Tworzywa sztuczne - A
ączenie elementów
KLEJENIE
Klejeniem nazywamy łączenie materiałów za pomocą kleju. Klej to substancja organiczna lub
nieorganiczna mająca właściwości trwałego łączenia materiałów. Wielość tworzyw, ich
różnorodność struktury, powierzchni i własności powodują, że ich klejenie nie jest proste. Niektóre
tworzywa mogą być klejone tylko z użyciem dodatkowych chemicznych, fizycznych lub
mechanicznych środków i procedur.
Istota klejenia oparta jest na dwu podstawowych zjawiskach. Są to:
Adhezja Kohezja
(przyczepność powierzchni granicznych) (wewnętrzna wytrzymałość warstwy kleju)
Podstawy procesów klejenia
Kleje - podstawowym ich składnikiem jest spoiwo ( lepiszcze ), czyli substancja nadająca skleinie
przyczepność do łączonych powierzchni i wymaganą wytrzymałość mechaniczną. Poza tym, kleje
mogą zawierać substancje pomocnicze, jak rozpuszczalniki napełniacze itp. Kleje dzielimy według
różnych kryteriów. Istotne znaczenie ma jednak z przetwórczego punktu widzenia podział klejów
ze względu na:
Do sporządzania klejów można używać tylko tych polimerów, które mają znaczną adhezje do
materiałów łączonych i odpowiednią kohezje po utwardzeniu lub zestaleniu. Kleje muszą się
odznaczać małym napięciem powierzchniowym w chwili zwilżania powierzchni materiału.
Klejalność zwiększa obecność w kleju grup silnie polarnych. I tak:
- w polimerach fenolowych i epoksydowych grupą silnie polarną jest grupa -OH
- w polimerach mocznikowych i melaminowych takimi grupami są =CO i -NH2
- w polimerach poliestrowych grupą polarną jest -C-O-
- w polimerach chlorokauczukowych C-CL
Kleje dzielimy według różnych kryteriów. Istotne znaczenie ma jednak z przetwórczego punktu
widzenia podział klejów ze względu na:
Istotę przechodzenia ze stanu ciekłego lub plastycznego w stan stały
- Kleje utwardzalne (zestalające się poprzez ochładzanie)
- Kleje rozpuszczalnikowe (zastalające się na skutek odparowania lub absorpcji rozpuszczalnika)
Temperaturę utwardzenia lub zestalenia
- Kleje przechodzące w stan stały w temp. normalnej - kleje na zimno
- Kleje przechodzące w stan stały w temp. podwyższonej (na ogół do 250 oC) - kleje na gorąco
Stan skupienia przed powleczeniem powierzchni materiału
- Kleje ciekłe
- Kleje plastyczne
- Kleje stałe (proszek, granulat, pałeczki, folie - błony)
1
Wytrzymałość połączeń klejowych
Wytrzymałość połączenia klejowego zależy od wielu czynników, z których najważniejsze to:
- rodzaj kleju
- przygotowanie warstwy wierzchniej do łączenia
- warunki utwardzenia lub zestalenia kleju
- rozwiązania konstrukcyjne połączenia
- wartość, sposób i czas działania obciążenia
Stosowanie obciążeń złącz klejowych
Na ogół połączenia klejowe wykazują największą wytrzymałość na ścinanie i odrywanie.
Obciążenia oddzierające oraz zginające w przypadku połączeń doczołowych znacznie zmniejszają
wytrzymałość połączeń. W związku z tym połączenia klejowe konstruuje się tak, aby przenosiły w
największym stopniu obciążenia ścinające i odrywające, w najmniejszym zaś - oddzierające i
zginające. Dąży się również do tego aby naprężenie w sklenie było jak najmniejsze. Można to
osiągnąć przez:
- powiększenie pola powierzchni klejonych
- zaprojektowanie odpowiedniego stanu obciążeń w połączeniach
Podstawowe rodzaje obciążenia połączeń klejowych: a) na
odrywanie, b) na ścinanie, c) na oddzieranie, d) na ściskanie, e) na
ścinanie ze zginaniem
Konstrukcja połączeń klejowych
Na rysunkach pokazano przykłady rozwiązań konstrukcyjnych połączeń klejonych z podaniem w
każdym przypadku korzystnych i niekorzystnych kierunków obciążenia połączenia.
Połączenia klejowe teowe i kierunki ich obciążeń: 1-
niedopuszczalny, 2-dopuszczalny, 3-najwłaściwszy
Połączenia klejowe rur i kierunki ich obciążeń: a) doczołowe, b)
zakładkowe walcowe, c) nakładkowe zewnętrzne, d) nakładkowe
wewnętrzne; 1-niedopuszczalny, 2-dopuszczalny, 3-
najwłaściwszy
2
Technologia klejenia tworzyw
Tworzywo sztuczne łączyć można za pomocą następujących technik klejowych:
- łączenie za pomocą rozpuszczalników
- zastosowanie klejów w postaci cieczy, past lub błon
Niekrystaliczne, bezpostaciowe tworzywa termoplastyczne można łączyć ze sobą za pomocą
odpowiednich rozpuszcalników roztworów polimeru w rozpuszczalnikach lub kompozycji
monomerów. W przypadku łączeń dwóch różnych tworzyw sztucznych zaleca się stosowanie
roztworów polimerów w rozpuszczalnikach. Elementy z tworzyw sztucznych, którym nadano
kształt w formach metalowych, należy zawsze płaskować lub szlifować w celu usunięcia środków
rozdzielających, zmniejszających wytrzymałość łącza. Przy klejeniu laminatów należy w miarę
możności usunąć jedną warstwę materiału w miejscu sklejenia. W tym celu wciska się cienki nóż
pod warstwę laminatu, oddziera odpowiedni fragment i odrywa.
Przede wszystkim przed użyciem kleju należy go odpowiednio przygotować. Sporządzenie kleju
utwardzalnego polega najczęściej na zmieszaniu składników kleju w potrzebnych proporcjach i w
odpowiedniej kolejności. Sporządzenie kleju w stanie stałym polega głównie na suszeniu, a gdy klej
ma postać folii ( błon ) na wycięciu wykrojów o wymiarach i kształcie odpowiadających
połączeniu. Powierzchnie przeznaczone do klejenia powinny być pozbawione zanieczyszczeń
utrudniających ich zwilżanie przez klej. Wskazane jest także schropowacenie podłoża celem
zwiększenia przyczepności kleju. W przypadku elementów z polimerów utwardzalnych -
duroplastów stosuje się często oczyszczanie papierem ściernym. Powlekanie klejem powierzchni
odpowiednio przygotowanej odbywa się za pomocą ręcznych narzędzi pracy, takich jak pędzle,
bagietki, łopatki, bądz
za pomącą maszyn zwanych powlekarkami. Po naniesieniu kleju ściska się
łączone elementy celem ich wzajemnego unieruchomienia oraz dokładnego przylgnięcia klejonych
powierzchni. Folie łączone klejami o dużej przyczepności wystarczy tylko przewalcować wałkiem
gumowym. Wyroby o skomplikowanym kształcie skleja się zazwyczaj w odpowiednich formach.
Przebieg procesu klejenia jest zdeterminowany przez:
- temperaturę - temp. klejenia zależy przede wszystkim od temp. polimeryzacji lub topnienia
użytego kleju, temp. topnienia albo mięknienia mat. łączonych oraz od żądanych właściwości
połączenia
- czas - czas klejenia określonym klejem zależy od temp. klejenia
- nacisk - wywierany podczas klejenia powinien zapewniać właściwy przebieg procesu
polimeryzacji, dokładne przyleganie do siebie łączonych części oraz optymalną grubość skleiny.
Wartość nacisku zależy od tego czy klej przechodzi w stan stały w wyniku polimeryzacji
kondensacyjnej ( 1 MPa ) czy w inny sposób ( 0,05 Mpa ).
Aby otrzymać prawidłowe sklejanie łączonych części należy przestrzegać podanych poniżej
zaleceń:
- powierzchnie wyczyścić z brudu, kurzu, resztek farby i innych ciał obcych
- powierzchnie zmatowić przez szlifowanie papierem ściernym
- powierzchnie gruntownie odtłuścić. Nadają się do tego np. aceton, alkohol, rozpuszczalnik nitro
- powierzchnie klejone wysuszyć
- przygotowanych do klejenia powierzchnie nie dotykać dla uniknięcia przeniesienia tłuszczu ze
skóry na tworzywo
- klej nanieść równomiernie i cienką warstwą
- niedopuszczać do zabrudzenia brudem lub kurzem świeżo pokrytych klejem
- prace takie jak szlifowanie itp. przerwać, do czasu aż uzyska się wystarczające połączenie
Klejenie tworzyw sztucznych
Praktycznie wszystkie dostępne obecnie tworzywa sztuczne można z powodzeniem łączyć za
pomocą klejów. Niektóre tworzywa sztuczne można skleić o wiele łatwiej od pozostałych.
Powierzchnię wielu tworzyw należy przygotować do klejenia tylko przez piaskowanie, podczas gdy
3
niektóre inne tworzywa wymagają chemicznej obróbki powierzchni w celu uzyskania dobrego
zwilżenia.
Rozpuszczalniki
Rozpuszczalniki odgrywają poważną rolę przy klejeniu tworzyw sztucznych zarówno wówczas,
gdy pożądane jest zmiękczenie podłoża jak też w przypadku wymaganej odporności na
rozpuszczalniki. Ponieważ rozpuszczalniki wchodzą w skład znacznej większości klejów, dobór
kleju ma decydujące znaczenie w niektórych zastosowaniach. Rozpuszczalniki można podzielić na
kilka grup. W pierwszej z nich znajdują się rozpuszczalniki aktywne, tzn. rozpuszczające polimery (
żywice ) wchodzące w skład kleju lub atakujące klejone tworzywo. Drugą grupę stanowią
rozpuszczalniki utajone: - wzmagają one działanie rozpuszczające rozpuszczalników aktywnych,
nie można ich jednak do rozpuszczalników zaliczyć. Rozcieńczalniki zmniejszają lepkość żywic i
klejów. Są one pożądanym składnikiem receptur klejów ponieważ nie wydzielają oparów w takiej
ilości, jak typowe rozpuszczalniki aktywne.
Techniki łączenia
Tworzywo sztuczne łączy się za pomocą trzech podstawowych grup technologii:
- łączenie za pomocą rozpuszczalników,
- zastosowanie klejów w postaci cieczy, past lub błon,
- spawanie na gorąco lub zgrzewanie.
Niekrystaliczne, bezpostaciowe tworzywa termoplastyczne można łączyć ze sobą za pomocą
odpowiednich rozpuszczalników roztworów polimeru w rozpuszczalnikach lub kompozycji
monomerów. W przypadku łączenia dwóch różnych tworzyw sztucznych zaleca się stosowanie
roztworów polimerów w rozpuszczalnikach. Elementy z tworzyw sztucznych, którym nadano
kształt w formach metalowych, należy zawsze piaskować lub szlifować w celu usunięcia środków
rozdzielających, zmniejszających wytrzymałość łącza. Przy klejeniu laminatów należy w miarę
możności usunąć jedną warstwę materiału w miejscu sklejenia. W tym celu wciska się cienki nóż
pod warstwę laminatu, oddziera odpowiedni fragment i odrywa. Części z tworzyw
termoplastycznych łączy się najczęściej przez spawanie gorącym gazem i zgrzewanie gorącym
narzędziem.
Tworzywa akrylowe
Tworzywa akrylowe - tworzywa termoplastyczne wywodzące się z kwasu akrylowego i
metakrylowego - obejmują szeroką gamę materiałów łączonych przez klejenie. Można je łatwo
kształtować na gorąco, a także wytłaczać, formować wtryskowo, obrabiać mechanicznie, przecinać.
Powierzchnie tworzyw akrylowych przed klejeniem można zmiękczać dwuchloroetanem,
chlorkiem metylenu, acetonem. Do klejenia tworzyw akrylowych stosuje się zazwyczaj kleje
polisiarczkowe, poliuretanowe, akrylowe i modyfikowane epoksydowe. Spośród tworzyw
akrylowych najczęściej klei się polimetakrylan metylu.
Poliwęglany
Klejenie jest najlepszym sposobem łączenia poliwęglanów. Elementy poliwęglanowe można łączyć
między sobą za pomocą rozpuszczalników lub klejów a także przez zgrzewanie gorącym gazem.
Najprościej jest jednak kleić rozpuszczalnikiem. Poliwęglany można łączyć z większością metali;
do tego celu najlepiej nadają się kleje epoksydowe, poliuretanowe, polisiarczkowo- epoksydowe,
epoksydowo- fenolowe, topliwe. Przy łączeniu poliwęglanów za pomocą rozpuszczalników jest
rzeczą ważną, żeby nie stosować rozpuszczalnika w ilości większej niż to jest niezbędne w celu
zwilżenie jednej lub obu powierzchni. Nadmiar rozpuszczalnika może spowodować powstawanie
pęcherzy i zmniejszenie wytrzymałości złącza.
4
Polipropylen
Polipropylen jest tworzywem termoplastycznym o dużej odporności na uderzenia i małym ciężarze
właściwym. Ma wyjątkowo dobrą odporność na pękanie, dobra odporność chemiczną, bardzo dużą
twardość powierzchniową. Dzięki tym własnościom fizycznym oraz dzięki temu, że łatwo się go
przetwarza i formuje można go kleić, zgrzewać, spawać, itd.. Przed klejeniem należy zmienić
charakter powierzchni polipropylenu poprzez np. utlenianie go płomieniowo lub obrabianie
chemicznie. Do klejeni polipropylenu wykorzystuje się następujące kleje:
- epoksydowe
- poliamidowe
- nitrylowo-fenolowe
- poliurytanowe.
Poliamidy
Oznaczają się dużą wytrzymałością mechaniczną, odpornością na ścieranie, niskim
współczynnikiem tarcia i dobrymi własnościami elektrycznymi. Można je zgrzewać, spawać lub
kleić, lecz adhezje do powierzchni poliamidów trudno byłoby określić jako bardzo dobrą. Przed
klejeniem należy części poliamidowe dokładnie wysuszyć, nawet z lekkim podgrzaniem. W celu
uzyskania lepszej adhezji zaleca się stosowanie podkładów nitrylowo-fenolowych, winylowo-
fenolowych, silanowych. Na powierzchnie metali nanosi się epoksydy a następnie przykleja się
poliamid do epoksydu. Zaleca się stosowanie klejów nitrylowo-fenolowych, poliuretanowych,
modyfikowanych epoksydowych.
Polistyren
Termoplast ten produkuje się z węglowodorów uzyskiwanych ze smoły węglowej i gazu ziemnego.
Jest on jednym z najtańszych tworzyw sztucznych. Polistyren można kleić rozpuszczalnikami:
toluenem, ksylenem, trójmetylobenzenem.
Można go też łatwo łączyć za pomocą wielu różnych klejów, oraz kleić kompozycjami
opartymi na żywicach epoksydowych, akrylowych i elastomerach. Piankowy polistyren klei się
łatwo. Powierzchnie powinny być suche i czyste, a klej powinien mieć lepkość od średniej do dużej
i zawierać niewielką ilość rozpuszczalnika.
Polisulfon
Polisulfony odznaczają się przezroczystością, dużą wytrzymałością mechaniczną i wysoka
odpornością termiczną. Dobre wyniki uzyskuje się przy łączeniu polisulfonów klejami
epoksydowymi i poliuretanowymi. Przygotowanie powierzchni polega najczęściej na przemyciu
alkoholem, lekkim opiaskowaniu lub na obu tych operacjach po kolei. W celu polepszenia adhezji
można stosować podkłady winylowe, poliuretanowe lub silanowe.
Aminoplasty
Amoinoplasty (tworzywa mocznikowe i melaminowe)
Są to twarde sztywne tworzywa termoutwardzalne o dużej odporności na ścieranie. Odznaczają się
ponadto dobrą odpornością na rozpuszczalniki i wodę, oraz na pełzanie. Klejenie dotyczy
zazwyczaj kształtek prasowanych. Można je łączyć klejami epoksydowymi, epoksydowo-
fenolowymi, poliestrowymi i elastomerowymi. Powierzchnie przed klejeniem należy przetrzeć
detergentem z dodatkiem ścierniwa, stosowanym zazwyczaj w
gospodarstwie domowym; Następnie zmywa się je wodą,
suszy, piaskuje, przemywa izopropanolem, znowu suszy, po
czym nanosi się podkład lub od razu klei.
Połączenia klejowe blach: a) doczołowe, b) zakładkowe proste o elementach
ściętych prosto, c) zakładkowe proste o elementach ściętych ukośnie, d)
zakładkowe skośne, e) f) zakładkowe odsadzane, g) przekładkowe, h)
nakładkowe jednostronne o nakładce ściętej prosto, i) nakładkowe
jednostronne o nakładce ściętej ukośnie, j) nakładkowe dwustronne o
5
nakładkach ściętych prosto, k) nakładkowe dwustronne o nakładkach ściętych ukośnie, l) nakładkowe ścienione
SPAWANIE
Definicja Spawaniem nazywa się łączenie uplastycznionych krawędzi tworzyw sztucznych za
pomocą dodatkowego materiału w postaci pręta spawalniczego. Proces odbywa się bez wywierania
nacisku wzajemnego łączonych elementów.
Największe znaczenie ma proces spawania w strumieniu gorącego gazu przy użyciu prętów
spawalniczych spełniających rolę spoiwa. Znajduje on zastosowanie głównie do spawania
elementów z twardego PVC, rzadziej zmiękczonych poliolefin, poliamidów i polimetakrylanu
metylu. Najczęściej stosowanym nośnikiem ciepła jest sprężone powietrze, które nie powinno
zawierać oleju i wody. Do spawania tworzyw, podatnych na utlenianie w podwyższonej
temperaturze, używa się obojętnego gazu (zwykle azotu). Pręty spawalnicze są wykonywane z tego
samego tworzywa co łączone elementy. Jedynie do spawania polimetakrylanu metylu stosuje się
również pręty wykonane z zmiękczonego PVC. Umożliwiają one uzyskanie większej
wytrzymałości połączenia niż pręty z PMMA.
Charakterystyka złącz spawanych
Rodzaje połączeń spawanych tworzyw przedstawiono na rysunku:
Rodzaje połączeń spawanych: a) doczołowe, b)
zakładkowe, c) nakładkowe, d) teowe, e) krzyżowe, f)
ukośne, g) kątowe.
Z pokazanych połączeń nie zaleca się stosować połączeń zakładkowych i nakładkowych podczas
łączenia części grubych, powstaje bowiem wówczas niekorzystny rozkład naprężeń przy obciążeniu
połączeń. Omawiane połączenia spawane można wykonać
za pomocą różnych rodzajów spoin (rysunek II), np.
połączenie doczołowe może być wykonane za pomocą
spoiny V lub spoiny X, połączenia teowe - za pomocą
spoiny pachwinowej lub spoiny K. Wybór rodzaju
połączenia i spoiny oraz jej wymiarów zależy przede
wszystkim od konstrukcji połączenia, rodzaju i wartości
przenoszonych obciążeń i powstających naprężeń
pospawalniczych.
Rodzaje spoin: a) spoina V, b) spoina X, c) spoina
pachwinowa, d) spoina HV, e) spoina K.
Urządzenia do spawania
Do ręcznego spawania tworzyw gorącym powietrzem używa się głównie palników zasilanych
elektrycznie. W mniejszym zakresie stosowane są palniki gazowe. Palniki elektryczne są
ogrzewane spiralami oporowymi o mocy 250-500 W. Do palników gazowych stosuje się acetylen,
gaz ziemny, płynny gaz propan-butan. Palniki są zasilane sprzężonym powietrzem o ciśnieniu 5-40
kPa, którego zużycie wynosi 1,2-2 m3/h. Aby zwiększyć wydajność procesu i polepszyć jakość
6
wykonywanych złączy stosuje się coraz częściej zmechanizowane, półautomatyczne i automatyczne
urządzenia do spawania. Mechanizacja i automatyzacja dotyczą takich czynności, jak podawanie,
podgrzewanie i prowadzenie pręta spawalniczego oraz przesuw palnika.
Technika spawania
Przygotowanie elementów do spawania obejmuje takie operacje i zabiegi, jak wycinanie wykrojów
z płyt i twardych folii, przecinanie rur i ukosowanie krawędzi. W przypadku elementów
przeznaczonych do spawania czołowego obrabia się ich krawędzie w celu ułatwienia dostępu ciepła
do dolnych warstw spajanego materiału. Przy wykonywaniu spojeń czołowych ukosuje się
powierzchnie łączonych elementów zwykle pod tym samym kątem (30�-35� dla PVC, PP i PMMA
i 20-25� dla PA). Jedynie przy spajaniu elementów o różnej grubości, cieńszemu elementowi jest
nadawany mniejszy, a grubszemu większy kąt tak, by np. w przypadku spawania PVC tworzyły one
w sumie 60-70�. Spajając elementy o grubości powyżej 2 mm nakłada się kolejno kilka warstw
spoiwa, gdyż wypełnienie nim całej objętości rowka w jednej operacji jest niemożliwe, z uwagi na
ograniczony czas nagrzewania. Aby uzyskać spoinę V o dobrych właściwościach
wytrzymałościowych, należy wypełnić jej dno cieńszym prętem a resztę rowka grubszymi prętami.
Liczba warstw spoiwa niezbędna do wypełnienia spoiny czołowej jest uwarunkowana grubością
łączonych elementów. Ze względu na niebezpieczeństwo termicznego rozkładu spoiwa, ogrzewanie
przy spawaniu powinno być możliwie jak najszybsze a zarazem efektywne. Pręt spawalniczy należy
prowadzić zawsze prostopadle do spawanych powierzchni, wywierając przy tym nacisk
odpowiednio do przekroju pręta. Dla pręta o przekroju kołowym i średnicy 2 mm, nacisk wynosi 5-
8 N, a dla średnicy 5 mm - 20-26 N. Przy wahadłowym ruchu końcówki palnika powoduje się
uplastycznienie termiczne końca pręta spawalniczego, który ugina się pod kątem prostym i
wypełnia rowek. Prędkość przesuwania spoiwa wzdłuż rowka zależy od temperatury i grubości
pręta.
ZGRZEWANIE
Definicja i podział
Zgrzewaniem nazywamy proces łączenia tworzyw sztucznych poprzez ich docisk z podgrzaniem do
stanu plastycznego miejsca styku łączonych elementów, bez dodawania spoiwa. Na skutek
wywierania nacisku zachodzi wzajemne przeplatanie się łańcuchów polimeru w wyniku ich
częściowego przenikania z łączonych elementów. Splątane segmenty makrocząsteczek tworzą, po
ochłodzeniu (pod naciskiem), trwałe połączenie.
Proces zgrzewania jest determinowany przede wszystkim przez:
- temperatura (do jakiej nagrzewa się tworzywo łączone)
- docisk wywierany na łączone części
- czas zgrzewania
- czas i warunki chłodzenia złącza
W zależności od miejsca doprowadzenia lub powstawania ciepła w procesie zgrzewania rozróżnia
się następujące metody:
- zgrzewanie w którym ciepło doprowadza się do zewnętrznej strony elementów łączonych
(zgrzewanie za pomocą nagrzanego drutu, taśmy, listwy - zgrzewanie impulsowe)
- zgrzewanie w którym ciepło doprowadza się do wewnętrznej strony elementów łączonych
(zgrzewanie przy użyciu nagrzanego klina lub płyty)
- zgrzewanie w którym ciepło jest wytwarzane w warstwach wierzchnich tworzyw łączonych lub
małej masie tworzywa (zgrzewanie tarciowe, drganiowe, pojemnościowe, ultradz
więkowe lub
indukcyjne)
Zgrzewanie kontaktowe Nazywane często zgrzewaniem oporowym lub zgrzewaniem metodą
gorącej elektrody. Metoda ta polega na dociśnięciu elementów nagrzaną listwą do zimnego podłoża
7
lub na ściśnięciu elementów między dwiema nagrzanymi listwami. Jest to jedna z najbardziej
rozpowszechnionych metod łączenia folii. Niekiedy stosuje się elementy grzejne w postaci noży,
taśm lub drutów. Temperatura elementu grzejnego zależy od rodzaju spajanej folii i wynosi 300 -
400oC. W miejscu przecięcia folii powstaje charakterystyczne zgrubienie zapewniające dobrą
wytrzymałość złącza.
Zgrzewanie impulsowe Polega na ściśnięciu i uplastycznieniu tworzywa łączonych elementów
między szybko nagrzewającymi się i następnie ochładzanymi listwami. Podobnie jak w zgrzewaniu
kontaktowym, ciepło dopływa od elementu grzejnego poprzez folie do miejsca spojenia, z tym że
element jest ogrzewany nie w sposób ciągły, lecz przez krótki impuls prądu elektrycznego o dużej
mocy. Zaletą metody zgrzewania impulsowego jest chłodzenie złącza pod dociskiem (przy
zwartych listwach ściskających), co eliminuje możliwość jego uszkodzenia przed całkowitym
schłodzeniem np. w czasie napełniania świeżo uformowanego opakowania. Przy zgrzewaniu
jednostronnym możemy zgrzewać impulsowo folie o grubości do 0,2 mm, a przy dwustronnym do
0,5 mm. Proces zgrzewania impulsowego znajduje zastosowanie głównie w produkcji opakowań z
jednoczesnym ich napełnieniem.
Zgrzewanie gorącym klinem Polega na uplastycznieniu tworzywa elementów łączonych poprzez
kontakt z nagrzanym klinem, przesuwanym wzdłuż miejsca łączenia(z zachowaniem styku) i
docisku do siebie elementów łączonych, np. przy użyciu rolki. Zgrzewanie gorącym klinem jest
stosowane najczęściej do łączenia folii i cieńszych płyt z PVC oraz z polietylenu i poli
(metakrylanu metylu). Metodą tą wykonuje się złącza zakładkowe. Temperatura klina przy
zgrzewaniu z PVC powinna wynosić 250-300oC, PEdg - 220-260oC, PEmg - 190-220oC, PMMA -
260-300oC.
Zgrzewanie nagrzaną płytą Tą metodą spajania uplastycznia się powierzchnie zgrzewanych
elementów za pośrednictwem gorącej płyty wprowadzonej między łączone powierzchnie, usuwa się
płytę i dociska do siebie spajane elementy. Otrzymuje się w ten sposób doczołowe złącza rur,
profili, kształtowników i prętów z twardego PVC, poliolefin, PMMA i innych tworzyw. Do
zgrzewania elementów o średnicy do 250 mm płyta ma zwykle kształt koła, natomiast przy
większych średnicach elementy zgrzewane mają kształt pierścienia. W celu przeciwdziałania
przywieraniu uplastycznionego tworzywa powierzchnia płyty grzanej jest pokryta materiałem
antyadhezyjnym, np. tkaniną impregnowaną PTFE.
Zgrzewanie indukcyjne Jest ono możliwe wówczas, gdy w strefie łączenia umieszczony zostanie
przewodnik elektryczny, który nagrzewa się w zmiennym polu magnetycznym. Wokół przewodnika
tworzywo ulega uplastycznieniu wskutek przewodzenia ciepła od niego do tworzywa. Wadą tej
odmiany zgrzewania jest m.in. pozostawanie przewodnika w obszarze zgrzeiny.
Zgrzewanie pojemnościowe Polega na ściśnięciu i uplastycznieniu tworzywa łączonych
elementów pomiędzy listwami, będącymi elektrodami kondensatora, w którym wytwarza się
zmienne pole elektryczne, powodujące nagrzewanie się tworzywa w całej masie, i następnie
ochłodzeniu złącza oraz wyjęciu elementów spod elektrod. Tworzywa sztuczne jako typowe
dielektryki wykazują w polu elektrycznym zjawisko polaryzacji ( uporządkowane ustawienie się
różnoimiennych ładunków elektrycznych, zgodnie z kierunkiem linii sił pola). W wyniku zmian
kierunku działania pola, zmieniają się orientacje makrocząsteczek. Na skutek tarcia związanego z
tymi ruchami, wydziela się ciepło. Jeśli do okładzin doprowadzi się prąd o dostatecznie wysokiej
częstotliwości, makrocząsteczki zostaną wprowadzone w szybkozmienne drgania. W takich
warunkach ilość wydzielonego ciepła jest wystarczająca do uplastycznienia niektórych tworzyw.
Wydajność procesu ogrzewania, zależy głównie od częstotliwości prądu przemiennego oraz od
współczynnika strat dielektrycznych. Ze wzrostem wartości tg Ro zwiększa się stopień przemiany
energii elektrycznej cieplną, a tym samym korzystniejsze są efekty zgrzewania. Metoda ta znajduje
zastosowanie przede wszystkim do łączenia folii PVC, ze względu na jej wysoki współczynnik strat
dielektrycznych. W odróżnieniu od innych metod metoda ta umożliwia wykonywanie dowolnych
złączy o najbardziej skomplikowanym kształcie i wytrzymałości równej wytrzymałości folii z PVC
8
.Ze względu na możliwość przebicia elektrycznego nie zgrzewa się pojemnościowo folii o grubości
poniżej 0,1 mm.
Zgrzewanie ultradz
więkowe Zgrzewanie ultradz
więkami elementów z tworzyw polega na
wprowadzeniu ich w szybkie drgania mechaniczne z częstotliwością ok. 20 kHz. Wskutek tego
następuje nagrzewanie powierzchni styku spajanych elementów do temperatury uplastycznienia.
Wywierany jednocześnie nacisk na miejsca spajania powoduje zgrzewanie 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 ultradz
więkowego nie przekracza 1-2 s i zależy od rodzaju tworzywa oraz
grubości i kształtu łączonych elementów.
Zasadę procesu zgrzewania ultradz
więkowego przedstawia rysunek. Do przetwornika drgań jest
doprowadzony z generatora prąd wysokiej częstotliwości. Przetwornik zmienia drgania elektryczne
w mechaniczne o tej samej częstotliwości. Z przetwornikiem jest połączony trzpień drgający
(sonotroda) , który przenosi drgania mechaniczne na zgrzewane materiały. Umieszczony naprzeciw
sonotrody trzpień służy do przejmowania jej drgań oraz do odprowadzania wytwarzanego ciepła.
Do łączenia tą metodą nadają się tworzywa odznaczające się wysoką zdolnością przenoszenia drgań
mechanicznych, czyli materiały o dużym module sprężystości (poliwęglan, polimetakrylan metylu,
poliestry termoplastyczne, tworzywa styrenowe, acetalowe oraz politlenek fenylenu). Aby
przyspieszyć proces zgrzewania ultradz
więkami oraz uzyskać złącze o wymaganej wytrzymałości
mechanicznej, należy odpowiednio ukształtować powierzchnie łączonych elementów, np. przez
wykonanie w jednej z nich trójkątnego występu. W takim występie zachodzi intensyfikacja procesu
wydzielenia ciepła, dzięki czemu następuje szybkie uplastycznienie materiału.
NANOSZENIE POWA
OK
Wiadomości ogólne
Tworzywa można nanosić trwale na powierzchnię innych materiałów otrzymując z nich powłoki
ochronne i dekoracyjne. Podczas nanoszenia powłokotwórcze tworzywo wejściowe może być w
stanie:
- stałym,
- plastycznym,
- ciekłym.
W każdym jednak przypadku, aby wytworzyć niezbędną adhezję pomiędzy tworzywem a
materiałem, na który się je nanosi, co jest podstawowym warunkiem uzyskania użytecznej powłoki,
tworzywo musi zostać przeprowadzone w stan ciekły, ewentualnie plastyczny, umożliwiający
zwilżanie powierzchni materiału i następnie adsorpcję, a sama warstwa wierzchnia materiału
odpowiednio przygotowana. Znanych jest kilka odmian nanoszenia, z których duże znaczenie mają
następujące odmiany:
- nanoszenie fluidyzacyjne,
- nanoszenie elektrocieplne,
- nanoszenie (natryskiwanie) płomieniowe,
- nanoszenie polewające,
- nanoszenie natryskowe,
- nanoszenie zanurzeniowe.
Do nanoszenia tworzyw nie zalicza się umownie wytwarzania powłok sposobami malarskimi.
Tworzywo wejściowe do nanoszenia w stanie plastycznym lub w stanach plastycznym i ciekłym
9
występuje w postaci pasty, układu dyspersyjnego lub roztworu. W przypadku PVC pasta nosi
nazwę plastizolu a w szczególnym przypadku organozolu.
Nanoszenie fluidyzacyjne Fluidyzacyjne nanoszenie powłoki z tworzywa polega na wytworzeniu
zawiesiny sproszkowanego tworzywa w strumieniu gazu płynącego do góry -złoża fluidalnego, i
wprowadzeniu do niego przedmiotu uprzednio nagrzanego nieco powyżej temperatury topnienia
tworzywa, odczekaniu określonego czasu, wyjęciu przedmiotu ze złoża i często ponownym
nagrzaniu go oraz następnie ochłodzeniu. W czasie przebywania przedmiotu w złożu, cząstki
tworzywa stykają się z nagrzanym przedmiotem i stapiają, tworząc powłokę związaną adhezyjnie z
materiałem przedmiotu. Nanoszenie fluidyzacyjne przeprowadza się we fluidyzatorze.
Typowy fluidyzator składa się z pojemnika, w którym znajduje się stosunkowo nieduża ilość
tworzywa w postaci proszku z ziarnami o rozmiarach od 50 do 250 � m, poprzez dno doprowadza
się do pojemnika pod małym ciśnieniem gaz. Ciśnienie i ilość gazu regulowane są zaworem (4).
Powstaje w ten sposób złoże fluidalne. Jako gaz fluidyzujący stosuje się najczęściej powietrze, w
niektórych jednak przypadkach nanoszenia powłok z tworzyw stosunkowo łatwo ulegających
utlenianiu można używać azotu lub dwutlenku węgla. Złoże fluidalne powstaje wtedy, gdy siła
ciężkości P, proszku tworzywa zrówna się z siłą parcia P, gazu na jego powierzchnię. Siły te
wyraża się wzorami:
P1=(pcz-p) g A h (1-e)
Oraz P2 = ADeltap = Całka(A (h(1-epsilon)/dz*epsilon^3)v0^2*p
A - pole powierzchni przekroju poprzecznego fluidyzatora
pcz - gęstość cząstek tworzywa
p - gęstość cząstek gazu
h - wysokość nasypanego proszku
u0 - prędkość przepływu gazu odniesiona do pustego fluidyzatora
g - przyspieszenie ziemskie
e - porowatość nasypanego proszku
f - współczynnik oporu
W celu zapewnienia jednorodnej powłoki o dobrej jakości przedmiot po wyprowadzeniu z
fluidyzatora powtórnie nagrzewa się w podobnej komorze lub tunelu grzejnym do temperatury
topnienia tworzywa. Na proces nanoszenia fluidyzacyjnego wpływają następujące ważniejsze
czynniki:
a) właściwości przedmiotu: temperatura nagrzania, ciepło właściwe, współczynnik przewodzenia
ciepła, gęstość, kształt i wymiary, stan warstwy wierzchniej, zwłaszcza powierzchni;
b) właściwości tworzywa: temperatura topnienia, ciepło właściwe, współczynnik przewodzenia
ciepła, gęstość, kształt i wymiar cząstek;
c) właściwości dna porowatego: kształt i wymiary porów, równomierność rozmieszczenia porów,
stan powierzchni porów;
d) właściwości gazu: gęstość, lepkość, prędkość przepływu, temperatura, wilgotność;
e) technika nanoszenia: czas przetrzymania przedmiotu w złożu, czyli czas nanoszenia, temperatura
otoczenia, ruchy przedmiotu w złożu.
Większość tych czynników jest ustalona dla danego rodzaju materiału przedmiotu, sposobu
przygotowania powierzchni i rodzaju użytego tworzywa, jak również rozwiązania konstrukcyjnego
przedmiotu. Niektóre czynniki są zdeterminowane cechami konstrukcyjnymi fluidyzatora oraz
urządzeń z nim współpracujących. Do parametrów nanoszenia zalicza się głównie:
- temperaturę przedmiotu w momencie wprowadzania do złoża
- temperaturę gazu
- czas nanoszenia
10
Temperatura przedmiotu musi być wyższa od temperatury topnienia tworzywa i zależy od
właściwości cieplnych i rozwiązania konstrukcyjnego przedmiotu. Temperatura gazu wynosi na
ogół 20 - 30 �C. Czas nanoszenia ma zasadniczy wpływ na grubość powłoki, ale do pewnej
wartości po przekroczeniu której zwiększanie czasu nie powoduje pogrubienia powłoki.
Nanoszenie elektrocieplne Podczas nanoszenia elektrocieplnego występują bezpośrednio po sobie
dwa następujące etapy: formowanie wstępne powłoki w polu elektrycznym w różnych
środowiskach i formowanie ostateczne powłoki w polu temperatury w powietrzu. Nanoszenie
elektrocieplne dzieli się na nanoszenie elektrostatyczne, fluidyzacyjno - elektrostatyczne i
elektroforetyczne
Nanoszenie elektrostatyczne Elektrostatyczne nanoszenie (napylanie) powłoki z tworzywa polega
na przeniesieniu sproszkowanego tworzywa w polu elektrostatycznym, z głowicy napylającej
stanowiącej biegun ujemny na powierzchnię przedmiotu będącego biegunem dodatnim, następnie
wyjęciu przedmiotu z pola elektrycznego, stopieniu cząstek tworzywa pod wpływem ciepła
dostarczonego z zewnątrz, zestaleniu lub utwardzeniu tworzywa powłoki i ochłodzeniu przedmiotu
z naniesioną powłoką.
Tworzywo powłokowe występuje w postaci proszku o rozmiarach ziarn 20 do 100mm. W procesie
nanoszenia elektrostatycznego następuje najpierw elektryzowanie cząstek tworzywa znajdującego
się w głowicy napylającej. Elektryzowanie zachodzi pod wpływem kilku czynników: styku cząstek
z materiałem głowicy i otaczającym zjonizowanym powietrzem, w wyniku polaryzacji cząstek oraz
przez adsorpcję jonów wskutek dyfuzji i bombardowania. Ruch cząstek w polu elektrycznym
zachodzi najpierw pod wpływem sił pochodzących od sprężonego powietrza i następnie w
zasadniczy już sposób pod wpływem sił elektrostatycznych. Cząstki osadzają się na przedmiocie na
skutek przyciągania ich przez przeciwnie naładowane cząsteczki przedmiotu. Osadzanie trwa
dopóki siła przyciągania cząstek przez przedmiot nie zostanie zrównoważona przez sumę sił
odpychających poszczególne ujemnie naładowane cząstki. Dzięki ładunkowi elektrostatycznemu
powłoka z napylonego proszku, uformowana wstępnie, utrzymuje się na przedmiocie długi czas.
Przedmiot umieszcza się następnie w komorze lub tunelu grzejnym w temperaturze nieco
przekraczającej temperaturę topnienia tworzywa, co powoduje stopienie proszku, jego adhezyjne
łączenie z materiałem przedmiotu oraz ostateczne formowanie powłoki. Proces kończy wyjęcie
przedmiotu z komory lub tunelu z naniesioną powłoką i ochłodzenie. Najkorzystniejsze są tunele
bądz
komory z ogrzewaniem promiennikowym lub indukcyjnym, zapewniającym stapianie proszku
w kierunku od powierzchni przedmiotu.
Nanoszenie fluidyzacyjno - elektrostatyczne A
ącząc nanoszenie fluidyzacyjne i elektrostatyczne
w jeden proces otrzymuje się nanoszenie fluidyzacyjno-elektrostatyczne. Przeprowadza się je w
zasadniczej części za pomocą fluidyzatora elektrostatycznego, zawierającego pojemnik wykonany z
materiału nieprzewodzącego prądu elektrycznego, w którym za pomocą elektrod umieszczonych w
złożu fluidalnym następuje elektryzowanie cząstek tworzywa. Cząstki unoszą się w strumieniu gazu
i dzięki ładunkowi elektrycznemu są przyciągane przez przedmiot zanurzony w złożu i uziemiony.
Ciąg dalszy postępowania jest taki, jak w przypadku nanoszenia fluidyzacyjnego i elektrostaty-
cznego. Do głównych zalet omawianego nanoszenia zalicza się efektywne nanoszenie powłok z
tworzyw o małym napięciu powierzchniowym, np. z PTFE, wyeliminowanie nagrzewania
przedmiotu przed wprowadzeniem do fluidyzatora oraz niewystępowanie strat proszku, natomiast
do wad -nadmierne ukierunkowanie cząstek powodujące tworzenie się grubszych powłok na
powierzchni przedmiotu zwróconej ku elektrodzie oraz trudności w uzyskaniu równomiernego pola
elektrycznego w całym przekroju poprzecznym fluidyzatora.
Nanoszenie elektroforetyczne Proces nanoszenia elektroforetycznego polega na osadzaniu na
powierzchni przedmiotu cząstek tworzywa z wodnego układu dyspersyjnego (dyspersji wodnej -
hydrozolu), organicznego układu dyspersyjnego (organodyspersji) lub z roztworu koloidalnego pod
wpływem przyłożonego pola elektrycznego, nagrzaniu przedmiotu ze wstępnie naniesioną powłoką
11
poza polem elektrycznym w fazie ciekłej do temperatury nieco wyższej od temperatury topnienia
tworzywa i następnie ochłodzeniu przedmiotu z naniesioną ostatecznie powłoką. W polu
elektrycznym zachodzi ruch cząstek, czyli elektroforeza, w kierunku anody, co nosi nazwę
anaforezy, lub w kierunku katody, co nazywa się kataforezą, w zależności od polarności elektrody -
przedmiotu. Na powierzchni elektrody cząstki ulegają koagulacji wskutek kompensacji ładunku
elektrycznego -w przypadku wodnego układu dyspersyjnego -jonami pochodzącymi głównie z
elektrolizy wody. Osadzona powłoka ma strukturę porowatą i zawiera znaczną ilość fazy ciekłej o
ładunku przeciwnym. Pod wpływem prądu faza ciekła zawierająca kationy wędruje w kierunku
katody (elektroosmoza), co powoduje, że powłoka ulega osuszeniu (zawiera 5 - 10% fazy ciekłej) i
łączy się adhezyjnie z powierzchnią przedmiotu; można przyjąć, że jest uformowana wstępnie. Po
wyjęciu przedmiotu z fazy ciekłej powłokę suszy się i zestala w temperaturze zazwyczaj do 190�C
w czasie do 30 minut, co powoduje jej uformowanie ostateczne. Nanoszenie elektroforetyczne
stosuje się szczególnie do otrzymywania powłok PTFE o grubości do 30 mm z wodnego układu
dyspersyjnego polimeru oraz do powłok PVC o grubości do 200 mm z organicznego układu
dyspersyjnego.
Nanoszenie płomieniowe W procesie nanoszenia (natryskiwania) płomieniowego zachodzi
jednocześnie: rozpylanie i przenoszenie tworzywa sproszkowanego, lub rzadziej w stanie plasty-
cznym, w strumieniu gazu i ciepła z pistoletu nanoszącego (natryskowego) na powierzchnię
przedmiotu, nagrzewanie warstwy powierzchniowej przedmiotu, stapianie tworzywa i łączenie
adhezyjne z materiałem przedmiotu oraz kohezyjne ze sobą, a następnie zestalanie lub utwardzanie
tworzywa i ochładzanie przedmiotu z naniesioną powłoką. y
ródłem ciepła stapiającego tworzywo i
nagrzewającego przedmiot jest płomień powstający podczas spalania gazu palnego.
Schemat procesu napylania płomieniowego:
A B C D - poszczególne fazy procesu
1 - palnik pierścieniowy pistoletu
2 - końcówka pistoletu
3 - dysza rozpylająca pistoletu
4 - płomień
5 - strumień proszku tworzywa w mieszaninie powietrza i spalin
6 - strumień spalin
7 - powłoka
8 - przedmiot
A - faza mechaniczna - obejmuje podawanie zawiesiny cząstek tworzywa i sprężonego powietrza z
zasobnika do dyszy rozpylającej pistoletu nanoszącego (ciśnienie powietrza wynosi 0,08-0,15
Mpa);
B - faza cieplna - obejmuje stapianie cząstek tworzywa na skutek spalania gazu palnego (na ogół
acetylenu) w obecności tlenu zawartego w powietrzu, temperatura spalin wynosi 720-1200�C,
temperatura płomienia acetylenowo - powietrznego sięga 2100�C;
C - faza lotu - cząstkom tworzywa nadaje się przyspieszenie i rozpyla się je za pomocą strumienia
mieszaniny rozprężającego się powietrza i spalin;
D - faza łączenia - następuje łączenie adhezyjne stopionych z zewnątrz i uplastycznionych we
wnętrzu cząstek tworzywa z nagrzanym materiałem przedmiotu, z jednocześnie przebiegającym
łączeniem kohezyjnym cząstek w powłokę.
Ze względu na wady nanoszenia płomieniowego, zwłaszcza nieuchronne nierównomierne stapianie
i uplastycznianie proszku, a nawet depolimeryzację niektórych cząstek, trudno jest uzyskać powłoki
o dobrej jakości. Z tego powodu nanoszenie to jest wypierane głównie przez nanoszenie
fluidyzacyjne, elektrostatyczne i zanurzeniowe
Nanoszenie polewające Cechami charakterystycznymi nanoszenia polewającego są: stan ciekły
tworzywa wejściowego do procesu nanoszenia oraz ciągłość samego procesu, związana z na-
12
noszeniem tworzywa na przedmioty o dużych rozmiarach lub na wstęgi. Nanoszenie to dzieli się na
swobodne i wymuszone.
Nanoszenie swobodne Istota nanoszenia swobodnego polega na bezpośrednim polewaniu ciekłym
tworzywem przedmiotu o stosunkowo dużym polu powierzchni przeznaczonej do nanoszenia. Na
ogół przedmiot umieszcza się na przenośniku taśmowym i przeprowadza przez płaski strumień
spływającego swobodnie tworzywa prostopadle do powierzchni do nanoszenia, które w miarę
przesuwania się przedmiotu pokrywa jego powierzchnię. Przedmiot może być nagrzany wstępnie,
np. promiennikowo, a po naniesieniu tworzywa wprowadzany do tunelu grzejnego w celu zestalenia
lub utwardzenia powłoki. Nanoszenie swobodne znalazło duże zastosowanie w nanoszeniu powłok
poliestrowych na elementy mebli. W tym przypadku jeden strumień stanowi żywica poliestrowa
modyfikowana, natomiast drugi -środki pomocnicze, lub środki pomocnicze są w dwóch
strumieniach, jak np. w rozwiązaniu firmy Biirkle (Niemcy). Strumienie przepływają w obiegu
zamkniętym w sposób ciągły w układach ze stale pracującymi pompami. Prędkość przedmiotu
wynosi zazwyczaj 1 - 3 m/s. Maszyny służące do polewającego nanoszenia swobodnego noszą
nazwę polewarek.
Nanoszenie wymuszone Wymuszanie nanoszenia może być powodowane różnymi czynnikami
konstrukcyjnymi i technologicznymi, z różnym stopniem wymuszenia. Nanoszenie wymuszone
stosuje się do wstęg tkaniny, tworzywa (folii), papieru lub metalu, a maszyny służące do nanoszenia
nazywają się odpowiednio nanoszarką listwową i nanoszarką dwuwalcową. W przypadku, gdy
zachodzi konieczność jednoczesnego przesycania wstęgi (impregnowania), w nanoszarce walcowej
stykający się ze wstęgą (nanoszący) ma większą prędkość obwodową niż prędkość liniowa wstęgi,
a także może obracać się w przeciwnym kierunku. Wstęga może też stykać się z tworzywem
poprzez jej wprowadzenie w szczelinę między walcowa.
Nanoszenie natryskowe Nanoszenie poprzez natryskiwanie tworzyw w stanie ciekłym znalazło
szczególne zastosowanie w odniesieniu do wodnych układów dyspersyjnych (dyspersji wodnych -
hydrozoli). Proces formowania wstępnego powłoki z wodnych układów dyspersyjnych obejmuje
następujące fazy:
a) cząstki polimeru o rozmiarach 0,1-5mm są otoczone błonką koloidu ochronnego lub emulgatora i
rozdzielone wodą; w pierwszej fazie tworzenia się powłoki woda odparowuje;
b) cząstki zbliżają się do siebie, ale pozostają w dalszym ciągu rozdzielone wodą
c) odległość między cząstkami zmniejsza się do rozmiarów kapilarnych;
d) w wyniku działania sił kapilarnych cząstki zbliżają się nadal i dążą do ściślejszego upakowania,
wypierając wodę z koloidem ochronnym i emulgatorem, powierzchnię styku cząstek ze sobą i
materiałem przedmiotu powiększają się, rośnie adhezja, a falista powierzchnia powłoki ulega
wygładzeniu.
Opisany proces dla danego wodnego układu dyspersyjnego zależy głównie od temperatury. Za
najniższą temperaturę formowania wstępnego powłoki MFT (ang. Minimum Film Temperature)
przyjmuje się temperaturę, w której dany wodny układ dyspersyjny ma zdolność do tworzenia
powłoki jednolitej. Wodny układ dyspersyjny nanosi się na przedmiot, z odpowiednio
przygotowaną powierzchnią, głównie poprzez natryskiwanie za pomocą pistoletów
pneumatycznych z dyszą o średnicy 0,4 - 0,6 mm, stosując ciśnienie powietrza 0,15 - 0,20 MPa.
Często po przygotowaniu powierzchni najpierw nanosi się między warstwę, a dopiero póz
niej
powłokę z tworzywa, jedno- lub wielokrotnie w zależności od potrzeb. Jako między warstwę
stosuje się powłokę metalową o grubości 25 - 50 mm, z materiałów ceramicznych o grubości do
200 mm lub emalii. Formowanie ostateczne powłoki polega na jej suszeniu na ogół przy
nagrzewaniu promiennikowym i następnie na nagrzaniu przedmiotu z wysuszoną powłoką do
temperatury powodującej topnienie tworzywa, co ostatecznie konstytuuje adhezję do materiału
przedmiotu i kohezję powłoki. Nanoszenie natryskowe stosuje się przede wszystkim do wodnych
układów dyspersyjnych PTFE i kopolimeru VC/VAC.
13
Nanoszenie zanurzeniowe Proces nanoszenia zanurzeniowego polega na zanurzeniu przedmiotu w
tworzywie będącym w stanie ciekłym lub plastycznym, odczekaniu określonego czasu, wynurzeniu
przedmiotu i następnie zestaleniu bądz
utwardzeniu tworzywa powłoki. W czasie przebywania
przedmiotu w tworzywie przywiera ono adhezyjnie do uprzednio przygotowanej jego powierzchni
oraz tworzy powłokę. Nanoszenie zanurzeniowe stosuje się w dużej mierze do wytwarzania powłok
na elementach o dużych rozmiarach z PVC w postaci plastizolu. Plastizol PVC odznacza się małą
adhezją do wielu materiałów, dlatego najpierw nanosi się między warstwę o dobrej adhezji zarówno
do materiału przedmiotu, jak i plastizolu PVC, często również zanurzeniowo. Po wysuszeniu
między warstwy przedmiot można przed procesem zanurzenia nagrzać, co przede wszystkim
powiększa grubość powłoki formowanej wstępnie. Prędkość zanurzania wynosi 200 -1500 mm
/min, wynurzania zaś 100-600 mm/min. Czas przebywania przedmiotu w plastizolu PVC wynosi
około 15-60s. Powłoka formowana wstępnie charakteryzowana jest grubością i masą odniesioną do
jednostki jej pola powierzchni. Aby otrzymać ostatecznie uformowaną powłokę, należy najpierw
przeprowadzić żelowanie plastizolu PVC tworzącego powłokę uformowaną wstępnie. Żelowanie
jest procesem fizycznym zachodzącym w układzie polimer PVC - plastyfikator, w temperaturze
180-190�C w czasie 30-60 min, obejmującym solwatacje - stopniowe przenikanie plastyfikatora w
głąb cząstek polimeru i ich pęcznienie. Podczas ochładzania następuje ustalenie adhezji i zestalenie
jednolitej powłoki.
Formowanie wstępne powłoki odbywa się za pomocą urządzeń składających się z:
- wanny napełnionej plastizolem PVC
- z wężownicy z wodą chłodzącą, gdyż nagrzane przedmioty przenoszą dużo ciepła do plastizolu
- mieszadła ślimakowego do utrzymania jednakowej lepkości plastizolu i do ułatwiania opróżniania
wanny
- układu napędowego mieszadła
Duże zastosowanie znalazło nanoszenie zanurzeniowe do wytwarzania powłok na elementach
elektronicznych. Traktowane jest ono w przemyśle elektronicznym jako jedna z metod hermetyzacji
i odlewania. Specyficzne jest stosowanie nanoszenia zanurzeniowego do uszczelniania odlewów.
Tworzywo w takim przypadku musi odznaczać się dostatecznie małą lepkością, aby mogło
swobodnie wnikać w pory odlewu. Do uszczelniania zanurzeniowego stosuje się tworzywa, których
podstawowym składnikiem są żywice epoksydowe, fenolowe, poliestrowe i silikony. Istota procesu
polega na umieszczeniu odlewu w komorze urządzenia do uszczelniania i wypełnieniu komory
ciekłym tworzywem, z zastosowaniem podwyższonego ciśnienia (uszczelnienie ciśnieniowe),
obniżonego ciśnienia (uszczelnienie próżniowe) i wreszcie najpierw obniżonego ciśnienia i
następnie podwyższonego ciśnienia (uszczelnianie próżniowo - ciśnieniowe). W czasie działania
tworzywa na odlewie wnika ono w jego pory.
14