Фторопласты

ХИМИЧЕСКАЯ СВАРКА ФТОРОПЛАСТОВ

Химическая сварка полимерных материалов [9, 10] заключается во взаимном смачивании соединяемых поверхностей с образова­нием химических связей между ними.

Технологический процесс химической сварки включает под­готовку (главным образом очистку) соединяемых поверхностей, нанесение присадочного материала, приведение соединяемых поверхностей в контакт, прогрев или облучение зоны шва в условиях, обеспечивающих образование химических связей.

Химическую сварку фторполимеров, полученных на основе не полностью фторированных мономеров, проводят с применением присадочного реагента. В качестве присадочных реагентов ис­пользуют многоосновные кислоты, диамины и пероксид бензола. Их можно наносить на соединяемые поверхности из растворов, содержащих соединяемый фторполимер. Наиболее эффективны диамины и пероксид бензоила. Прочность сварных швов, полу- ченных с их помощью, выше прочности швов, сваренных без присадочного материала или с использованием других хими­ческих реагентов. Предполагается, что механизм химической сварки аналогичен механизму сшивания полимеров с помощью этих веществ.

При химической сварке, например, фторопласта-26 его опти­мальное содержание в ацетоновом растворе, содержащем 0,5 ± 0,1% бензоила или диамина, составляет 10%. Присадочный материал готовят, смешивая мелкозернистую пленку Ф-26, пероксид бензоила или диамин и ацетон, и выдерживают его в плотно закрытом сосуде примерно в течение 5 ч при 20°С до образования однородной массы. Приготовленный присадочный материал можно хранить при 20°С не менее 15 сут. Свариваемые пленки тщательно очищают тканевыми тампонами, смоченными этиловым спиртом. Присадочный материал (в количестве 2 ± 0,5 мг/см3) наносят мягкой кистью или через щелевое сопло. Присадочные реагенты из 10%-х растворов в ацетоне наносят из расчета 0,2 мг сухого состава на 1 см2 поверхности пленки. Открытая выдержка при 20~-25°С должна составлять не менее 25 мин. Допустимый срок хранения заготовок с нанесенным присадочным материалом 60 мин. Нагрев целесообразно произ­водить в высокочастотном поле.

Температуру нагрева выбирают с учетом реакционной спо­собности химического реагента, термомеханических и реологи­ческих свойств фторопластов. При использовании в качестве присадочных реагентов пероксида бензоила (ПБ) и гексамети­лен диамина (ГМДА) оптимальная температура сварки пленок из Ф-26 и Ф-42 составляет 130~150°С. В случае прогрева пленок между прокладками из ткани типа «молескин» и поливинилхло­ридной пластифицированной пленки толщиной 100 мкм эти тем­пературы достигаются при напряженности поля ТВЧ 12- 13 кВ/см; увеличение продолжительности сварки более 20 с не вызывает роста прочности швов при расслаивании. Оптимальное сварочное давление составляет 0,3-0,5 МПа.

Возможна химическая сварка фторопластовых пленок (Ф-32-20) с полиимидными (ПМ-Л) [11] в условиях, аналогичных описанным выше. В качестве реагентов использовали гексаме - тилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин и полиэти - ленполиамин. Оптимальные результаты получены при использо­вании в качестве присадочного материала полиэтиленполиамина (0,2 ± 0,05 мг/см2) при температуре нагревателей 220°С, длитель­ности контакта при этой температуре 30 с и давлении прижима 0,5 МПа.

При химической сварке резин на основе фторкаучуков в качестве присадочных реагентов рекомендуются полиамины и основания Шиффа.

Для равномерного распределения присадочного реагента в зоне сварки, а также для удобства варьирования его расхода применяют растворитель реагента. Так, при химической сварке фторкаучука СКФ-26 с помощью бисфурилиденгексаметиленди - имина используют инертный растворитель хлороформ (концент­рация раствора 10%).

Свариваемую резину тщательно очищают с помощью тампо­нов, смоченных в растворителе, для удаления смазки, ингибито­ров и других компонентов резины, появляющихся на ее поверх­ности при хранении. Затем поверхность подвергают механи - * ческой обработке шлифовальной шкуркой или шлифовальным кругом с последующей очисткой растворителями. Для очистки желательно выбирать тот же растворитель, который используют для растворения присадочного реагента. После очистки требует­ся открытая выдержка для удаления растворителя в течение 15-20 мин. Расход присадочного материала для фторкаучука СКФ-26 составляет 0,5-1,0 мг/см2. Для полного удаления инерт­ного растворителя после нанесения раствора присадочного материала рекомендуется давать открытую выдержку при 20°С не менее 30 мин.

Нагрев при сварке, как правило, проводят в поле ТВЧ. Однако в случае сварки ненаполненного фторкаучука его разо­грев в поле токов высокой частоты затруднителен, поэтому для изделий толщиной до 4- 5 мм рекомендуется термоконтактный нагрев.

Оптимальная температура химической сварки обычно близка к температуре вулканизации соответствующих резин и при использовании полиаминов и оснований Шиффа составляет 190”200°С. Оптимальная продолжительность сварки определяет­ся необходимой прочностью сварного шва, а также необходи­мостью сохранения свойств свариваемых материалов. В случае сварки СКФ она составляет 3 мин. Оптимальное сварочное давление-4 МПа. Прочность соединений, полученных по такой технологии, достигает 20 Н/см.

Химическая сварка может применяться и для соединения фторопластов с металлами [12] при нагреве приведенных в контакт поверхностей. Прочность соедииений зависит от темпе­ратуры и достигает максимальных значений при температурах, близких к температуре деструкции полимера. Проведение процес­са при повышенных температурах необходимо для снижения вязкости расплава полимера и лучшего заполнения микронеров-

Ностей поверхности металла. Кроме того, при высоких темпера­турах между полимером и металлом возникают химические связи. Так, в случае фторопласта-4 может произойти отрыв атомов фтора с образованием фторидов металлов и ковалентных связей Ме—С и Ме—О—С.

Однако при высоких температурах после предварительной дробеструйной обработки соединяемых поверхностей металла не удается получить достаточно прочных соединений. Так, проч­ность при расслаивании соединений Ф-4- металл не превышает 1,23 кН/м, даже при температуре нагрева 420~435°С. Значительно увеличить прочность связи полимер - металл можно путем предварительного химического модифицирования поверхности металла, которая позволяет, кроме того, несколько снизить температуру нагрева при сварке [13].

Разработана технология сварки пленки фторопласта-4МБ толщиной 0,4 мм с деталями из стали и сплавов алюминия (Д16) и титана (ОТ4). Перед сваркой металлическую поверхность подвергают дробеструйной обработке (глубина 15-20 мкм), а затем окунанием, промазкой кистью или напылением наносят модификатор-3%-й раствор кремнийорганического полиуретана в толуоле. После сушки на воздухе в течение 24 с соединение выдерживают в прессе 10 мин при 330-350°С и давлении 0,4-0,5 МПа. Прочность получаемых соединений при отслаива­нии составляет 4-5 кН/м, при отрыве - 11—16 МПа.