W tym opracowaniu postaram się państwu jak najbardziej przybliżyć tematykę wyszczególnioną w temacie pracy. Przedstawię również kilka przykładów sposobów łączenia tworzyw sztucznych oraz ich wady i zalety.

Wyróżniamy zasadniczo trzy sposoby łączenia tworzyw sztucznych:

1 ) Klejenie

2 ) Zgrzewanie tworzyw sztucznych

3 ) Spawanie tworzyw sztucznych

KLEJENIE

Proces ten polega na połączeniu dwóch elementów z wykorzystaniem substancji organicznej lub nieorganicznej (kleju).

Klej - substancja która dzięki swojej przyczepności (adhezji) i wewnętrznej spoistości (kohezji) łączy materiały nie wywołując zasadniczej zmiany łączonych powierzchni.

Miejsce połączenia klejem elementów nosi nazwę złącza klejowego , a warstwę kleju pomiędzy łączonymi powierzchniami nazywa się spoiną klejową.

Rodzaje klejenia:

- na zimno (< 80° C)

- na gorąco (> 80° C)

Proces przechodzenia kleju z stanu ciekłego lub plastycznego w stan stały nazywa się wiązaniem kleju i może mieć on charakter fizyczny ( odparowanie rozpuszczalnika , krzepnięcie kleju itp. ) lub chemiczny ( polikondensacja, polimeryzacja itp. ).

Głównym parametrem oceny złącza klejonego jest jego wytrzymałość , czyli naprężenie przy którym następuje zniszczenie spoiny lub łączonego materiału.

Rozróżniamy wytrzymałość :

- na odrywanie

- na ścinanie

- na oddzieranie

Klejenie jest możliwe dzięki adhezji i kohezji . Rozróżnia się adhezję mechaniczną i właściwą. Adhezja mechaniczna polega na wnikaniu kleju w mikroszczeliny łączonych elementów i mechanicznym zakotwiczaniu cząstek kleju (głównie łączenie, drewna skóry itp.)Adhezja właściwa jest wynikiem oddziaływania różnorodnych sił w wymiarze mikroskopowym ( chemicznie, fizykochemicznie, elektrostatycznie itp.) daje możliwość łączenia materiałów o gładkiej i spójnej powierzchni ( metale, szkło, tworzywa sztuczne).

Zwiększenie zdolności kleju do łączenia elementów uzyskuje się poprzez odpowiednie przygotowanie powierzchni klejonych. Polega no na usunięciu wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń mogących wpływa na adhezję ( tlenki, zanieczyszczenia mechaniczne itp.). Usuwa się je poprzez odtlenienie, trawienie, odtłuszczenie, czyszczeń mechaniczne.

Istotnym parametrem kleju jest jego zdolność zwilżania powierzchni. Zaburzyć ją może zanieczyszczenia typu tłuszczowego. Dobrym sposobem na usunięcie problemu jest odtłuszczenie w parach rozpuszczalników organicznych ( benzyna, benzen, aceton itp.).

Złącze klejowe otrzymuje się poprzez posmarowanie powierzchni łączonych klejem, złączeniu i utrzymaniu przez cały czas wiązania (twardnienia) pod naciskiem. Złączenie powierzchni powlekanych klejem rozpuszczalnikowym poprzedza się okresem wstępnego podsuszenia warstwy klejowej. W przypadku klejów termo- lub chemoutwardzalnych proces utwardzania prowadzi się ściśle z zaleceniami producenta kleju, czyli w odpowiedniej temperaturze, przez określony czas i w warunkach odpowiedniego docisku.

W przypadku spawania i zgrzewania istotną sprawą jest aby tworzywa były termoplastyczne u których podstawowym zjawiskiem tworzenia trwałego połączenia jest termodyfuzja. Warunkami odpowiedniego scalenia się powierzchni są :

- odpowiednia struktura makro cząsteczek (polimery tej samej klasy),

- lepkość w temperaturze spawania lub zgrzewania (wskaźnik MFR),

- temperatura łączonych powierzchni,

- nacisk jednostkowy,

- czas poszczególnych faz procesu,

- stan łączonych powierzchni (degradacja, zanieczyszczenia itp.).

ZGRZEWANIE

Zgrzewaniem nazywamy taki proces łączenia materiałów, podczas którego po uprzednim przygotowaniu, do odpowiedniej temperatury łączone powierzchnie, następnie dociskamy i pod naciskiem studzimy. Do podgrzewania powierzchni wykorzystujemy :

- promieniowanie (podczerwone),

- konwekcje (gorącym gazem),

- stykową wymianę ciepła (elementem zewnętrznym lub wewnętrznym)

Najczęściej stosujemy metody:

- doczołową (w tym siodłowa),

- muflową (polifuzyjna),

- elektrooporowa.

Metoda doczołowa

Polega ona na ogrzaniu końców łączonych elementów np. rur przy pomocy elementu grzejnego w postaci płyty następnie po uplastycznieniu dociśnięciu i stygnięciu pod naciskiem.

Podczas procesu materiał termoplastyczny zostaje rozgrzany od temperatury 190°C do 270°C (tworzywa sztuczne). Równie istotnym parametrem jest nacisk jednostkowy który się wacha przeważnie w granicach od 0 do 0,15 MPa .

Fazy procesu :

t1 - czas wyrównania (do powstania wypływki wyrównania o wysokości 5-10 % grubości ścianki rury `e')

t2 - czas nagrzewania

t3 - czas przestawienia (max 6 s)

t4 - czas narostu ciśnienia (ok. 1s na każdy mm grubości )

t5 - czas studzenia (1,5 min na każdy mm grubości ścianki)

t6 - czas do próby ciśnienia (8 min na każdy mm grubości ścianki)

Zgrzewarki do zgrzewania doczołowego mogą być ręczne, półautomatyczne lub automatyczne. Przypadku tych pierwszych za dobór parametrów odpowiedzialny jest operator, a co do ostatnich ogranicz się on do wprowadzenia danych wejściowych i nadzoru nad przebiegiem procesu. Zestaw do zgrzewania zazwyczaj składa się z:

- układu mocowania rur (umożliwia osiowa zamocowanie rur)

- agregatu hydraulicznego (zapewnia odpowiednią siłę docisku)

- strugarki (służy do planowania powierzchni czoła rur)

- płyty grzejnej (na rury do średnicy 500 mm; jest pokryta warstwą PTFE zapobiegającą przyleganie tworzywa)

Zalecane ciśnienie docisku, zależne od średnicy i materiału rur, operator sczytuje z specjalnej tabeli od producenta.

Podstawową metodą wykonywania instalacji wewnętrznych jest zgrzewanie muflowe.

Rysunek poniżej

Proces wygląda mianowicie tak:

1. Oczyść z kurzu, tłuszczu końce elementów przeznaczonych do zgrzewania (papier niewłóknisty zwilżony etanolem)

2. Obciąć końce rury prostopadłe do osi.

3. Skalibrować łączone elementy.

4. Sprawdzi temperaturę elementu grzejnego.

5. Oczyść element grzejny (suchy papier nie włóknisty)

6. Nasunąć złączkę na rdzeń i wsunąć rurkę do tulei (elementy grzejne).

7. Nagrzewać przez czas przewidziany tabelą.

8. Bez obrotu wysunąć nagrzewane elementy.

9. Natychmiast wsunąć złączkę na rurę bez obrotu do oznaczenia lub oporu.

10. Pod naciskiem przetrzymać przez czas przewidziany tablicą.

Dla mniejszych średnic rur (najczęściej PP), operacje wykonywane są ręcznie. Dla średnic 63 mm i więcej korzysta się ze zgrzewarek z napędem mechanicznym.

Trzecią technologią wykorzystywaną na skalę przemysłową jest zgrzewanie elektrooporowe

Zasadą tej metody jest upłynnienie powierzchni kształtki i zewnętrznej rury za pomocą druta oporowego. Wartości napięcia zasilającego i inne parametry zgrzewania są podawane przez producenta. Rury łączy się za pomocą kształtki z wewnątrz poprowadzonym drutem. Metodę można stosować wtedy gdy temperatura otoczenia ma powyżej -5°C a końce rur są suche.

Kolejność czynności :

1. Przygotować aparat i miejsce do zgrzewania.

2. Zestruga cykliną końce rur na długości większej niż połowa długości złączki lub na powierzchni styku siodełka z rurą. Podczas strugania powinien powstać wiór o grubości co najmniej 1 mm.

3. Przetrzeć wewnętrzną powierzchnie złączki oraz oba końce rur papierem nie włóknistym zwilżonym etanolem.

4. w zależności od systemu zamocowania rury z kształtką lub siodełko w uchwycie.

5. Połączyć przewody z aparatury do złączki.

6. Włączyć aparat.

7. W zależności od systemu ustawić i sprawdzić napięcie zasilania kształtki i czas nagrzewania oraz wpisać te dane do karty technologicznej.

8. Włączyć nagrzewanie kształtki.

9. Po zgrzaniu wyłączyć aparat i zdjąć przewody.

10. Na rurze oznaczyć nr zgrzeiny, czas nagrzewania datę i nr uprawnień.

11. Po wystudzeniu kształtki (1,5 min na mm grubości ścianki rury) zdiąc uchwyty.

12. Próbę szczelności można przeprowadzić po czasie nie krótszym niż 8 min na każdy mm grubości ścianki rury.

Kontrola jakości połączeń

Stosuje się następujące metody kontroli połączeń:

- ocena wizualna (metoda nieniszcząca)

- badania rentgenograficzne i ultradźwiękowe

- badania niszczące (mechaniczne doraźne; wytrzymałości długoczasowej)

W ramach oceny wizualnej dokonuje się pomiarów geometrii zgrzeiny. Szacuje się wartości średnią Bśr jako (Bmax +Bmin)/2, oraz wysokości rowka `k' pomiędzy wałeczkami. Uznaję się zgrzeinę za dobra gdy k>0!, a tolerancja szerokości nie może przekraczać 10% wartości Bśr i całkowita szerokość mieści się w zakresie 0,7 do 1,0 grubości ścianki rury.

Spawanie tworzyw sztucznych

Spawanie nazywa się proces łączenia tworzyw termoplastycznych polegający na ich uplastycznieniu i wzajemnej dyfuzji w obszarze spoiny bez wywoływania docisku łączonych elementów. Spawanie bez użycia spoiwa ogranicza się do łączenia ciężkich folii i w praktyce bardzo rzadko jest wykorzystywane, najczęściej jest zastępowane zgrzewaniem.

Dobór typu spoiny zależy od rodzaju łączonego tworzyw, grubości spawanych elementów i konstrukcji połączenia.

Wyróżniamy następujące typy spoin :

- doczołowa V bez warstwy spodniej, z warstwą spodnią

- kątowa V warstwy spodniej, z warstwą spodnią

- doczołowa 2U, X

- pachwinowa ½ V, K

Rodzaje połączeń spawanych :

A - stykowe

B - zakładkowe

C - nakładkowe

D - teowe

E - krzyżowe

F - narożne

G - przylgowe

Czynności wstępne:

- oczyszczenie z brudu łączonych elementów i spoiwa

- scyklinowanie pow. spawanych i spoiwa celem zdjęcia zewnętrznej utlenionej warstwy

- odtłuszczenie spawanych powierzchni i spoiwa rozpuszczalnikiem nieagresywnym w stosunku do tworzywa łączonych elementów

Spawanie gorącym powietrzem

Technika ta polega na doprowadzeniu do obszaru spawania materiału dodatkowego najczęściej pręta okrągłego lub trójkątnego, i uplastycznienia łączonych elementów oraz spoiwa gorącym powietrzem. Najszerzej stosuje się elektryczne podgrzewanie powietrza.

Przebieg spawania:

- przygotowanie elementów do spawania (oczyszczenie, ukosowanie i unieruchomienie)

- przygotowanie spoiwa i pistoletu do spawania

- dobór parametrów spawania ( często doświadczalnie)

- wykonanie spoiny

- ochłodzenie spoiny

- zdjęcie zacisków

- obróbka końcowa (cyklinowanie nierówności)

- odbiór jakościowy spoiny

Spawanie ekstruzyjne

Zasadnicza różnica w stosunku do spawania gorącym powietrzem polega na wprowadzeniu do spoiny tworzywa uplastycznionego w niewielkiej wytłaczarce (eksturderze).

Spawanie ekstruzyjne pozwala na uzyskanie spoin o większej wytrzymałości i jednorodności niż spawanie gorącym powietrzem. W jednym przejściu można spawać elementy o grubości do 30 mm, a wydajność uplastyczniania regulowana prędkością obrotową ślimaka wytłaczarki , dla HDPE dochodzi do 10 kg na godzinę. Prędkości spawania sięgają najczęściej 500 mm/min. Spawarki tego typu wyposażone są w różnego typu końcówki do spawania doczołowego, pachwinowego itp.

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

W GLIWICACH

WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY

METODY KSZTAŁTOWANIA

MATERIAŁÓW METALOWYCH I POLIMEROWYCH

SPRAWOSDANIE:

ŁĄCZENIE TWORZYW SZTUCZNYCH

AiR gr. 1 sekcja1

sem. VI

rok 2006/2007

---