5.2.1.1. Контактно-тепловая сварка

Контактно-тепловую сварку нагретым инструментом осуще­ствляют с односторонним или с двусторонним нагревом (рис. 5.19). Учитывая, что при сварке мягкой тары толщина материа-

Рис. 5.19. Схема контактно-тепловой сварки с односторонним (а) и двусторонним (б) нагревом: 1 — нагретый инструмент; 2 — прокладки; 3 — свариваемые материалы; 4 — холодный инструмент; Ти — температура нагретого инструмента; t2 — температура внешней поверхности изделия; Тс — температура свариваемых поверхностей; tA — температура холодного инструмента

л а значительно меньше ширины и длины шва, можно считать тепловой поток от нагревателя 1 направленным в одну сторону вдоль оси у. Тогда все плоскости, параллельные плоскости шва и рабочей плоскости нагревателя, будут изотермическими повер­хностями. Температура этих поверхностей является функцией расстояния от нагревателя у, зависящей от времени t.

Решение задачи определения температур изотермических поверхностей должно удовлетворять основному уравнению теплопроводности Фурье для одномерного теплового потока и некоторым условиям, характеризующим эту задачу [40]:

(5.2)

где Т—температура, К; t— время; а— коэффициент темпера­туропроводности, м2/с; у — расстояние от верхней поверхнос­ти пленки, находящейся в контакте с нагревателем, м.

Время, необходимое для достижения какой-либо заданной температуры при нестационарных тепловых процессах, обрат­но пропорционально температуропроводности материала. Ко­эффициент температуропроводности а зависит от удельной теп­лоемкости с, плотности р и коэффициента теплопроводности X:

(5.3)

Чем больше коэффициент температуропроводности, тем меньше разность температур в различных местах внутри ма­териала при одинаковых внешних условиях его нагревания.

Теплофизические свойства термопластичных полимеров, необходимые для расчета их коэффициента температуропро­водности, приведены в табл. 5.2.

При заданном начальном распределении температуры в материале, известных условиях теплообмена на его границах, а также при условии, что теплофизические свойства материа­ла в процессе сварки остаются постоянными, можно рассчи­тать процесс распространения тепла. Решая уравнение (5.2), получаем выражение