Женская грудь - идеальная упаковка для молока!

Высокочастотная сварка

Сварка полимеров в поле токов высокой частоты (ТВЧ) основана на диэлектрическом нагреве приведенных в ко1ггакт поверхностей в результате преобразования электрической энергии в тепловую не­посредственно В1гутри самих материалов.

Основным условием для нагрева в поле ТВЧ является наличие в молекулах полимера звеньев, имеющих дипольное строение и спо­собных поля] >изоваться под действием внешнего поля. Диполями называются связанные пары равных по величине и противополож­ных по знаку зарядов. Произведение величин этих зарядов на рас­стояние между ними называется дипольным моментом. Смещение диполей под действием внешнего электрического поля называется поляризацией.

В находящемся в переменном электрическом поле полимере про­исходит ориентация диполей — положительные заряды притягивают­ся к отрицательно заряженному элекгроду, а отрицательные — к положительно заряженному. При изменении направления электри­ческого поля, т. е. при смене знака заряда на электр< >дах. и зменяется ориентация диполей, а следовательно, и ориентация у чэсткое моле­кул полимера. Препятствовать ориентации будут соседние звенья той же молекулы и друтие молекулы Энергия, затрачиваемая на пре­одоление препятствий, превращается в тепло. В процессе нагрева вязкость полимера уменьшается и условия ориентации улучшаются.

Преобразование электрической энергии в тепловую происходит по всей длине материала, поэтому потери энергии и температурные перепады минимальны

Различные i гластмассы в переменном электрическом поле на] ре — ваются не одинаково интенсивно. Способность к нагреву в ТВЧ оп­ределяется величиной потерь энергии. Ее оценивают фактором диэ­лектрических потерь к, равным произведению диэлектрической проницаемости £ на тангенс утла диэлектрических потерь tg5:

*лп=£1д5. И 14)

Диэлектричес кие показатели пластмасс при частоте 106 и температуре 493 К (40]

Высокочастотной сварке подвергаются полимеры, у которых > 0,01. Это прежде всего поливинлхлорид, поливипилиденхло — рид. п( )ливипилацетат, полиамиды, эфиры целлюлозы, полиметил — метакрилаты, Ш >лиацетаи (табл. 4 4). Следует отметить, что к^ суще — (твенно зависит от температуры и частоты колебаний.

Таблица 4.4

Материал

Диэлект­рическая проницае­мость г

Тангенс утла диэлектриче­ских потерь t Дд

Фактор по I ерь

К

Л"

Поливинилхлорид

Жесткий

2,8-3,4

0,015-0,04

0,042-0,136

Пластифици рованный

3.3-4.5

0.04-0,09

0.132-0,405

Поливинилиденхлорид

3,0-5 0

0.05-0,08

0,150-0 400

Поливипилбутираль

3,3-3,9

0,06

0.198-0,234

Поливинилацеталь

2,7

0,016

0,042

Полиамид

3,8-4,2

0,025-0,03

0,090-0,128

Ацетилпеллюлоза

3,2-7,0

0,01-0,10

0,032-0,70

Ацетобутират целлюлозы

3,2-6,2

0.01-0,04

0.032-0,248

Поли метилметакрилат

2,9-3,2

0,02-0,03

0,058-0,096

Поликарбонат

3,0

001

003

Политрифторхлорптилен

2.5-3,0

0 01

0.025-0,030

П олитетрафторэтилен

1,9-2,2

0,00025

0,000475-0,00055

Полиэтилентерефталат

3.0

0,002

0.006

Полиэтилен

2,2-2,4

0,0001-0,0004

0,00022-0,00096

Полипропилен

2.0

0.0001

0,0002

Полистирол

2,4-2,7

0Г0001 -0,002

0,00024 — 00054

Полиизобутилен

2,4-2,9

0,0005

0,0012-00015

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. 4 53).

Высокочастотная сварка

Рис 4.53. Расположение свариваемого в ГВЧ материала 1 между электродами 2 рабочего конденсатора

DT

Уравнение тепловых процессов такой системы имеет вид

A2d2T

(415) Dt dxi cp

Где Г — температура свариваемого материала на расстоянии х от свариваемой поверхности; р — удельная тепловая мощность, выде­ляемая в виде тепа при ] 1ахожлонии полимера в ТВЧ; T — время, р— плотность мат ериала

Решение уравнения (4 15) мож етбыть представлено я виде

Г Г(2г-1)™]

(4.16)

2Ля я=1

25

Где 5 — толщина свариваемого материала; X — коэффициент теп л. и — проводности.

Формула (4.16) позволяет рассчитать распределение температу — ры по толщине свариваемых материалов В начале нагрева, при f = О, все члены суммы обращаются в ноль и Т = 0 При T = со формула f4.1 G) приобретает вид

3.лп+1 (2n-l)7tx — cos —

2XnJ ^Г ‘ 26

(4.17)

Распределение температуры в этом случае происходит по пара­боле. При малом времени нагрева распределение температур близ­ко к равномерному. На свариваемых поверхностях (х — 0) выраже­ние под знаком суммы приобретает вид

П

32

(4.18)

(4.19)

1 1 1 1 и-

1+-Т+-Т+—г + Х 5 с J Ni

У 5 7 Подставляя 14.18) в (4.17), получаем

РЬ2

Х=0

2Я.

Формулы (4.16) — (4 19) позволяют решать и обратную задачу. За­даваясь температурой сварки материала (значением Гприх = 0), можно определить удельную тепловую мощность р при различном времени сварки. Из формулы (4.16) при х = 0 следует

2 ТХ

32

К

(4 20)

Л2б]’__ LP" 2§ ‘+_Le~L2s]

Тс

Объем нагреваемого материала может быть определен по формуле

V-26W., (4.21)

Где 2ft — 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 = rV = p 2Ш^р 255, (422)

Где S— фактическая площадь зоны нагрева.

Мощность Р, аккумулированная в объеме шва, будет меньше общей мощности Р. поскольку часть энергии перешла к холодным элементам:

Х=+5

(4 23)

РАкк = CPS Tdx

Подводя под знак интеграла значение Т из выражения (4 23) и интегрируя, получаем

С2

(4 24)

If

Я

2 pS6

Р = * зкк

За"

Уравнение (4.24) позволяет рассчитать Рм и определить терми — ческии коэффициент полезного действия нагрева rjr, равный отно­шению аккумулированной в шве энергии к энер! ии, выделенной в и све ьысокочасютн! .Im полем

1 акк

Пт =

(4 25)

Зависимость г]„от толщины пластифицированно1 о ПВХ приведе­на на рис. 4.54.

Кпд % 100

80 60

40 20 О

Из рисунка видно, что дя увеличения г] процесс нагрева следует вести с максимально возможной скоростью Оказывает влияние на в и тепловой режим электродов рабочего конденсатора При холод­ных электродах потери энергии в них от нагретого материала за счет теплопроводности буд^т максимальными

Высокочастотная сварка

0,1 о,

5 12 5 Толщина шва. мм

Рис. 4.54. Зависимость коэффициента полезного действия наг рева ТВЧ Or толщины пластифицированного ПВХ при различном времени нагрева / — 0,1.2 — 0,2. 3 — 0,5:4— 1.0с

По известным электрофизическим параметрам термопластов можно определить диапазон частот, при котором осуществляется

Быстрый нагрев зоны сварного шва до температуры вязкотекучего состояния:

РсД?’

Л —, (4-26)

ДЫд5-ее0£„доп

Где /— частота тока, Гц; AT/At — скорость нагрева, град/с; б0 — ди — элект рическая постоянная, равная 1 /(4р-9-104) ,Ф/м; Е т — напря­женность электрического поля в материале, В/м.

Расчеты пока зывают что для сварки терм< шластов этот диапазон частот составляет

/ -(30-150) 10" Гц.

Удельную тепловую мощность р можно определить по следующе­му соотношению

/ = ■•mm

Р = 0,55Л0~Ч1ф /Рмдоп. (4.27)

Сварку in )лимерных пленок в поле ТВЧ осуществляют преимуще­ственно по двум схемам: прессовой и роликовой (рис. 4.55).

Высокочастотная сварка

Рис. 4 55. Прессовая (о) и роликовая {б) 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

При прессовом способе свариваемый материал помещают между обкладками рабочего конденсатора и место соединения нагревают с помощью инструмента (электродов), повторяющего внешнюю фор­му шва. Кроме подвода энергии к месту сварки электроды передают на материал необходимое давление и охлаждают рго 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 пр< ггяжснных 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 сост< >янии, поэтому в процессе охлаждения может произойти его деформирование. Кроме того, ма­териал может захват ы ваться роликами в зоне разогрева, поэтому его толщина уменьшается, изменяется электрическим режим, а следо­вательно, и качество шва. Для устранения этого недостатка ограни­чивают скорость сварки, длину сварочных шьов, атакже применяют подающий механизм более сложной конструкции.

Технологические параметры нагрева и сварки упаковки (время наг рева и выдержки, давление, температура и напряженность элек­трического поля] устанавливаются экспериментально для каждого вида материала и конструкции тары и упаковки Кроме перечислен­ных выше технологических параметров на прочность сварного шва большое влияние оказывает его конечная тол щина. Утонение мате­риала в процессе сварки связано с усилием сжатия и другими пара­метрами сварки соотношением

RB

(4 28)

To,

F : 2 £о

-1

Где Р—да влеиие, 11а; 50 — толщина пленок до < :варки, см; 6j — т< члщи — на материала в зоне сварного шва, см, rj — коэффициент динамичес­кой вязкости. Па с; T — продолжительность сварки, с.

Поскольку значения t, Ь, rj можно счш ать постоянными для дан­ного типа свариваемого материала и выбранного технологического процесса, утонение в первую очередь зависит от давления.

Leave a Reply

Name (required)


Mail (required)


Website



Производство тары из полимерных пленок и листов

Свободное формование

Свободное формование происходит без касания материала заго­товки с формующим инсгрументом Этот способ применяют в основ­ном для получения тары с самыми высокими оптическими свойства­ми. Свободное формование (без оформляющего инструмента) осу­ществляется в формах особого типа — проймообразных, снабжен­ных камерой и прижимной рамой (проймой). Разогретый лист зажимают по контуру в прижимной раме пнев­матической камеры и подают сжатый воздух […]

Деформационные свойства полимеров

Рассмотрим деф< >рмационные свойства пластмасс на основе по­лимеров, находящихся в стеклообразном состоянии [10, 14, 34, 36]. Полимерные материал] >i в стеклообразном состоянии характеризу­ются отличающей их от других материалов способностью развивать при соответствующих нагрузках большие обратимые деформации. Достоинства пластических масс реализуемые в стеклообра зном со­стоянии (имеются в виду только механические свойства), можно в общих чертах охарактеризовать […]

Производство полимерных пленочных материалов методами полива, каландрования, строгания

Метод полива раствора полимера или форполимера на металли­ческую поверхность применяется для получения пленок из легкора­створимых полимеров или форполимеров, которые нестойки в рас­плавленном состоянии или разлагаются при нагревании ниже тем­пературы плавления, например ПВС, ПК, полиимиды (1,8, 44] Метод полива состоит из нескольких стадии, приготовление ра­створа полимера, пилив раствора полимера на гладкую полирован­ную поверхность; отделение растворителя от […]