Сварка фторопластов

Для сварки фторопластов, в зависимости от вида, применимы далеко не все существующие методы. В целом можно сказать, что применимость того или иного метода сварки для того или иного вида фторопласта зависит от реологии материала. Высокая реология, в частности вязкость расплава, затрудняет сварку и уменьшает количество применимых технологий. Наибольшую сложность представляет сварка PTFE (политетрфторэтилен, тефлон, фторопласт Ф4), самым простым является процесс сварки PVDF. Применимость тех или иных методов для различных видов фторопластов приводится в таблице:

Ниже приводятся практические рекомендации по сварке некоторых видов фторопластов.

Сварка FEP

Сварка FEP выполняется, в основном, горячим воздухом, с использованием сварочного прутка диаметром от 2.4 до 4.8 мм. Подача горячего воздуха осуществляется строительным электрическим феном, температура подаваемого воздуха должна быть на уровне 425°С на расстоянии 0.5 см от сопла, давление – на уровне 140 кПа. Сварочный пруток и поверхность свариваемого материала в пределах 2-3 см от сварного шва должны быть очищены и обезжирены растворителем непосредственно перед сваркой. Кромки свариваемых листов должны быть скошены под соответствующим углом. В процессе кромки листов должны быть выровнены друг относительно и надежно закреплены.

Для начала сварки, воздухом при температуре 345°С разогреваются кромки свариваемых поверхностей и конец сварного прутка до т.н. «липкого» состояния. Конец сварной насадки должен удерживаться на расстоянии приблизительно 6 мм от пересечения сварного соединения и сварочного прутка. Конец прутка обрезается под углом 45°, сам пруток удерживается под углом 90° к сварному соединению и осторожно двигается вверх-вниз, пока не схватывается со свариваемым материалом. Непрерывность обеспечивается равномерным движением факела горячего воздуха между прутком и свариваемым материалом, данный прием известен под названием «техника маятника». Затем пруток наклоняется под углом 45° к свариваемой поверхности с приложением постоянного прижимного усилия величиной 1 – 2 кг. Необходимо избегать чрезмерного размягчения и растягивания сварного прутка. Рекомендуемая скорость сварки – 1 – 5 см/мин. Параметры процесса могут быть специально настроены с учетом квалификации сварщика.

Детали из FEP могут также свариваться между собой посредством технологии вращения, при которой один из свариваемых элементов вращается и трется относительно другого с большой скоростью. Образующаяся в процессе вращения тепловая энергия приводит к расплавления материала на трущихся поверхностях и образованию сварного соединения. Рекомендуемая скорость вращения при этом около 300 об./мин. При этом сварное соединение имеет очень хорошие характеристики, так в ряде случаев его прочность на растяжение оказывалась на 60% выше, чем прочность на растяжение материала основы.

Сварка PVDF

Сварка поливинилиденфторида (PVDF, ПВДФ) может выполняться всеми существующими стандартными способами для фторопластов.

Изделия из неармированного ПВДФ могут свариваться горячим воздухом (феном) посредством сварного прутка, муфтовой или раструбной сваркой, ультразвуком, вибрацией, высокой частотой или соединяться при помощи специальных клеевых составов.

Перед сваркой посредством сварного прутка кромки свариваемых листов должны быть скошены под соответствующим углом, выровнены друг относительно и надежно закреплены. В процессе поверхность соединяемых элементов должна разогреваться, в то время как конец сварочного прутка расплавляется воздухом, выходящим из сварной насадки, направление которого постоянно меняется от поверхности свариваемых элементов к прутку и обратно. Температура подаваемого воздуха должна быть на уровне 350°С на расстоянии 0.5 см от сопла, расход воздуха – на уровне 50 л/мин. Размягченный сварочный пруток укладывается в канавку, образованную скошенными краями листов. Признаком размягчения является изменение его внешнего вида, а именно переход от полупрозрачного к прозрачному состоянию. К прутку прикладывается постоянное вертикальное давление с величиной 20-40 кПа.

Сварка выполняется последовательной укладкой сварного прутка, с тем, чтобы полностью заполнить канавку между кромками листов. Для уменьшения внутренних напряжений, возникающих в процессе остывания, рекомендуется укладывать пруток последовательно вдоль одной и другой стенок канавки, до ее полного заполнения.

При сварке экструдером кромка соединяемых листов также скашивается, и образующаяся канавка разогревается горячим воздухом до 250-260°С. Расплавленная масса материала, выходящая из фильеры экструдера с максимальной длиной 20 см запрессовывается в канавку между соединяемыми листами посредством стального или тефлонового башмака на выходе из экструдера.

Фактор сварки, который показывает соотношение прочности сварного шва и исходного материала вне зоны сварки, измеренный в ходе тестов на прочность растяжения материала, для сварки горячим воздухом составляет 0.7-0.8, а для сварки ручным экструдером – 0.8-0.9.

При стыковой сварке поверхности свариваемых элементов предварительно разогреваются при помощи нагревательного элемента до 250-270°С, поверхность которого тефлонируется для предотвращения налипания разогреваемого материала. Затем соединяемые элементы прижимаются к нагревательному элементу под давлением 50-60 кПа, на время, необходимое для разогрева материала на глубину 4-5 мм. Затем нагревательный элемент убирается, и соединяемые элементы прижимаются друг к другу с давлением 0.06-0.08 бар. Фактор сварки для данного метода составляет от 0.9 до 1.0.