Методы сварки в производстве изделий из кожи

МЕТОДЫ  СВАРКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОЖИ

 

 

 

         В настоящее время сварку термопластичных  материалов применяют в кожгалантерейном  производстве для изготовления  портфелей, сумок, папок, ремней, футляров, обложек для документов, бумажников, и другой мелкой кожгалантереи.

 

         В обувном производстве ее  используют в основном при  сборке заготовок верха обуви  из искусственных и синтетических  кож.

 

         В других отраслях промышленности  с помощью этого метода изготовляют  плащи, мешки, пакеты, различные  изделия из пластмасс.

 

         Сварка может применяться для:

 

   соединения, последовательного или  параллельного, деталей методом  сварки, т.е. образования сварных  швов (иногда сваривание может  совмещаться с вырубанием деталей  из листовых материалов);

 

   крепления (приваривания) аппликаций  к деталям, тиснения рельефа  поверхности с помощью металлического  пуансона (плиты);

 

   изготовления деталей и узлов  изделий в специальных формах  из силиконовой резины (силиконовых  матрицах) с одновременным формованием  рельефа их поверхности.

 

Процесс сварки термопластичных материалов заключается в нагревании контактирующих поверхностей деталей до вязкотекучего состояния и соединения их при небольшом давлении. 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, кроме диффузии в однородной среде, происходит также диффузионное проникание полимерного материала в смежную среду (в рыхлую волокнистую структуру искусственных кож) и образование «заклепок» и «муфт», благодаря чему прочность соединения свариваемых деталей увеличивается в 2-3 раза.

 

Свариваются не только пленки и искусственные  кожи с пленочным покрытием, но и  ткани, содержащие термопластические  волокна—капрон, лавсан, нитрон.

 

При сварке деталей из искусственных  кож и пленочных материалов не нужны клеи или нитки, как при  клеевом или ниточном методах  крепления; материалы не ослабляются  проколами, нет необходимости в  предварительной подготовке поверхностей (взъерошивание).

 

Эти преимущества сварных методов наряду с ростом использования искусственных  и синтетических материалов в  обувном и кожгалантерейном производстве обусловливают дальнейшие перспективы  их развития.

 

 

 

Методы  сварки термопластов классифицируют следующим  образом:

 

1.    сварка с подводом тепловой  энергии с помощью теплоносителей (контактно-тепловая, газовая, экструзионная)

 

2.    сварка с генерированием в  материале тепловой энергии, полученной  в результате преобразования  других видов энергии (высокочастотная,  ультразвуковая, радиационная, лазерная).

 

Для сварки деталей в обувном производстве используют в основном методы контакно-тепловой и токами высокой частоты (ТВЧ).

 

При контактно-тепловом методе сварки соединяемые  материалы помещают на неподвижную  плиту пресса. При опускании верхней  плиты пресса создается давление на шов и обеспечивается заданная температура сварки, т.к. одна или  обе плиты пресса имеют электронагреватели. Происходит сварка поверхностей материалов.

 

При контактно-тепловом методе сварки деталей  тепло поступает через свариваемый  материал. Так как термопластичные  материалы являются плохими проводниками тепла, метод применяют тогда, когда  один из свариваемых материалов очень  тонок. Чаще всего контактно-тепловой метод используют при изготовлении изделий из полимерных пленок (полиэтиленовых, поливинилхлоридных).

 

Основными параметрами контактно-теплового  метода сварки являются температура, продолжительность  контакта и давление.

 

Чтобы предотвратить прилипание свариваемого материала,  к плитам пресса крепят прокладки из стеклоткани, пропитанной тефлоном или покрывают силиконовой смазкой.

 

Метод контактно-тепловой сварки имеет ограниченное применение в производстве изделий  из кожи. Его недостатками являются сравнительно медленный нагрев свариваемых  материалов, низкая производительность, жесткие требования к термостойкости материалов.

 

Более прогрессивным является метод высокочастотной  сварки, основные достоинства которого заключаются в мгновенном нагреве  свариваемых материалов по всей толщине  и высокой производительности труда. Термопластичный материал разогревается  до вязкотекучего состояния в результате преобразования энергии электрического поля в тепло внутри самого материала. Электрическое поле частотой 2-1000 МГц генерируется высокочастотным генератором.

 

Материалы, помещенные в поле токов высокой  частоты, ведут себя по-разному. Полярные полимеры представляют собой диполи. Если диполь находится в переменном электрическом поле, то он будет  ориентироваться согласно знаку  зарядов электродов. Смещение зарядов, связанных в диполе внешним электрическим  полем, называется поляризацией. При  изменении направления поля, а  значит и знаков электродов, диполь должен переместиться и занять новое  положение, сориентировавшись согласно изменившемуся знаку электродов. Чем больше вязкость материала, тем  больше его сопротивление изменению  ориентации и затрачиваемая работа.

 

Работа  характеризует диэлектрические  потери, приводящие к разогреванию материала. Характеристикой способности  материалов нагреваться является фактор диэлектрических потерь

 

K = ε tgδ,

 

где  ε – диэлектрическая проницаемость,

 

tgδ – тангенс угла  диэлектрических потерь.

 

Чем выше k, тем быстрее и при меньших частотах переменного электрического тока материал способен нагреваться. Практика показывает, что сварке ТВЧ подвергаются те термопласты, фактор диэлектрических потерь которых не меньше сотых долей единицы.

 

Неполярные  же вещества, такие как полиэтилен, полипропилен, полистирол, не годятся  для высокочастотной сварки. Правда, имеются методы сварки и для материалов с очень низким фактором диэлектрических  потерь. Это, например, сварка при повышенной частоте колебаний электромагнитного  поля с предварительным нагреванием  материалов в термошкафу. Однако, указанные методы неэкономичны. Более целесообразны для подобных материалов контактно-тепловой, радиационный и другие методы сварки.

 

При сварке наиболее прочный шов получается при коротком сварочном цикле. Установлено, что  время сварки не должно быть более 4 с. Для снижения времени сварки следует использовать более мощный генератор или большую частоту. Чем тоньше пленка, тем труднее ее сваривать ТВЧ, так как тонкие пленки легче отдают тепло электродам, чем толстые. Минимальная суммарная толщина материалов при сварке ТВЧ 0,1 мм. Практически для изделий из кожи используют пленки толщиной 0,2-1,2 мм.

 

Различают симметричную сварку, когда оба электрода  имеют одинаковую форму, и ассиметричную, когда форма электродов неодинакова. Роль нижнего электрода может  выполнять стол (нижняя плита) пресса, на котором помещается свариваемый  материал, а верхний электрод, соответствующий  форме  сварного шва, может крепиться  стационарно к электрододержателю, который через изолятор соединен с верхней плитой пресса, или же быть свободным и при каждом новом цикле сварки накладываться на материал.

 

На  рисунке схематически показаны стадии сварки:

 

                               I.      обработка под  током и давлением,

 

                            II.      отвод тепла через  электрод,

 

                         III.      поднятие электрода.

 

Таким образом, электроды при сварке служат для подвода энергии, передачи давления на материал и охлаждения поверхности. После завершения сваривания и отключения тока еще несколько секунд продолжается охлаждение под давлением для  фиксации формы шва.

 

Оборудование  для сварки ТВЧ состоит из пресса с пластинами-электродами и генераторов  ТВЧ. Электроды из металлов высокой  проводимости (латуни, алюминия, стали) имеют закругленные края для предупреждения пригорания свариваемых материалов. Для повышения производительности сварочных установок их оборудуют  многопозиционными загрузочными устройствами. Это позволяет во время сварки одной заготовки производить  сборку последующей. Такие устройства представляют собой специальные  загрузочные столы, на которых выполняется  сборка заготовок с использованием технологической оснастки и подача на позицию сборки и обратно. По способу  подачи различают загрузочные устройства с выдвижными столами, имеющими возвратно-поступательное движение, загрузочные устройства с  поворотными (карусельными) столами, совершающими прерывистое вращательное движение, и конвейерные загрузочные устройства с поступательным движением загрузочных  столов.

 

 

РАЗНОВИДНОСТИ ВЫСОКОЧАСТОНОЙ СВАРКИ

 

 

 

В обувной и кожгалантерейной промышленности применяется сварка деталей с  декорированием по свариваемому контуру; сварка с вырубанием, приваривание аппликаций; тиснение декоративных эффектов небольшой площади на деталях и изделиях с помощью металлических электродов.

 

Достоинством  высокочастотной сварки по сравнению  с другими способами соединения является то, что она помимо соединения позволяет получать и формоустойчивые декоративные эффекты в области шва.

 

Это возможно благодаря тому, что материал в зоне сварки переводится в вязкотекучее состояние и легко формуется, а полученный в результате этого рисунок определяется формой той части электрода, которая контактирует со свариваемым материалом. Таким образом сваривать можно не только плоские, но и пространственные детали (объемная сварка).

 

Сварка  с вырубанием  деталей производится способом сквозного продавливания (проваривания) расплавленного материала кромкой электрода, если все свариваемые слои термопластичны, или же продавливания верхнего слоя и затем механического прорезания (вырубания) нижнего слоя, если последний термопластичен.

 

Для этого применяется пресс ПГС-30. На прессе можно сваривать и вырубать детали с одновременным тиснением  и имитацией швов, склеивать детали верха с подкладкой с одновременной  перфорацией и тиснением, вырубать детали и изготавливать украшения. Основным режимом работы пресса, который  может выполнять операции в полуавтоматическом цикле, является сваривание с последующим  вырубанием. Однако возможны и другие режимы: только сваривание или только вырубание.

 

При сварке с вырубанием деталей применяют  специальные резаки-электроды, имеющие  режущую и тупую сварочные  кромки. Материалы подаются из рулонов  раскатным устройством на вырубочную плиту пресса, на которую уложен электрокартон.

 

При нажиме на пусковые кнопки вначале  опускается передний защитный экран, а  затем ударник до соприкосновения  с резаком. При определенном давлении ударника на резак включается генератор  ТВЧ. Происходит сварка. По окончании  сварки реле времени отключает генератор, изделие охлаждается при давлении сварки. По окончании охлаждения ударник  перемещается далее вниз, вырубает деталь, а затем поднимается в  исходное положение. Одновременно поднимается  защитный экран. Весь процесс продолжается несколько секунд.

 

Для вырубания мелких деталей служит отечественная установка ПСВ-2/20. При помощи электрода- резака можно получить декоративные эффекты, имитирующие загибку краев. Нагретые электроды можно использовать для тиснения рисунка через фольгу. Они способствуют переносу краски с фольги на декорируемую поверхность и повышению ее адгезии к материалу. 

 

ТВЧ соединяют и материалы, не способные  свариваться (например, натуральную  кожу), с помощью промежуточной  клеевой прослойки. В результате получают клеесварной шов.

 

Декоративные  эффекты большой площади или  сложного рельефа, такие, как имитация естественной мереи или ворса  натуральной кожи, получают не с  помощью металлических электродов, а формованием поверхности в  силиконовых матрицах  в поле токов высокой частоты.

 

Технология  включает следующие процессы:

 

   изготовление исходных моделей  заготовок верха;

 

   отливка силиконовых матриц;

 

   формование в них поверхности  заготовок.

 

Для изготовления исходных моделей применяют  натуральные, синтетические и искусственные  кожи с рельефной фактурой, толщиной не более 1,2 мм. От качества сборки исходной заготовки и выполнения декоративных строчек зависит четкость их оттиска  на силиконовой матрице. Для сборки заготовки верха используют капроновые нитки. При использовании х/б ниток швы исходной модели пропитываются нитролаком.

 

Для изготовления матриц используют компаунды  на основе жидких низкомолекулярных  силиконовых каучуков, отверждаемых катализаторами при комнатной температуре. Силиконовые матрицы обладают высокой термостойкостью, достаточной прочностью, антиадгезионными свойствами (готовые изделия не прилипают к их поверхности). Силиконовые матрицы отливают на плитах формовочно-уплотнительного пресса модели 053 фирмы «Анвер» и 421 фирмы «Шен».

 

Тиснение  с помощью силиконовых матриц.

 

На  силиконовую матрицу накладывают  предварительно выкроенную заготовку  из ИК и помещают их между пластинами-электродами ТВЧ, которые находятся на плитах для тиснения с помощью силиконовых матриц.

 

При этом лицевое ПВХ-покрытие искусственной кожи под воздействием поля ТВЧ почти мгновенно разогревается и размягчается. Под давлением матрица погружается в ставшее пластичным покрытие, отпечатывая на нем рисунок поверхности модели-заготовки.

 

С высокой точностью имитируются  любые швы, накладные детали, мерея  кожи. По окончании тиснения материалы  и матрица интенсивно охлаждаются  на этой же установке для фиксации полученного рисунка. Цикл тиснения составляет 15-20 с.

 

Оборудование. Для тиснения силиконовыми матрицами  в поле ТВЧ деталей и узлов  верха обуви и кожгалантерейных изделий чаще всего применяют  следующие установки: ВЧД-6-25/27, 906 и 1006 ф.»Анвер», 413 ф. «Шен», п/а установка УТЗ-1 для глубокого тиснения заготовок верха обуви в силиконовых матрицах.

 

Известно 4 варианта получения плоских заготовок  способом формования их поверхности  в силиконовых матрицах на установках ТВЧ.