23.4. Химическая сварка пластмасс.
Химическая сварка пластмасс применяется для сварки термореактивных пластмасс (стеклопластиков, текстолитов, пресспорошков, феноло-формальдегидных, эпоксидных, отвержденых полиэфирных смол).
Химическая сварка пластмасс осуществляется за счет химического взаимодействия свариваемых материалов с веществом, которое вводится в сварочный шов, который играет в этом случае роль сшивающей добавки. Эти вещества, реагируют с активными группами звеньев молекул, находящихся в зоне контакта.
Рис 23.2. Механизм химической сварки ПЭТ при помощи диизоцианата.
Успех применения этого способа сварки зависит от многих факторов:
1) свариваемый полимер должен содержать высокоактивные функциональные группы достаточной концентрации, чтобы совокупность химических связей, возникших в месте соединения, обеспечила необходимую механическую прочность.
2) низкомолекулярное вещество, выступающее в роли мостикообразующего, не должно испаряться при температуре сварки.
3) скорость реакции должна быть достаточно высокой.
4) реакция не должна сопровождаться выделением большого количества легко испаряющегося побочного продукта, который не должен разрушать полимер, или адсорбируясь в нем, изменять его качество.
23.5. Сварка пластмасс с помощью растворителей.
Сущность сварки пластмасс с помощью растворителей заключается в том, что соединяемые поверхности смачиваются растворителем до тех пор, пока они не станут липкими, затем их складывают и выдерживают под давлением. Давление облегчает взаимную диффузию макромолекул в контактируемых поверхностях при обычной температуре.
Сварка с помощью растворителя применяется, когда полимер находится в аморфном состоянии (полиметилметакрилат, полистирол, поливинилхлорид и др). Благодаря гибкости молекул в них возникают непрерывно чередующиеся межмолекулярные пустоты, в которых диффундирует растворитель. После заполнения свободных пространств в полимере молекулы растворителя начинают раздвигать молекулы полимера, облегчая их отрыв друг от друга. Эта стадия растворения называется набуханием. Как только межмолекулярное взаимодействие уменьшится настолько, что молекулы приобретают возможность перемещаться, начинается вторая стадия растворения - диффузия молекул полимера в растворитель.
Контрольные вопросы:
1. В чем заключается сущность процесса сварки термопластов?
2. В чем заключается отличие процесса сварки пластмасс от сварки металлов?
3. При каких температурах наступает вязкотекучее состояние у большинства термопластов?
4. Какие способы в основном применяются для сварки пластмасс?
5. В чем состоит сущность сварки пластмасс токами высокой частоты?
Лекция № 24. Склеивание пластмасс и металлов.
24.1. Механизм процесса склеивания.
В последние годы все более широкое распространение получают клеевые неразъмные соединения элементов конструкций из пластмасс и металлов. В ряде случаев склеивание является единственно возможным способом соединения материалов с точки зрения технологии и требуемой прочности.
Прочность клеевого соединения характеризуется силами адгезии и когезии. Адгезия представляет собой сцепление между частицами самого клея. В зависимости от соотношения сил когезии и адгезии разрыв клеевого соединения может происходить по массе клеящего вещества или по поверхности раздела клей-подложка. Разрыв по поверхности раздела указывает на неудачный выбор клея для данной подложки или же на плохую подготовку ее поверхности. Разрыв по массе клеящего вещества объясняется значительной толщиной клеевого слоя и его недостаточной механической прочностью. Кроме того, на клеящие вещества полимера значительное влияние оказывают величина молекулярного веса, структура молекулы, плотность упаковки и др. факторы.
Адгезию чаще всего определяют эмпирической величиной работы, затрачиваемой для разъединения склеенных поверхностей. Известны следующие теории адгезии клеящего состава: адсорбционная, электрическая, диффузионная и химическая.
Электрическая теория адгезии предполагает наличие двойного электрического слоя, образующегося при контакте двух различных субстрактов. Согласно этой теории соединение является конденсатором, различно заряженные пластины которого притягиваются. Если их разделить, то конденсатор заряжается, причем должна наблюдаться электронная эмиссия.
Согласно диффузионной теории, адгезия полимеров происходит вследствие диффузии линейных молекул в склеиваемый материал и образования тем самым прочной связи между клеем и материалом. Отправная точка диффузионной теории - линейное строение высокополимеров и гибкость их молекул, позволяющая им микробрауновское движение. Способность к диффузии характерна только для адгезивов (клеев). Однако в случае нанесения клеящих материалов из растворов, сами склеиваемые материалы могут набухать или растворяться под действием растворителя, вследствие чего молекулы основного материала приобретают значительную подвижность, а отсюда возможна диффузия молекул свариваемого материала в клей.
Адсорбционная теория адгезии рассматривает адгезию как поверхностный процесс воздействия на поверхности раздела клей - склеиваемый материал межмолекулярных сил Ван-дер-Ваальса. Адсорбционные силы отличаются от других видов молекулярного взаимодействия тем, что они происходят на поверхности раздела фаз между разными молекулами. Основой адсорбиционной теории адгезии является представление о молекулярном взаимодействии субстрата и клея при условии, что они имеют функциональные группы, способные к взаимодействию. Процесс возникновения адгезионных связей происходит в два этапа: транспортировка молекул клея к поверхности субстрата и межмолекулярные взаимодействия после сближения молекул клея и субстрата на расстояние меньше 0,5 нм.
В соответствии с химической теорией адгезии для получения прочного соединения необходимо, чтобы соединяемые материалы взаимодействовали между собой с образованием химических связей через границу раздела фаз.