Dviejų PTFE komponentų,-pvz., apvalkalo ir tvirtinimo flanšo-jungimas visada buvo iššūkis. Klijai į cheminį barjerą įveda svetimą, silpnesnę medžiagą. Tradicinis kaitvietės suvirinimas yra lėtas ir gali iškraipyti dalis. Nauja, pažangi technika naudoja intensyvios, tiksliai sufokusuotos ultragarso energijos pliūpsnį, kad pažodžiui vibruotų du PTFE paviršiai kartu molekuliniu lygmeniu, suliedami juos į vieną vientisą ir idealiai vienalytį gryno fluoropolimero gabalą. Šis metodas greitai tampa pageidaujamu sprendimu gaminant kelių dalių PTFE šildytuvus, kurių grynumas, stiprumas ir patikimumas yra neginčijami.
PTFE šildytuvų sujungimo metodų raida
PTFE (politetrafluoretilenas) yra žinoma sunkiai sujungiama medžiaga. Nelipnus, mažos trinties paviršius atstumia beveik visus klijus. Mechaninis tvirtinimas sukuria įtrūkimus, kuriuose gali kauptis korozinės cheminės medžiagos. Tradicinio kaitvietės suvirinimo metu naudojamas platus, lėtas karštis, dėl kurio dažnai atsiranda šiluminio plėtimosi neatitikimų, deformacijų arba PTFE kristalinės struktūros pablogėjimo. Kelių dalių šildytuvų rinkiniams,-pvz., panardinamiesiems šildytuvams su apsauginiais apvalkalais, flanšais ir tvirtinimo kronšteinais,-prireikė naujo požiūrio.
Pažangus ultragarsinis suvirinimas pasirodė kaip sprendimas, įveikiantis šiuos apribojimus. Ši technika pašalina eksploatacinių medžiagų, užpildų ar antrinių kietėjimo etapų poreikį, todėl susidaro jungtis, kuri chemiškai ir mechaniškai nesiskiria nuo pradinės medžiagos.
Kaip ultragarsinis suvirinimas sukuria besiūlius PTFE mazgus
Sukūrimo procesas aultragarsinis suvirinimas PTFE šildytuvo surinkimo besiūlė jungtisseka tikslią, pakartojamą seką:
Dalies prispaudimas– Du PTFE komponentai (pavyzdžiui, vamzdinis šildytuvo apvalkalas ir tvirtinimo flanšas) susiliečia ir laikomi vidutinio slėgio armatūra. Jungties sąsaja yra iš anksto suprojektuota su mažu energijos reguliatoriumi{1}}trikampiu ketera, kuri koncentruoja pradinę ultragarso energiją.
Sonotrode programa– Specialios formos metalinis įrankis, vadinamas sonotrodu (arba ultragarsiniu ragu), prispaudžiamas prie viršutinės PTFE dalies. Sonotrodas yra sureguliuotas taip, kad vibruotų tam tikru ultragarso dažniu, paprastai 20 kHz didesnių jungčių atveju arba 35 kHz mažesnių, subtilesnių funkcijų atveju.
Ultragarsinė vibracija– Suaktyvintas sonotrodas vibruoja vertikaliai arba į šoną tūkstančiais ciklų per sekundę. Šis aukšto dažnio mechaninis judesys perduodamas per viršutinę PTFE dalį ir sukuria intensyvią vietinę trintį dviejų dalių sąsajoje. Trintis gamina šilumą taip greitai, kad PTFE pasiekia lydymosi temperatūrą (apie 327 laipsnius / 620 laipsnių F) per sekundės dalis.
Molekulinė sintezė– Išlydytas PTFE teka per jungties sąsają, sumaišydamas polimerų grandines iš abiejų dalių. Kadangi nėra užpildo ar klijų, išlydyta zona yra grynas PTFE. Tada vibracija nutrūksta, kol išlaikomas suspaudimo slėgis.
Aušinimas ir kietėjimas– Slėgis jungtyje palaikomas trumpą laiką (paprastai 0,5–2 sekundes), leidžiant ištirpusiam PTFE atvėsti ir persikristalizuoti. Rezultatas yra ištisinė, vienalytė suvirinimo linija, kurios stiprumas ir cheminis atsparumas prilygsta masiniam PTFE.
Sonotrodas dainuoja tylią, galingą, ultragarsinę dainą, kuri sulydo du paviršius į vieną gryną, nesulaužytą plastiko korpusą, nepalikdamas jokios siūlės, pašalinių medžiagų ir silpnos sąsajos.
Pagrindiniai kelių dalių PTFE šildytuvų privalumai
Besiūlės jungtys be įtrūkimų– Suvirintoji sąsaja yra visiškai sulydyta, pašalinant mikroskopinius tarpus, kuriuose gali kauptis proceso cheminės medžiagos arba augti bakterijos. Tai labai svarbu ypač grynoms reikmėms, tokioms kaip puslaidininkių drėgnasis apdorojimas arba vaistų gamyba.
Jokių klijų ar užpildų– Kadangi neįvedama antrinė medžiaga, visas mazgas yra 100 % PTFE. Suvirintos jungties cheminis inertiškumas, atsparumas temperatūrai ir nelipimo savybės yra tokios pat kaip ir likusios sudedamosios dalies.
Didelis stiprumas ir patikimumas– Tinkamai ultragarsu suvirintų PTFE jungčių suvirinimo stipris siekia iki 80–95 % pagrindinės medžiagos stiprumo ir gerokai pranoksta klijų sukibimą. Suvirinimo siūlė taip pat atspari šiluminiam ciklui ir vibracijai.
Greitis ir pakartojamumas– Visas suvirinimo ciklas baigiamas per 1–3 sekundes, todėl galima pagaminti didelio našumo. Procesas lengvai automatizuojamas ir stebimas kokybės kontrolei (pvz., stebint galią ir suvirinimo gylį).
Minimalus terminis iškraipymas– Šiluma generuojama tik jungties sąsajoje ir tik milisekundes. Didžioji dalis dalių išlieka vėsios, užkertant kelią deformacijai, susitraukimui ar PTFE mechaninių savybių pablogėjimui.
Techniniai iššūkiai ir svarstymai
Ultragarsinis PTFE suvirinimas nėra be specialių reikalavimų. PTFE turi aukštą lydymosi temperatūrą ir ypač mažą trinties koeficientą, todėl sunku greitai generuoti pakankamai trinties šilumos. Todėl standartiniai ultragarsiniai suvirintuvai, naudojami polietilenui arba polipropilenui, yra netinkami. Pažangiam ultragarsiniam PTFE suvirinimui reikia:
Didelės galios ultragarsiniai kaminai(paprastai 2000–5000 W ar daugiau), kad būtų tiekiama pakankamai energijos, kol šiluma neišsisklaidys.
Tvirti, mažos masės armatūrakurios neleidžia energijai įsisavinti įrankyje.
Tiksliai suprojektuotos jungčių geometrijos– Energijos reguliatoriai turi būti pritaikyti specialiai PTFE srauto charakteristikoms. Per didelis arba per mažas režisierius sukelia nepilną suliejimą arba blykstės išstūmimą.
Amplitudės valdymas– Reikia didesnės amplitudės (paprastai 60–100 µm nuo smailės iki smailės), palyginti su kitais termoplastais.
Reikėtų pažymėti, kad ultragarsinis suvirinimas plačiau ir lengviau taikomas PFA (perfluoralkoksialkanui), lydymo būdu apdorojamam fluorpolimerui, turinčiam panašų cheminį atsparumą, bet mažesnį lydalo klampumą. Tačiau tinkamai sureguliavus įrangą ir sujungimo konstrukciją, PTFE galima patikimai suvirinti, o ši technika vis dažniau taikoma svarbiems šildytuvams, kuriuose priimtinos tik tikslios PTFE savybės.
Taikymas šiuolaikinėje PTFE šildytuvų gamyboje
Pažangus ultragarsinis suvirinimas leidžia sukurti naujos kartos kelių dalių, visų PTFE šildytuvų konstrukcijas, kurių anksčiau nebuvo įmanoma pagaminti. Pavyzdžiai:
Panardinami šildytuvai su integruotais suvirintais apsauginiais apvalkalais– Pašalinus sriegines jungtis arba klijais surištus galinius dangtelius, sumažėja nuotėkio keliai agresyviose cheminėse voniose.
Individualios formos flanšo ir vamzdelio mazgai– Naudojamas didelio grynumo recirkuliaciniuose šildytuvuose dejonizuotam vandeniui arba korozinėms rūgštims.
Kelių segmentų šildytuvų matricos– Keli trumpi šildytuvo moduliai su PTFE apvalkalu suvirinami į ilgesnį ištisinį mazgą be mechaninių jungčių.
Sensorinės kišenės ir termo šuleliai– Ultragarsu suvirintos PTFE kišenės gali būti integruotos tiesiai į šildytuvo korpusą, taip užtikrinant vientisą temperatūros jutiklio tvirtinimo tašką.
Išvada
Pažangios ultragarsinio suvirinimo technologijos keičia kelių dalių PTFE šildytuvų agregatų gamybą. Naudojant didelės galios tiksliai valdomą ultragarso energiją PTFE komponentams sulydyti tiesiogiai-be klijų ar užpildų-, procesas sukuria stiprią, vienalytę ir chemiškai inertišką jungtį, kuri yra tokia pat patikima kaip ir pati pradinė medžiaga. Rezultatas yra vientisa jungtis, kuri pašalina įtrūkimus, atspari agresyvioms cheminėms medžiagoms ir atlaiko terminį ciklą. Šis švarus, greitas ir labai atkuriamas sujungimo būdas leidžia sukurti naujos kartos visų fluoropolimerų šildytuvo komponentus, kuriems svarbiausia yra grynumas ir patikimumas.
Stipriausias ryšys yra tas, kai dvi originalios dalys tiesiogine prasme išnyko viena į kitą. Ultragarsu suvirintų PTFE šildytuvų mazgų atveju šis principas tapo pramonine realybe.
