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 1а и 16Сечения I — I. Поэтому разруше — н ие Т-образных сварных соединений происходит преимуществен­но по линии устья шва.

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 1а W 2а 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]

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.

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)

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-

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

Производство тары из полимерных пленок и листов

Особенности механических свойсть полимеров в высокоэластическом состоянии

Интервал температур, в котором можно наблюдать высокоэлас­тические свойства полимеров, равен разности температур (Т — Т) Для сетчатых полимеров верхним пределом эластических свойств является температура начала термического разложения Т, так как из-за межцепных химических связей полимер течь не может и при высоких температурах начинает разлагаться, деструктироваться, не переходя в текучее состояние Эластические свойства целесообразно рассмотреть на […]

Производство мягкой потребительской тары на фасовочно-упаковочных автоматах термоформовочного типа

Термоформовочные автоматы позволяют упаковывать любые виды продукции с использованием всех возможных методов ее по­дачи в отформованную часть тары. 11ижняятермоформованная часть из однослойного или многослойного полимерного материала являет­ся жесткой или полужесткой. Верхняя крышка отличается гибкос­тью, минимальной жесткостью. Она выполнена, как правило, из мно­гослойного материала, поэтому обладает хорошими барьерными свойствами, способностью к сварке ил и склеиванию, пригодна […]

Контакт но-тепловая сварка

Контактно-тепловую сварку нагретым ин< трументом осуществ­ляют с односторонним или л, вусторонним нагревом (рис. 4.41). Рис. 4.41. Схема контактно-тепловой сварки с од] юсторонним (а) и двусторонним (6) нагревом: 1 — нагретый инструмент; 2 — прокладки; 3 — свариваемые материалы; 4—холодный инструмент, мгн — температура нагретого инструмента; t2 — температура внешней поверхности изделия; Т —температура свариваемых поверхностей; […]