CC BY
15
УДК 621.791.46
В.А. Соколов, Л.А. Шестель, И.Д. Чащин, К.Е. Шакин Омский государственный технический университет, г. Омск
СВАРКА ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ПЛЕНОК, ПРИМЕНЯЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДОВ
При изготовлении кабелей и проводов различного назначения в электротехнической промышленности широко применяются фторсодержащие полимерные пленки, обладающие уникальными диэлектрическими свойствами и широким интервалом рабочих температур (от - 250 до +250 0С). Производимые промышленностью ленты из пленочного фторопласта-4, имеют обычно ограниченную длину, поскольку технология их получения, из-за высокой вязкости расплава (1013 Пз), заключается в срезании тонкого слоя пленки с цилиндрической полимерной заготовки и последующей его раскаткой до необходимой толщины. При наложении изоляционного покрытия в кабельном производстве такие пленки в виде ленты наматывают на провод с последующей термообработкой, для получения сплошной плотной изоляции. Такой процесс предусматривает операцию периодического соединения концов лент, при необходимости изготовления изолированных проводов необходимой длины.
420
Поскольку фторопласт-4 (политетрафторэтилен) практически не имеет состояния расплава, сварка его при соединении концов лент, является весьма затруднительной операцией и, в тоже время, весьма актуальной проблемой для данного направления производства - производства кабелей и проводов различного применения.
На кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» Омского государственного технического университета проводятся поисковые исследования по возможности получения сварных соединений пленочных заготовок из фторопласта-4 для обеспечения указанных технических условий. Образцами в экспериментах использовались ленты из пленки электроизоляционной марки ЭО по ГОСТ 24222-80 и ленты из пленки фторопласта-4Д, сырой каландрованной (СКЛ) по ТУ 301-05-49-90. Толщина использованных в экспериментах пленочных лент в обоих случаях составляла 30 мкм, а ширина - 6 мм.
Для осуществления экспериментов был разработано и изготовлено экспериментальное устройство для сварки (рис. 1), которая включает в себя электрический нагреватель с регулятором температуры, перемоточное устройство, зажимное приспособление для сборки соединяемых пленок и создания сварочного давления и охлаждения нагретой зоны пленки под давлением. Все элементы установки смонтированы на станине и обеспечивают работу в настроечном и рабочем режимах.
Нагружающее устройство
Верхний нагреватель
Свариваемая лента Нижний нагреватель
Рис.1 Схема устройства для сварки
Сварку осуществляли путем сжатия уложенных внахлест образцов ленты в зажимном приспособлении и размещения приспособления с образцами в сварочной зоне нагреватель-
ного устройства. Температура в зоне нагревателя составляла 3800С ±50С.
В ходе экспериментов, изменяли время выдержки образцов при температуре сварки, усилие зажатия образцов в приспособлении, продолжительность выдержки сжатых образцов под давлением в процессе охлаждения.
Интервал значений усилия зажатия образцов выбирали исходя из рекомендуемых значений сварочного давления для данных марок полимера [1] 0,3-0,4 МПа. При этом, необходимое усилие, определяли с учетом площади конкретных образцов (площади нахлеста), обеспечивая в процессе экспериментов значения давлений в интервале 0,25; 0,3; 0,35 и
0,4 МПа.
Продолжительность выдержки образцов при температуре сварки изменяли в пределах от 20 до 90 секунд, с интервалом в 10 секунд. Охлаждение сваренных образцов под давлением осуществляли принудительным обдувом струей воздуха в зажимном приспособлении.
421
Сварные швы на образцах фторопластовых пленок располагали по середине, чтобы иметь возможность их испытаний на сдвиг и на расслаивание (рис. 2).
Рис. 2. Образцы сваренных пленок
Оценку качества получаемых сварных соединений осуществляли путем механических испытаний сварных соединений на разрывной машине типа WPM. При этом, сваренные образцы подвергали испытанию, как на расслаивание, так и на сдвиг. Прочность соединения оценивали по усилию разрушения, отнесенную к усилию разрушения образца пленки, определяя ее в долях единицы от усилия разрушения сплошной пленки. Усилие разрушения основного материала лент из фторопласта- 4 составило 13,2 Н, а пленок из фторопласта-4Д -4,4 Н.
Результаты проведенных экспериментов показали, что образцы, сваренные и подвергнутые испытанию на расслаивание, вне зависимости от примененных режимов сварки, показали достаточно низкое усилие расслаивания. Объясняется это явление тем, что при сварке пленочного фторопласта по границам контактирования соединяемых поверхностей, не образуется, так называемой, сварочной гусеницы, то есть расплава полимера при кристаллизации образующего грат. Именно он, при сварке полимеров, способных к образованию расплава (полиэтилен, плавкие марки фторопластов) определяет прочность соединений пленочных материалов [2]. В результате сварные соединения при сравнительно малых усилиях последовательно отслаиваются друг от друга.
При испытании образцов на сдвиг, прочность соединения, в зависимость от выбранных режимов сварки менялась от 50 до 100 % от прочности основного материала.
После определения оптимальных параметров режимов сварки, были выполнены пробные сварки ленты из указанных материалов длиной по 30 метров, со сварными швами через каждые 1,5 метра.
Далее, на одном из предприятий кабельной промышленности в производственных условиях были выполнены операции по нанесению лент на проволоку путем ее намотки, с последующей термообработкой для образования сплошного слоя изоляции (рис. 3). Результаты испытаний показали, что все сварные соединения выдержали усилие натяжения при операции намотки и последующей термообработки.
В тоже время было установлено, что сварное соединение - шов и околошовная зона имеет большую по сравнению с основной однослойной пленкой толщину, то есть имеет место разнотолщинность наложенной изоляции, что влияет на геометрические показатели - наружный диаметр кабелей и проводов.
422
Рис. 3 Образцы изолированной фторопластом проволоки
Для устранения данного недостатка, то есть для обеспечения равнотолщинности изоляционного пленочного покрытия и стабильного размера наружного диаметра провода, было предложено непосредственно после сварки по ходу процесса в отдельном устройстве при температуре ниже сварочной на 10 - 15 0С проводить опрессование зоны сварного соединения до выравнивания толщины обрабатываемой пленки.
Результаты выполненных исследований могут быть рекомендованы к применению на предприятиях кабельной промышленности.
Библиографический список
1. Сварка полимерных материалов [Текст]: справ. / К. И. Зайцев [и др.] ; под общ. ред. К. И. Зайцева, Л. Н. Мацюк. - М. : Машиностроение, 1988. - 312 с. - ISBN 5-217-00312-Х.
2. Волков, С. С. Сварка и склеивание полимерных материалов [Текст] : учеб. пособие для вузов / С. С. Волков. - М.: Химия, 2001. - 376 с.
