DD149787A1

DD149787A1 - Verfahren zum extrusionsschweissen thermoplastischer halbzeuge

Info

Publication number: DD149787A1
Application number: DD21957580A
Authority: DD
Inventors: Werner Colditz
Original assignee: Werner Colditz
Priority date: 1980-03-11
Filing date: 1980-03-11
Publication date: 1981-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Extrusionsschweiszen thermoplastischer Halbzeuge bei Vorwaermung des Halbzeugstoszes fuer die Anwendung in allen Bereichen der Plastverarbeitungstechnik. Das neue Verfahren gestattet, ueber den gesamten Nahtverlauf hinweg eine konstant hohe Nahtfestigkeit zu erzielen, da beim Einbringen einer groszen Waermemenge je Zeiteinheit Verbrennungserscheinungen im Bereich der Nahtflanken vermieden werden. Die Loesung nach der Erfindung besteht darin, dasz die Nahtflanken stufenweise mit Hilfe zweier thermisch voneinander getrennter und mit unterschiedlichen Temperaturen erwaermt werden. Dazu dient ein in Schweiszrichtung vorlaufendes, vorzugsweise nicht ueber 30mm langes Zeitelement mit einer Temperatur von 400 bis 450 Grad C sowie ein diesem Heizelement thermisch getrennt nachlaufendes und mit einer Temperatur von 250 bis 300 Grad C beheiztes Vorwaermelement einer Laenge von etwa 120mm. Durch Kanaele im Vorwaermelement tritt das Extrudat in die Nahtfuge ein und wird damit nicht der Gefahr der Oxydation ausgegesetzt. setzt.

Description

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Anwendung sgebie t der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Extrusionsschweißen, thermoplastischer Halbzeuge bei Vorwärmung des Halbzeugstoßes für die Anwendung in allen Bereichen. der Plastverarbeitungstechnik, insbesondere im Behälterund Apparatebau aus Plastwerkstoffen·

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Charakteristik der bekannten techniseilen Lösungen

Das Verbinden thermoplastischer Werkstoffe mit Hilfe des Extrusionsschweißens ist allgemein bekannt» Es ist auch bekannt, daß die Wärmekapazität des aus dem Extruder austretenden Zusatzwerkstoffes lediglich die Nahtflanken von Halbzeugen bis zu etwa 2 mm Dicke so zu plastifizieren vermag, daß eine sichere Verbindung zwischen Grundwerkstoff und Extrudat entsteht. Über diese Halbzeugdicke hinaus müssen die Nahtflanken vorgewärmt werden· Nach DE-AS 16 04535 geschieht dies durch einen Heißluftstrom· Um jedoch eine annähernd gleiche Erwärmung.des Schweißstromes zu ermöglichen, ist dieser in Form einer V- oder U-Naht vorzubereiten· Diese Forderung setzt arbeitszeitaufwendige spanende Arbeitsgänge voraus, welche die wirtschaftlichen Vorteile des Extrusionsschweißens nicht zur Wirkung kommen lassen. Bex geschilderte Nachteil ist auch dadurch nicht zu beseitigen, daß bei bereits handelsüblichen Extrusionssehweißgeräten als Vorwärmorgan ein Infrarot-Hellstrahler verwendet wird· Neben der in gleicher V/eise aufwendigen Nahtvorbereitung ist die Erwärmung der Nahtflanken von dem unterschiedlichen Refelxionsvermögen des zu verschweißenden Thermoplasthalbzeuges abhängig· Um die mit einem minimalen Aufwand vorzubereitende I-Naht schweißen zu können, wurde nach »Schweißtechnik«, Berlin 25 (1975) 11., So 482 ein Verfahren bekannt, nach welchem die Nahtflanken mit einem profilierten Vorwärmelement vorgeheizt werden, das vor der Extruderdüse angeordnet ist. Der wesentliche Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß die mit einem Minimum an Extrudat zu schweißende I-Naht mit einer hinreichenden Festigkeit zu schweißen ist« Es hat sich

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jedoch, folgender Nachteil ergeben: Um den verfahrenseigenen Torteil des Extrusionsschweißens, eine Schweißgeschwindigkeit von mehr als 1 m/min erreichen zu können, wurde das Yorwärmelement mit einer zur Extruderdüse hin steigenden Profilierung versehen, wobei die Arbeitstemperatur des Torwärmelementes über der der eigentlichen Schweißtemperatur, also bei 250° bis 350° C liegt. Für die nach diesem Verfahren hergestellten Schweißverbindungen kann jedoch eine stets reproduzierbare, hohe Nahtfestigkeit nicht garantiert werden. BLe Ursache dafür sind örtliche Verbrennung ser scheinungen im Nahtbereich und damit einhergehend örtliche Mangel hinsichtlich der Nahtfestigkeit· Bei Herabsetzung der Temperatur des Vorwärmelementes hingegen reicht die in die Nahtflanken eingebrachte Vlärmemenge nicht aus, um eine einwandfreie Bindung zwischen Extrudat und Grundwerkstoff zu gewährleisten.

Ziel der Erfindung

Es ist deshalb Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Extrusionsschweißen von Thermoplasten zu entwickeln, welches bei hohen Schweißgeschwindigkeiten über den gesamten Nahtverlauf hinweg eine konstant hohe Nahtfestigkeit zu erzielen gestattet.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren

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zu schaffen, welches das Einbringen einer großen Y/ärmemenge je Zeiteinheit in die Nahtflanken erlaubt, ohne jedoch Verbrennungserscheinungen in diesem Bereich hervorzurufen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem die Nahtflanken stufenweise mit Hilfe zweier thermisch voneinander getrennter und mit unterschiedlichen Temperaturen beheizter Vorwärmelemente erwärmt werden· Ein in Schweißrichtung verlaufendes, kurzes, vorzugsweise nicht über 30 mm langes Heizelement mit einer Temperatur von 400 bis 450° C gibt bei der infrage kommenden Scirweißgeschwindigkeit schockartig seine V/ärmeenergie an die Nahtflanken ab. Bei der kurzen Einwirkungszeit der hohen Temperatur entstehen an den Nahtflanken noch keine Zersetzungserscheinungen· Sie reicht jedoch aus, um ein Plastifizieren des Nahtbereiches zu ermöglichen·

Thermisch von diesem Heizelement getrennt sowie nachfolgend werden die Nahtflanken mit Hilfe eines wesentlich längeren, insbesondere 80 bis 120 mm langen, Vorwärmelementes mit einer profilierten Oberfläche mit einer Temperatur von etwa 250° C auf Schweißtemperatur gehalten, so daß bedingt durch die längere Einwirkungszeit eine gleichmäßige Piastifizierung der Nahtflächen erfolgt, die eine gute Verbindung des Extrudates mit dem Grundwerkstoff ermöglicht· Dabei hat sich herausgestellt, daß das Extrudat zweckmäßig durch das Vorwärmelement hindurch zwischen die Nahtflanken eintritt und damit nicht der Gefahr der Oxydation ausgesetzt ist.

Ausführungsbeispie1

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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel .näher erläutert werden.

Es werden I-Nähte an Tafeln aus Polyäthylen und Polypropylen mit einer Materialdicke von 5 mm geschweißt· Das in Schweißrichtung vorlaufende kurze Heizelement von 30 mm Länge wird mit einer Temperatur von 380⁰C beheizt· Ein thermisch getrennt angeordnetes Vorwärmelement einer Länge von 120 mm wird auf eine Temperatur von 260° C geregelte Heiz- und Vorwärmelement werden mit Patronenheiz— körpern von je 400 W beheizt und mit Hilfe von Y/iderstandsthermometern über einen elektronischen Reg-ler auf. die genannten Temperaturen eingeregelt. Bei Schweißgeschwindigkeiten zwischen 1,0 m/min und 2,5 m/ min, abhängig von der am Extruder eingestellten Extrudat— menge je Zeiteinheit, sind in allen Bereichen der geschweißten Naht Schweißnahtfestigkeiten von mehr als 90 # der Grundwerkstoffestigkeiten zu erzielen.

Claims

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Erfindung sanspruch

Verfahren zum Extrusionsschweißen thermoplastischer Halbzeuge "bei Vorwärmung des Halbzeugstoßes, gekennzeichnet dadurch , daß die Nahtflanken stufenweise vorgewärmt werden, indem in Schweißrichtung vorlaufend ein kurzes, insbesondere nicht über 30 mm langes"Heizelement mit einer Temperatur von 350 bis 450⁰C und theimisch von diesem Heizelement getrennt sowie nachfolgend ein langes Vorwärmelement mit einer länge von insbesondere 80 bis 120 mm und einer {Temperatur von 250 - 350° C profilierend auf die Nahtflanken einwirkt, wobei das Extrudat durch das Vorwärmelement hindurch zwischen die Nahtflanken eintritt.