Сварка полимерных тканей нагретым газом

В. А. Рудин, С. А. Попов, ГК «ОЛЬМАКС». Журнал "Полимерные материалы" №9, 2018 г.

В России развитие рынка полимерных тканей началось в 1960-х гг. И если первоначально они рассматривались как более дешевый заменитель тканей из натуральных волокон, то, оценив их преимущества в долговечности, стойкости к истиранию, влагостойкости и теплозащитных свойствах, их стали активно использовать для производства спецодежды, в строительстве, сельском хозяйстве, производстве автомобильных тентов и др. Этому во многом способствовала свариваемость полимерных тканей.

Из большого разнообразия существующих на настоящий момент видов текстильных материалов большой интерес в промышленности вызывают полимерные технические ткани, например, с покрытием из поливинилхлорида (ПВХ) или термопластичного полиуретана (ПУ); популярность набирает ламинированная ткань из переплетенных полиэтиленовых нитей (тарпаулин) и другие виды тканей (фото 1 и 2).

Фото 1. Летний шатер из технической ПВХ-ткани
(источник фото 1–2: Sioen Industries)

 

Фото 2. Спецодежда из технической ткани
в нефте- и химстойком исполнении

Следует оговориться, что понятие «полимерная ткань» достаточно условно, поскольку под ней понимается текстильное изделие комбинированного типа. В основе, например, ПВХ-ткани, выбранной в статье в качестве примера ввиду ее распространенности, может лежать сетка из полиэфирных нитей полотняного плетения, имеющая двухстороннее покрытие из ПВХ, наносимое поливом или ламинированием.

Полимерные ткани широко используются для изготовления тентов, навесов, рекламных баннеров, надувных конструкций (бонов, батутов, надувных лодок), спецодежды, в качестве укрывного материала, гидроизоляции и много другого. Такое широкое их распространение связано, с одной стороны, с высокими эксплуатационными свойствами этих материалов. Например, ПВХ-ткани обладают высоким уровнем прочности на разрыв – до 4 кН/5 см, водонепроницаемостью, огнестойкостью, морозостойкостью, нефте- и химстойкостью, эластичностью, устойчивостью к истиранию, стойкостью к перепадам температур (в стандартном случае – от -30^o до 70 ^oС). С другой стороны, эти ткани можно соединять с помощью такого высокопроизводительного способа как сварка. Известным преимуществом данного способа соединения, например, перед склеиванием является также то, что между соединяемыми поверхностями исчезает граница раздела с образованием однородного перехода между свариваемыми поверхностями. В результате полученный сварной шов аналогичен по свойствам основному материалу, в том числе по прочностным показателям. Сварка полимерной и, в частности, ПВХ-ткани протекает по поверхностному слою, толщины которого вполне достаточно, чтобы материал основы (например, сетка) не оказывал существенного влияния на свариваемость.

Таким образом, соединение полимерных технических тканей с помощью сварки в сравнении с альтернативными способами, такими как шитье или склеивание, имеет ряд преимуществ, в числе которых:

• более высокая производительность;
• отсутствие инородных элементов и материалов в зоне соединения;
• идентичность физико-механических свойств сварного шва и основного материала;
• увеличение срока службы изделия;
• эстетичный внешний вид;
• водо- и газонепроницаемость.

Вот что говорит по этому поводу Натан Бергес, руководитель Berges Trenton Awning – одной из старейших компаний Северной Америки (штат Нью-Джерси, США), специализирующейся на производстве тентов: «Переход от шитья к сварке является одним из лучших решений для нашего бизнеса с момента его существования». В зависимости от назначения текстильного изделия и условий его нагружения выбирается оптимальная форма места сварного соединения, основные варианты которой представлены в таблице.

Возможные формы мест сварных соединений полимерных тканей технического назначения

№	Форма места соединения	Внешний вид	№	Форма места соединения	Внешний вид
1	Внахлест		8	Внахлест с односторонней герметизацией шва
2	С подворотом		9	Внахлест с двухсторонней герметизацией шва
3	С подворотом, сваренным с помощью нагретого клина		10	С запечатыванием кромок
4	С карманом		11	С привариванием кедера ткани
5	С завариванием троса		12	С усиливающей лентой*
6	Встык с двухсторонним привариванием ленты		13	С двухлепестковым кедером
7	Встык с односторонним привариванием ленты		14	С однолепестковым кедером

^{*Приваривается для усиления в местах повышенного истирания ткани, например, при использовании ее в качестве тентовой.}

На практике – в зависимости от способа нагрева соединяемых материалов – наиболее распространены такие виды сварки полимерных тканей, как сварка нагретым газом, нагретым инструментом, токами высокой частоты и ультразвуковая сварка. Все они имеют свои преимущества и недостатки. Но если рассматривать данные виды сварки по совокупности критериев выбора, то наиболее рентабельным и универсальным по функциональности (сложности и разнообразию выполняемых сварных швов) и по количеству материалов, которые можно сварить данным способом, является сварка нагретым газом.

Схема сварки нагретым газом полимерных тканей на стационарных машинах

Сварочные аппараты, в которых источником тепла выступает нагретый газ (обычно воздух), различаются по своим возможностям и подбираются в зависимости от производственных задач. В случае изготовления изделий, в которых используются швы различной конфигурации и протяженности, используют автоматизированные сварочные машины, которые оснащены роликовым механизмом для протяжки ткани. Такие машины как раз и являются наиболее универсальными, позволяя сваривать практически все виды полимерных тканей, в том числе для трехмерных конструкций. Схема используемого в подобных стационарных машинах сварочного узла представлена на рисунке. Отличительной особенностью данных сварочных машин является то, что они позволяют производить плавную регулировку сварочного давления и точное позиционирование сварочного сопла, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Эта конструктивная особенность дает возможность более точно подбирать сварочные параметры под различные виды материалов и добиваться высокого и стабильного качества сварного соединения. Независимая регулировка скорости вращения прикаточных роликов предотвращает возникновение складок и позволяет сваривать трехмерные, пространственно криволинейные швы, которые встречаются, например, в надувных конструкциях. Основными сварочными параметрами являются температура нагретого газа, давление прижима, а также скорость сварки, от которой зависит ее температурно-временной режим. Современные стационарные сварочные машины обладают высокой производительностью, осуществляя непрерывную сварку полимерных тканей со скоростью до 30 м/мин.

В настоящее время наиболее крупными производителями таких многофункциональных сварочных машин в мире являются компания LEISTER (Ляйстер, Швейцария) и компания Miller Weldmaster Corp. (США). В целом основные серийные стационарные сварочные машины SEAMTEK 900 AT (от LEISTER) (фото 3) и Т-300 (от Miller) похожи по своим техническим характеристикам и позволяют получать соединения различной конфигурации с шириной шва от 8 до 64 мм (см. таблицу). Для этих сварочных машин характерна высокая точность механики, а конструктивное исполнение обеспечивает оператору удобный доступ и хороший обзор зоны сварки при всех режимах работы. Обе машины имеют цифровое управление с помощью сенсорной панели, что облегчает процесс подбора сварочных параметров.

Фото 3. Многофункциональная машина модели Seamtek 900 ATдля сварки полимерных
тканей нагретым газом (производитель: LEISTER (Ляйстер, Швейцария)

Машина швейцарского производства отличается большей функциональностью. На ней можно провести тестовый режим сварки, который позволяет подобрать оптимальные сварочные параметры в автоматическом режиме; машина имеет боковую консоль для круговой сварки и консоль для сварки непрерывных труб и рукавов. Сварочная машина Т-300 считается менее прихотливой в эксплуатации. Также стоит отметить, что Miller Weldmaster уже давно специализируется на производстве стационарных сварочных машин и производит модельный ряд установок, предназначенных для серийного производства крупноформатных изделий из технических тканей, а также различные автоматические сварочные линии для производства гибких армированных воздуховодов, фильтров, трубопроводов и тентовых конструкций (фото 4). В заключение следует добавить, что состав ПВХ-покрытия обычно является различным у разных производителей. Поэтому для каждого вида ПВХ-ткани требуется индивидуальный подход к выбору параметров сварки.

Фото 4. Производство на машине FX-100 с применением сварки нагретым газом гибких воздуховодов,
армированных стальной проволокой (производитель: Miller Weldmaster Corp. (США))

Warm Gas Welding of Polymer Fabrics
V. A. Rudin, S. A. Popov
Design and technological features of warm gas welding of polymer fabrics are discussed.