныхфакторов (тепла, радиации — кислорода, озо­на, многократного нагружения и пр ) в условиях производства, хра­нения и эксплуатации тары Они делятся на антиоксиданты. анти — озонанты, антирады и светостабилизаторы Ан гиоксилантами и ант иозонантами называют вещества, повы­шающие устойчивость полимеров соответственно к действию […]

Режимы калибровки и полировки

Глэдильное устройство состоит из смонтированных на станине валков и ножей для обрезания кромок. Зазоры между валками могут изменяться Температура валков регулируется Гладильные валки охлаждают и полируют заготовку. Верхний и нижний валки каландра являются калибрующими. Раз — ноголшинная. листовая заготовка, проходя в строго фиксирован — ны й зазор между валками, выходит из него, имея одинаковую толщи­ну. […]

ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ И ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

От способа производства полимерных пленок зэеисят многие их свойства в особенности физико-механические и технологичес кие, а также экономические показатели Как правило, для каждого поли­мера оптимальным и наиболее часто применяемым на практике яв­ляется какой-либо один метод получения пленки, но в ряде случаев встречаются и различные методы. Более того, и в одинаковых мето­дах могут быть использ< >ваны […]