Постоянный рост цен на первичные пластики делает все более экономически выгодным использование вторичных, тем более что это полезно и с экологической точки зрения, поскольку возвращает полимерные отходы в новый производственный цикл. Однако, каждый новый цикл переработки в той или иной степени связан с опасностью частичной деструкции материала, приводящей к некоторому ухудшению его свойств. В этом аспекте наиболее перспективным выглядит рециклат в виде производственных отходов, подвергшихся лишь одному циклу переработки. Кроме того, такие отходы намного чище бытовых и тем более полигонных.
Объектом исследования в данной работе служил полиамид PA66 с 30%-ным содержанием стекловолокон (PA66 GF30), широко используемый в автомобилестроении. На практике этот материал применяется для изготовления литьем под давлением деталей шестиугольной формы, требующих затем их сварки между собой (см. титульное фото). Вторичный PA66 GF30, из которого повторно изготавливали указанные детали, получали из производственных отходов в виде литников и, частично, брака при литье. Затем эти отходы измельчали в дробилке, изготавливали из них литьем под давлением образцы деталей и проводили их УЗ-сварку для последующих испытаний (рис. 1). Объектом сравнения служили сварные соединения из первичного PA66 GF30, а критериями сравнения – прочность при растяжении (рис. 2) и внешний вид шлифов соединений в месте сварного шва, исследуемых под микроскопом.
В ходе предварительных экспериментальных работ была проверена свариваемость вторичного материала с использованием базового режима УЗ-сварки, которые применяется для сварки первичного пластика того же типа. Здесь следует заметить, что в компании Herrmann Ultraschalltechnik накоплена информация с наборами данных о рекомендуемых режимах УЗ-сварки практически всех распространенных термопластов, что помогает сократить время и затраты на разработку оптимального сварочного решения. Именно поэтому на первой стадии эксперимента в качестве опорного был выбран режим УЗ-сварки, оптимальный для первичного PA66 GF30.
Как оказалось, образцы из рециклата могут быть достаточно надежно сварены ультразвуком по указанному режиму, но однородного соединения достичь не удалось: на фотографиях шлифов была видна четкая граница раздела между верхней и нижней сваренными деталями – подобно дефекту в виде холодного спая в изделиях, изготавливаемых литьем под давлением. Поэтому был сделан вывод о необходимости корректировки основных параметров УЗ-сварки – амплитуды и длительности УЗ-колебаний, усилия прижима и осадки свариваемых образцов, В этих целях на следующей стадии исследований был составлен план факторного эксперимента для 18 варьируемых сочетаний указанных параметров, при которых были сварены образцы для последующих испытаний. В результате удалось добиться не только прочности на отрыв не меньше, чем у сварных соединений первичного PA66 GF30 (3 кН), но и однородного сварного шва без видимой границы раздела между свариваемыми деталями (рис. 3).
Следует заметить, что в данном случае для получения этих результатов практически оказалось достаточным увеличить на 10 мкм амплитуду УЗ-колебаний по сравнению с режимом сварки образцов из первичного PA66 GF30. Но было бы опрометчивым распространять этот вывод на другие объекты из вторичных пластиков, которые в каждом случае требуют индивидуального подхода.
Во всяком случае можно уверенно сказать, что качественная сварка рециклата, во всяком случае ультразвуком, возможна, но требует корректировки базового режима, используемого для сварки первичного пластика того же типа.
Решающее значение при этом имеют также качество и чистота рециклата, который предпочтительно получать из производственных отходов. С этим переработчик может справиться самостоятельно, используя приставные к основному оборудованию дробилки и экономя тем самым время и деньги, не обращаясь за помощью к сторонним поставщикам.
Ultrasonic Welding of Recycled Plastic
A. Herrmann
Is it possible to weld recycled plastic as reliably as primary plastic? The answer to this question is the results of the research work of Herrmann Ultraschalltechnik, specializing in the field of high-performance ultrasonic welding of plastics.
Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 11 (306) 2024 г., с. 36-37.
