Doplňkové technologie
Lepení
Lepení - způsob spojování stejných nebo různých materiálů pomocí lepidel Výhody - lze lepit téměř jakékoliv materiály, a to i různorodé navzájem, přičemž dílce z lepených materiálů mohou být různé velikosti a tloušťky Nedochází k poškozování lepených součástí žádným předvrtáváním děr (viz. Nýtování) Při lepení materiál v okolí spoje nepoškozen nebo jinak ovlivněn na rozdíl od svařování Při dynamickém namáhání rozvod napětí rovnoměrnější Celoplošný spoj – nepropustnost pro plyny a kapaliny Nutná pečlivá příprava lepených ploch Nutno počkat do zaschnutí či vytvrzení lepidla
Pevnost spoje • dána fyz. a chem. vlastnostmi adheziva i adherentu • Adheze - přilnavost adheziva k adherentu • Koheze - vnitřní soudržnost materiálu (lepidla) • Spoj: adherent č.1-vazebná vrstva-lepidlovaz.vrstva-adherent č.2
Lepený spoj • lepené materiály a lepidlo • celkem pět vrstev: 1. povrch prvního lepeného materiálu 2. přiléhající mikrovrstva, v níž se lepidlo a nerovnosti povrchu lepeného materiálu prolínají 3. tenká vrstva samotného lepidla 4. mikrovrstva na opačné straně, v níž se lepidlo a nerovnosti povrchu lepeného materiálu opět prolínají 5. povrch druhého lepeného materiálu
Vznik kvalitního spoje • fyzikální a chemické vlastnosti lepidla a spojovaných materiálů • - přilnavost lepidla k povrchům spojovaných materiálů – adheze • - soudržnost lepidla – koheze • - lepidlo musí být v dokonalém styku s povrchy lepených součástí a dobře je smáčet
Druhy sil
Pravý (destrukce v slabém místě lepených materiálů) a nepravý (praskání nastává ve vazebné vrstvě) spoj
Lepitelnost • rozhoduje především druh polymeru a jeho polarita
• Nepolární polymery – PE,PP, PTFE - lepitelné jen velmi těžko nebo vůbec ne • před lepením nutno jejich povrchy upravit oxidací povrchové zvýšení polarity • jiná metoda zvýšení lepitelnosti - přídavek polárních plniv, polárních kopolymerů nebo změkčovadel - již při výrobě samotného plastu • Silně polární plasty - PA, některé deriváty celulózy a PUR - také jen obtížně lepitelné • Středně polární polymery - (PVC, PS, PMMA, PES, celuloid, fenoplasty, aminoplasty a epoxidy) - pro lepení nejvhodnější
Ovlivnění lepení a vlastností spoje • Krystalinita - se zvyšujícím se krystalickým podílem lepitelnost polymeru klesá • Plniva - Většina plniv v plastech, např. celulóza, dřevěná moučka, skleněná vlákna (kromě grafitu a sazí) - polární adheze lepidel k povrchu materiálu lepší • Změkčovadla (ftaláty v PVC) - migrace k povrchu prostoupení i do vrstvy lepidla, rozleptávání a narušování • při lepení měkčených materiálů – nesmí se mísit lepidlo a změkčovadlo • - vulkanizovatelná kaučuková lepidla, lepidla reaktivní a některé kopolymery • charakter lepených povrchů - největší vliv • především koheze povrchových vrstev lepených materiálů s ostatní hmotou • Např. u pěnových materiálů - i při malém zatížení lepeného spoje dojde k jeho destrukci stržením povrchových vrstev • zhoršení soudržnosti povrchové vrstvy - i nevhodným zdrsněním – 1 - 6 µm
• čistota povrchů – nezbytné slepovat lepené materiály, a ne nečistoty na jejich površích • adsorbované vrstvy plynu nebo kapalin (vlhkost), částice tuhých látek na povrchu (prach) nebo povrchově vrstvičky tuhých látek, především mastnoty • vzduch - nejčastější příčina slabých vrstev na povrchu - do lepených spojů se dostává při nanášení lepidla prostřednictvím různých bublin (špatná smáčivost) • nutno, aby lepidlo dobře smáčelo povrch - tedy nutná nízká viskozita lepidla, přiměřený tlak při spojování a co nejdelší doba kontaktu lepidla v tekutém stavu s adherentem
• vnitřní pnutí ve spoji - při lepení materiálů s různým koeficientem teplotní délkové roztažnosti • hlavně kdy lepený spoj vzniká při jiné teplotě, než je posléze používán • důležité u kombinovaných spojů - polymerní materiály mají až o řád větší teplotní roztažnost než materiály klasické - sklo či kovy • rozpustnost či botnání v org. rozpouštědlech pokud jsou tato rozpouštědla zároveň rozpouštědly lepidel - nežádoucí narušování lepených dílů, především fólií • u tlustostěnných výrobků - naopak výhoda
Lepidlo • lepidlo svými vlastnostmi se musí co nejvíce přibližovat lepeným materiálům Ideální lepidlo by mělo: • zajišťovat dostatečnou pevnost spoje • mít dostatečnou lepivost v tuhém stavu • vlastnosti spoje by se neměly měnit v dostatečně širokém teplotním rozmezí • vytvářet spoj odolný vůči vnějším vlivům (vodě, povětrnosti) • při tvrdnutí se minimálně smršťovat a neuvolňovat látky narušující podklad • být bez zápachu a zdravotně nezávadné • mít dobrou skladovatelnost • vyžadovat minimální úpravy před lepením • umožňovat jednoduché nanášení • být levné
Druhy lepidel • Klížidlo - lepidlo, jehož adhezní základ je rozpustný ve vodě (klih, škrob) • Disperzní lepidlo - organického původu, nerozpustné ve vodě, vytváří v ní disperzi drobných kapiček - emulze drobných kapiček lepivých polymerů ve vodním prostředí • během jejich zasychání dochází k odpařování vody provázenému shlukováním kapiček disperze až do lepivého filmu • Tento pochod (koagulace) – nevratný disperzní lepidla po zaschnutí odolná vůči svému rozpouštědlu, vodě. • Opětovným působením vody již není možno převést zaschlý film zpět do stavu původní disperze
• Roztokové lepidlo - pojivo rozpuštěné v těkavých organických • • • • • • • •
rozpouštědlech tuhne vlivem vsáknutí a vytěkání rozpouštědla roztoky filmotvorných látek ve vhodném vodném nebo organickém rozpouštědle, obsahují 20 až 50 % aktivní látky alespoň jedna z lepených ploch musí být prostupná pro plyny lepidla se nanášejí na obě lepené plochy a ihned se spojují při zasychání lepidla se původní objem vrstvy lepidla zmenšuje - nelze použít tam, kde očekáváme současné vyplnění prostorové štěrbiny či povrchových nerovností vytvoření tenkého filmu - jen na dobře opracované a dobře přiléhající plochy pro lepení malých a středně velkých ploch nevýhoda - slepené spoje mohou být opětovně narušeny tím rozpouštědlem, ve kterém bylo původní lepidlo rozpuštěno
• speciální případ - stačí použít pouze čisté organické rozpouštědlo, jež naleptá slepovaný povrch a slisováním se odpaří a dojde ke spojení (celuloid acetonem, plexisklo chloroformem)
Děj ve spoji lepeném rozpouštědlovým nebo disperzním lepidlem
1 obě spojované plochy propustné plyny a páry, 2 vrstva lepidla, 1´ rozpouštědlo vysychá a difunduje lepeným materiálem, 2´ - film lepidla se ve spoji smršťuje o objem odpařeného rozpouštědla
• bezrozpouštědlová lepidla - neobsahují těkavá rozpouštědla - reaktivní pryskyřice (epoxidy, polyesterové pryskyřice) • vytvoření nové pevné chemické struktury chemickou reakcí (vytvrzováním) • přilnavá lepidla (kontaktní) - obvykle na kaučukovém základě • přilnavá téměř ke všem materiálům • po jejich nanesení na slepované plochy se nejprve ponechají určitou dobu volně odpařit zvýšení koncentrace lepivé složky, a teprve potom se obě plochy k sobě přitlačí
• Jednosložková reaktivní lepidla - základ reaktivní pryskyřice citlivé na zvýšení teploty - vytvrzením dojde k vytvoření nové pevné chemické struktury • v původním stavu bud‘ tekutá, nebo ve formě fólií • z práškových polotovarů se nejprve musí převést do formy roztoku • jak pro lepení porézních tak i neporézních materiálů • po nanesení lepidla a spojení obou ploch se teplota zvýší na doporučenou hodnotu (100 až 160 °C) - i slepované materiály musí těmto teplotám odolat! • polymerační lepidla - další typ • lepidla obsahující monomery schopné polymerace • za normální teploty jsou citlivé na kontakt s kovy nebo vzdušnou vlhkostí a ve spoji mimořádně rychle tuhnou • pro lepení malých plošek porézních i neporézních materiálů • kyanakrylátová vteřinová lepidla
• Dvousložková reaktivní lepidla - opět reaktivní pryskyřice, ale k vytvrzení dochází až chemickou reakcí dvou nebo více komponent • reaktivní složky dodávané odděleně, smísení teprve těsně před použitím • nanášení na obě slepované plochy a po spojení obou dílů nastartuje po určité době reakce vytvrzování • lepidlo po určitou dobu v tekutém nelepivém stavu, než začne houstnout, gelovatět • délka této prodlevy závisí na použitých pryskyřicích, ale zejména na druhu a koncentraci použitého iniciátoru a katalyzátoru • vytvrzovací reakci lze urychlit i mírným zahřáním na 40 až 80 °C, podle povahy lepidla • úplné vytvrzení - obvykle za 12 až 48 hodin
• tavná lepidla - termoplastická hmota, před použitím převedena teplem do plastického roztaveného stavu • vlastní spojení - ihned po ztuhnutí lepidla ochlazením • maximální pevnosti spoje dosaženo bezprostředně potom, co film lepidla ve spáře ztuhne • citlivá na teplotu a na tlak • mají vyšší viskozitu méně vsakují a vykazují malou smrštitelnost • výhoda - krátká doba lepení, možnost spojovat porézní savé podklady • vytvářejí pružný film a hodí se pro lepení porézních i neporézních materiálů • nevýhoda - nutnost přesně dodržet teplotní režim • jako prášková, granule, struny, v páscích i fóliích • někdy forma tavných netkaných textilií a textilních pásků pro zažehlování
• Stále lepivá lepidla - obvykle na kaučukovém základě, přilnavá téměř ke všem materiálům • ve spoji nemění svoji konzistenci a zůstávají stále vláčná a lepivá • často nanesena na podložky jako samolepicí pásky, štítky, tapety apod. • citlivá na tlak • spoj vzniká pouhým přitlačením k podkladu • k rychlému a na pevnost nenáročnému spojování • výhoda - velmi měkký poddajný spoj a možnost opatřovat nálepkami i materiály, které nemají dobré adhezní vlastnosti, například povrchově neupravený PE
Vliv lepidel na soudržnost spojů • • • •
Makromolekuly v lepidlech - základ lepidel nejčastěji polymery s rostoucí délkou makromolekuly stoupá viskozita roztoků a koheze lepidel naopak adheze ke spojovanému materiálu klesá makromolekuly s nižším polymeračním stupněm - lepší difúze do mikroskopických pórů povrchů, makromolekuly s vyšším polymeračním stupněm výhodnější pro vytvoření pevnějšího filmu lepidla
• polarita lepidel – zvýšení zabudováním vedlejších (postranních) skupin do základního polymeru • dosažení vhodné kombinace rozpustnosti a tuhosti lepidla a zvýraznění vlastností v požadovaném směru • Plniva v lepidlech - regulace viskozity, a nepřímo tedy prosakování lepidla do lepeného materiálu a tloušťka filmu lepidla • plnivo může vyrovnávat odlišnosti ve vlastnostech lepidla a lepené hmoty • omezuje vznik vnitřních pnutí
• Změkčovadla - ovlivňují tuhost filmu lepidla i jeho přilnavost k podkladu • Větší měkkost a přilnavost filmu se změkčovadlem - vyšší pohyblivostí makromolekul a jejich snazším pronikáním do mikroskopických pórů povrchu lepené hmoty • Rozpouštědla - pomocný prostředek • Usnadňují roztíratelnost lepidla, zajišťují rovnoměrnost naneseného filmu • Zlepšují smáčivost povrchu a prostoupeni lepidla do všech mikroprohlubenin povrchu • Viskozita lepidla – snadnost či obtížnost nanášení lepidla • Různé smáčení lepeného povrchu • Může se měnit v průběhu skladování lepidel
Postup při lepení Příprava lepeného materiálu • Nejdůležitější – povrch lepených materiálů • před vlastním nanesením lepidla nutno povrch lepeného materiálu upravit. • Hlavní cíl - odstranění všech látek, vrstev a nerovností, které by mohly oslabovat pevnost budoucího spoje • dosažení maximální smáčivosti povrchu lepidlem - čím větší část plochy lepeného spoje se účastní tvorby adhezních vazeb, tím větší pevnost spoje • Některé druhy povrchových úprav, např. doutnavým výbojem, radioaktivním ozářením - vznik aktivních center na povrchu příznivé ovlivnění hodnoty adheze Způsoby povrchových úprav - fyzikální a chemické • Fyzikální operace - mechanické opracování (broušení, kartáčování, pískování nebo obrábění) • - odmašťování, čištění ultrazvukem, sušení, ozařování ultrafialovým zářením, doutnavým výbojem nebo iontové bombardování • Chemické operace - moření, fosfatizace, anodická oxidace a základní nátěry reaktivních primerů
• Konstrukce spoje - např. na tupo, s přesahem atd. • Základ - největší pevnost spoje orientována ve směru maximálního namáhání, plocha lepeného spoje co největší a vrstva lepidla rovnoměrná a co nejtenčí Možnosti konstrukčního řešení plochých spojů: 1 - spoj tupý zkosený 2 - spoj jednoduše přeplátovaný zkosený 3-spoj dvojitě přeplátovaný 4 - spoj jednoduše přeplátovaný 5 - upravený spoj jednoduše přeplátovaný 6 - spoj lemový 7 - spoj s příložkou 8, 9 - spoje s upravenou jednoduchou příložkou 10 - spoj se dvěma příložkami 11, 12- spoj se dvěma upravenými příložkami
Možnosti konstrukčního řešení trubkových spojů: 1 až 7- různá provedení spoje 8 až 12 - lepené koncovky a záslepky 13 - vedeni souběžných trubek pomoci vlepeného sedla 14 - přitmeleni otopných trubek 15 až 18 - lepené příruby
Úprava lepidel • temperace na pracovní teplotu • ředění, přidávání plniv • odstranění plynů • reaktivní lepidla - smísení s příslušným vytvrzovacím činidlem a urychlovačem • lepidlo se musí nanášet tak, aby vytvořilo rovnoměrně tenkou souvislou vrstvu na jedné či obou styčných plochách • roztoková lepidla (rychle schnou vlivem odpařování nebo difuze rozpouštědla do podkladu) -nanášení na obě plochy • reaktivní lepidla (tuhnoucí chemickou reakcí v celé hmotě) nanášení jednostranné
Nanášení lepidel • Ručně - štětcem, tyčinkou, stěrkou, špachtlí, válečkem či nástavci na tubách • Strojově - vytlačovací a stříkací zařízení, polévací, nožová či válcová natírací zařízení • Některá lepidla v tuhém stavu, lepicí vrstva až po roztavení • Tavná lepidla v blocích tavným elementem ohřátým na teplotu tavení lepidla • V obalové technice a při výrobě obuvi • Prášková lepidla - ve fluidním loži, žárovým stříkáním či v elektrostatickém poli
Průmyslové způsoby nanášení tekutých lepidel
1 - nanášení lepidla dvouválcovým nanášecím strojem, 2 - nanášení lepidla clonovacím strojem, 3 - nanášení lepidla lištou (raklí), 4- nanášení lepidla tryskami
Tvorba spoje • Závěrečná fáze technologie lepení - vlastní spojení slepovaných ploch a následné vytvoření lepeného spoje • důležité zajistit rovnoběžnost lepených povrchu, čili rovnoměrnou vrstvu lepidla • Velký význam - vyvození patřičného tlaku po předepsanou dobu, kterým je lepený soubor držen pohromadě • Tlak - napomáhá fixaci lepených dílů, přispívá k rovnoměrnému roztečení lepidla po celé ploše, k vyrovnání menších nerovností podkladu a snazšímu proniknutí lepidla do povrchových pórů, čímž vzrůstá mechanické zakotvení • Ne nadměrný tlak - možné negativní účinky - vytečení lepidla, vznik vnitřního pnutí • vyvození tlaku - hydraulickými lisy, přítlačnými válcovacími zařízeními a pneumatickými systémy s pryžovou membránou • Při lepení náročných výrobku - autoklávy, současně působí i zvýšená teplota
• Zvýšení teploty - dobré rozvrstvení lepidla • u reaktivních lepidel urychlení vytvrzování • některé typy lepidel - pro nastartování chemické reakce zvýšení teploty nutné • lepení za studena - probíhá při teplotě 15 až 20 °C • lepení za zvýšené teploty nad 25 °C • přes 100 °C - tzv. lepení za horka • možnost vzniku vnitřních pnutí po ochlazení vlivem nestejnoměrné roztažnosti lepených materiálů a lepidla • čas, po který je spoj vystaven působení tlaku a teploty – dostatečně dlouhý, aby lepidlo získalo soudržnost dostatečnou ke vzniku pevného spoje
Svařování
• Svařování - pochod, při kterém vzniká nerozebíratelný spoj dvou nebo více dílů za úplného nebo částečného zaniknutí povrchového rozhraní • při styku teplem aktivovaných povrchů za pomoci tlaku • vytvoření pevného spoje - těsný kontakt povrchů, kdy se makromolekuly musí přiblížit na takovou vzdálenost, aby se mohly projevit mezimolekulové síly • rychlý nárůst pevnosti svaru - nutné vzájemné mísení mikroobjemů povrchových vrstev – podmíněno schopností materiálu přejít do tekutého (plastického) stavu • tavitelnost společně s reologickými vlastnostmi vzniklé taveniny (dle ITT, označovaná jako svařitelnost) určuje snadnost vzniku a kvalitu svaru
Zdroje ohřevu • přímo nosiči tepla, např. kontaktem s ohřátým povrchem (kontaktní svařování), horkým plynem či přídavným materiálem (extruzní svařování) • přeměnou jiných druhů energie na teplo, např. přeměnou mechanické energie (svařování třením, ultrazvukem), elektrické energie (vysokofrekvenční svařování) • Vlastní provedení - různý sled operací – 1. svařované povrchy nejprve uvedeny v úplný kontakt a teprve poté zahřívány 2. povrchy nejprve ohřáty a teprve po tom spojeny 3. kontakt a ohřev probíhají současně (svařování třením)
Kontaktní svařování • Jinými slovy kondukční • spojované povrchy ohřívány stykem s vyhřívaným (svařovacím) nástrojem • svařování v ustáleném (statickém) režimu - svařovací nástroj vyhříván na konstantní teplotu • svařování tepelným impulsem - nástroj během kontaktu se svařovanými povrchy se rychle ohřeje a vzápětí ochladí • Vyhřívaný svařovací nástroj - většinou opatřen tenkým ochranným povlakem (PTFE) – zábrana přilepování ohřívaného materiálu na kovový povrch nástroje • jednoduchý univerzální způsob - principiálně pro všechny typy termoplastů • Použití - pro spojování polotovarů, jako jsou fólie, desky, trubky a různé profily • Hlavní aplikační oblast – konstrukce chemických zařízení, stavebnictví a obalová technika
Svařování tepelným impulsem
a - impulsní svářečka, b — svářecí automat 1, 2 — svařovací čelisti, 3 — fólie, 4 – zdroj proudu, 5 — časové relé, 6 - buben, 7 — svařovací nůž, 8 — sekačka, 9 - stohování sáčků, 10 - svar
Svařování folií a desek • Tenké fólie - tepelným impulsem (0,1 až 1 s) • Do odporového pásku, součásti svařovací čelisti, se přivede dostatečně velký elektrický proudový impuls (až 300 A) • Vzniklým tepelným impulsem fólie zahřáty na svařovací teplotu a tlakem svařovací čelisti spojeny • Měrný tlak čelisti - 0,1 až 0,15 MPa • U výkonnějších strojů může být svařovací čelist chlazena vodou; pružná vložka v přítlačné čelisti zajišťuje rovnoměrné rozložení tlaku po celé délce čelisti a dokonalý kontakt mezi svařovanými vrstvami • Čelisti - svařovací kleště nebo součást svařovacích strojů (ovládány pákovým mechanismem) • Při jednostranném ohřevu - např. PE fólie do tloušťky 0,08 mm, při dvoustranném ohřevu do tloušťky 0,12 mm
svařovací a přítlačná čelist
1 - svařovací čelist 2 – odporový pásek 3, 4 - izolační vrstvy 5 - kanálek pro chlazení vodou 6 - přítlačná čelist 7 - pružná vložka
svařování tlakovým impulzem • ke svařování tenkých fólií (při výrobě PE sáčků) • tlakový a tepelný impuls - dáván trvale vyhřívaným nožem, který se na krátkou dobu přitiskne na svařovaný rukáv z PE fólie • fólie nesena otáčejícím se bubnem s pružným povrchem (pryž), svařovací nůž během impulsu posouván shodně s povrchem bubnu • rukáv v sousedství příčného svaru stříhán a vzniklé sáčky jsou stohovány
• tlustší fólie a desky – ohřívání nástrojem vyhřívaným na konstantní teplotu a spojovány bud‘ překrytím nebo na tupo • svařovací nástroj pro ruční svařování - páječka s regulací teploty apod. • standardní konstrukce umožňují pracovat s fóliemi šíře 4 m a tloušťky 1 až 12 mm, speciální typy s tloušťkou až 70 mm
Svařování trubek • také kontaktní svařování • nejčastěji trubky z HDPE, poly-1-buténu PP • navzájem nebo s tvarovkami, a to bud‘ na tupo nebo polyfúzí • Svařování na tupo - svařování bez použití dalších materiálů • využíván především u rozvodů vody a plynu • čelní plochy trubek a tvarovek se upraví, nahřejí na zrcadle na svařovací teplotu a po jeho oddálení se pod tlakem spojí za vzniku homogenního spojení • u rozvodů chemikálií pouze za předpokladu, že materiál trubek je vůči příslušné chemikálii odolný • zcela hladké spojení potrubí
Požadavky při svařování na tupo: • nutno zajistit přesnou souosost spojovaných trubek ( provádí se strojově • možno spojovat trubky s tvarovkami i trubky navzájem • nutná stejná tloušťka stěny svařovaných dílů • nahřívací zrcadlo - zabudované na svářečce, vyrobeno z tepelně vodivého materiálu (převážně z hliníkových slitin) • povrch potažen ochrannou separační vrstvou (teflon) proti ulpívání roztaveného plastu • svářečky na tupo pracují se svařovacími zrcadly se zabudovaným teploměrem • rovinný hoblík pro zarovnání a očištění svařovaných ploch upevněn na jedné hřídeli spolu se svařovacím zrcadlem • pro uchycení svařovaných profilů - na stroji upínací čelisti s možností výměny jednotlivých segmentů • svařovací tlak vyvíjen hydraulicky, ruční pákou nebo kolem opatřeným aretovacím šroubem
• hlavní parametry - tlak, teplota a čas • vhodná teplota zaručuje převedení svařovaného plastu do taveniny o vhodné viskozitě či tekutosti, pro jednotlivé typy plastů normalizovány • teplota na svařovacím zrcadle stanovena s ohledem na případné tepelné ztráty při chladnutí zrcadla v okolním prostředí • regulace teploty - termostatem či elektronicky • čas svařování - stanoven optimálně pro každou fázi svařování • tlak – vyvíjen mechanickým nebo hydraulickým zařízením • poslední fáze – chládnutí pod tlakem, uvolnění částí • mechanické zatížení – dvě hodiny po ukončení svařování
Princip kontaktního svařování trubek pomocí spojovací objímky
a - spojovací objímka, b - nástavec pro ohřev spojky, c - vyhřívaná deska, d nástavec pro ohřev trubky, e - trubka; vlevo: jednotlivé díly; uprostřed: ohřev; napravo: hotový spoj
Trubky z PVC, PP, polybutenu a PVDC
Svařování profilů • ke svařování okenních a dveřních rámů z dutých PVC profilů • zařízení značně automatizována • princip - obdoba svařování trubek natupo, stroj navíc vybaven upínacím zařízením na výrobu koutových svarů, T-kusů apod. • některé typy zařízení vybaveny, čtyřmi svařovacími ústrojími- možno vyrobit celý rám najednou • speciální omezovače přítlačné síly při ohřívání a spojování zajišťují úzkou rozměrovou toleranci výrobků
Polyfúzní svařování • Jedním z nejpoužívanějších způsobů svařování potrubí a tvarovek • pro tlakové rozvody teplé a studené vody a u podlahového a ústředního vytápění • také potrubní rozvody v chemickém průmyslu • svar vytvářen pouze materiálem trubky a tvarovky – jeden z nejkvalitnějších • pro systémy s malým průměrem - nenáročný na pořízení svařovacích nástrojů a techniky nutných k montáži • Také nazýváno objímkové nebo hrdlové • lze spojovat potrubí o průměru 10 až 120 mm • při spojování přímých potrubí se používají nátrubky a v ostatních místech potrubí tvarovky, jako např. kolena, redukce, T-kusy apod. • trubka při svařování ohřívána v takové délce, která odpovídá zasunutí do hrdla tvarovky • u tvarovky ohříván vnitřní povrch v místě zasunutí trubky
Postup polyfúzního svařování
• Polyfúzní svářečka - trnová nebo zrcadlová • základní částí zrcadlové svářečky, která nahřívá trubku a tvarovku, je ohřívací zrcadlo, na které se připevňují polyfúzní nástavce • zrcadlo - různý tvar a rozměry (podle rozměrů polyfúzních nástavců) - může být upraveno i pro upínání více nástavců, a tím zároveň pro svařování více profilů najednou • uvnitř topné desky - elektrické topné těleso • teplota desky - taková, aby se svařovací nástavce přenosem tepla zahřály na požadovanou teplotu (konstantní, udržována pomocí elektronické regulace)
• trnová svářečka - podobná, s tím rozdílem, že svařovací nástavce se nasazují na topný trn • ohřívací zrcadlo, popř. trn pro upevnění nástavců a polyfúzní nástavec - z kovových slitin (dobré vodiče tepla) • plochy ohřívacích nástavců pokryty PTFE • ohřívací nástavce - vnitřní a vnější, vnější pro natavování tvarovky a vnitřní pro natavování trubky každý svařovaný průměr musí být svařován jinými nástavci
Svařování elektrotvarovkami • Pevný a homogenní spoj • Spojení vytvořeno elektrotvarovkou ve tvaru nátrubku nebo tvarovky (koleno, víčko, odbočka atp.) • pro všechny typy potrubních rozvodů ze svařitelných plastů • není klasickým kontaktním svařováním • Elektrotvarovky - v rozměrech vhodných pro rozvody vytápění až pro systémy vnitřní kanalizace a potrubí pro uliční řády • speciální prvky, jejichž součástí je vinutí odporového drátu • vinutí zastříknuté přímo v materiálu elektrotvarovky nebo zastříknuté do tenké fólie vložené do tvarovky • První způsob - především u elektrotvarovek pro svařování vnitřních vodovodních, kanalizačních a vytápěných rozvodů • způsob na principu vložené fólie - zejména u montážních odboček • Monofilární a bifilární
U monofilární elektrotvarovky začátek vinutí v okrajové části a ve střední části přechází vinutí jednou smyčkou do druhé okrajové části Svary se vytváří najednou na obou koncích Bifilární elektrotvarovka - v každé okrajové části samostatné vinutí nutno svařovat samostatně každou polovinu tvarovky Prostor bez vinutí ve středu studená zóna Vinutí uloženo na povrchu v kontaktních vývodech, kam se připojuje elektrosvářečka
Svařování horkým plynem s přídavným materiálem • ohřátí spojovaných povrchů a přídavného materiálu na teplotu svařování pomocí proudu horkého plynu • vzduch, dusík nebo oxid uhličitý • svary V a X
• požadované vyhřátí svařovaného místa vhodným sklonem ústí trysky • přídavný materiál ve formě drátu veden do lůžka svaru tak, aby směřoval kolmo na rovinu svaru a mírným tlakem (p) se zajišťuje dobrý kontakt přídavného materiálu a spojovaných materiálů
• výhodné především pro tlustostěnné materiály • díly různých tlouštěk, svary složitých tvarů libovolně umístěné v prostoru • při sestavování konstrukcí chemických zařízení, kladení podlahovin z PVC • malá produktivita a nedostatečná pevnost spoje především při zatížení v ohybu a rázem • pevnost svaru přibližně 70 % pevnosti základního materiálu • přídavný materiál - plast stejného typu jako základní materiál • dodává se ve tvarech tyčinek, drátů, pásků apod. • horkovzdušná pistole • nástroj na odstranění přebytečného materiálu
Extruzní svařování • svařování tenkostěnných polotovarů z PE a PP • svařování vytlačovaným přídavným materiálem (tzv. extruzní svařování) • vytlačení taveniny spojovacího materiálu mezi spojované povrchy, které ohřeje na svařovací teplotu a spojí se s nimi za vzniku svaru • bez kontaktu vytlačovací hubice se spojovanými díly - bezkontaktní • s kontaktem hubice se svařovanými povrchy - kontaktní • stroje pro extruzní svařování konstruovány bud‘ s oddělenou plastikační jednotkou, nebo jako ruční s malým extruderem přímo ve svařovací hlavě • zásobovány granulátem nebo páskem polymeru • splnění různých požadavků – výměnné hubice a patky • relativně nová svařovací metoda • Jednoduchá, velká produktivita, široké technologické možnosti • velmi dobrá kvalita svarů • svařování PE, PVC a dalších plastů
a - vytlačovací stroj, b- regulovatelný pohon vytlačovacího stroje, c - regulátor teploty vytlačovacího stroje, d - přívod elektrického proudu pro ohřívač vzduchu, e - regulátor teploty hadice s vytlačovaným přídavným materiálem, f - ventilátor, g oplet z tepelné izolace, h - polytetrafluorethylenová hadice, i - hadice pro vzduch, k - svařovací hlava, l - držadlo, m - ohřev vzduchu, n - teploměr pro ohřátý vzduch, o - svařovaný díl, p - vodicí hrot q - svar, r - svařovací patka, s - ústí hadice
Vysokofrekvenční svařování • Vlivem elektrického pole dochází u některých materiálů, jejichž molekuly mají trvalý nebo indukovatelný dipólový moment, k posunu elektrických nábojů - k tzv. orientační a elektronové polarizaci • Elektronová polarizace se týká přesunu elektrických nábojů uvnitř molekul nebo atomů beze změn jejich tvaru či polohy • Polarizace probíhá okamžitě a nedochází při ní ke zpožděným přesunům ani účinkem vysokofrekvenčního střídavého elektrického pole • Orientační polarizace je časově závislá, neboť při ní dochází ke změnám poloh molekul nebo jejich částí • Stačí-li hmotné částice ve střídavém elektrickém poli sledovat změny tohoto pole, jako je tomu např. u střídavého proudu s frekvencí 50 Hz, nenastávají energetické ztráty a hmota se projevuje jako izolátor • intenzita fázově posunuta proti napětí - střídavý proud indukovaný ve hmotě jalový, a proto nekoná práci - při vyšších frekvencích (např. několik tisíc Hz) dochází však u polárně nevyvážených molekul k fázovému posunutí intenzity oproti napětí v indukovaném proudu – vznik práce, ve hmotě se ztrácí a mění se na teplo
• jen u polymerů, v jejichž molekulách je vyvolána jednostranná polarizace vazbami, jako jsou např. C≡N, C=N, C=O, N=O, C-Cl, C-O • teplo závisí na ztrátovém faktoru (při dané teplotě pro určitý materiál konstantou), na intenzitě elektrického pole a na jeho frekvenci • spočívá v umístění tenkých svařovaných dílů mezi desky pracovního kondenzátoru - tzv. elektrody, z nichž jedna nebo obě vytvářejí svarový šev • po přivedení elektrického napětí je materiál rychle zahřát na svařovací teplotu a tlakem elektrod je spojen • teplo se vytváří přímo ve hmotě, nejvyšší teplota v místech styku svařovaných fólií a nejnižší na jejich povrchu ve styku s chladnými elektrodami výhodné pro tvorbu spoje a navíc se materiál nelepí na elektrody • spodní elektroda nejčastěji rovinná, horní má tvar požadovaného svaru (tlaková elektroda) • má-li elektroda břit, může kromě svařování i oddělovat přebytečný materiál nutno svar podložit izolačním materiálem s malým ztrátovým činitelem a o velké elektrické pevnosti, aby nedošlo ke zkratu při proseknutí svařovaného materiálu elektrodou
u výkonných svařovacích zařízení elektrody chlazeny vodním kanálkovým systémem pro kontinuální svařování elektrody tvořeny kladkami, mezi kterými materiál prochází Při vlastním svařování buď současně ohřev i stlačení nebo první ohřev a pak stlačení
1 - pohyblivá tvarová elektroda ‚ 2 - spodní rovinná elektroda, 3 izolační podložka, 4 svařované fólie
• tenké materiály (fólie,koženky, textilie) z polárních polymerů, především z měkčeného i neměkčeného polyvinylchloridu • Svařovacími elektrodami, pokud mají patřičný tvar, se do fólií vtlačují různé nápisy, značky apod. • v řadě případů nahrazuje šití, a dosahuje se tak při menší pracnosti pevnějších spojení • velká produktivita práce (krátké pracovní cykly, malá spotřeba energie, možnost dokončovacích prací při užití elektrod s břitem atd.) • lepší pracovní podmínky a zmenšení znečišťování okolí oproti svařování nebo lepení
Svařování ultrazvukem • mechanické kmity o frekvenci 20 až 50 kHz vytvářené generátorem ultrazvuku • generátor nejčastěji založen na principu tzv. magnetostrikčního jevu, tj. na změně rozměrů tělesa z feromagnetických látek vlivem magnetického pole • přivedením střídavého elektrického proudu do vinutí měniče dojde k těmto změnám a vzniknou tak mechanické kmity o dvojnásobné frekvenci • generátor může být rovněž elektrostrikční s piezokeramickým měničem • v obou případech amplituda vznikajících kmitů velmi malá (3 až 5 µm), nutno vhodným transformátorem kmitů zvětšit • optimální velikost amplitudy 30 až 40 µm
•
Ohřev materiálu podmíněn pohlcováním energie mechanických vibrací - nejintenzivnější pohlcování energie v nehomogenitách materiálu (nejvíce akumulovány na rozhraní spojovaných dílů)
•
i vzrůst teploty na tomto rozhraní větší než v objemu materiálu
•
mimo to mohou vznikající příčné vlny způsobovat tření povrchů, což přispívá k jejich rychlému ohřevu
•
vznikající měkká vrstvička sice zmenší koeficient tření mezi povrchy, ale sama se stává oblastí intenzivního pohlcování energie a mísení materiálu
•
působením ultrazvukových vln změněny tokové vlastnosti vzniklé taveniny urychluje vytvoření svarového spoje kvalitní svařovaní při nižších teplotách, než dovolují ostatní svařovací metody
•
Svařitelnost polymerů ultrazvukem - dána jednak množstvím mechanické energie přivedené na materiálové rozhraní, jednak množstvím tepla nutným k ohřevu materiálu na teplotu tečení
1 - magnetostrikční měnič, 2 cívka měniče, 3 - transformátor pružných kmitů, 4 - svařovací nástroj, 5 - svařované díly, 6 podpěra
Znaky ultrazvukového svařování: 1. K ohřevu materiálu na svařovací teplotu dochází velmi rychle - ohřev trvá řádově sekundy až zlomky sekund 2. Působení ultrazvukových vln na ohřátý materiál urychluje tvorbu spoje, zkracuje celý cyklus a umožňuje svařovat i při nižších teplotách 3. Mnohé materiály lze svařovat v místech značně vzdálených od povrchu, na který je přiváděna energie 4. Není nutné předchozí očištění spojovaných povrchů od nečistot 5. Na svařovacím nástroji není elektrický potenciál
• svařování v blízkém poli (kontaktní svařování) - ke spojování měkkých materiálů (polyethylénu, kopolymeru ethylén-propylén apod.), malé tloušťky (do 5 mm) • v poli vzdáleném od sonotrody (distanční neboli přenosové svařování) - při svařování objemných dílů z tvrdých termoplastů (PS,PMMA,PC apod.)
Schéma kontaktního (a) a přenosového (b) svařování ultrazvukem:
1 - sonotroda, 2 - svařované díly, 3 - opora
Svařování třením • ohřev spojovaných dílů na svařovací teplotu - přeměna mechanické energie v energii tepelnou při tření povrchů • Intenzita uvolňování tepla dána třecím výkonem, který je určen přítlačnou silou, koeficientem tření a vzájemnou rychlostí třených ploch • množství tepla - v závislosti na době tření za předepsaných podmínek (tlaku, rychlosti) • dle technického provedení - rotační a vibrační • Rotační - tření povrchů dosaženo přitlačováním jednoho otáčejícího se dílu na díl druhý, který je upevněn a neotáčí se po roztavení povrchových styčných vrstev se tření přeruší bud‘ uvolněním upevněného dílu (začne se též otáčet) nebo zastavením rotace poháněného otáčejícího se dílu • předměty drženy stále pod předepsaným tlakem, dokud nedojde k požadovanému spojení a ochlazení spoje • pro rotačně symetrické díly (koule, válce, trubky, kužele apod.) nebo lze tyto díly přivařovat na rovné plochy
Svařování třením pomocí soustruhu
1 – sklíčidlo 2 - svařované části 3 – zarážka 4 - otočný hrot koníku 5 - otočná část 6 - neotočná část 7 - svar
• Vibrační svařování – vznik tepla vzájemným třením spojovaných povrchů oscilacemi o frekvenci 100 až 250 Hz a amplitudě I až 4 mm • oscilace - lineární nebo úhlové • lineární vibrace - pro svařování úzkých a dlouhých dílů s poměrem délek větším než 1,5 • vibrace se vedou ve směru největšího rozměru, (největší tuhost dílu • úhlové vibrace - svařování kruhových, čtvercových nebo obdélníkových dílů s poměrem délek stran menším než 1,5 • PS, ABS, PMMA, PA, PC, PP, PVC • rotační svařování - investičně i provozně méně náročné, je však omezeno na rotační tvary • vibrační svařování zajišťuje přesnější spojení dílů, svařované části mohou mít větší rozměry
a) tvary dílů vhodných pro lineární vibrace b) tvary dílů vhodných pro úhlové vibrace
Svařování zářením • působením infračerveného záření (radiační svařování) • koncentrovanými světelnými paprsky (svařování laserem) - ohřevu spojovaných povrchů dosahuje přeměnou zářivé energie na teplo • koncentrace značného množství energie v tenkém paprsku, jehož průměr v místě zaostření dosahuje pouze desetin milimetru • zdroje tohoto záření - molekulární plynové lasery (na bázi oxidu uhličitého nebo oxidu uhelnatého) • při spojování tenkých fólií, kdy se dociluje vysokých pracovních rychlostí 1 - laser, 2 - paprsek laseru, 3 - zrcadlo, 4 – ostřící čočka, 5 - přítlačný váleček, 6 - dopravní válec, 7 - svařované folie
Povrchové úpravy
Důvody • dosažení vizuálního efektu • zlepšení některých funkčních vlastností výrobku spojených s jeho povrchem, popř. kombinace obou cílů Při změně funkčních vlastností jde hlavně o: 1. tvorbu speciálních funkčních skupin na povrchu výrobku pro specifické interakce s jinými funkčními skupinami 2. zvýšení povrchové energie - zvýšení hydrofilnosti 3. snížení povrchové energie - snížení hydrofilnosti nebo dosažení hydrofobie 4. zvýšení chemické odolnosti 5. odstranění slabých hraničních vrstev nebo znečistění 6. modifikace povrchové morfologie zvýšením nebo snížením povrchové krystalinity nebo hrubosti 7. dosažení povrchového síťování 8. zvýšení povrchové elektrické vodivosti, 9. zvýšení povrchové kluznosti (lubricity) nebo lépe změny třecích poměrů
Desénování • také vzorování je postup, při kterém se materiály, především v pásech či pruzích, opatřují povrchovým reliéfem • Často u výrobků z měkčeného PVC, a to zejména u fólií a koženek a také u syntetických usní • požadovaný vzor, jehož nositelem je kovový, ale v poslední době také keramický válec, vtlačován do hladkého povrchu materiálu, který má být dezénován • Buď válec, nebo dezénovaný materiál ohřáty a reprodukovatelnost přenášeného vzoru závisí na teplotě a přítlaku • obě veličiny mohou být regulovány, u teploty jde hlavně o ochlazení po průchodu dezénovacími válci • v některých případech dezenování zařazeno přímo jako součást válcovacích či natíracích linek
Schéma dezénovacího zařízení
1 - ohřev materiálu, 2 - dezénovaný materiál, 3 - dezénovací válec, 4 - opěrný válec
• Možnost vytvoření mikrodesénu – např. pro PVB folie – zvýšení lepivosti ke sklu • Chemické dezénování - u tlustších plošných výrobků, sestávajících z více vrstev • - výroba podlahovin, u nichž je jedna vrstva lehčená - typ Cushion Vinyl • na povrch výrobku, tvořený lehčitelnou směsí, naneseny potiskovací technikou bud‘ aktivátory, nebo inhibitory rozkladu použitých nadouvadel podle předem zvoleného vzoru • v místech potisku a vedle nich dosážení různého stupně nalehčení a tím i různých výšek lehčené vrstvy a v důsledku toho také celé podlahoviny
Potiskování •
Vytváření barevných efektů podle zadání
•
Odlišné vlastnosti od papíru a textilu – problémy
•
Většinou nutná předúprava povrchu pro potiskování
•
Plasty - materiály ve většině případů s kompaktním neporézním povrchem,nenasákavé, obtížně
•
rozpustné v rozpouštědlech a vykazují rozdílnou povrchovou energii způsob cílené změny charakteru povrchu před potiskováním
•
pro dobré smáčení a adhezi k pevnému povrchu polymeru při jakémkoliv nanášení, tedy také při potiskování, lepení aj., povrchové napětí povrchu polymeru minimálně o 10 mN/m větší než povrchové napětí použité kapaliny, tj. rozpouštědla, barvy, smáčedla aj.
•
Např. barvy nebo adheziva na bázi vody mají vyšší povrchové napětí, než je povrchová energie povrchu PE, nesmáčí povrchy na bázi tohoto polymeru povrch nutno změnit nebo upravit tak, aby byl smáčivý vodou (Polární složka je tvořena interakcemi dipólů v makromolekulách)
•
Stupeň předúpravy - hodnocení pomocí testovací tužky či testovacího roztoku
odlišný
Možnosti předúprav • Úprava plamenem - ožehnutí povrchu plastu oxidačním plamenem o teplotě 700—900 °C • Moderní systémy oxidace povrchu plamenem jsou běžné i s inovacemi, jako jsou elekronické řízení spalování, plynné zdroje (přírodní plyn, svítiplyn, propan- butan), stlačený vzduch, systém distribuce plamene aj. • Pro zlepšené potiskování, adheze etiket, především u kelímků a válcových předmětů vyrobených vyfukováním nebo vstřikováním (lahve) • Výhoda - relativně nízké pořizovací náklady a možnost zařazení do linek • omezení - ne u velmi tenkých výrobků a výrobků komplikovaných tvarů s nízkou reprodukovatelností • Nevýhoda -vysoké náklady na provoz a bezpečnostní zabezpečení
• Chemická úprava - kontinuální nebo diskontinuální ponoření výrobku do reakční směsi a reagování povrchu plastu s aktivními složkami směsi • nejčastěji používána u styrénových plastů při galvanickém pokovení a při úpravách pro lepení • V případě polyolefinů - kyselina chromsírová, v případě PET kombinace fyzikálních metod, disperzí a roubování. Roubování i u úpravy akrylových polymerů
• Mezní případ - oxidace povrchu taveniny ozonem • Ozon - intenzivní oxidační prostředek, vyrábí se ve výrobnících ozonu s výkonem až 1000 g/h, pomocí suchého vzduchu se vyfukuje pod tryskou vytlačovacího stroje do styku s taveninou polymeru
• Chemická úprava - velmi účinná a homogenní, navíc při ní dochází i k mikročistění upravovaných povrchů. • Nevýhoda - agresivita chemikálií a komplikovaná likvidace zbytků reagenčních směsí
• koronová úprava - poprvé použit u úpravy polyethylénových fólií a také v této aplikaci je nejvíce používán • Základ zařízení - vysokofrekvenční generátor a elektrodový systém, který je připevněn v definovaném rozmezí - běžně 1,5 cm - k uzemněnému nosnému válci • výkon generátoru se vybíjí přes elektrodový systém na povrchu upravovaného materiálu • dvě varianty elektrod - podle toho, zda jde o vodivý nebo nevodivý povrch • Pro nevodivé materiály (většina plastů) - kovové elektrody různých tvarů, pro fólie nejčastěji nožové nebo listové, pro ostatní výrobky různě profilované • Pro vodivé materiály (pokovené plasty) - elektrodový systém z dielektrických elektrod - např. keramických, které pro přenos vysokého napětí obsahují kovový vodič • Účinnost koronové úpravy - determinována eletrodovým systémem – celková přivedená energie by měla být co nejrovnoměrněji a nejúsporněji rozmístěna na povrchu materiálu při minimální spotřebě
Schéma elektrodového systému
1 - vysoké napětí, 2 - elektroda, 3 - folie, 4 - uzemněný kovový válec, 5 - plášt‘ z dielektrika
Způsoby potisku Přímé způsoby • Tisk z hloubky • Tisk z výšky • Sítotisk
Nepřímé způsoby • Ofset • Potiskování měkkým razníkem – razítkování • Potiskování teplým razníkem – termotisk • Polygrafické potiskování – knihtisk nebo gumotisk
Tisk z hloubky
• barva se nanáší na potiskovaný povrch z prohlubní tiskového válce • hloubka prohlubenin určuje množství nanesené barvy, a tím i její sytost (polostíny) • nejrozšířenější způsob potiskování fólií, zejména fólií z měkčeného PVC 1 - hlubotiskový válec, 2 podložní válec, 3 - nanášecí válec, 4 - fólie, 5 - nádržka s barvou (barevník), 6 stírací nůž
Tisk z výšky 1 -tiskový válec, 2 podložní válec, 3 - nanášecí válec, 4 přenášecí válec, 5 - barevník, 6 - fólie, 7 - stírací váleček
• barva nanášena z nádržky (tav. barevníku) nanášena válci na vyvýšené plochy tiskového válce a odtud na potiskovaný povrch • Místo přenášecího válce - často textilní pás • přebytek barvy není stírán – dlouhá životnost tiskového válce
Sítotisk • Barva protlačována otvory síta pomocí natíracího nože (stěrky) na potiskovaný povrch • Viskozita barvy, velikost ok síta a tlak, resp. náklon stěrky určují množství nanesené barvy, sítotiskem lze nanášet i tlusté vrstvy • Síta - z zjemného hedvábného, měděného nebo polyamidového pletiva • s počtem až 100 ok na I mm2 • Obraz (šablona) – vytvořen fotochemickou cestou pomocí vrstvy citlivé na světlo • Síto nejčastěji rovinné, upnuté v rámu z plastu nebo z nerezové oceli • potisk rovinných, popř. válcových a kuželových ploch • Vlastní tisk dvěma způsoby: při prvním způsobu se rám se sítem položí na předmět a nůž přejede přes síto; naopak při druhém způsobu je nůž nehybný, pojíždí rám a předmět se současně posouvá (nebo otáčí) stejně se sítem • kontinuální způsob tisku fólií umožněn při tzv. rotačním sítotisku, kdy síto tvoří plášť válce 1 - pracovní stůl, 2 - fólie, 3 - rám, 4 - síto, 5 - barva, 6 - stírací nůž, 7 - potisk
• Ofsefový tisk - strojový způsob potiskování zvlášt‘ vhodný pro sériovou výrobu,umožňující velké rychlosti tisku • barevný vzor - tiskem z plochy na základě rozdílné smáčivosti tiskové formy barvou, popř. vodou • nejprve nanesen obvykle na opryžovaný válec a odtud na potiskovaný povrch • dosažení velmi jemné kontury tisku • vysoké požadavky na rovnost rovinných nebo válcových povrchů, • nanesený barevný film velmi tenký - výhodné chránit vrstvou transparentního laku – zvýšení odolnosti proti otěru
• Potiskování měkkým razníkem (razítkování) - varianta ofsetového tisku, vhodná zejména pro potiskování drobných předmětů s nerovným povrchem (hadic, trubiček, štítků apod.) • barevný obraz vytvořen nejprve na měkkém razníku (nejčastěji ze silikonového kaučuku) metodou přímého tisku a tímto razníkem obraz přenesen na potiskovaný povrch • Potiskování teplým razníkem (termotisk) - přitlačení tiskové fólie vysokým měrným tlakem na potiskovaný povrch • tlak vyvozován razníkem z kovu nebo silikonového kaučuku s teplotou 100 až 200 °C • barevná vrstva nanesena na speciální tiskové fólii skládající se postupně z těchto vrstev: nosiče PETP, separační vrstvy, ochranné vrstvy budoucího nátěru, pigmentové vrstvy (popř. kovové fólie) a vrstvy tavného lepidla • působením tepla a tlaku se barevná vrstva tiskové fólie oddělí a přilne na povrch výrobku • výhoda uvedeného postupu - možnost okamžité manipulace s potištěným dílem, odpadá úprava obtížně potiskovatelných povrchů, vícebarevné obrazy vznikají v jednom pracovním cyklu
Leštění • proces, při kterém se bud‘ odstraňují defekty z výroby, vzniklé na povrchu výrobku, nebo se odstraňují stopy po mechanickém opracování nebo se vylepšuje standardně dosažený povrch • vlastnímu leštění se mu vyhnout – kvalitním výrobkem přímo z výroby proto u vstřikování, lisování aj. kladen důraz na kvalitu povrchu desek či forem Tři způsoby nebo jejich kombinace • mechanické leštění • leštění plamenem • leštění rozpouštědly
• Mechanické leštění - pomocí textilních, látkových, případně plstěných kotoučů nebo také lešticích pásek, šňůr, dostupnými lešticími pastami • Odlišné složení - v důsledku toho také barvami - pro plasty se hnědé a zelené pasty • pasty také z vídeňského vápno, mikropolit či plavená křída • od hrubších lešticích prostředků k jemnějším, tj. po hrubém odstranění vad pilníkem, smirkovými papíry či plátny postupně stále jemnější pasty • pasty musí být stále dostatečně vlhké • povrchy se při leštění zahřívají - práce se provádějí přerušovaně • dolešťování bez past měkkým textilem+ • Nejčastěji výrobky z PMMA ( zapolymerované biologické či jiné objekty) leštění rotujícími látkovými kotouči o průměru 25-300 mm • Reaktoplasty - leštění v bubnech (zaplněny lisovanými dílci, lešticí směsí a navoskovanými kostkami z tvrdého dřeva
• Leštění plamenem - jen u materiálů, které se účinkem plamene definované intenzity povrchově nataví • působení plamene je velmi krátké, jde v podstatě jen o mžikové ožehnutí • Plameny, které nečadí - kyslíkovodíkové kombinace • Nutný dostatek zručnosti a zkušeností • leštění rozpouštědly - pro materiály, které jsou v daném rozpouštědle rozpustné nebo částečně rozpustné a nemají vnitřní pnutí, např. pro odlévané PMMA • rozpouštědlo působí bud‘ jako pára, nebo v kapalné fázi, závislé na teplotě a době působení • PMMA - páry trichlórethylénu při 80 ‘C po dobu 3-4 s s následným rychlým odstraněním zbytků par rozpouštědla při téže teplotě • také postřikování výrobků rozpouštědlovou mlhou nebo ponoření do rozpouštědla či jeho směsí
Sametování • procesy, které vedou k nanášení krátkých sekaných vláken na povrchy plastových výrobků • zakotvením vláken na těchto površích se dosahuje příjemného povrchového omaku, připomínajícího podle použitých materiálů a technologií samet, semiš, velur či jiné textilní nebo textilu podobné materiály • na povrch plastu opatřený vhodným adhezivem se usměrněně nanášejí krátká vlákna, která ve vrstvě lepidla zakotví • usměrnění uložení vláken se dosahuje bud‘ pomocí elekrického pole (vlákna se ukládají ve směru siločar) nebo aplikací vláken pomocí vzduchových či bezvzduchových pistolí, nebo také kombinací těchto způsobů • Lepidla by měla být vodivá - vodní disperze syntetických pryskyřic, rozpouštědlová dvoukomponentní lepidla i bezrozpouštědlové systémy, povrch sametovaného materiálu také lepivý a vodivý
Schéma zařízení pro sametování
1 - odvíjení, 2- nanášení adhezivní vrstvy, 3 - aplikace vláken, 4 - elektrické pole, 5 - sušeni, 6 - navíjení
Technologický postup • Příprava nosného materiálu
• • • •
Nános lepidla Vlastní aplikace vláken Sušení Odstranění přebytku vláken a příp. rozpouštědel
• Materiál - nesmí mít ostré hrany, povrch u PO musí být leptaný či oxidačně upravený • Nanášení – kontinuální, různé typy válců
Příklady aplikačních možností pro vlákny upravené povrchy
Pokovování plastů • Kovový povlak na povrchu výrobku - efektní kovový vzhled, lepší vlastnosti 1. mechanické vlastnosti se celkově zlepší - zvětší se zejména tažnost, rázová houževnatost a pevnost v ohybu, odolnost proti opotřebení 2. menší navlhavost, propustnost pro kapaliny a plyny, větší odolnost proti rozpouštědlům a olejům 3. významně se zabrání přirozenému stárnutí plastu 4. lepší tepelná tvarová stabilita 5. pokovené plasty jsou lehčí než příslušné kovové díly, jejichž výroba je navíc nákladnější
• chemické (bezproudové) pokovování - kov se vylučuje na povrchu předmětů • z roztoku soli povlakového kovu působením redukčního činidla bud‘ trvale obsaženého v pokovovací lázni (klasický způsob), nebo redukční činidlo dodáváno až na speciálně upravený povrch předmětů (sorpční způsob) • pokovovací lázeň - pří klasickém způsobu obsahuje rozpuštěnou sůl kovu, redukční činidlo, komplexotvorné látky, tlumič pH, popř. další přísady • na povrchu plastu vyloučena jen část vyredukovaného kovu (asi 20 %) • výhodnější sorpční způsob - chemisorpce aktivovaného povrchu, kdy se na něm redukují sorbované ionty • Cu, Ni, Co, Ag, Au
• redukční činidlo – fosfornan sodný, hydrid boritý, hydrazin a aldehydy • povrch výrobků – třeba upravit – zdrsnění a odmaštění • nejběžnější úprava povrchu - moření v chromsírové směsi, někdy doplněné o kyselinu fosforečnou • rozvíjejí se i způsoby zdrsnění povrchu plastů v atmosféře oxidu siřičitého, které nevyžadují nákladnou detoxikací odpadních vod • někdy se povrch ještě aktivuje (např. v roztoku PdCI2) a senzibiluje (např. v roztoku SnCl2 okyseleném HCI) • kovová vrstva se vylučuje rovnoměrně po celém povrchu nezávisle na tvaru výrobku • dosažitelná tloušťka povlaku např. pro měď 10 µm
• Galvanické pokovování - vyloučení kovu z roztoku účinkem stejnosměrného elektrického proudu • nutná elektrická vodivost pokovovaného předmětu - v případě výrobků z plastů dosažena vytvořením základní vodivé vrstvy (obvykle z Cu nebo Ag) na povrchu chemickým redukčním pokovením • dosažitelná tloušťka kovové vrstvy není při galvanickém způsobu omezena, vrstva se může skládat i z několika vrstev různých kovů nanesených postupně • také možno pokovovat některými slitinami (např. mosazí) • PP, PPO, PMMA, PTFE, PS, ABS • velmi pečlivá příprava povrchu před vlastním galvanickým pokovováním
• Pokovování ve vakuu - napařování kovů za velmi sníženého tlaku (0 až 1 Pa) • CD nosiče, automobilové reflektory, vánoční dekorační ornamenty • nejvíce hliník, ale lze tak nanášet řadu dalších kovů i některé slitiny • nanášený kov se taví a odpařuje v odpařovači, kolem kterého jsou umístěny předměty určené k pokovení, a to ve vzdálenosti menší, než je volná dráha molekul par kovu • Pro zajištění rovnoměrné tloušťky povlaku se předměty většinou otáčejí • teplota ploch, na — 120 °C)
1 — vakuová komora, 2 — planetové držáky, nichž3 má kov kondenzovat, nízká (asi — trny, 4— wolframový drát,bývá 5 vysokonapěťová elektroda, c - hnací zařízeni, 7 odsávání vývěvami
• dosahované tloušťky povlaku - v rozmezí 0,1 až 1 µm
• katodové naprašování kovů - při poněkud vyšších tlacích (1 až 10 Pa) • Výhodné zejména u těch plastů, které za velmi sníženého tlaku uvolňují těkavé produkty (např. u PVC, PMMA) • předmět se umístí v blízkosti katody z nanášeného kovu (slitiny), přivedením stejnosměrného elektrického napětí (1 až 20 kV) ionty plynu bombardují povrch katody a uvolňují z něj částice materiálu, které kondenzují na plochách v blízkém okolí • vznik dostatečného množství iontů plynu je často podporován doutnavým výbojem mezi dalším párem elektrod vysokého napětí, magnetronem nebo iontovým dělem • rozprašované částice kovu mají až o řád větší energii než při vakuovém napařování, a proto vnikají do kondenzačního povrchu a takto vytvořená vrstva velmi dobře lne k povrchu • Nevýhoda - menší rychlost napařování • lze nanášet velmi tenké vrstvy a přesně kontrolovat tloušťku povlaku • těžko tavitelné kovy (Pt, Ni, Rh, W, Mo) • S vhodným plynem může docházet k chemické reakci uvolněných částic kovů a pak lze nanášet pak jejich sloučeniny (oxidy, karbidy, nitridy)
• Žárové stříkání kovů - rozprašování taveniny kovu proudem vzduchu • vzniklé kapičky dosedají na povrch plastu a vytvářejí kovový povlak • na rozdíl od předcházejících postupů pórovitý a propouští např. vlhkost • lze nanášet jen kovy a slitiny s nižšími teplotami tání, aby nezpůsobovaly tepelnou degradaci polymeru • podle autora první stříkací pistole určené ke stříkání kovů (Schoop) se postup nazývá též šopování 1 - stříkací pistole, 2 - kovový drát 3 - acetylen, 4 - kyslík, 5 - kompresor
Poplastování • Odolnost plastů vůči mnoha chemickým vlivům i vůči povětrnosti - povrchové ochrana konstrukčních materiálů s nedostatečnou odolností proti korozi (ocel, dřevo, beton apod.)
• technologie vycházející z práškových polymerů žárové stříkání a vířivé nanášení, elektrostatické naprašování
• Žárové stříkání - práškový polymer nanášen speciální stříkací pistolí • Polymerní prášek nesený plynem prochází středovou trubicí do plamene směsi kyslík-acetylen, prášková hmota se při průchodu plamenem částečně nataví a proudem horkých spalin jsou částice polymeru vrhány na ohřátý povrch, kde se roztaví a spojí • vhodné jen takové polymery, které mají dostatečně velký interval mezi teplotou rozkladu a teplotou měknutí doporučuje se rozdíl 30 °C a více • Zvlášť vhodné jsou polymery s ostře ohraničenou teplotou měknutí, jako jsou např. polyethylen nebo polyamidy • Plasty musí být ve formě prášku s průměrem částic nejlépe 0,1 až 0,2 mm, pro tenké nánosy až 0,05 mm (příliš jemný prášek ne, protože se hmota v plameni snadno spaluje, částice brzy ztrácejí rychlost a jsou vířícími plyny odnášeny mimo povlékaný povrch)
• kovový povrch dokonale očištěn a zdrsněn, bez ostrých hran (na nich tenčí vrstva než na rovné ploše a povlak se u hran často odchlipuje) • nejčastěji důkladné otryskání ocelovou drtí a odmaštění rozpouštědly nebo párou • pak předehřev (plamenem hořáku nebo v pecích) na teplotu vyšší než Tm nanášeného polymeru • Předměty nastříkané epoxidy se ukládají do pecí, kde se při teplotě 150 až 200 °C vytvrzují • PA na železo, hliník a jeho slitiny, měd‘, mosaz a bronz; ne na předměty z olova, cínu a dřeva • PE na všechny kovy, dřevo a papír • epoxidy na kovy, popř. dřevo
• Vířivé nanášení (fluidní) - na ochranu zejména kovových dílců • rovnoměrnější a kvalitnější povlak než žárové stříkání • předehřátý předmět namočen do vrstvy vířícího polymerního prášku • prášek ulpívá na povrchu předmětu, akumulovaným teplem se taví a slévá se v rovnoměrný povlak • dosažená tloušťka závisí na teplotě a tepelné kapacitě předmětu a na době ponoření do fluidní vrstvy - běžně v rozmezí 0,25 až 0,6 mm • všechny materiály, které při požadované předehřívací teplotě netají, nehoří ani nepodléhají jiným nežádoucím změnám • ne lehce tavitelné kovy, jako je olovo a cín • Kovové předměty s rozdílnými tloušťkami stěny zahřívány na různé teploty rovnoměrná tloušťka povlaku po celém povrchu, navíc úspora polymeru • masivní předměty - ohřev krátkodobým tepelným šokem, materiál vystaven po dobu několika desítek sekund teplotě 600 až 900 °C, teplo pronikne jen několik milimetrů pod povrch, ihned následuje ponoření do vířivého prášku
•
Povrch opět pečlivě připravený
•
Předehřátý předmět na dobu 1 až 10 s ponořen do vířícího prášku
•
Přebytek prášku se odstraní otřepáním nebo ofouknutím 1 - stlačený vzduch,
•
2 - frita, zvláštnosti fluidní vrstvy - obtéká předmět (následkem pohybu částic prášku 3 - vířivá vrstva polymeru, nahoru a dolů) převážně jen ve svislém směru - nutné nořit tělesa (např. trubky) - předmět do lázně ve svislé poloze, otvorem proti vířícímu 4prášku
•
Polymerní prášek udržován ve vznosu proudem vzduchu, který prochází pórovitým dnem (s póry menšími než 25 µm) fluidační nádoby a směřuje vzhůru
•
Vhodná velikost částic polymerního prášku je v rozmezí 50 až 450 µm; výhodnější jsou částice rozeklané (hvězdicové - vznášejí se lépe než částice kulové
•
Horké předměty s teplým nánosem polymeru a malou tepelnou kapacitou chlazení vzduchem
•
Tlusté povlakové vrstvy na předmětech s velkou tepelnou kapacitou - vodou teplou asi 70 °C (omezena krystalizace v povrchové vrstv ě povlaku)
•
Polymerní povlaky mohou být, pokud je to nutné, mechanicky opracovány broušením, frézováním, soustružením nebo leštěním
• Elektrostatické naprašování - prášek polymeru rozprašován proudem vzduchu ve stříkací pistoli připojené k vysokému napětí (50 až 90 kV) • druhým pólem -povlékaný předmět částečky, které průchodem stříkací pistolí získají elektrický náboj, ulpívají na ohřátém povrchu delší dobu a snáze se natavují • navíc se nanášení prášku rozšíří i na odvrácenou stranu předmětu • povlaky o tloušťce 70 až 300 µm • termoplasty i reaktoplasty • výhodné zejména pro tvorbu tenkých nánosů nebo k povlékání rozměrných dílů • přes příznivý vliv elektrického pole značný úlet práškového polymeru - nutno zajistit jeho zachycení
