Plasty sú široko používané v lekárskych prístrojoch, automobiloch a každodenných výrobkoch kvôli ich početným výhodám, vrátane nízkej hmotnosti, dobrej odolnosti proti nárazu, dobrej priehľadnosti, dobrej izolácie, dobrej tvarovateľnosti, dobrej farebnosti a nízkych nákladov na spracovanie. Odkedy sa prví ľudia pokúšali pripevniť oštepy na konáre, montáž bola kľúčovou oblasťou ľudského snaženia a konečný výkon plastových dielov do značnej miery závisí od spôsobov spojenia medzi nimi. Vedci a príbuzní inžinieri vyvinuli mnoho rôznych metód spájania plastov prostredníctvom-dlhodobého výskumu a praxe.
Tento článok poskytuje krátky úvod do týchto technológií spájania plastov, dúfajúc, že ponúkne referenciu pre dizajnérov v príbuzných oblastiach pri výbere metód spájania plastov.
1. Lepenie
Lepenie sa týka techniky spájania povrchov homogénnych alebo heterogénnych predmetov pomocou lepidiel. Lepidlá sú prírodné alebo syntetické, organické alebo anorganické látky, ktoré môžu spájať dve alebo viac častí alebo materiálov prostredníctvom medzifázovej adhézie a súdržnosti. Súhrnne sa nazývajú lepidlá, spojivá a bežne sa označujú skratkou lepidlo. Stručne povedané, lepidlá sú látky, ktoré spájajú materiály dohromady prostredníctvom lepenia.
2. Lepenie rozpúšťadlami
Ide o proces, pri ktorom rozpúšťadlo rozpúšťa plastový povrch a spôsobuje zmiešanie materiálov. Keď sa rozpúšťadlo odparí, vytvorí sa spoj.
3. Lepenie spojovacích prvkov
Lepenie upevňovacími prvkami sa týka použitia upevňovacích prvkov na spájanie plastových dielov vrátane lisovaných-spojok, samorezných skrutiek{1}} a skrutiek. Lisované-spojky zvyčajne spájajú plastové diely vytvorením presahu medzi výstupkom na drieku a otvorom v plaste. Samo{5}}skrutky využívajú samorezné{6}}závity na pripojenie bez vŕtania diery.
4. Lepenie závesov
Plastové pánty možno rozdeliť do troch typov: jednodielne -integrované pánty, dvoj{1}}dielne integrované pánty a viac{2}}dielne kombinované pánty. Jednodielne integrované pánty sú tvorené lisovaním dvoch častí ako jednej jednotky bez potreby akýchkoľvek ďalších komponentov. Dvoj{6}}dielne integrované pánty sa vyrábajú vylisovaním dvoch samostatných plastových častí a ich následným zložením. Viacdielne kombinované pánty si okrem výroby dvoch samostatných plastových dielov vyžadujú ďalšie komponenty, ako sú tyče alebo kovové diely pántov. Medzi jeho výhody patrí opakovateľné otváranie a zatváranie a integrované pánty sú zvyčajne navrhnuté vo vnútri alebo blízko vnútra boxu, čím sa znižuje celková veľkosť dielov. Nevýhody zahŕňajú vysoké požiadavky na presnosť lisovania, všeobecne zložité formy a potrebu rozsiahlych vývojových skúseností pri racionálnom návrhu pohyblivého závesu.
5. Vložte lištu
Lisovanie vložky označuje proces tvarovania, pri ktorom sa do vstrekovacej formy vloží vopred-pripravená vložka z iného materiálu, po ktorej nasleduje vstrekovanie živice. Roztavený materiál sa spojí s vložkou a stuhne, čím vznikne jednodielny-výrobok. Závitové vložky sú primárnou metódou na vytváranie závitov v plastových dieloch, ktoré poskytujú lepšiu pevnosť spoja ako samorezné závity-. Vložky nie sú obmedzené na kov; môžu byť tiež vyrobené z látky, papiera, drôtu, plastu, skla, dreva, cievok, elektrických komponentov a ďalších. Lisovanie vložiek využíva kombináciu izolačných vlastností živice a vodivých vlastností kovu na vytvorenie lisovaných výrobkov, ktoré spĺňajú základné funkcie elektrických výrobkov. In{8}}dekorácia vo forme (IMD) je populárna medzinárodná technológia povrchovej úpravy. Je široko používaný v dekoratívnych a funkčných ovládacích paneloch pre domáce spotrebiče, automobilové prístrojové dosky, klimatizačné panely, kryty / šošovky mobilných telefónov, práčky, chladničky a ďalšie. IMD zahŕňa vloženie pred-predtlačeného dekoratívneho listu do vstrekovacej formy a následné vstreknutie živice na zadnú stranu listu, čím sa živici umožní spojiť sa s listom a vytvrdnúť.
Hlavnou výhodou lisovania vložiek je kombinácia ľahkého tvarovania a pružnosti živice s tuhosťou, pevnosťou a tepelnou odolnosťou kovu, čo umožňuje robustné vytváranie zložitých a zložitých integrovaných kovových-plastových produktov.
6. Viac-dielne tvarovanie
Viac{0}}dielne lisovanie, známe aj ako dvoj{1}}farebné vstrekovanie, predstavuje metódu lisovania, pri ktorej sa vstrekujú dva rôzne farebné plasty do tej istej formy. Umožňuje dve rôzne farby v lisovanej časti a môže vytvárať pravidelné vzory alebo nepravidelné vzory podobné obláčikom-, čím sa zlepšuje praktickosť aj estetika dielu.
Nižšie uvedený diagram znázorňuje princíp dvoj{0}}farebného vstrekovania. Používa dva valce, každý s rovnakou štruktúrou a prevádzkou ako štandardný vstrekovací valec. Každá hlaveň má svoj vlastný kanál pripojený k dýze a v kanáli dýzy je nainštalovaný ventil na zapnutie/vypnutie. Počas lisovania, po plastifikácii roztaveného materiálu vo valci, zapínací/vypínací ventil riadi poradie, v ktorom roztavený materiál vstupuje do dýzy, a podiel materiálu vypúšťaného pred jeho vstrekovaním do dutiny formy. Výsledkom sú rôzne plastové výrobky s rôznymi efektmi miešania farieb.
7. Lisované závitové spojenia
Lisované závitové spojenia označujú priame lisovanie závitov na plastové diely prostredníctvom konštrukcie vstrekovacej formy, čím sa dosahujú spojenia s inými závitmi s rovnakým profilom zubov, menovitým priemerom a inými parametrami.
Závity na plastových výrobkoch sa delia na vonkajšie závity a vnútorné závity. Vonkajšie závity sa zvyčajne demontujú pomocou posúvača, zatiaľ čo vnútorné závity sa demontujú pomocou metódy závitového spojenia. Vonkajšie závity majú jednoduchšiu štruktúru, ale po vylisovaní zostanú na plastovom výrobku deliace čiary. Ak sú deliace čiary zrejmé, ovplyvnia vzhľad výrobku a lícovanie závitov. Princíp spočíva v tom, že sa naklonený vodiaci stĺpik vysunie a potom vyhadzovací kolík vytlačí produkt von. Formy s vnútorným závitom je možné ďalej rozdeliť na: 1. Štruktúra s núteným vyskrutkovaním (ne-rotačná). 2. Ne-s vynúteným vyskrutkovaním (rotačná). V súčasnosti sa lisované nite používajú hlavne pri výrobe uzáverov fliaš.
8. Klepnutím na pripojenie závitu
Plastové závitové spojenie sa týka vŕtania otvorov do plastovej časti a následného závitovania na vytvorenie závitov, ktoré sa potom používajú na spojenie s inými časťami. Táto metóda je podobná metóde používanej v kovových častiach.
Jeho výhody sú: tento proces nemá žiadne požiadavky na tvar plastového dielu a presné polohovacie otvory je možné získať pomocou presných mechanických nástrojov.
9. Tlakové prispôsobenie
Tlakové uloženie, tiež známe ako silové uloženie, uloženie s presahom a uloženie zmrštením, zahŕňa zostavenie hriadeľa a otvoru s presahom uloženia pod určitým tlakom. Alternatívne je možné otvor zväčšiť zahriatím alebo zmenšiť hriadeľ chladením. Po zložení sa obe časti vrátia na rovnakú teplotu, čo vedie k presahu. Využíva pružnú deformáciu otvoru a hriadeľa v spojených plastových častiach na prenos určitého krútiaceho momentu alebo axiálnej sily po zložení. 10. Zacvaknuté-pripojenie
Zacvakovacie{0}}spoje sú mechanizmy, ktoré sa používajú na spojenie alebo uzamknutie jednej časti k druhej, zvyčajne sa používajú na spájanie plastových častí. Materiálom je zvyčajne pružný plast. Najväčšou výhodou zacvakávacích-pripojení je ich jednoduchá inštalácia a demontáž, čo umožňuje odstránenie-bez použitia nástrojov.
Vo všeobecnosti zaskakovacie-zapínanie pozostáva z polohovacieho prvku a spojovacieho prvku. Polohovací prvok vedie západku-do montážnej polohy hladko, správne a rýchlo. Spona zaisťuje zacvaknutie-k základni a zabraňuje jej vypadnutiu počas používania. V závislosti od aplikácie a požiadaviek sa spojovacie prvky delia na odnímateľné a neodnímateľné-. Odnímateľné spojovacie prvky sú zvyčajne navrhnuté tak, aby sa západka- uvoľnila pri určitej separačnej sile a oddelila dve spojovacie časti. Tieto západky{10}}sa často používajú na spojenie dvoch častí, ktoré je potrebné často rozoberať. Neodnímateľné spojovacie prvky vyžadujú ručné naklonenie, aby sa tieto dve časti oddelili, a väčšinou sa používajú na spojenie a upevnenie častí, ktoré nie je potrebné počas používania rozoberať.
11. Plastové nitovanie
Nitovanie je proces, ktorý sa používa najmä na spájanie častí vyrobených z rôznych materiálov (napr. plastu a kovu). Jedna časť má nit, ktorý zasahuje do otvoru v inej časti. Nit sa potom deformuje prúdením za studena alebo roztavením plastu, čím sa vytvorí hlava nitu, ktorá mechanicky spojí dve časti dohromady. Zmenou konštrukcie zváracej hlavy je možné získať rôzne vzory nitovacích hláv.
Nitovanie za studena: Pri nitovaní za studena sa nit deformuje pod vysokým tlakom. Studený tok vytvára vysoké napätie v oblasti nitu, preto je vhodný len pre plasty s dobrou ťažnosťou.
Nitovanie za tepla: Pri nitovaní za tepla sa zváracia hlava zahrieva stlačením, takže na vytvorenie hlavy nitu na nite je potrebný menší tlak a v hlave nitu sa vytvára menšie zvyškové napätie. Dá sa použiť na oveľa širšiu škálu termoplastických materiálov ako nitovanie za studena, vrátane materiálov-vyplnených sklom. Kvalita spoja závisí od kontroly parametrov procesu: teploty, tlaku a času.
Nitovanie horúcim plynom: Pri nitovaní horúcim plynom sa nit zahrieva prúdom prehriateho vzduchu, pričom teplo sa prenáša vzduchovými rúrkami okolo nitu. Potom sa spustí nezávislá zváracia hlava za studena, aby sa stlačil nit.
Ultrazvukové nitovacie zváranie: Pri ultrazvukovom nitovacom zváraní ultrazvuková energia poskytovaná zváracou hlavou roztaví nit. Počas nepretržitého tlaku zváracej hlavy prúdi roztavený materiál nitu do dutiny vo vnútri zváracej hlavy a vytvára požadovaný dizajn hlavy nitu.
Proces zvárania plastových dielov
Princíp zvárania je rovnaký: najskôr sa spojovacie plochy dvoch plastových častí, ktoré sa majú zvárať, zahrejú, aby sa roztavili; potom sa zvárací tlak na zváracie plochy zvýši a tlak sa udržuje po určitú dobu, kým zvarové plochy nestuhnú, čo indikuje úspešné zváranie.
12. Indukčné zváranie
Toto využíva hlavne vysoko{0}}frekvenčné zariadenia s vysoko{1}}napäťovým usmernením na generovanie elektrického poľa elektromagnetických vĺn prostredníctvom okamžitej oscilácie vysoko-elektrónovej trubice. Vnútorné molekuly spracovaného PVC, TPU, EVA, PET a iných plastových materiálov vytvárajú polarizované trenie a teplo v elektrickom poli elektromagnetických vĺn. V kombinácii s určitým tlakom sa tým dosiahne tavný efekt pre plastové výrobky, ktoré sa majú tepelne-zvárať.
13. Rotačné zváranie
Rotačné trecie zváracie stroje sa vo všeobecnosti používajú na zváranie dvoch kruhových termoplastických obrobkov. Počas zvárania je jeden obrobok upevnený na základnej forme, zatiaľ čo druhý obrobok sa otáča na povrchu pevného obrobku. V dôsledku tlaku pôsobiaceho na dva obrobky teplo generované trením medzi obrobkami roztaví kontaktné povrchy a vytvorí pevný a utesnený spoj. Polohovacie rotačné zváranie zahŕňa otáčanie po nastavenú dobu a potom dočasné zastavenie v nastavenej polohe, čo vedie k trvalému roztaveniu.
14. Zváranie horúcim plechom
Zváranie horúcej platne zahŕňa umiestnenie okrajov dvoch plastových častí, ktoré sa majú spojiť, na termostatom-riadenú platňu a ich zahrievanie, kým sa povrchy neroztopia. Potom sa použije malý tlak na stlačenie zmäkčených plôch k sebe, aby sa dosiahlo spojenie (pozri obrázok). Ďalší bežne používaný proces tepelného zvárania horúcej platne zahŕňa stohovanie dvoch častí, ktoré sa majú spojiť dohromady, použitie vyhrievacích prvkov na zahriatie tepelne zváracej platne, jej spustenie do hornej časti dvoch častí a vyvinutie tlaku na tepelne tesniacu platňu. Tepelne tesniaca doska roztaví kontaktnú plochu dvoch častí a potom stuhne, aby sa spojili. Tento proces sa používa hlavne na tesnenie a spájanie polymérových živicových fólií a plastových dielov.
15. Zváranie horúcim plynom
Existujú tri spôsoby zvárania horúcim plynom: bodové zváranie, trvalé zváranie horúcim plynom a extrúzne zváranie. Ich základný princíp je rovnaký: vzduch generovaný motorom odvádza teplo generované ohrievacím drôtom a vytvára prúdiaci horúci vzduch, ktorý ohrieva dve plastové časti určené na zváranie do roztaveného stavu pomocou zváracej tyče, čím ich spojí dohromady a dosiahne účel zvárania. Bodové zváranie sa používa na upevnenie dielov k sebe pred trvalým zváraním.
Bodové zváranie je dočasný zvárací proces, ktorý nevyžaduje zváracie tyče, ale vyžaduje dýzu na bodové zváranie.
Trvalé zváranie používa zváracie tyče z rovnakého materiálu ako sú zvárané diely. Zváracia dýza sa rýchlo pohybuje dopredu a dozadu v tvare vejára nad oblasťou zvárania, kým V-drážka a zváracia tyč dostatočne nezmäknú na zváranie. Na ich stlačenie sa zvyčajne používa horúci valec. Zváranie extrúziou sa týka procesu, pri ktorom sa výplňová živica, buď privádzaná z lievika v granulovanej forme, alebo ako zváracie tyče na valci, extruduje z extrudéra s jednou skrutkou poháňaného elektromotorom. Ohrev sa dosahuje pomocou vykurovacích hadov alebo horúceho plynu a spojovacie plochy sa predhrievajú horúcim plynom pripojeným k extrudéru. Nakoniec sa plniaca živica a obrobky spolu roztavia a vytvoria jeden spoj.
16. Ultrazvukové zváranie
Ultrazvukové zváranie využíva ultrazvukový generátor na premenu prúdu 50/60 Hz na elektrickú energiu 15, 20, 30 alebo 40 kHz. Táto vysokofrekvenčná elektrická energia sa potom pomocou prevodníka premení späť na mechanický pohyb rovnakej frekvencie. Tento mechanický pohyb sa potom prenáša na zváraciu hlavu cez amplitúdový menič. Zváracia hlava prenáša prijatú vibračnú energiu do spoja zváraných obrobkov. V tejto oblasti sa vibračná energia premieňa na tepelnú energiu trením, čo spôsobuje rýchle roztavenie kontaktných plôch dvoch plastov. Pod tlakom sa spoja. Po zastavení ultrazvukových vĺn sa tlak udržuje niekoľko sekúnd, aby stuhol a vytvoril silný molekulárny reťazec, čím sa dosiahne účel zvárania. Pevnosť zvaru sa môže priblížiť pevnosti pôvodného materiálu. Ultrazvukové vlny je možné použiť nielen na zváranie tvrdých termoplastov, ale aj na spracovanie tkanín a fólií.
Medzi hlavné komponenty ultrazvukového zváracieho systému patrí ultrazvukový generátor, zostava prevodníka/zosilňovača/zváracej hlavy, forma a rám.
Kvalita ultrazvukového zvárania plastov závisí od troch faktorov: amplitúdy prevodníka/zváracej hlavy, aplikovaného tlaku a času zvárania. Čas zvárania a tlak zváracej hlavy sú nastaviteľné, pričom amplitúda je určená prevodníkom a amplitúdovým transformátorom.
17. Vibračné zváranie
Vibračné zváranie zahŕňa šesť parametrov procesu: čas zvárania, čas zdržania, zvárací tlak, amplitúda, frekvencia a napätie.
Vibračné zváranie sa delí na: lineárne vibračné zváranie, pásové vibračné zváranie a uhlové vibračné zváranie.
Lineárne vibračné trecie zváranie využíva trecie teplo generované na kontaktných povrchoch dvoch obrobkov na roztavenie plastu. Tepelná energia vzniká vratným pohybom jedného obrobku na inom povrchu s určitým posunom alebo amplitúdou pod tlakom. Keď sa dosiahne požadovaný stupeň zvárania, vibrácie sa zastavia, ale tlak zostáva aplikovaný na oba obrobky, aby sa ochladila a stuhla zváraná časť, čím sa vytvorí pevné spojenie.
Orbitálne vibračné trecie zváranie je metóda, ktorá využíva treciu tepelnú energiu. Pri orbitálnom vibračnom trecom zváraní sa horný obrobok pohybuje po obežnej dráhe pevnou rýchlosťou-do kruhu vo všetkých smeroch. Tento pohyb generuje tepelnú energiu, čo spôsobuje, že zvárané časti dvoch plastových častí dosiahnu svoj bod tavenia. Akonáhle sa plast začne topiť, pohyb sa zastaví a zvárané časti dvoch obrobkov stuhnú a sú pevne spojené. Malé upínacie sily majú za následok minimálnu deformáciu obrobkov a obrobky s priemerom do 10 palcov je možné zvárať pomocou orbitálneho vibračného trecieho zvárania.
Uhlové vibračné zváranie zahŕňa obrobok otáčajúci sa okolo otočného bodu; komerčne dostupné uhlové vibračné zváracie stroje sú v súčasnosti zriedkavé.
18. Laserové zváranie
Laserové zváranie je technológia, ktorá využíva teplo generované laserovým lúčom na roztavenie kontaktných plôch plastov, čím sa spoja termoplastické dosky, fólie alebo lisované diely.
Prvýkrát sa objavil v 70. rokoch 20. storočia, ale kvôli vysokým nákladom nemohol konkurovať skorším technológiám spájania plastov, ako napríklad vibračné zváranie a zváranie horúcimi platňami. Avšak od polovice 90-tych rokov 20. storočia, keď sa náklady na vybavenie potrebné na laserové zváranie znižovali, si táto technológia postupne získala širokú popularitu.
Laserové zváranie je užitočné najmä vtedy, keď sú spájané plastové diely z veľmi presných materiálov (ako sú elektronické súčiastky) alebo vyžadujú sterilné prostredie (ako sú lekárske prístroje a obaly na potraviny). Laserové zváranie je rýchle, vďaka čomu je obzvlášť vhodné pre spracovanie plastových dielov na montážnej linke. Okrem toho možno laserové zváranie zvážiť pre zložité geometrie, ktoré sa ťažko spájajú inými metódami zvárania.
Výhody laserového zvárania zahŕňajú najmä: zváracie zariadenie sa nemusí dotýkať lepených plastových dielov; je to rýchle; zariadenie má vysoký stupeň automatizácie, vďaka čomu je vhodné na spracovanie zložitých plastových dielov; nevytvára otrepy; zvar je silný; dokáže vytvárať vysoko presné{0}}zvary; je to technológia-bez vibrácií; môže vytvárať vzduchotesné alebo vákuovo{2}}utesnené štruktúry; minimalizuje tepelné poškodenie a tepelnú deformáciu; a môže spájať živice rôznych zložení alebo farieb.
19. Zváranie horúcim drôtom
Zváranie horúcim drôtom, tiež známe ako odporové zváranie, používa kovový drôt na spojenie dvoch plastových častí.
Medzi plastovými časťami sa prenáša teplo, ich povrch sa roztaví a na ich spojenie sa pôsobí tlakom.
Kovový drôt je umiestnený na jednom povrchu častí, ktoré sa majú spojiť. Keď prúd prechádza drôtom, jeho odpor vytvára teplo, ktoré sa potom prenáša na plastové časti. Po zváraní zostáva drôt vo vnútri plastového výrobku a časť presahujúca spoj je odrezaná. Drážky alebo iné polohovacie štruktúry sú zvyčajne navrhnuté do častí, aby sa zabezpečilo, že drôt je v správnej polohe.
