- для ускорения процесса прошивки проворачивать колебательную систему во1фуг оси на 30...90 градусов.

Применение многофункциоиа,тьных аппаратов для размерной обработки твердых материалов позволяет, кроме выпо.лнения отверстий, осуществлять обработку кромок стекла и друтих хрутпсих материалов, полировать поверхности, гравировать (наносить рисунки вручную и по трафарету), выполнять геммы (т.е. переносить рисунок, вьшолненный на поверхности рабочего инструмента на поверхность любого материала), обрабатьшать бетонные изделия (вьшолнять отверстия ма.лого диаметра), в домашних условиях вьшолнять отверстия в кирпичных и бетонных стенах , прожигать отверстия в дереве и многое друтое.

7.2. СОЕДИНЕНИЕ ПОРЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ УЛЬТРАЗВУКА

В связи с широким применением полимерных материалов в домашнем хозяйстве и различных отраслях промышленности, возникает необходгмость в соединении сг1,норлных и разнородных полимфных деталей, пленок, текстильных MarepHajTOB на основе химических волокон.

В настоящее время используется большое количество разнообразных способов соединения полимерных матфиалов, таких как: клеевой, тепловой токами высокой частоты. Каждый из этих методов имеет существенные недостатки. Так, тепловой способ, не обеспечивает необходимой прочности, а формируемый им шов является хрупким. Высокочастотный способ соединения может использоваться только для полимеров с высокими диэлектрическими потерями, так как основан на поглощении полимфным матфиалом энфгии токов высокой частоты, вызывающей внутренний разогрев материала. Поэтому, высокочастотный способ не пригоден для множества широко распространенных матфиалов, напримф, для полиэтиленовых пленок.

Большой проблемой является также соединение тканей на основе синтетических волокон. Использование обычных способов соеаднения в этом случае не всегда приемлемо из-за высокой утфугости синтетических волокон.

Наиболее перспективным способом решения проблем соединения полимфных матфиалов является ультразвуковой способ,

обеспечивающий прочный, долговечный и эластичный шов, высокую производительность процесса, безопасность и возможность легко автоматизировать процесс. В настоящее время ультразвуковая сварка является одним из наиболее эффективньгх, малоэнфгоемких и наибо.лее широко используемых для соединения полимфных матфиалов способов [13].

Анализ технических возможностей ультразвукового способа соединения полимфных матфиалов (сварки) применительно к решению перечисленных проблем позволил выявить его несомненные достоинства, к основным из которых относятся:

1. Возможность получения надежного шва при темпфатуре, меньшей температуры плавления матфиала [13], что позволяет избежать термического разложения матфиалов в воздухе (т.е. исключить выделение хлора и содфжащих его продуктов в атмосферу.

2. Возможность повышения качества гфметизирующего шва за счет уве.личения (в миллионы раз) диффузионного взаимопроникновения свариваемых материалов, обусловленного знакопеременными механическими напряжениями в ультразвуковом поле высокой интенсивности [14].

J. Bi:3McvH0CTb снижения, по С;..„й:л лтя с т;;Г1Л0вым споссбсм, формирующе10 шов сварочного усилия до зшчений, значительно меньших предела текучести свариваемого матфиала [72], что Ьчволяет значительно снизить массогабаритные и стоимостные характфистики устройства сжатия полимфньгх .материалов и обеспечить соединение полимерных материалов вручную с помощью колебательных систем многофутпщиональных ультразвуковых аппаратов.

4. Возможность сварки матфиала, на повфхности которого имеются механические загрязнения или нанесены жидкие, вязкие и жировые пленки [13].

5. Ультразвуковая сварка осуществляется односторонним способом и ультразвуковую энфгию можно вводить на значительном расстоянии от места соединения.

6. При ультразвуковой сварке полимерных матфиалов •аксимальный разогрев происходит на соединяемых поверхностях, что ••сключает перегрев матфиала по толпщне.

7. При сварке ультразвуком на соединяемых выступах нет Спряжений и отсутствуют радиопомехи.

С помощью ультразвука легко и качестаенно соедишиотся любые термопластичные материалы, к которым относягся: полготилев, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиамид, полиакрилат поликарбонат и др.

В процессе действия ультразвуковых колебаний такие пластмассы, разогреваясь, переходят за сравнительно короткий прол<ежуток времени в высокоэластичное состояние, а при дальнейшем повьшюнии температуры в вязкопластичное состояние. Термопластичные материалы способны к многократному нагреву, не теряют исходных свойств i сохраняют свою структуру.

Основным недостатком ультразвукового способа сварки является невозможность соединения термореактивных пластмасс (их невозможно соединять и любыми другими способами, связанными с иагреванием).

Наибольший экспериментальный материал накоплен по соединению изделий из органического стекла, полихлорвинила, полиизобутилена, полистирола и пoлиafflдa.

Легче всего с помощью многофункциональных ультразвуковых аппаратов вьшолнить нахлесточтсые и тавровые точечные соединения с ПОМОПЦ.Ю рабочих инструментов показанных на рис. 3.7.в и рис. З.Т.г. С ПОМОПЦ.Ю этих же инструментов можно выполнять шовные соединения и соединения по контуру.

Технология сварки заключается в следующем. На onojy, (желательно массивную), в качестве подкладки укладьшается резина, которая отражает часть энергии в свариваемые материалы. Применение подкладки из эластичного материала обеспечивает высокое качество швов при малом давлении и времени сварки. На подкладку, при вьтолнении нахлесточного соединения укладьшаются в два иди более слоев свариваемые материальт При вьтолнении точечной сварки, рабочий инструмент прижимается к свариваемым материалам с усилием, меньшем предела текучести, генератор многофункционального ашарата включается на время, необходимое для перевода материалов в вязкопластичное

состояние (0,5......5 сек), затем генератор автоматически (с помощью

таймера) или принудительно вьшлючается. После вьпслючешш генератора статическое усилие на рабочий инструмент удерживается в течении 1..-2 сек для стабилизации сварного шва.

В качестве примера рассмотрим режимы ультразвуковой сваркя винипласта и полиэтилена.

При ультразвуковой сварке винипласта толщиной от 5 до 10 мм с помощью крестообразного соединетшя или соединения встык при амплитуде колебаний рабочего инструмента колебательной системы около 35 мкм н усилии зажатия в пределах от 50 до 70 кг (усилие создавалось вручную) качественное соединение получалось при времени ультразвукового воздействия 2...3 сек. Полученные таким образом швы разрушались лишь при усилиях 230...240 кг (разрушение происходило вблизи шва). Использовался резиновый отражатель толщиной 5 мм.

При ультразвуковой сварке, без применения резинового отражателя, полиэтилена толшиной 2....3 мм ультразвуковыми колебаниями с амплитудой 35 мкм и усилии сжатия всего 5 кг время воздействия бьшо от 0,5 до 2 сек. Для разрушения таких соединений достаточно усилий порядка 50 кг.

Приведенные результаты показьшают, что прочность сварного шва практически равна прочности основного материала. Кроме того, при сварке вдоль направ.тения ориентации, прочность, близкая к прочности основного материала достигается в три раза быстрее, чем при сварке поперек волокон.

Следует отметить еще одну особенность (и преимущество перед другими способалш сварки) ультразвуковой сварки. Для жестких штастмасс, таких как: полистирол, по-типропилен, жесткий ПВХ, полиакрилат, поликарбонат и др., характеризуемых малым жоэффициентом поглощетгая УЗ колебаний, допускается вводить ультразвуковые колебания на значительных расстояниях от места соединения. Подобная методика сварки позволяет располагать рабочий инструмент для ввода ультразвуковых колебавши на расстоянии до 20 .мм от сварного шва, обеспечивая тем самым возможность осуществлять сварку в тдднодостутшых местах.

Кроме пластмасс, с помопц.ю многофушщиональных ультразвуковых аппаратов можно соединять по-тимерные пленки полиэтилена, полипропилена, полистирола, полиамидов, а также различные ткани, содержапше синтетические волокна, нетканые Материалы с поливинилхлоридным, полистирольным и полипропиленовым покрытием.

Достаточно легко осуществляется соединение пленок с бумагой (ламинирование) и хлопчатобумажной тканью.

Многофунктщональные аппараты могут быть использованы для рки различных оболочек, используемых в качестве тары для хранения Чдкостей и сыпучих тел, а также для упаковки изделий. Для соединения

оболочек из полиэтиленовых пленок применяется рабочий инструмент показанный на рис. 3,7.г.

Многофункциональные ультразвуковые аппараты могут быть с успехом использованы в автоматических установках для соединения пленок и листов толщиной от 50 мкм до 3 мм. При этом может бьггь обеспечена скорость сварки в пределах от 1 до 10 м/мин.

При использовании многофункциональных аппаратов в автоматизированньтх сварочных установках для выполнения непрерьшной полосовой сварки, вместо рассмотренной колебательной системы с рабочими инструментами N 3 и N 4 могут быть использованы катящиеся ультразвуковые колебательные системы [73], В таких колебательных системах используется кольцевой (трубчатый) пьезоэлектрический элемент. Для излучения ультразвуковых колебаний используется ци.линдрическая поверхность пьезоэлемента, перекатьтающегося по поверхности свариваемых материалов.

Передача высокочастотной электрической энергии на электроды вращающегося пьезоэлемента осуществляется через инд\ктивный токосъемник, вьшолненный в виде друх катущек индуктивности, расположенных на общем замкнутом сердечнике магнитопровода.

Один из участков магнитопровода проходит внутри трубчатого пьезоэлемента и механически связанной с шш катутпки индуктивности

Эта катушка индуктивности электрически подключена к электродам пьезоэлемента и вращается вместе с ним.

Вторая катущка, расположена на др>том (противоположном) участке магнитопровода, электрически соединяется с генератором электрических колебаний, и во время вращения пьезоэлемента остается неподвижной.

Проблема сохранения природы незаметно для всех нас переросла в проблему выживания, В настоящее время в неблагоприятной антропогенно- экологической обстановке живет около 50-70 миллионов человек. Площадь экологически неблагоприятных районов составляет 2 миллиона квадратных километров. В таких районах проявляется четко выраженные признаки деградации среды, продолжается устойчивый процесс загрязнения окружающей среды и снижения продуктивности природных ресурсов, растет заболеваемость людей, увеличивается смертность. Биологическая, экологическая, социальная, экономическая и технологическая задачи сохранения нетронутой природы и экологического баланса интегрируются в глобатьнуто, общечеловеческую, охватывающую все сферы деятельности проблему. Проблема столь актуальна и пшрока в своей комплексности, что трудно определить ее научные границы и те средства, которые были бы общественно оправданньши для ее решения, И хотя синдром безоглядной технизации все еще очень силен, но пришло осознание гибельности мьппления только в рамках чисто технической парадигмы. Идеологически, или как чаще говорят, исходя из экологической морали, этики взаимоотношения человека с природой ситуация достаточно ясна. Или человечество сумеет вписаться в параметры существующей биосферы, сохранит ее, либо погибнет вместе с нею. Смысл нынешней гуманитарно-экологической парадигмы взаимоотношений человека с природой и перехода от ашропоцентрических к экоцешрическим контактам с природой в том, чтобы предохранить себя от возвращающегося бумеранга антропо-Десгрутащи природы. Стена экологических запретов, достигшая практически своих предельных возможностей, оказалась необходимьси, но недостаточньпи условием охраны окружающей среды и рационального природопользования. На первый план стало выходить наукоемкое производство, Доминируюпщм становится производство информации, технического знания, реализуемого в виде новейшей техники.

Исходя из целевого предназначения ультразвуковых технологий переработки сельскохозяйственного сырья и масштабного применения УЗ Приборов в до.машенм хозяйстве и в условиях малых предприятий "обходимо исследование проблем экологической безопасности и фаю-оров, обеспечивающих рациональное использование сырья и качество "опучаемых продуктов.

ГЛАВА 8. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.