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塑料摩擦粘结的试验研究初探

时间:2019-12-21 18:47:49  来源:  作者:  浏览量: 0
简介:   塑料制品大都由注射、吹塑、挤出等成型后直接使用,但也有一部分塑料制品是由注射等成型后的两个零件经后道工序加工后结合为一体以满足某种功能需要,且这部分比例正随着

  塑料制品大都由注射、吹塑、挤出等成型后直接使用,但也有一部分塑料制品是由注射等成型后的两个零件经后道工序加工后结合为一体以满足某种功能需要,且这部分比例正随着塑料应用领域的日趋广泛而增大。当塑料制品是用ABS等可溶于现成粘结溶剂的材料制成时,两零件的结合通常用三氯甲脘或ABS胶在一定压力下粘结即可实现。由于聚丙烯、聚乙烯等塑料具有价格低、韧性好、强度几乎可以与ABS媲美等良好特性,许多塑料制品往往以此为首选材料,此时由于聚丙烯、聚乙烯不溶于三氯甲脘等现成粘结溶剂,两零件的结合只能用其他方法完成。目前使用的方法通常有高频粘结、热板粘结、超声波粘结及摩擦粘结等,其中摩擦粘结因设备投入少、操作简单等原因而应用较多,例如全自动洗衣机、脱水机上的平衡环的加工,渔业用的浮子的加工等就是用此法完成的。实质上它是利用两零件的接触表面相互摩擦所产生的热量,使塑料表层温度急骤上升而形成一薄薄的融化层,冷却后凝固而互相粘合,且粘合层具有一定的结合强度,即我们所说的粘结强度。粘结强度受到两零件的相对运动速度、冻结时的压力等因素影响,国内极少有资料介绍此方面的研究,本文以将成品接缝以下部分浸入水中,向成品内注入一定压力的压缩空气,调节调压阀,使注入空气压力由低到高,直至泄漏(水溶液中出现气泡)为止。我们以此时的气压值作为粘结强度衡量指标。由于检测的目的是为了分析参数变化时的强度变化趋势,故而这次:处于粘流态的塑料呈现液体特性,温度超过!4以后若继续升高,塑料高分子发生局部断链,交联,分子链结构改变或侧基改变及它们的综合作用,这种现象称降解。降解导致聚合物相对分子质量降低,聚合物原有性能破坏。通常的注射加工就是将塑料加热到粘流态,在!<!<!d范围内使熔态塑料以一定压力充满塑腔,然后冷却凝固以得到所需结构形状的制品。

  "各因素对粘结强度影响机理分析摩擦表面的相对速度对粘结强度的影响试验发现,相对速度小于8m/S时,粘结强度随速度的上升而提高。相对速度在810m/s时粘结质量较好,而当相对速度大于10m/S时速度上升粘结质量反而下降。由资料知:生的热量,单位:卡f两零件表面之间的摩擦系数%n摩擦面单位名义压力,单位kg/cm2.摩擦表面的相对速度。本实验中取决于摩擦试验台主轴转速和塑料摩擦面由此可知速度的大小直接影响着摩擦热的产生。速度太低,所产生的热量达不到使摩擦表面温度升至粘流态温度以上,塑料无法充分融化,从而无法得到好的粘结效果。随着速度的提高,热量增加,融化效果好转,因而粘结质量改善。而速度达到理想值后若继续升高则会产生过量的摩擦热,由于塑料的导热性很差,大量热量几乎完全集中作用于相互摩擦的薄层区域。这导致了薄层区域局部温升过高而发生降解,塑料性能破坏,从而导致粘结层强度下降。所以速度有一个合适的范围,过大过小都不理想。

  压力和位移对粘结强度的影响试验发现,压力小于3kg/cm2、位移小于1mm时,粘结强度随压力、位移值的上升而提高。压力在34kg/cm2,位移在11.4mm时粘结质量最好,而当压力大于4kg/cm2、位移大于1.4mm时压力、位移值上升粘结质量反而下降。

  我们知道,由于热胀冷缩,塑料分子在冻结过程中体积会不断缩小。若不施以适当位移和压力,冻结后粘结层内势必出现气孔、缩瘪,且粘层塑料组织疏松。适当的压力则有利于防止这些缺陷的产生,得到组织细密、有一定结构强度的粘结层。然而,位移和压力有一个合适值的问题,起先数值过小,起不到作用,随着压力和位移的增大,粘结效果改善。然而参数达到最佳值后再过分升高反而对粘结质量不利,这是因为过大位移使溶料完全挤离粘结区域,一方面影响粘结牢度,另一方面产生大量飞边影响外表质量,而过大的压力导致凝固过程中分子处于高压缩状态,内应力很大,一旦压力释放,分子体积膨胀,而且各处膨胀量不一致,粘层内有残余应力存在,由残余应力理认可知此时局部及易产生细小裂纹,这势必严重影响粘结强度。我们认为这便是位移、压力有一个合适范围的本质原因。

  转数对粘结强度的影响转数对粘结强度的影响也可以认为是摩擦时间对粘结强度的影响。其影响机理和相对速度对粘结强度的影响机理类同,因为摩擦时间的长短直接影响摩擦热的产生量,过少的转数(过小的摩擦时间)导致摩擦面间热量不够、熔化不充分及熔料不够,致使粘结强度较低,而过长的摩擦时间则导致熔料过多粘结而周围废料多表面质量差和温度过高,最先熔化的那部分发生降解而严重破坏粘结强度。

  其他因素对粘结强度的影响除了上述因素对粘结强度有直接影响外,其他如预处理,后处理,零件表面质量等对粘结强度的影响也不容忽视。

  试验证明:零件预热到50+,60+,半小时左右(零件大小不同,所需时间不同)由于塑料组织均匀及摩擦面与周围的温差减小,应力小等原因,使同等条件下粘结强度提高30%左右。而适当的后处理由于改善了粘结件的应力状态,故而对粘结强度有所提高。另外零件表面油垢杂物或塑料材料内杂质、填料由于影响着分子间的接触,从而使粘结强度受损。

  另外,不同的材料由于熔点等不同,所以同一参数下粘结强度相差甚远。!前景展望通过以上分析我们提出两零件的相对速度、摩擦时间、冷却时的位移和压力等都对粘结强度有很大的影响,并给出了以聚丙烯为材料进行粘结加工时各参数的最佳取值范围。由于不同的材料熔点等性能参数不同,所以最佳粘结参数范围有别,以后我们将研究各种塑料在不同参数下的粘结强度变化,以便进一步为这种类型的加工提供可靠的参数确定依据。

  目前国内摩擦粘结机许多由国外进口,价格甚高,其实,了解了各因素的影响机理和摩擦粘结机的工作原理,以所提供的最佳参数范围为依据,只要把握好相对速度、摩擦时间、冷却时的位移和压力等问题,此设备完全可以自己制造,甚至可以在普通钻床上配适当的位移、压力、时间等控制装置来实现,这样必将大大节约设备投资、降低产品成本。

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