HOT AIR – СВАРКА ГОРЯЧИМ ВОЗДУХОМ

Чтобы соединить два полотна пленок из термопластичных полимеров, полотна располагают внахлест, между полотнами помещают плоское сопло от нагревателя воздуха. Горячий воздух из сопла оплавляет свариваемые поверхности полотен. Далее полотна прокатываются между двумя гладкими прижимными роликами.

На практике механизированная сварка полотен внахлест – это непрерывный процесс. Сопло горячего воздуха и вращающиеся прижимные ролики – неподвижны друг относительно друга, составляют единую «сваривающую» сборку. Два свариваемых полотна – также неподвижны друг относительно друга, составляют единую «свариваемую» сборку. «Сваривающая» и «свариваемая» сборки движутся друг относительно друга равномерно и поступательно. Например, если сопло и ролики неподвижны, то свариваемые полотна равномерно движутся, проходят через сопло и тут же попадают между роликами.

Важнейшие параметры сварочного процесса:

• Поток воздуха. Подбирается с таким расчетом, чтобы воздух максимально равномерно прогревал (независимо от температуры нагрева) свариваемые поверхности и как можно меньше нагревал соседние зоны материала. При сварке полотен внахлест поток воздуха определяется, фактически, шириной перехлеста полотен, т.е. шириной будущего сварного шва. Для швов шириной до 40-50 мм достаточный поток воздуха – 300-350 л/мин.
• Скорость движения. Время воздействия горячего воздуха на каждый отдельный участок полотна – обратно пропорционально скорости движения полотна относительно сопла. Чем меньше скорость движения полотна, тем дольше каждый отдельный участок подвергается нагреву.
  Время нагрева поверхности полотна выбирается с учетом требуемой глубины прогрева и зависит от теплопроводности материала полотна (независимо от температуры нагрева). Чем тоньше полотно, тем меньше требуемая глубина прогрева, и тем больше должна быть скорость движения полотна.
  Для тонких полотен (от 0,2 мм) оптимальная скорость движения составляет около 15 м/мин. Для толстых (1 мм или более) – 4-6 м/мин.
• Температура горячего воздуха. Подбирается с расчетом на требуемую вязкость расплава полимера. Зависит от теплотехнических свойств самого полимера и времени нагрева (т.е. скорости движения материала).
  В общем случае, чем тоньше полотно (т.е. меньше требуемая глубина прогрева), тем выше температура горячего воздуха и скорость движения.
  Для тонких пленок оптимальная температура горячего воздуха может достигать 400-500°C. Для толстых – 300-350°C.
• Усилие прижима между роликами. Подбирается с расчетом на требуемое сварочное давление. Оптимальное давление сварки для различных полимеров определено. Например, для пластифицированного ПВХ оно составляет около 1 кг/см².

Если сваривать горячим воздухом полотна с высоким пропусканием воздуха (редкие тканые материалы, геотекстиль) то горячий воздух, подаваемый между полотнами, не только оплавляет свариваемые поверхности полотен, но в значительной мере проходит сквозь полотно, оплавляя волокна материала по всей глубине. После прокатывания между роликами эти оплавленные волокна превращаются в монолит.

Теперь следует учесть, что синтетические ткани и геотекстили изготавливают из жестких полимеров – капрон, ПЭТ, полиакрилонитрил, ПВП, изотактический ПП… Пока эти полимеры находятся в состоянии тонких волокон, из которых изготовлены геотекстили или нити тканей, они гибкие и мягкие. После оплавления и превращения в монолит сваренный шов становится жестким и неэластичным.

Таким образом, сварка горячим воздухом рекомендуется, в первую очередь, для полимерных пленок (монолитных или армированных). Для тканей – без гарантии, всё зависит от того, насколько плотно они тканые и насколько мало пропускают воздух.

Еще следует учесть, что после нагрева свариваемых поверхностей пленок распределение температуры в материале – примерно как на рисунке, т.е. полотна прогреты не только в зоне будущего сварного шва, но и в прилегающей зоне. Как известно, при нагреве все полимеры претерпевают частичную термодеструкцию, что выражается в снижении прочности. Для зоны шва это не имеет значения, поскольку там мы в результате сварки получаем двойную толщину полотна. А вот околошовная зона, теоретически, имеет более низкую прочность, чем исходное полотно, и является «слабым звеном».

У ПВХ термодеструкция особенно существенна. И ПВХ отлично склеивается. Поэтому, несмотря на то, что виниловые пленки отлично свариваются горячим воздухом, при расчете на максимальную прочность готового изделия их лучше склеивать (технология Hot Melt), хотя это несколько дороже.