Kwartalnik PRONAR Nr 2(5)

TECHNOLOGIE
TECHNOLOGIE
ABS ABS/PC PMMA SBS CA PPO PA PC PS-GP PS-HI PSU PVC-U
ABS + + + * * *
ABS/PC + + * +
PMMA + * + * *
SBS + * *
CA +
PPO * + * +
PA +
PC + * * +
PS-GP * * + +
PS-HI * * +
PSU * +
PVC-U * +
Rodzaj tworzywa
ABS
ABS/PMMA
PMMA
CA,CB,CAB
PPA
PA
PC
PS-GP
PS-HI
PVC-U
PVC-P
PET
PE
PP
Zgrzewanie punktowe
BD
D
D
Z
D
D
D
DST
BD
DST
Z
DST
D
BD
Zestawienie kompatybilności niektórych tworzyw
+ - dobre połączenie (tworzywa zgodne)
* - możliwe połączenie (tworzywa powinowate)
puste pole – złe połączenie (brak zgodności)
Podatność tworzyw sztucznych na obróbkę ultradźwiękową
BD – bardzo dobra, D – dobra, DST – dostateczna, Z – zła
Łączenie elementów
szyberdachu do ciągnika
PRONAR 1523A
w latach 60. ubiegłego stulecia. Przyczyniło
się do tego wynalezienie lampy elektronowej,
a następnie tranzystora.
Łączenie ultradźwiękowe polega na
wprowadzeniu elementów w szybkie drgania
mechaniczne z częstotliwością ok. 20 kHz
niesłyszalnych dla człowieka. Wskutek tego
następuje nagrzewanie powierzchni styku
spajanych elementów do temperatury uplastycznienia
tworzywa. Wywierany jednocześnie
nacisk na miejsce spajania powoduje
zgrzewanie łączonych elementów. Ciepło,
niezbędne do uplastycznienia tworzywa,
wydziela się na powierzchni złącza oraz wewnątrz
zgrzewanych materiałów wskutek
tarcia cząstek polimeru wprowadzonych w
mechaniczne drgania. Czas zgrzewania ultradźwiękowego
nie przekracza 1 sekundy
i zależy od rodzaju tworzywa oraz grubości
i kształtu łączonych elementów. Cały proces
przypomina łączenie metali poprzez ich
zgrzewanie - jednak budowa spajarki ultradźwiękowej
tworzyw sztucznych wyraźnie
różni się od zgrzewarki do blach.
W trakcie procesu łączenia ultradźwiękami
można wyróżnić cztery fazy:
1. Początek topienia postępujący od
wierzchołka występu trójkątnego
wskutek skupionej energii wibracji
(szybkość topienia początkowo jest
znaczna, później maleje wskutek
wzrostu powierzchni kontaktowej
występu).
2. Część górna i dolna zostają połączone
poprzez warstewkę stopionego
tworzywa pochodzącego
3.
4.
z występu kierunkującego, która
przejściowo skrzepła wskutek kontaktu
z chłodniejszą powierzchnią
części spajanych.
Formuje się równomierna warstewka
ciekłego tworzywa przy
równomiernym rozkładzie temperatury
w obszarze spoiny.
Wibracje sonotrody wciskają nadmiar
stopionego tworzywa na zewnątrz
obszaru spoiny, następnie
wibracje ustają - i zaczyna się proces
zestalania.
Na proces łączenia mają wpływ właściwości
łączonych materiałów. Nie wszystkie tworzywa
można obrabiać ultradźwiękowo, jak
również nie wszystkie ze sobą łączyć.
Ze względu na mechanizm powstawania połączenia
do obróbki ultradźwiękowej nadają
się tylko tworzywa termoplastyczne. Spowodowane
to jest tym, że w prosty sposób
można je uplastycznić (upłynnić) przez rozgrzanie,
a po ostudzeniu zachować kształt.
Tworzywa termoplastyczne mogą posiadać
strukturę bezpostaciową (amorficzną) lub
częściowo uporządkowaną (półkrystaliczną).
Tworzywa amorficzne mają szeroki przedział
temperatur, w którym przechodzą od postaci
stałej poprzez uplastycznioną i półpłynną
do płynnej. Przy oziębianiu zachowują się
odwrotnie. Dobrze przewodzą energię ultradźwiękową.
Tworzywa półkrystaliczne mają
wąski przedział temperatur, w którym przechodzą
ze stanu stałego do płynnego i odwrotnie.
Znacznie gorzej przewodzą energię
ultradźwiękową oraz potrzebują jej więcej
do przejścia w stan upłynnienia, przez co są
tworzywami trudniej obrabialnymi metodą
ultradźwiękową.
Więź molekularna może być nawiązana
pomiędzy dwoma tworzywami, gdy
są zgodne chemicznie. Dobrze jest, gdy i
ich cechy fizyczne też są zbliżone, głównie
chodzi o to by ich temperatury upłynniania
nie różniły się od siebie więcej niż o 15°C.
Podsumowując, najlepsze wyniki zgrzewania
uzyskuje się, gdy łączone materiały są
polimerami amorficznymi o dużym podobieństwie.
W innych przypadkach proces ten
bywa możliwy, ale jest trudniejszy.
Większość elementów podlegających
łączeniu w dziale ABS łączonych jest
właśnie poprzez zgrzewanie ultradźwiękami.
Pomimo wysokiej ceny spajarek ultradźwiękowych,
Pronar zdecydował się na ich wykorzystanie
do łączenia produkowanych wyrobów
z tworzyw sztucznych. Zaowocowało
to poprawą jakości wykonywanych połączeń
z jednoczesnym obniżeniem czasu łączenia
elementów. Niebagatelne znaczenia miało
również wyeliminowanie z procesu produkcyjnego
różnego rodzaju klejów.
Jarosław Kołnier
Autor jest p.o. kierownikiem Wydziału Tworzyw Sztucznych
w Pronarze
48 KWARTALNIK PRONAR NR 2(5)/2008
KWARTALNIK PRONAR NR 2(5)/2008
49