12. Doplňkové technologie pro zpracování plastů

12.1. Technologie spojování plastů

12.1.1. Lepení
12.1.2. Svařování plastů

12.2. Technologie na úpravu povrchu
12.2.1. Lakování plastů
12.2.2. Pokovování plastů
12.2.3. Kašírování plastů
12.2.4. Povlakování plasty
12.2.5. Desénování plastů
12.2.6. Leštění plastů
12.2.7. Sametování plastů
12.2.8. Potiskování plastů

12.3. Technologie pro zpracování kapalných systémů
12.3.1. Máčení
12.3.2. Natírání a impregnace

12. doplňkové technologie pro zpracování plastů

12.1. Technologie spojování plastů

12.1.1. Lepení

  Výhodou lepení je, že můžeme lepit jakékoliv materiály a díly různé velikosti  a  tloušťky.  Nedochází  k  narušení  struktury  jako  třeba  u  nýtování, k ovlivnění a narušení struktury jako při svařování a zachovává se vnější vzhled. Navíc při dynamickém namáhání rozvádí lepený spoj napětí rovnoměrněji a spoje jsou těsné a nepropustné pro plyny a páry. Mezi další výhody technologie lepení patří jednoduchý postup při lepení, relativně velká pevnost při malé hmotnosti, možnost slepovat i ohebné předměty, minimální lokální koncentrace napětí při správném provedení lepeného spoje. Nevýhodou je dokonalá příprava povrchu a doba, po kterou musí dojít ke ztuhnutí nebo vytvrzení lepidla, nižší tepelná (a někdy i chemická a mechanická) odolnost lepeného spoje proti základnímu materiálu a nízká odolnost proti odlupování.

  Pro vytvoření kvalitního lepeného spoje je potřeba zajistit: správný návrh konstrukce spoje; správnou volbu materiálů (tj. lepidla a materiálů lepených ploch); správnou povrchovou úpravu lepených ploch; zachování předepsaného postupu při použití zvoleného lepidla; vytvoření dokonalých mechanických a fyzikálně-chemických podmínek pro vznik pevných vazeb.

  Většinu plastů lze všeobecně lepit prakticky všemi druhy lepidel a lze tedy zkonstatovat, že lepení je použitelné pro ty plasty, které mají vzhledem ke své chemické povaze a polárnímu charakteru dostatečnou adhezi k lepidlům.

  Lepidla dělíme na několik skupin (jeden z možných způsobů dělení):

• organická rozpouštědla (roztoková lepidla) jsou vhodná pro lepení termoplastů, jako je PS, SAN, ABS, PMMA, PC, CA;
• lepidla na bázi kaučuku (přilnavá lepidla) se používají pro spojování plastů s kaučuky, kovy apod., mají však nízkou pevnost spojů;
• tavná lepidla - roztoky polymerů, používají se pro lepení PVC, PMMA a jako univerzální lepidla. Musí se přivést do plastického roztaveného stavu a lepení je ukončeno po zchlazení, musí se však přesně dodržovat teplotní režim;
• tvrditelná lepidla (bezrozpouštědlová lepidla) mají vysokou adhezi a dávají ve svém výsledku pevné lepené spoje. Jsou vhodná pro lepení reaktoplastů navzájem nebo s kovy, sklem, keramikou, apod. a omezeně jsou vhodná i pro některé termoplasty, např. POM, PC.

Z tohoto sortimentu lepidel potom vybíráme podle druhu plastu, který se má lepit. Nejzákladnějším kritériem pro výběr lepidla je požadavek, aby se lepidlo svými vlastnostmi co nejvíce přibližovalo lepeným plastům. Jedná se hlavně o pevnostní charakteristiky (např. modul pružnosti, apod.), navlhavost, velikost smrštění, rovnoměrnost hodnot se změnou teploty, dobré zpracovatelské vlastnosti (např. nanášení, doba použitelnosti, apod.) a technologické vlastnosti. Při volbě lepených materiálů se musí brát v úvahu rozdílná teplotní roztažnost a tepelná vodivost slepovaných materiálů, která se může výrazně lišit, např. mezi kovem a plastem.

Podle druhu plastu se lepení dělí na lepení:

• termoplastů – které se dělí buď na termoplasty dobře lepitelné (střední polarita), jako PS, PMMA, PVC, ABS, PC nebo na termoplasty obtížně lepitelné, jako je PA – silně polární plast, PET a konečně na termoplasty, které je možné lepit jen po náročné úpravě povrchu (oxidace pro zvýšení polarity nebo přidání polárních plniv) a pevnost lepeného spoje není vyšší, jak 30 % pevnosti základního lepeného materiálu. Patří sem polyolefíny a fluoroplasty;
• reaktoplastů – technologie lepení je náročnější z hlediska volby lepidla v důsledku vysokých mechanických a tepelných vlastností a z hlediska chemické odolnosti a také vzhledem k časté anizotropii vlastností. Na druhé straně je lepení „jednodušší“ oproti termoplastům v důsledku netavitelnosti vytvrzeného plastu.

Technologický postup lepení je ve své podstatě vždy téměř shodný a má následující fáze:

• příprava povrchu lepeného materiálu (adherendu) – hlavním cílem úpravy povrchu je maximální zvýšení smáčivosti a vznik adhezních vazeb (odstranění všech látek, vrstev a nerovností). Čím větší je lepená plocha a čím vyšší je počet vazeb, tím vyšší je i pevnost lepeného spoje. Příprava povrchu u lepených plastů spočívá buď ve fyzikálních operacích (např. broušení, smirkování, pískování, ultrazvukové čištění, polarizace oxidačním plamenem, sušení, ozařování UV zářením, iontové bombardování, apod.) nebo v chemických operacích (odmašťování, použití nátěrů primérů, moření, anodická oxidace, fosfatizace, apod.);
• příprava lepidla – v dnešní době téměř žádná, neboť výrobci dodávají lepidla v již takovém stavu, že se dají téměř okamžitě použít;
• nanášení lepidla – podmínkou dosažení kvalitního lepeného spoje je nanesení souvislé a rovnoměrné vrstvy (tloušťky) lepidla. Způsoby nanášení lepidla mohou být jednak ruční (štětce, tyčinky, stěrky, tuby, síta, apod.), pomocí přípravků (vytlačovací pistole, mechanické dávkovače, ruční nožové a válcové natírací zařízení) a strojní (polévací zařízení, zařízení s natíracím nožem a válcem a vzduchovým nožem, stříkání pomocí pistolí, elektrostatické nanášení, apod.), ale i pomocí tepelných procesů (natavování, žárové stříkání, vytlačování taveniny);
• montáž lepeného spoje – lepidlo se projevuje svojí viskozitou a přilnavostí k lepeným materiálům a proto je při lepení velmi důležitý tzv. montážní doba. To je doba, během které dojde k přiložení druhého lepeného materiálu. Po spojení musí dojít k zafixování spojovaných materiálů a musí začít působit tlak, který jednak způsobí dokonalé přilnutí k lepeným povrchům, jednak zajistí dosažení požadované tloušťky lepidla, fixaci dílů, proniknutí lepidla do pórů. Tlak nesmí být moc velký, aby nedošlo k vytlačení lepidla;
• vytvoření pevného lepeného spoje – většinou probíhá působením teploty na dříve vytvořený spoj za současného působení tlaku nebo za normálních podmínek okolí. Lepení za studena probíhá při teplotě 15 až 25 oC, lepení za zvýšených teplot je nad 25 oC a při teplotě přes 100 oC jde o lepení za horka (nebezpečí vzniku pnutí vlivem odlišné roztažnosti).

  Mezi základní druhy lepených spojů patří spoj zkosený, přeplátovaný a se stykovou deskou. Při namáhání lepeného spoje nejdříve dochází k deformaci lepeného materiálu a následně k deformaci lepidla. Nejmenší pevnost mají lepené spoje, jsou-li namáhány na odlupování - na ohyb. Nejvíce odolávají namáhání na smyk.

Základní druhy lepených spojů – odshora: zkosený, přeplátovaný a se stykovou deskou

Deformace jednoduchého přeplátovaného spoje
a) stav bez napětí, b) začínající deformace lepeného adherendu a lepeného spoje, c) ukončená deformace adherendu a průběh deformace adheziva

12.1.2. Svařování plastů

  V praxi se uplatňuje pro svařování termoplastů poměrně velké množství technologií, z nichž některé jsou vhodné jen pro trubky, některé jen pro desky nebo fólie, některé se používají často, některé pouze ojediněle. Většina metod svařování plastů je odvozena od svařování kovů.

  Jednotlivé technologie svařování se liší podle způsobu předání tepla, potřebného k ohřátí, resp. roztavení povrchů spojovaných součástí. Teplo může být předáno buď přímo (např. přímý kontakt s nosiči tepla, kontakt s horkým plynem) a nebo přeměnou jiných druhů energie na teplo (např. přeměna mechanické nebo elektrické energie na teplo). Vlastní způsob provedení svarového spoje se také liší a to hlavně z hlediska postupu provedených operací během jednotlivých technologií svařování, který může být následující:

• svařované povrchy jsou nejprve uvedeny ve vzájemný kontakt a teprve potom jsou zahřívány;
• svařované povrchy jsou nejprve zahřívány a potom jsou uvedeny ve vzájemný kontakt;
• svařované povrchy jsou současně ve vzájemném kontaktu a současně se i zahřívají.

  Svařování horkým plynem při současném použití přídavného materiálu se používá skoro u všech termoplastů a v technologické praxi je poměrně rozšířené. Spoj se vytváří pomocí přídavného materiálu, který se, stejně jako povrch svařovaných dílů, ohřívá proudem horkého plynu na teplotu, kdy je natavený plast za působení tlaku schopen vytvořit dostatečně pevný spoj. Základní materiál i přídavný materiál se působením horkého vzduchu plastikuje se do viskózně - tekutého stavu. K vzájemnému spojení, a tedy k vytvoření svarového spoje, dochází za působení tlaku.

Princip svařování horkým plynem s přídavným materiálem
(1 – základní materiál, 2 – přídavný materiál, 3 – tryska svařovací pistole, 4 – horký vzduch)

  Přídavný materiál, většinou ve formě tyčinky (drátu), ale i s trojúhelníkovým průřezem, bývá z téhož typu termoplastu, jako je základní svařovaný materiál a přivádí se (vtlačuje se) do svarového spoje kolmo ke svařovaným plochám. Přitlačuje se ručně nebo mechanicky. Rychlost svařování (podávání drátu) se pohybuje od 10 do 60 cm.min^-1. Svarový spoj musí být provedený v celém svařovaném průřezu a celou mezeru je nutné postupně vyplnit přídavným materiálem. Ke svařování kořene se používají dráty menších rozměrů, k vyplnění svaru se používají dráty větších rozměrů. 

  Teplota plynu je na horní hranici zpracovatelských teplot pro daný plast. Dalším svařovacím parametrem je kromě svařovací teploty i svařovací tlak, který je závislý na rozměru přídavného drátu. Tak např. pro PVC je doporučená hodnota asi 1,5 MPa. Vytvořený svar se nechá následně chladnout na vzduchu bez zatěžování či jakéhokoliv namáhání. V případě polyolefínů (PE, PP) je důležité zbavit plochy svařovaných materiálů a celý povrch přídavného materiálu povrchové zoxidované vrstvy, u ostatních plastů mastnoty.

  Svařování pomocí horkého plynu a přídavného materiálu při použití rychlosvařovacího nástavce (trysky). Pro zefektivnění předchozí metody svařování horkým vzduchem byly vyvinuty a zkonstruovány tzv. rychlosvařovací nástavce, které se nasouvají na ústí svařovací pistole. Hlavním úkolem rychlosvařovacích nástavců je předehřátí přídavného materiálu, který je potom možno rychleji ukládat do oblasti svaru. Předehřátí se děje průchodem přídavného materiálu trubičkou, kterou prochází horký vzduch. Trubička je ukončena patkou, kterou se přídavný materiál vtlačuje do svarového spoje. Nevýhodou je, že každý jiný průměr svařovacího drátu vyžaduje samostatný rychlosvařovací nástavec, neboť podmínkou bezchybného provozu je, aby průměr trubičky byl o 1 mm větší, než je průměr přídavného materiálu. Rychlost svařovacího procesu se urychluje na dvoj až trojnásobek rychlosti klasického svařování horkým vzduchem

Princip svařování horkým plynem při použití rychlosvařovacího nástavce
(1 – základní materiál, 2 – přídavný materiál, 3 – přívod vzduchu, 4 – rychlosvařovací nástavec svař. pistole, 5 – nahřívání základního materiálu, 6 – ohřev místa svaru, 7 – roztavený termoplast)

  Svařování kondukční je založeno na dotyku svařovaného materiálu se zahřátým nástrojem a na přenosu tepla kondukcí (vedením). Umožňuje dosáhnout kvalitních svarů při vysokém výkonu. Svary dosahují vysoké pevnosti (až 100 % pevnosti základního materiálu) a neobsahují téměř žádné vnitřní pnutí. Technologie kondukčního svařování vyžaduje přesnou regulaci teploty pracovních částí nástroje a dodržení tlakových podmínek, resp. působících sil. Ohřev svařovaných součástí topným tělesem může být buď přímý nebo nepřímý. U přímého ohřevu je maximální teplota v místě styku obou svařovaných součástí, u nepřímého ohřevu je maximální teplota na povrchu základního materiálu, který je nejblíže topnému tělesu. Proto špatná vodivost plastů dovoluje použít nepřímý ohřev pouze na svařování fólií.

  Nástrojem, který předává teplo základnímu materiálu, může být buď tzv. svařovací zrcadlo pro svařování trubek a profilů, nebo tzv. svařovací lišta pro svařování fólií a deskových materiálů, nebo mohou být tvary nástroje přizpůsobeny tvaru svařovaných dílů. Nástrojem jsou kovová tělesa z hliníku, mědi nebo chromové oceli, která jsou obvykle vytápěna elektricky, příp. plynem a jejich pracovní plocha je opatřena separační látkou proti lepivosti.

  Princip svařování spočívá v tom, že svařované materiály s přesně a hladce opracovanými plochami jsou přitlačeny tzv. nahřívacím tlakem k plochám nástroje, který je ohřátý na požadovanou teplotu podle druhu svařovaného termoplastu. V první fázi se tedy plochy svařovaných předmětů přizpůsobují plochám nástroje. Tento časový úsek je ukončen vznikem přetoku (výronku) po obvodu svařovací plochy.

Princip kondukčního svařování
1 – svařovaný materiál, 2 – topné těleso, A – fáze přípravná, B – fáze nahřívací a prohřívací, C – svařovací fáze

Časový průběh tlaku při svařování natupo

  V další fázi svařování se sníží tlak na minimum, aby byl pouze zabezpečen kontakt ploch s nástrojem a během této druhé fáze nastává pouze prohřívání materiálu do hloubky bez zvětšování přetoku. Po prohřátí (časový úsek odpovídá velikosti svařované plochy a závisí na materiálu a na tloušťce stěny) se svařované materiály oddálí od nástroje, z pracovní polohy se v co nejkratším čase odstraní i nástroj. Plochy, určené ke svaření, se k sobě přitlačí postupně narůstajícím tlakem až do dosažení hodnoty svařovacího tlaku (třetí fáze svařování). Svařovací tlak musí působit až do doby, kdy teplota uvnitř svaru klesne pod 100 ^oC (pro PE a PVC, pro PP může být vyšší). Doporučené hodnoty tlaku jsou v rozmezí 0,1 až 0,2 MPa. Svařovací doby se pohybují kolem 3 sekund a doba působení svařovacího přítlaku je kolem 180 až 240 sekund. Svařovací teploty jsou spíše na spodní hranici zpracovatelských teplot, nad T_f a T_m. Svařovací teplota představuje teplotu pracovní plochy nástroje.

  Svařování radiačníje obdobou předchozí technologie svařování pouze s tím rozdílem, že povrch svařovaných materiálů není ohříván dotykem s ohřátým nástrojem (kondukcí), ale je ohříván přenosem tepla sáláním, zářením (radiací). Na rozdíl od technologie svařování kondukcí zde však dochází k oxidaci povrchu svařovaných ploch a tedy ke zhoršení kvality a pevnosti svarového spoje. Z tohoto důvodu není tato technologie svařování příliš rozšířená, používá se hlavně u fólií a ustupuje vůči kondukčnímu svařování do pozadí.

  Svařování ohraňováním (ohýbáním). Tvarování a svařování deskových polotovarů vyžaduje vysokou přesnost ohřevu na tvarovací a svařovací teplotu, aby při tvarování nedocházelo k tepelné degradaci termoplastu. Tento ohřev zbytečně prodlužuje technologickou operaci a navíc vyžaduje použití dalších přípravků, aby byla zajištěna rozměrová přesnost výrobků. Tyto problémy řeší podstatně jednodušším způsobem technologie svařování ohraňováním, a to hlavně při svařování polyolefínů (PE, PP).

Princip svařování ohraňováním
A – fáze ohřevu místa svarového spoje svařovací lištou, B – fáze svaření, ohnutí

  Nástrojem je svařovací lišta, která je opatřena klínovitým zkosením. Touto pracovní plochou, položenou na místo ohybu, se nechá svařovací lišta za účinku mírného tlaku vnikat až do hloubky 2/3 tloušťky desky. Po dosažení této úrovně se zruší účinek tlaku a nechá se pouze prohřívat svařovaný materiál. Následně se nástroj odsune a materiál se ohne do požadovaného úhlu. Teplota povrchových částí nástroje je shodná s teplotami jako u technologie kondukčního svařování. Desky větších tloušťek, obvykle nad 6 mm, je potřeba předem předfrézovat nebo je nutné opačnou stranu v místě ohybu ohřát na tvarovací teplotu daného plastu.

  Polyfúzní svařování našlo největší uplatnění při svařování trubek z polyolefínů (PE, PP), resp. u trubek s tvarovkami pomocí tzv. hrdlových spojů. Podmínkou pro kvalitně provedený svarový spoj je nutnost zahřát na svařovací teplotu nejenom vnější povrch trubky, ale i vnitřní povrch hrdla. Svařované plochy se nahřívají kovovým nástrojem, zahřátým na svařovací teplotu, na který se svařované díly nasouvají. Teploty nástroje (teploty na povrchu polyfúzního nástavce) jsou shodné s teplotami jako u kondukčního svařování. Svařovací tlaky jsou bývají kolem 0,1 MPa (polyolefíny a PVC). Stejných hodnot nabývají i ohřívací tlaky, potřebné k nahřátí a prohřátí základního materiálu. Nahřívací plochy nástroje jsou mírně kuželové (úhel asi 1^o), což po vzájemném spojení vytvoří podmínky pro dosažení potřebného svařovacího tlaku. Pracovní plochy nástroje bývají většinou opatřeny vrstvou PTFE kvůli separaci a lehčímu čistění mezi jednotlivými pracovními cykly.

  Elektrofúzní svařování je obdobná technologie svařování, jako bylo svařování pomocí polyfúze. Rozdíl je však v tom, že se svarové plochy nahřívají odporovou elektrickou spirálou, která je umístěná v hrdle každé tvarovky. Ohřev nastává až po nasunutí trubky (za studena). Po přerušení proudu a vychladnutí spoje zůstává odporová spirála v provedeném svarovém spoji, neboť je zatavena ve svaru. Tato technologie je momentálně nejrozšířenější v plynárenství a v drtivé většině se používá pro HDPE.

  Svařování pomocí extruderu je shodné s technologií svařování s přídavným materiálem, který se však do svarové mezery nedodává ve formě tyčinky, ale ve formě zplastikovaného termoplastu ve tvaru housenky. Tato svařovací technologie je jednou z nejprogresivnějších technologií pro svařování plastů, zejména pro tlustostěnné materiály, svařované jednohousenkovými svary a také pevnost svarových spojů je vyšší, než u klasické metody svařování horkým vzduchem. Svar je ideálně hladký. Svařovací výkon je značný při porovnání se svařováním horkým vzduchem resp. s pomocí rychlosvařovacích nástavců. Bývá 40krát resp. 20krát vyšší. Zplastikovaný materiál, jehož teplota je kolem teploty tání krystalitů, se dodává do svaru pomocí kontinuálního vytlačovacího stroje. Vstupním materiálem do extruderu je buď svařovací drát nebo granulát. Hlavní podmínkou pro kvalitně provedený svar je nutnost předehřátí svarových ploch na svařovací teplotu, což se nejčastěji provádí horkým vzduchem.

Princip extruderového svařování
1 - extruder, 2 – hubice se zplastikovaným přídavným materiálem, 3 – svařované materiály, 4 – tlakové kotouče, 5 – svarový spoj, A, B – svařování desek, C – svařování fólií

  Vysokofrekvenční (dielektrické) svařování je založené na vzniku a vývinu tepla v dielektriku, tj. uvnitř termoplastu a závisí na dielektrických vlastnostech svařovaného materiálu tj. na dielektrické konstantě – permitivitě e a na ztrátovém činiteli tg d. Součin permitivity a ztrátového činitele se nazývá ztrátový součin a vyjadřuje množství tepla, které vznikle při průchodu elektrické energie dielektrikem (plastem). Svařovaný materiál se vkládá mezi dvě elektrody, na které se přivádí elektrický proud o vysoké frekvenci. Vytvoří se střídavé elektrické pole, které v materiálu vyvolává shodnou orientaci makromolekul. Výsledkem orientace (natáčení) molekul je jejich vzájemné tření, čímž se vytváří potřebné teplo. Svařovací tlak mezi svařovacími elektrodami potom zajistí vznik svarového spoje. Nevýhodou vysokofrekvenčního svařování je skutečnost, že ne všechny plasty jsou vhodná dielektrika (mají různé dielektrické vlastnosti) a použití se prakticky omezuje pouze na svařování PVC a PA. Dále při této metodě nelze koncentrovat energii ohřevu do vybrané oblasti svařovaných materiálů, nýbrž nastává nepřetržitý ohřev spojovaných součástí v proměnném poli. Používaná frekvence je 27,12 MHz. Navlhavé plasty (PA) se musí před svařováním vysušit.

  Svařování ultrazvukem. Tepelná energie, potřebná k natavení termoplastu, se nepřivádí zvenku, ale vytváří se přímo v samotném svařovaném materiálu. Princip je založen na kmitání elektrody, tzv. sonotrody v oblasti ultrazvuku (frekvence 20 kHz a vyšší) a přenos těchto kmitů na jednu ze svařovaných součástí. Ultrazvukové kmity se potom šíří k místu styku obou svařovaných ploch, kde se mění v teplo vlivem vzájemného tření molekul o sebe, dochází k natavení polymeru a malým tlakem sonotrody (0,2 až 0,3 MPa) se obě součásti svaří. Svařovací tlak působí v ose sonotrody. Svařovací doba je kratká, méně než 2 sekundy. Pevnost svarů závisí na energii kmitů, na době jejich působení, na velikosti přítlačné síly a na čistotě svarových ploch. Aby se energie během svařování při průchodu termoplastem neztrácela, musí být sonotroda co nejblíže místa svaru. U součástí z amorfních plastů (PS, PVC, ABS, PMMA) je dovolena vzdálenost od místa svaru až 20 mm – tzv. svařování v dalekém poli (odlehlé). U krystalických plastů (PE, PP, PA) je dovolená vzdálenost maximálně 5 mm – tzv. svařování v blízkém poli.

Princip ultrazvukového svařování
1, 2 – svařované materiály, 3 – sonotroda, 4 – pevný doraz, 5 – svarový spoj, A – svařování v dalekém poli, B – svařování v blízkém poli

  Svařování ultrazvukem je vhodné zejména pro termoplasty, které mají nízké tlumení ultrazvukových kmitů a nízkou teplotu tavení. Navlhavé plasty se musí před svařováním vysušit, jinak pevnost svarového spoje klesá až o 50 %. Lze svařovat i termoplasty plněné skleněnými vlákny, ale svar obsahuje jen velmi málo skleněných vláken a proto je jeho pevnost podstatně menší, než-li pevnost základního materiálu. Obtížně se svařují polyolefíny (PE, PP). Výhodou svařování pomocí ultrazvuku je jeho rychlost, možnost ručního nebo strojního svařování, velké množství aplikací a malá spotřeba energie. Nevýhodou je potřeba použití speciální elektrody – sonotrody a nutnost přesné úpravy stykových ploch před svařováním.

  Svařování tepelným impulsem se používá pro svařování fólií, zejména z PE, PP. Princip svařování spočívá v tom, že do přeplátovaných fólií přichází buď z jedné nebo z obou stran v místě svaru tepelný impuls, který obě fólie svaří. Zdrojem energie je elektrický odporový pásek nebo kotouče, impulsně napájené elektrickým proudem o nízkém napětí. Svarový spoj chladne pod tlakem lisovníku po vypnutí přívodu elektrického proudu.

  Svařování tlakovým impulzem. Princip svařování je podobný svařování tepelným impulzem avšak s tím rozdílem, že teplo se přivádí během krátkodobého kontaktu (tlakového impulzu) z lisovníku, který je ohřátý na svařovací teplotu. Svarový spoj potom chladne až po oddálení z místa svařování, což neumožňuje omezit vliv chladnutí a krystalizace na kvalitu svarového spoje, resp. na případné deformace a vnitřní pnutí.

  Svařování třením je založeno na relativním pohybu svařovaných součástí vůči sobě za stálého styku, přičemž vzniká teplo. Obvykle jedna součást stojí a druhá rotuje nebo teplo může vznikat rotací třecího kotouče. Jakmile se stykové plochy v tenké povrchové vrstvě nataví na svařovací teplotu (ze svařovaných ploch začnou vlivem odstředivé síly odletovat natavené částice základního materiálu), rotace se zastaví a oba svařované materiály se následným tlakem, který se postupně zvyšuje, svaří. Odtavený materiál vytvoří kolem svaru slabý otřep (přetok). Doba svařování je obvykle kratší, než 1 sekunda, protože plasty mají velmi nízký koeficient tepelné vodivosti.

Princip svařování třením 1, 2 – svařované díly, A – fáze ohřevu třením za rotace, B – fáze svařování a chladnutí

  Svary jsou nepropustné a součinitel pevnosti je dostatečně vysoký. Základní technologické parametry (svařovací teplota a svařovací tlak) jsou obdobou kondukčního svařování. Plocha styku rotujících svařovaných součástí má  být co  nejvyšší a třecí  rychlost v  celé  ploše  pokud možno stejná, aby nevznikaly velké teplotní rozdíly a tím vnitřní pnutí ve svaru. Tomu nejlépe vyhovují tenkostěnné rotační součásti (trubky, víka, apod.). U tlustostěnných součástí vzniká vnitřní pnutí, které se musí odstranit následným ohřevem.

  Svařování třením je vhodné pro všechny druhy termoplastů. Jeho hlavní výhodou je, že se svařovaný materiál nemůže přehřát, protože po natavení povrchové vrstvy součinitel tření ihned klesne a omezí se tak další vývin tepla. Obě spojované součásti by měly být ze stejného materiálu, ale ve zvláštních případech se dají svařovat i rozdílné druhy termoplastů, které však nemají příliš rozdílnou teplotu tavení. Navlhavé termoplasty (hlavně PA) musí být před svařováním vysušeny, jinak klesá pevnost svarového spoje. Nevýhodou svařovacích zařízení a technologie je poměrně problematické dosažení kroutícího momentu pro nastavení správné svařovací teploty pro různé materiály a to hlavně při svařování ve venkovních podmínkách, kde vliv větru a okolní teploty neumožňuje reprodukovat shodné podmínky svařování pro jednotlivé svary, což platí i u ostatních technologií.

  Vibrační svařování se aplikuje pro střední a velké díly. Používá se hlavně tam, kde jsou požadavky na krátký čas svařování a velikost dílu neumožňuje používat ani rotační svařování třením (dílce nerotačních tvarů), ani svařování ultrazvukem. Energie, potřebná k roztavení a k svařování součástí, vzniká kmitavým pohybem ve spojovací rovině mezi spojovanými díly pod svařovacím tlakem. Kmity mohou být vyvozeny buď mechanicky, hydraulicky nebo elektromagneticky. Pracovní frekvence je od 100 do 300 Hz při amplitudě od 0,5 do 2,5 mm. Vždy však musí být dodrženo pravidlo, že pro nízkou amplitudu se musí použít vysoká frekvence a naopak, aby byl zajištěn dostatek energie pro natavení a svařování. Čas, potřebný pro ohřev a natavení povrchu svařovaných částí, je podle velikosti svařovaných dílů od 1 do 20 sekund. V poslední fázi (tlakové) jsou svařované díly k sobě přitlačeny svařovacím tlakem bez vibračního pohybu do konečné pozice a tato tlaková fáze trvá až do úplného ztuhnutí taveniny polymeru v místě svaru. Pevnost svarového spoje je srovnatelná s pevností základního materiálu.

Princip vibračního svařování
A – ohřev rotačním kmitavým pohybem, B – ohřev lineárním pohybem

Svařování plamenem, otavením se používá ke svařování fólií, které se na začátku svařování umístí mezi dvě nehořlavé lišty (kovové nebo skleněné materiály) tak, aby část materiálu přečnívala přes okraj (několik milimetrů). Přečnívající okraj se nahřeje (roztaví) plamenem a nebo žhavým drátem.

  Základními druhy svarů, které se používají pro svařovaní plastů při návrhu svařovaných konstrukcí jsou stykové (tupé) svary, koutové svary, rohové svary a přeplátované svarové spoje.

Základní rozdělení druhů svarových spojů
vlevo nahoře – tupé, stykové svary, vlevo dole – rohové svary, vpravo nahoře koutové svary, vpravo dole – přeplátovaný svar

12.2. Technologie na úpravu povrchu

12.2.1. Lakování plastů

  Nátěr musí plnit dvě základní funkce, a to funkci estetickou a funkci ochrannou. Záleží na podmínkách použitelnosti, která funkce bude převládat. Z hlediska estetického je důležitá barva, kryvost a lesk nátěrů a z hlediska povrchové ochrany má význam zejména životnost nátěru, která závisí na druhu lakovaného materiálu, na úpravě povrchu a na nátěrové hmotě.

  Postup lakování je následující: výrobek musí být nejdříve odmaštěn a následně opláchnut demineralizovanou vodou, po které následuje odstranění zbytkové vody. Po této operaci následuje sušení, ochlazení a ožeh povrchu dílu, aby se docílilo zvýšení povrchového napětí (aby se zvýšil polární charakter) a drsnost povrchu. Na takto upravený povrch se aplikuje nástřikem nátěrová hmota obvykle ve dvou vrstvách, která má po vysušení tloušťku kolem 20 mm. Po vytěkání látek následuje mezisušení (při teplotě cca 80 ^oC) a nástřik bezbarvého laku ve dvou vrstvách při teplotě nižší, než 35 ^oC. Celková tloušťka je 30 až 40 mm. Po dalším časovém vytěkání následuje sušení a ochlazení.

  V současné době se na lakování polymerů používají vodové laky. Tyto laky jsou výsledkem dlouhodobé snahy o snížení obsahu těkavých podílů. Sestávají ze stejných složek jako laky na bázi rozpouštědel, ta jsou ovšem z velké části nahrazena vodou (65%). Z tohoto důvodu je třeba k odpaření vody vyšších teplot. Během postřiku se ztrácí pouze 25% obsahu vody oproti rozpouštědlovým lakům, kde dochází k odpaření až 50% rozpouštědla. Aby bylo docíleno odpaření vody z naneseného filmu základového laku, je zapotřebí dodatečné energie ve formě ohřívaných odvětrávacích zón. Před vlastním lakováním se musí provést úpravy povrchu, které byly popsány výše. Poté se aplikuje základový lak a sušení a je nastříkána vrstva barevného laku a opět následují tepelné procesy.

Průběh teplotních procesů během lakování

12.2.2. Pokovování plastů

  Tenký kovový povlak na povrchu výrobků z plastů se vytváří postupy, které se dají podle hlavních rysů rozdělit na chemické, galvanické, vakuové a speciální způsoby pokovování. Povrch výrobků je třeba před pokovováním upravit, aby bylo dosaženo dobré adheze na polymerní povrch. Úprava povrchu spočívá v jemném zdrsnění a odmaštění, v leptání a v povrchovém zcitlivění paladiem nebo stříbrem. Díly nesmí mít vady, nesmí být mastné, povrch musí být dokonale čistý, neboť platí, že kovový povlak vadu ještě zvýrazní.

  Při chemickém pokovování (bezproudové) se kov vylučuje na povrchu předmětů z roztoku soli povlakového kovu působením redukčního činidla buď trvale obsaženého v pokovovací lázni nebo je redukční činidlo dodáváno až na speciálně upravený povrch předmětů. Tímto způsobem se plasty pokovují nejčastěji mědí nebo niklem, ale i stříbrem a zlatem. Kovová vrstva se vylučuje rovnoměrně po celém povrchu i u složitých výrobků a dosažitelná tloušťka je kolem 10 mm.

  Galvanické pokovováníspočívá ve vyloučení kovu z roztoku účinkem stejnosměrného elektrického proudu. Základní vodivá vrstva na plastu se vytváří chemickým pokovením. Dosažitelná tloušťka kovové vrstvy není omezena a může se skládat i z více vrstev, nanesených postupně. Galvanicky se pokovují téměř všechny termoplasty, ale nejlepších výsledků bylo dosaženo u ABS, kde je nejlepší adheze.

  Pokovování ve vakuu je metoda, při které dochází k napařování kovů na plast za velmi nízkých tlaků (10^-3 až 1 Pa) při teplotách, kdy dochází k odpařování kovu. Předměty musí být umístěny ve vzdálenosti menší, než je volná dráha molekul par kovu. Nejčastěji se nanáší hliník a dosahované tloušťky vrstvy při pokovení jsou 0,1 až 1 mm.

  Speciální postupy pokovování jsou založeny buď na žárovém stříkání kovů, které však musí mít teplotu tání nižší, než je teplota degradace plastu a nebo se kovový povlak vytváří z plynné fáze za působení tepla.

12.2.3. Kašírování plastů

  Při suchém kašírování se na plastový díl nanese vrstva lepidla ve formě roztoku nebo disperze. Po vysušení se plastový díl tlakem spojuje s povrchovým materiálem, nejčastěji s textilií. Možný je i opačný postup. Jako kašírovací lepidla se používají roztoky latexu, polyuretanů, apod.

  Technologie kašírování pomocí vosků se používá pro spojování dvou fólií z plastů, kdy se roztavené adhezivo nanáší ne jednu fólii a ještě před ztuhnutím je na nanesenou vrstvu přitlačována druhá fólie. Následuje chlazení a tento způsob nepotřebuje oproti předchozí technologii sušící tunel.

  Při kašírování za tepla se neuplatňují adheziva, ale využívá se termoplastičnosti alespoň jednoho materiálu. Povrch jednoho materiálu se nahřeje buď teplým vzduchem nebo sálavým teplem. Následuje spojení tlakem a ochlazení. Nejčastěji se používá pro kašírování textilií na povrch plastových dílů, na které se po předehřevu povrchu nalisuje textilie. Výhodou oproti suchému kašírování je vyšší rychlost a velmi dobrá pevnost při dlouhodobém používání.

12.2.4. Povlakování plasty

12.2.5. Desénování plastů

12.2.6. Leštění plastů

12.2.7. Sametování plastů

Princip sametování
1 – zásobník střiže, 2 – síto, 3 – stínění, 4 – natírání lepidla, 5 – podkladový materiál, 6 – podávací zařízení, 7 – odsávání střiže

12.2.8. Potiskování plastů

  Při přímém potiskování z hloubky se barva nanáší z prohlubní tiskového válce, jejíchž hloubka určuje množství nanesené barvy. Je to nejrozšířenější způsob potiskování fólií.

Tisk z hloubky
1 – nádrž s barvou, 2 – hlubotiskový válec, 3 – stírač, 4, 5 – fólie, 6 – opěrný válec, 7 - čerpadlo

  U sítotisku je barva protlačována otvory síta pomocí natíracího nože na potiskovaný povrch. Viskozita barvy, velikost ok síta a tlak natírání určují množství nanesené barvy. Lze potiskovat rovinné, ale i válcové a kuželové plochy, které mají nerovnosti povrchu. Pohybovat se může buď natírací nůž nebo potiskovaný díl.

  Pří přímém tisku z výšky je barva přenášena přes nanášecí válce na potiskovací válec a odtud na daný výrobek.

Tisk z výšky
1 – nádrž s barvou, 2 – roztírací válec, 3 – přenášecí válec, 4 – tiskový válec, 5 – fólie, 6 – opěrný válec

  U nepřímého ofsetového tisku se barva nejdříve nanáší na vhodný podklad (pryžový válec, papír, atd.) a teprve odtud na potiskovaný povrch za působení tepla a tlaku. Nanesená vrstva barvy je velmi tenká a tento proces není vhodný pro výrobky s většími nerovnostmi.

  U potiskování měkkým razníkem (nepřímý tisk) je princip obdobný ofsetovému tisku, ale tento způsob se používá pro díly s nerovným povrchem, neboť rozdíly v hloubce vyrovná měkký razník (nejčastěji z kaučuku).

  Termotisk (potiskování teplým razníkem) je založen na přitlačení tiskové fólie vysokým tlakem razníku s teplotou kolem 100 až 200 ^oC na potiskovaný povrch. Působením teploty a tlaku se barevná vrstva přenese z tiskové fólie na povrch výrobku.

12.3. Technologie pro zpracování kapalných systémů

12.3.1. Máčení

12.3.2. Natírání a impregnace

.: Jdi na začátek stránky :.