文档介绍：PE管热熔焊接兼容性分析
热熔焊接的基础理论
    热熔焊接是焊接部件表面与热板接触热熔后,变成粘滞的流体,将熔融的表面压在一起,聚合物分子在热及压力的作用下运动,相互穿插盘绕,产生范德华作用力,冷却后形成坚固的焊接面,分子之间没有产生化学连接键,焊接强度取决于焊接面之间的相互穿插盘绕程度。如图1所示。
    为了对热熔焊接有更深入的认识,我们首先了解以下理论:
粘合理论
这个理论强调的是相互焊接的两种聚合物之间具有零或近乎零的表面接触能量的重要性。两种完全相同的聚合物相焊接是最好的情况,如相同牌号的聚乙烯之间的焊接。一些杂质和添加剂或不同牌号则可能会影响焊接质量,依据此理论,选择相同材料的管材进行焊接是最佳的选择。
分子扩散缠绕理论
    两种相容的高分子材料,加热到一定温度,使大分子得到能量和空间。由于分子的热运动,并在得到的外力作用下,强制的彼此流动进行迁移、扩散,相互缠绕,随着温度的下降开始结晶,得到一定的结晶度则达到理想的焊接目的。因此两种材料的相容性越好,则扩散越充分,连接性越好。
流动过程理论
    该理论强调了焊接压力的重要性,指出焊接强度随焊接压力的升高而提高,直到焊接强度达到一个曲线的平稳段,几乎不再受压力的影响。
    根据以上理论,可以解释为什么要选择相同或相近的材料进行热熔焊接。由于焊接的机理不同,热熔焊接对管材的要求相对电熔连接更为严格!
    CJJ33-“聚乙烯燃气管道连接宜采用同种牌号、材质的管材和管件。对性能相似的不同牌号、材质的管材和管材与管件之间的连接,应经过试验,判定连接质量能得到保证后。方可进行。”
2 不同聚乙烯材料的焊接兼容性理论分析
  影响两种聚乙烯材料焊接兼容性的主要因素是聚合物的分子量分布和分子结构的不同,作为一种表现形式就是熔体流动速率的不同。熔体质量流动速率(MFR)是表征材料在熔融状态时的粘度大小的物理量,是分子平均尺寸和流动性的量度。定义是在190℃和5kg荷载下,按质量计算的聚乙烯流动速率,它是制定焊接工艺的重要依据。以下透过焊接温度及焊接压力,从熔体流动速率的层面对焊接兼容性进行分析。
焊接温度
    根据分子扩散缠绕理论,两种聚乙烯材料热熔焊接时需要具备一定的焊接温度。焊接温度是材料的熔融粘流转化温度,此时,聚乙烯产生熔融流动。大分子相互扩散和缠绕,继而结晶连接,因此聚乙烯热熔焊接温度对焊接兼容性有重要影响。而熔体流动速率是焊接工艺中焊接温度设定的重要参考因素。
    根据PPI(美国塑料管协会plastics pipe institute 1编制的TN-13/2001《general guidelines for butt,saddle,and socket fusion of unlike polyethylene pipes and fittings》,我们可以知道,不同熔体流动速率的材料,设定的焊接温度不同。聚乙烯熔体流动速率在1~4级时,焊接温度一般采用171℃~232℃;熔体流动速率为5级及4级中的一部分材料,焊接温度可以采用232℃~260℃。
    熔体流动速率依据ASTMD 3350的分级情况如表1。
表1  聚乙烯管材、关键材料熔体流动速率分级
参数