CC BY
26
УДК 685.34
Р. Н. Гимадитдинов
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СВАРКА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ОБУВИ
Ключевые слова: обувная промышленность, полимеры, токи высокой частоты, ультразвуковая сварка.
В статье рассмотрены методы соединения деталей в производстве обуви. Особое внимание уделено ультразвуковой сварке полимерных термопластичных материалов.
Keywords: footwear industry, polymers, high frequency currents, ultrasonic welding.
The article describes the methods of connecting parts in the manufacture offootwear. Particular attention is paid to ultrasonic welding polymeric thermoplastic materials.
В условиях рыночной экономики отечественные производители обуви стремятся завоевать доверие потребителя, предпочитающего качественную и недорогую обувь.
Для того, чтобы в полной мере удовлетворить потребности покупателей, современные обувные предприятия должны выпускать продукцию с хорошими эксплуатационными характеристиками, и произведенную на современном высокотехнологичном оборудовании.
Качество обуви напрямую связано с технологией проектирования моделей, характеристик исходных материалов, и того, каким образом детали обуви в готовом изделии соединяются между собой.
В настоящей статье особое внимание мы уделим методам соединения деталей обуви.
Принято различать обувь ниточного, клеевого и сварочного методов крепления.
Ниточный метод заключается в соединении деталей обуви ниточными швами на швейных машинках. Для скрепления деталей применяют хлопчатобумажные и синтетические (капроновые, лавсановые, анидные) нитки [1].
К недостаткам ниточного способа можно отнести низкую стойкость такого соединения к механическим воздействиям, к действию химических реагентов, влаги, тепла и пота. Кроме того, в местах прохождения ниточного шва, из-за перфорации материала, происходит понижение его прочности и, как следствие, вероятность его разрыва.
Клеевой метод заключается в соединении деталей обуви с помощью клея. В обувной промышленности в основном используют клеи на основе наирита, состоящие из полихлоропренового каучука, органических растворителей, синтетических смол и термовулканизаторов [2].
К недостаткам клеевого соединения следует отнести необходимость предварительной подготовки склеиваемых поверхностей, кроме того, клеи не обладают достаточно быстрой схватываемостью, с течением времени светлый материал в зоне крепления, из-за миграции различных добавок, приобретает желтый цвет, к тому же наличие в составе клея токсичных органических растворителей делает его применение вредным для здоровья работника [3].
Существенным достоинством клеевого метода крепления, в отличие от ниточного, является герметичность образующегося соединения [4].
Сварочный метод соединения используется при сборке заготовок верха обуви из термопластичных полимерных материалов. Принято различать сварку с подводом тепловой энергии от теплоносителей (контактно-тепловая, газовая, экструзионная), и сварку с генерированием в материале тепловой энергии, полученной в результате преобразования других видов энергии (высокочастотная, ультразвуковая, радиационная, лазерная).
Для сварки деталей в обувном производстве пользуются, в основном, контактно-тепловым методом и сваркой токами высокой частоты.
При контактно-тепловом методе сварки соединяемые материалы помещают на неподвижную плиту пресса. При опускании верхней плиты пресса, снабженной электронагревателем, создается давление на шов, и обеспечивается заданная температура сварки. Для предотвращения прилипания свариваемого материала к нагретой плите, между ними располагают тефлоновые либо стеклотканые прокладки.
К недостаткам такого метода сварки можно отнести сравнительно медленный нагрев соединяемых материалов, а значит низкую производительность техпроцесса.
Более прогрессивным является метод высокочастотной сварки, основные достоинства которого заключаются в мгновенном нагреве свариваемых материалов по всей толщине.
При высокочастотной сварке термопластичный материал, в результате преобразования энергии электрического поля в тепловую энергию, разогревается до вязкотекучего состояния. Электрическое поле частотой 2-1000 МГц генерируется высокочастотным генератором. Оборудование для сварки токами высокой частоты состоит из пресса с пластинами-электродами и генератора.
Рассмотренные выше методы сварки позволяют получить соединение, по прочности многократно превосходящие ниточный и клеевой методы, однако, наименее трудоемкой и энергозатратной является все же ультразвуковая сварка, которую мы и предлагаем использовать для соединения деталей обуви.
Принцип действия ультразвуковой сварки заключается в нагреве соединяемых поверхностей в результате преобразования механических ультразвуковых колебаний частотой 15-50 кГц в тепловую энергию. Ток высокой частоты от ультразвукового генератора (см. рис. 1) подается на обмотки вибра-
тора, выполненного из магнитострикционного или пьезокерамического материала. Высокочастотные механические колебания, возникающие в этом материале, по волноводу передаются непосредственно в зону шва. При этом происходит диффузия концов и сегментов цепных молекул из одной свариваемой поверхности в другую с образованием связи, прочность которой при оптимальных условиях может приближаться к когезионной прочности свариваемого материала. Кроме того, при сварке искусственных кож, помимо диффузии в однородной среде, происходит также диффузионное проникание полимерного материала в рыхлую волокнистую структуру искусственных кож с образованием так называемых «заклепок» и «муфт», благодаря чему прочность соединения свариваемых деталей увеличивается в 2-3 раза.
Рис. 1 - Схема установки для ультразвуковой сварки термопластичных полимерных материалов
Достоинства ультразвуковой сварки заключаются в возможности прочного соединения как мягких, так и твердых термопластичных полимер-
ных материалов, возможности соединения деталей из жестких полимеров на значительном расстоянии от места контакта детали и сварочного наконечника, отсутствии необходимости в предварительной очистке свариваемых поверхностей от различных загрязнений, в обеспечении высокой производительности в сочетании с относительно низкими энергозатратами, а также в исключении применения расходных материалов - органических растворителей, клеев и ниток.
Анализируя представленные выше методы соединения деталей обуви, можно сделать вывод, что каждый из них имеет как достоинства, так и недостатки. Однако, наиболее перспективным, с нашей точки зрения, является метод ультразвуковой сварки, благодаря которому в будущем станет возможным производить недорогую и, одновременно, качественную обувь из полимерных термопластичных материалов.
Литература
1. ГОСТ 30226-93. Нитки обувные хлопчатобумажные и синтетические. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1993. - 6.
2. Гарипова Г.И., Нигметзянова А.М., Коваленко Ю.А. Исследование проблем клеевых методов крепления в обувном и кожгалантерейном производстве // Вестник КГТУ №24. - Казань, 2012. - С. 100-104.
3. Гарипова Г.И., Никитина Л.Л. Анализ функциональных свойств полимерных клеевых соединений в обуви // Вестник КГТУ №6. - Казань, 2011. - С. 130-131.
4. Гарипова Г.И., Фатхуллина Л.Р., Газизянова Ч.Д. Характеристики клеев для обувного и кожгалантерейного производства // Вестник КГТУ №17. - Казань, 2013. - С. 151-152.
© Р. Н. Гимадитдинов - канд. техн. наук, доц. каф. моды и технологии КНИТУ, [email protected].
