Термоультразвуковая сварка средств защиты из полимерной пленки

Библиографический список

1. Шашлов, Б. А. Цвет и цветовоспроизведение / Б. А. Шашлов. - М. : Мир книги, 1995. - 286 с.

2. Пожарский, А. О. Оценка цветового охвата системы печати посредством объема тела охвата цветов, вычисленного с использованием уточненных функций цветовых различий / А. О. Пожарский, И. А. Сысуев // Омский научный вестник. — 2005. — № 4 (33). — С. 180—182.

3. Пожарский, А. О. Оценка цветового охвата системы печати посредством объема тела охвата цветов, вычисленного с учетом неоднородности цветового пространства / А. О. Пожарский, И. А. Сысуев // Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. — 2006. — № 4 (октябрь — декабрь). — С. 3—12.

4. Сысуев, И. А. Комплексная оценка цветового охвата цветовоспроизводящих систем / И. А. Сысуев, А. О. Пожарский, А. А. Захаренко // Омский научный вестник. — 2006. — № 9 (47). — С. 107 — 110.

5. Свидетельство № 50200601138 РФ. Вычисление объема тела охвата по базовым точкам его поверхности / Пожарский

А. О., Пожарский Т. О., Сысуев И. А. 2006.

М. : ГКЦИТ ОФАП,

СЫСУЕВ Игорь Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры оборудования и технологии полиграфического производства.

КОБЕНКО Екатерина Александровна, магистрант гр. ТПм-141 факультета элитного образования и магистратуры.

ФЕДОРЧУК Марина Федоровна, магистрант гр. ТПм-151 факультета элитного образования и магистратуры; ведущий инженер научного издательства. КОЗИНА Надежда Николаевна, студентка гр. ТП-141 нефтехимического института. Адрес для переписки: sia1960@mail.ru

Статья поступила в редакцию 10.10.2016 г. © И. А. Сысуев, Е. А. Кобенко, М. Ф. Федорчук, Н. Н. Козина

УДК 621.791.16:621.397

Л. л. ШЕСТЕЛЬ С. С. ВОЛКОВ

ю. л. сляпин

Д. л. КУТЛШОВ М. В. ЛФЛНЛСЬЕВЛ

Омский государственный технический университет

Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана

ТЕРМОУЛЬТРЛЗВУКОВЛЯ СВЛРКЛ СРЕДСТВ ЗЛЩИТЫ

ИЗ ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЕНКИ_

Показано, что применение термоультразвуковой сварки при изготовлении дыхательного мешка изолированных дыхательных систем — средств индивидуальной защиты человека, выполненных из сложносвариваемых полимерных пленок, позволяет повысить производительность процесса изготовления изделий, снизить их себестоимость, улучшить качество сварных соединений и, следовательно, изделия в целом. Ключевые слова: сварка термоультразвуковая, дыхательная емкость, технология, фторсодержащая пленка, модифицированный полиэтилен, средства индивидуальной защиты.

В настоящее время большое внимание уделяется вопросам обеспечения безопасности людей в обще-§ ственных местах — офисах, гостиницах, развлекательных центрах и т. п. В частности, в гостиницах различного уровня сервиса в каждом номере предусмотрено наличие средств индивидуальной защиты (СИЗ) человека для проживающих, и в случае возникновения чрезвычайной ситуации, например, загазованности при пожаре, эти средства одноразового применения должны обеспечивать дыхание человека в течение определенного временного промежутка для безопасной самостоятельной эвакуации людей из задымленных помещений [1].

В состав средства индивидуальной защиты входит дыхательная емкость, соединенная гибким шлангом с маской.

Изделие — дыхательная емкость (далее — емкость) (рис. 1) представляет собой, в сложенном состоянии, плоский пакет прямоугольной формы размерами 180 на 320 мм. В нижней части его имеется два поперечных шва длиной по 110 мм, формирующих при их распрямлении плоское дно пакета, при этом объем мешка может быть увеличен более чем в 3 раза. По двум длинным сторонам от днищевой части до верхней открытой горловины наложены швы с прямолинейными и криволинейными участ-

Рис. 1. Дыхательная емкость

ками суммарной длиной по 320 мм на каждой стороне. Следовательно, общая длина швов в изделии составляет 860 мм, при этом все сварные швы — рантовые или Т-образные [1, 2].

В емкость укладываются реагенты, обладающие высокой химической активностью, поэтому к материалу и сварным соединениям предъявляются высокие требования химической стойкости, прочности, плотности, пластичности. Такие требования может обеспечивать пленка марки фторопласт — 4МБ, а также полиэтиленовая модифицированная пленка — ПЭМ и др. Кратко характеризуя их, можно отметить, что пленка Ф-4МБ входит в класс фторопластов и считается сложносвариваемой, так как при повышении температуры практически не переходит в вязкотекучее состояние, что затрудняет протекание диффузионных процессов в плоскости контакта свариваемых поверхностей [3]. Пленка полиэтиленовая различной плотности без добавлений модификаторов считается хорошо свариваемой, так как имеет широкий интервал вязкотекучего состояния, так называемый температурный интервал свариваемости (ТИС). Введение же в его состав модификаторов, обеспечивающих эксплуатационные характеристики изделия, значительно ухудшает свариваемость материала [3, 4]. Однако стоимость ПЭМ ниже стоимости пленки марки фторопласт — 4МБ, в условиях серийного производства изготовление указанных изделий из ПЭМ является более предпочтительным.

Традиционные схемы сварки сложносвариваемых пленок предполагают выполнение процесса при повышенной температуре, более высокой точности регулирования технологических параметров, а также при увеличении продолжительности сварочной операции [4].

Для сварки емкости из указанной пленки — ПЭМ была использована технологическая схема сварки, при которой использовалось сочетание теплового поля и воздействие ультразвуковых колебаний, так называемая термоультразвуковая сварка (ТУЗС) [3, 5].

Процесс ТУЗ сварки изделий изучали на установке (рис. 2), состоящей из стола 1 и закрепленной на нем консоли 2. В верхней части стола, на торце консоли, установлена направляющая 3 с зажимом 4, в котором закреплен сварочный узел 5 с ультразвуковой головкой 6, помещенной в корпусе охлаждения 7. В нижней части сварочной головки установлен кронштейн 8, на котором крепится нагревательное устройство для непрерывной сварки с парой подпружиненных прижимных прорезиненных роликов 9, расположенных по обе стороны рабочего инструмента сварочной головки. Создание и регулирование усилия сварки обеспечивается набором грузов 10,

Рис. 2. Общий вид установки

Рис. 3. Устройство для непрерывной термоультразвуковой сварки термопластичных пленок

установленных на верхнем торце корпуса сварочной головки, подъем и опускание которой по направляющей осуществляется рычагом 11. В нижней части, под столом, установлен соосно со сварочной головкой опорный узел 12 с центральным свободновра-щающимся опорным роликом 13. С обеих его сторон имеется пара протяжных обрезиненных роликов 14, общий вал которых связан с электроприводом 15, обеспечивающим транспортирование материала в процессе сварки. Блок управления работой установки 16 размещен в полости консоли, а элементы управления и приборы контроля выведены на ее лицевую панель 17.

Особенностями сварочной установки являются оригинальная конструкция транспортирующего узла, обеспечивающего оперативную регулировку и изменение радиуса кривизны швов в процессе сварки, а также применение в качестве ультразвуковой сварочной головки магнитострикционной колебательной системы повышенной частоты (42 кГц), что позволяет обеспечивать ввод в зону сварки ультразвуковой энергии необходимого уровня, несмотря на малую величину амплитуды на этой частоте рабочего торца инструмента — 25...27 мкм. Это способствует улучшению условий сварки пленок малой толщины (60.70 мкм), так как величина амплитуды меньше суммарной толщины свариваемых пленок и деформация шва незначительная. Кроме того, габаритные размеры сварочного узла значительно уменьшаются. Сварочная головка комплектуется набором сменных ультразвуковых инструментов с нанесенным на рабочий торец антифрикционным покрытием разной толщины, обеспечивающим переменную, по длине рабочего торца

Таблица 1

Оптимальные значения режимов сварки

Амплитуда рабочего торца инструмента Л, мкм Частота ультразвуковых колебаний /, кГц Сварочное давление Рсв, мПа Скорость сварки Усв, мин Температура нагревательного элемента Гнэ, С°

25.27 42 0,25.0,3 1,15.1,2 250.280

инструмента, амплитуду колебаний. Это способствует получению стабильности прочности шва по всей его длине [6].

Питание сварочной головки осуществляли от генератора УЗГ1-1, обеспечивающего работу на ее резонансной частоте.

Для совершенствования процесса термоультразвуковой сварки было разработано устройство (рис. 3), в котором использовалась предварительно нагретая фторопластовая лента Ф-4, выполняющая одновременно две функции — передачу теплового поля от нагревателя в зону сварки и в качестве антиадгезионной прокладки [7]. Источником нагрева теплонесущей пленки служил нагреватель из ни-хромовой проволоки, электрическая схема управления которого позволяла достаточно точно задавать необходимую температуру.

Конструкция устройства содержит нагреватель 1, теплонесущую полимерную ленту из Ф-4 2, с направляющим ее теплоизолирующим жёлобом 3, расположенным перед рабочей зоной 4 (по направлению движения свариваемого материала), а также сматывающую 5 и наматывающую 6 полимерную ленту катушки, которые вместе с нагревателем и парой подпружиненных роликов 7 посредством кронштейна 8 и хомута 9 прикреплены к нижней части корпуса сварочной головки 10.

Кроме того, конструкция сварочного инструмента обеспечивает возможность получения как прямолинейных, так и криволинейных сварных соединений за счет уменьшения протяженности его рабочей зоны 5...6 мм [8, 9].

В ходе работы были проведены эксперименты по определению области оптимальных значений режима сварки указанных пленок по предложенной технологической схеме. В процессе экспериментов переменными параметрами были сварочное давление Рсв, скорость сварки Усв, температура нагревательного элемента Гнэ. Постоянными параметрами были частота ультразвуковых колебаний / и амплитуда рабочего торца инструмента А, которые составляли 42 кГц и 25...27 мкм (соответственно).

Результаты экспериментов позволили установить оптимальные значения режимов сварки (табл. 1).

Таким образом, проведенные эксперименты позволили выйти на разработку технологического процесса изготовления дыхательной емкости средства индивидуальной защиты человека при чрезвычайных ситуациях.

Библиографический список

1. Гудков, С. В. Изолирующие дыхательные аппараты и основы их проектирования / С. В. Гудков, С. И. Дворецкий. — М. : Машиностроение, 2008. — 188 с.

2. Пат. 2541948 Российская Федерация, МПК А 62 В 7/08. Изолирующий дыхательный аппарат / Гладышев Н. Ф., Гла-дышева Т. В., Дорохов Р. В., [и др.] ; заявитель и патенто-

обладатель ОАО «Корпорация "Росхимзащита"». — № 2013125906/ 12 ; заявл. 04.06.2013 ; опубл. 20.02.2015, Бюл. № 5. — 17 с.

3. Волков, С. С. Сварка фторопластов / С. С. Волков,

B. А. Соколов. — М. : Химия, 1992. — 96 с.

4. Волков, С. С. Сварка и склеивание полимерных материалов / С. С. Волков. — М. : Химия, 2001. — 376 с.

5. Волков, С. С. Сварка пластмасс ультразвуком /

C. С. Волков, Б. Я. Черняк. — М. : Химия, 1986. — 255 с.

6. Пат. 141349 Российская Федерация, МПК В 29 С 65/08. Устройство для непрерывной термоультразвуковой сварки термопластичных пленок / Шестель Л. А., Саяпин Ю. А., Волков С. С., Соколов В. А. ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ «Омский государственный технический университет». — № 2012140296/05 ; заявл. 20.09.2012 ; опубл. 27.05.2014, Бюл. № 15. — 2 с.

7. Шестель, Л. А. Оборудование для термоультразвуковой сварки полимерных многослойных пленок / Л. А. Шестель, Д. А. Куташов, Ю. А. Саяпин // Инженерный журнал. Справочник. — 2015. — № 1 (214). — С. 7—9.

8. Шестель, Л. А. Многоточечная ультразвуковая сварка корпусных конструкций из жестких пластмасс / Л. А. Шестель, Ю. А. Саяпин, В. А. Соколов, Д. А. Куташов // Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии. — 2014. — № 2 (130). — С. 99 — 101.

9. Шестель, Л. А. Комплекс оборудования для ультразвуковой сварки корпусных конструкций из жестких пластмасс / Л. А. Шестель, Ю. А. Саяпин, В. А. Соколов, Д. А. Куташов [и др.] // Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии. — 2014. — № 3 (133). — С. 161 — 163.

ШЕСТЕЛЬ Леонид Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры машиностроения и материаловедения, секция «Оборудование и технология сварочного производства» Омского государственного технического университета (ОмГТУ).

ВОЛКОВ Станислав Степанович, кандидат технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры сварки и контроля Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. САЯПИН Юрий Александрович, старший преподаватель кафедры машиностроения и материаловедения, секция «Оборудование и технология сварочного производства» ОмГТУ.

КУТАШОВ Дмитрий Анатольевич, ассистент кафедры машиностроения и материаловедения, секция «Оборудование и технология сварочного производства» ОмГТУ.

АФАНАСЬЕВА Мария Владимировна, магистрант гр. Мм-152 факультета элитного образования и магистратуры ОмГТУ.

Адрес для переписки: weld_techn@mail.ru

Статья поступила в редакцию 13.10.2016 г. © Л. А. Шестель, С. С. Волков, Ю. А. Саяпин, Д. А. Куташов, М. В. Афанасьева