Химическая сварка основана на образовании химиче­ских связей между полимерами, приведенными в кон­такт, либо в результате взаимодействия функциональ­ных групп полимеров, либо с помощью присадочного ма­териала, введенного в зону шва. При этом, в отличие от склеивания, не образуется самостоятельной непрерыв­ной фазы.

Химической сваркой соединяют материалы, не под­дающиеся диффузионной сварке —отвержденные реак­топласти, вулканизаты (резины), редкосетчатые поли­меры, линейные полициклические полимеры (с лестнич­ной структурой), а также некоторые термопласты с кри­сталлической и ориентированной структурой, способные соединяться диффузионной сваркой.

Способ соединения [148] реактопластов в неотверж - денном состоянии, проводимый аналогично прессованию слоистых пластиков, можно отнести к химической сварке.

Сварка отвержденных реактопластов [190, 191] зави­сит от природы функциональных, групп полимера, а сле­довательно, и от механизма отверждения материала, а также от степени отверждения, которая влияет на кон­центрацию функциональных групп и пластичность. ма­териала.

І6Е

Соединение химической сваркой реактопластов, свя­зующее которых отверждено в процессе поликонденса­ции [136, с. 26; 191], обусловлено наличием функцио­нальных групп в связующем и остаточной пластичностью [117, 191]. При нагревании до температуры, превышаю­щей температуру отверждения связующего, в условиях плотного контакта соединяемых поверхностей обеспечи­вается химическое взаимодействие менаду оставшимися в поверхностных слоях реакционноспособными группа­ми. Так, удается соединить детали, изготовленные на ос­нове' фенол оформальдегидных, фенол офур фур о ло форм - альдегидных, фенолоанилиноформальдегидиых, крезоло - фенолоформальдегидных смол.

Критерием способности пластмасс с различной сте­пенью отверждения свариваться может служить твер - дость'[116, 191], замеряемая, например, нагретой иглой, и теплостойкость по Мартенсу [59].

Процесс химической сварки можно регулировать, изменяя режим нагревания, осуществляя подготовку по­верхностей, регулируя степень отверждения связующе­го на стадии формования деталей.

Возможность проведения химической сварки увели­чивается о возрастанием температуры нагревания шва и давления контакта. С ростом степени отверждения связующего в пластике необходимо повышать давление и температуру сварки [191].

Отсутствие пластических деформаций в материале с высокой степенью отверждения существенно сказывается на прочностных характеристиках соединения [117]. Да­же при условии обеспечения наиболее полного контакта между соединяемыми поверхностями не удается полу­чить соединение с удовлетворительной прочностью. Если соединять детали, на поверхности которых при выбран­ных условиях контактирования возможна пластическая Деформация, то прочность соединения-может быть равна прочности отвержденной смолы.

Поскольку материал на поверхности деталей имеет более высокую степень отверждения [192], удаление. поверхностного слоя, например, з а шкур ива ни ем облег­чает сварку. Хорошо свариваются материалы с низкой плотностью структуры, например содержащие органиче­ский наполнитель [59] или отвержденные при малых давлениях [193].

Для оваркй деталей из пластмасс с высокой степенью отверждения связующего или деталей сложной конфи­гурации приходится применять присадочные материалы в виде пленки на основе полимера, .аналогичного свя­зующему свариваемой пластмассы [193—195].

При сварке реактопластов, например на основе нена­сыщенных полиэфиров, используют привитую сополиме - ризацию [136, с. 31; 196]. Для этого перед сваркой на соединяемые - поверхности наносят раствор инициатора полимеризации, например перекиси бензоила, й ненасы­щенном мономере (стироле, винилтолуоле, диаллилфта - лате) или неотвержденную полиэфирную смолу [197] в виде тонкой пленки.

Химическую сварку пластмасс на основе отвержден­ных кремнийорганических смол [136, с. 27; 196] прово­дят с помощью органических перекисей, наносимых на соединяемые поверхности, или растворов кремнийорга­нических соединений с температурой разложения ниже 573 К [198].

Сварку пластмасс на основе эпоксидных полимеров выполняют с помощью метил о л фенолов [199], обеспе­чивающих химическое взаимодействие эпоксидных, гидр­оксильных и других групп, имеющихся.® эпоксидном по­лимере,

Технологический процесс сварки отвержденных реак­топластов включает следующие операции: подготовку по­верхностей, нанесение присадки, нагревание. Механиче­ская подготовка при сварке отвержденных пластмасс в отличие, от склеивания не играет существенной роли. Однако для обеспечения плотного контакта поверхности должны быть гладкими. Поэтому их целесообразно за­шкуривать с целью удалить более отвержденный слой или смазку'.

Соединение отвержденных реактопластов целесооб­разно проводить при нагревании в поле токов высокой частоты [136, с. 31;' 191] или с помощью ультразвука [59; 136, с. 31; 200]. Специфика подвода энергии в зону соединения, присущая этим способам нагревания, по­зволяет реализовать остаточную пластичность в контак­тирующих слоях и закончить сварку до того, как в ма­териале шва начнется процесс отверждения. Тонкостен­ные детали удается соединить при передаче тепла от нагретого инструмента.

Сварку полиэфирный пластмас, поверхность которых после отверждения остается липкой, можно производить ионизирующим излучением, например от источника Со60 [201], с помощью присадки из неотвержденной поли­эфирной смолы.

Для приведения в контакт поверхностей деталей из отвержденных реактопласте® необходимо, чтобы усилие и продолжительность его действия были большими, чем при сварке термопластов вследствие высокой вязкости этих материалов по сравнению с вязкостью термопла­стов.

Опыт, полученный, при сварке отвержденных пласт­масс, был использован для разработки технологии хими­ческой сварки резин [199, 202].

Химическая сварка сшитых полимеров; полученных на основе термопластов воздействием на них ионизирую­щих излучений (облучение быстрыми электронами, рент­геновскими или - у-лучами), заключается во введении в' зону шва присадочного реагента, в результате чего в шве создается структура, близкая к структуре материа­ла соединяемых деталей. Так, при сварке сшитого поли­этилена в качестве реагента используют соединения, лег­ко распадающиеся на радикалы (перекиси, пербораты, персульфаты и др.) [203]. Детали из сшитого поливи­нилхлорида можно соединять с использованием только нагревания или нагревания и присадочного реагента (на­пример, диамина) [204].

Химическая сварка некоторых термопластов и линей-- ных полициклических полимеров с использованием при­садочных реагентов возможна при следующих услови­ях: 1) скорость взаимодействия реагента с термопластом больше скорости диффузионных процессов; 2) дЗія вы­бранного способа подвода тепла к изделию пластическое течение* материала обеспечивается только в контакти­рующих слоях, в то время как в остальном объеме ма­териал находится при температуре, меньшей температу­ры его плавления или разориентацни; 3) растворитель для присадочного реагента способен вызывать набухание полимера и быстро испаряться с поверхности последнего.

Особенно эффективна - химическая сварка ориентиров ванных пленок из термопластов, сварные швы которых должны сохранять физико-механические свойства ос­новного материала.

Для химической сварки полиамидных пленок [189; 205] и волокон [206] в качестве присадочных реагентов лучше всего применять многоосновные" кислоты (адипи­новую и себациновую) и и, к хлор ангидриды.

Для сварки пленок полиэтилентерефталата исполь­зуют диизоцианаты или органические перекиси [207], наносимые на соединяемые поверхности из раствора в кетоне, в смеси с раствором низкомолекулярного поли­эфира в метиленхлориде [180, 185] или в смеси с окси - производными бензола [180]. Химической сваркой сое­диняют как тонкие (2 мкм);так и толстые (^250 мкм) пленки пол иэтилентерефта лата. Прочность их соедине­ния при этом близка к прочности основного материала, а стойкость к действию растворителей и теплостойкость выше, чем для соединений, полученных диффузионной сваркой.

^Химической сварке с. помощью диаминов подвергают фторполимеры [172] в различных сочетаниях.

Возможность соединения тюлиимидных пленок хими­ческой сваркой [209] обусловлена наличием в них боль­шого числа функциональных групп (имидных; амидных, карбоксильных) и переходом полиимидов в эластиче­ское состояние при высоких температурах, Приемы хи^ мнческой сварки полиамидных пленок разработаны на основе исследования химической”^ктивности различных реагентов по отношению к полипиромеллитимиду [207, 210]. К присадочным реагентам, наиболее пригодным для промышленного использования при сварке пленок из полипиромеллитимида, относятся гекса метилен диамин и гексаметилендиизоцианат.

Химическую сварку применяют также для соедине­ния разнородных полимеров [172, 211]. Соединение хи­мической сваркой металлизированных алюминием пле­нок полиэтилентерефталата, [212] и полипиромеллити­мида [213] основано на свойстве лолиизоцианатов и по - лиаминов вступать в химическое взаимодействие как с полимером, так и с гидроксидной пленкой металлов.. Химическая сварка термопластов без применения приса­дочных материалов может быть выполнена при действии на материал в зоне шва нейтронного [214] или рентге­новского излучения [148] достаточной мощности.

Характер процессов, происходящих при химической сварке, определяют, исследуя материал шва н свойства полученного соединения известными методами. Об об­разовании химических связей судят по результатам ИК-'Спектроскопии [172, 210] или изучения растворимо­сти материала шва и вязкости растворов [189, 205, 207, 210]; по невозможности получить соединение при выпол: нении сварки без присадочных реагентов или с помощью однофункциональных присадочных реагентов [207, 210]; по образованию высокопрочного соединения при сварке с помощью присадочных реагентов, природа которых со­ответствует природе функциональных групп полимера [202, 204, 207, 21:0]; по высокой устойчивости соединен ния к действию повышенных температур и растворите­лей [172, 185, 189, 191, 202, 207, 210] и т. д. Пластиче­ские деформации материала'в зоне шва определяют, рассматривая в микроскоп поперечные срезы сварного шва [190].