Газовая сварка пластмасс

Свариваемость и свойства пластмасс

Влияние молекулярной и надмолекулярной структур на процесс свариваемости

Сваривать можно контактирующие поверхности, находящиеся в пластическом состоянии. Свариваемость пластмасс характеризуется их способностью переходить в пластическое состояние при нагреве. Однако эта способность у всех пластмасс различна. Рассмотрим причины, обусловливающие в той или иной степени проявление описываемого свойства.

Пластмассы состоят из макромолекул, т. е. молекул, размеры которых велики по сравнению с размерами других органических соединений. В свою очередь, макромолекулы состоят из большого количества элементарных звеньев — мономеров.

У некоторых пластмасс связь между мономерами или цепями мономеров приводит к возникновению, пространственной решетки, т. е. к образованию пространственно-сетчатых молекул (рис. 1). Такие молекулы, в свою очередь, вследствие сил молекулярного взаимодействия образуют полимерные сетки; между ними возникают прочные связи, перемещения их ограничены. При этом до какой бы высокой температуры не нагревали пластмассу она не переходит в жидкотекучее состояние, т. е. макромолекулы разрушаются без образования текучей фазы. При нагревании на контактирующих поверхностях таких пластмасс не происходит полного или частичного взаимного проникновения молекул. Поэтому указанные пластмассы нельзя сваривать.

В зависимости от плотности полимерной сетки пластмассы описываемого строения подразделяют на эластомеры и реакто-пласты .

Другой тип пластмасс характеризуется нитеобразным соединением мономеров в молекуле. В данном случае молекулы могут разветвляться и переплетаться между собой (рис. 2). При этом они могут образовать упорядоченную структуру полимера — кристаллическую фазу или неупорядоченную — аморфную фазу. В рассматриваемых полимерах, называемых еще частично кристаллическими пластмассами, эти две фазы существуют одновременно (рис. 3 и 4).

При воздействии на такие пластмассы теплотой среда молекул значительно изменяется, что обусловливает изменение свойств материала. Дело в том, что при низких температурах энергия молекул недостаточна для преодоления действия сил молекулярного притяжения и подвижность их как бы заморожена, т. е. пластмасса находится в твердо-хрупком состоянии. Вначале с повышением температуры колебания молекул усиливаются, однако изменения их расположения еще невозможны (твердо-вязкое состояние). Лишь при достижении определенной температуры энергия молекул становится достаточной для преодоления сил межмолекулярного взаимодействия, и взаимное расположение молекул изменяется, т. е. материал переходит в высокоэластическое, а затем в пластическое состояние. У частично кристаллических полимеров для аморфной фазы эта температура называется температурой стеклования, а для кристаллической — плавления кристаллов. В основном полимер из твердого состояния в пластическое переходит постепенно, поэтому чаще всего говорят об области температур размягчения. Переход полимера в пластическое состояние сопровождается уменьшением вязкости расплава, т. е. расплав вначале обладает очень большой вязкостью (высокоэластическое состояние), затем при дальнейшем нагревании вязкость уменьшается (состояние пластичности).

Сваривать можно пластмассы с цепным строением макромолекул и переходящие при нагреве в пластическое состояние (термопласты).

На рис. 5, а, б приведены диаграммы состояния и характеристические кривые термопластов в зависимости от температуры их нагрева, с указанием областей применения и способов переработки термопластов.

При сварке соединяемые поверхности должны расплавиться, при этом молекулы освобождаются от сил межмолекулярного взаимодействия, стекаются вместе на поверхности соприкосновения, диффундируют и переплетаются (рис. 6). После охлаждения обе поверхности остаются гомогенно соединенными.