Николаев Г.А., Лощилов В.И. - Ультразвуковая технология в хирургии, страница 10

Свариваются изделия различных геометрических форм. Существенно то, что при ультразвуковой сварке ие требуется прсдварительной очистки поверхностей, так как эти функции успешно выполняются самими ультразвуковыми колебаниями. Ультразвуковая сварка пластических масс, как и металлов, осуществляется за счет поглощения энергии колебаний соединяемыми деталями 161, 691.

В зависимости от степени поглощения ультразвуковой энергии пластические массы разделяются на разные группы. Некоторые пластмассы хорошо проводят ультразвуковые колебания,и свариваются в течение короткого отрезка времени. Другие пластические массы проводят колебания лишь удовлетворительно. Некоторые пластмассы интенсивно поглощают колебания, при этом свариваются детали малой толщины. Схема ультразвуковой сварки металлов показана на рис. 16, а, пластмасс — на рис. 16, б, Амплитуды ' Глава написана с использованием материала докторской дно сертвнни В. И. Лощилоиа. оз ультразвуковых колебаний при сварке металлов направлены вдоль контакта; при сварке пластмасс — перпендикулярно зоне контакта. Температура у хорошо сваривающегося полистирола распределяется таким образом, что максимальная температура находится в зоне контакта. У плохо сваривающегося полиэтилена максимальная температура не совпадает с зоной контакта, а смещается относительно ее.

Несмотря на то что сварка пластических масс производится колебаниями, направленными перпендикулярно поверхностям соединяемых деталей, на поверхностях контакта образуются силы трения. Последние возбуждают повышение температуры, происходит расплавление пластмасс. В жидкотекучей зове механическая энергия непосредственно трансформируется в тепловую. Под влиянием статических давлений в размягченной зоне растут общие молекулы, формируется сварное соединение. К хорошо сваривающимся пластическим массам, помимо полистирола, относятся оргстекло, лавсан, капрон и др. Соединения пластических масс происходят при малых амплитудах колебаний волноводов-концентраторов (20 — 60 мкм).

В жестких пластмассах соединения могут осуществляться не только непосредственно под волноводом, по и на некотором расстоянии от него. Последние имеют место в результате распространения ультразвуковых колебаний по изделию. Соединения пластических масс ультразвуком можно производить точечными концентраторами, ножевыми по заданным линиям и по контуру. Сварка пластмасс по контуру очень производительна, позволяет соединять изделия разных форм. Пластмассовые изделия свариваются в различных областях техники. Ультразвук вытесняет с успехом малопроизводительный процесс пайки полимеров, который недостаточно гигиеничен.

Сварка ультразвуком распространена на фабриках детских игрушек, при изготовлении тары, медицинских ампул и т. д. Особенно целесообразно применение ультразвука в крупносерийном и массовом производстве. При принятии необходимых мер производство с применением ультразвука оказывается совершенно безвредным для человека. Необходимо устранить передачу колебаний ультразвукового инструмента к руке рабочего. Ультразвуковая сварка позволяет получать соединения пластических масс с достаточно хорошими механическими свойствами — высокими пределами прочности при растяжении, сжатии и изгибе. Тем не менее достигнуть равнопрочности соединения по сравнению с основным материалом часто бывает трудной задачей. Прочность стыка оказывается нередко пониженной. Коэффициенты концентраций напряжений при ультразвуковой сварке часто имеют неболыпие значения. Это позволяет соединениям удовлетворительно воспринимать не только статическую, но и переменную нагрузку.

Сварные соединения пластических масс, как и сами пластмассы, могут менять свои свойства с течением времения в сторону понижения в зависимости от температуры окружающей среды, ее влажности и т. д. Внедрение ультразвука в процесс изготовления пластических масс требует постановки разносторонних экспериментов, подтверждающих преимущество этого технологического процесса для конкретно эксплуатационных условий. Пластические массы могут соединяться также применением токов высокой частоты. Однако это требует от них электропроводности. Некоторые виды пластических масс, называемые термореактивными, под действием температуры не размягчаются и не переходят в пластическое состояние, а испытывают хрупкие разрушения.

Такие пластические массы ультразвуком свариваться не могут. Сварка ультразвуком в настоящее время может рассматриваться как прогрессивный технологический процесс соединения пластмасс. Он применяется в нашей стране и во многих странах мира, в особенности в ГДР, в ФРГ, в Пентральном институте сварки в г. Галле и других странах. Очень важным является вопрос о контроле качества процесса соединений полимеров, полученных ультразвуком, Контроль осуществляется в процессе изготовления по величине деформирования пластмасс в зоне соединения, а также другими способами. Ультразвуковая сварка непрерывно совершенствует'!::,' ся.

Ее применяют для соединения тонких материалов в оболочках, при замене нитяных швов одежды и т. д. Очень важной задачей является глубокое изучение физико-химических процессов, образукнцихся в процес,' се ультразвуковой сварки, в особенности имеющих место в сварочной ванне. Создается различная аппаратура, обеспечивающая высокую производительность этого процесса. Следует отметить, что ультразвуковые инструменты применяются не только в соединениях пластмасс, но и для разъединения их. В настоящее время разрабатыва ются установки по резке пластмасс, которые гаранти руют хорошую производительность и получение правиль ных форм реза.

В жидких средах ультразвуковые волнь ряд явлений, из которых наибольшим эффек "":-;::::,,:, ет кавитация. При этом в жидкости, подвер 1':,:-;ствию ультразвука, при захлопывании воз зырьков возникают полости огромных давл этих полостей имеют микроскопически маль в них образуются импульсы — ударные волн рывгют связи, повышают температуру, разв ческие процессы, способствуют образованию ских зарядов и ионизирующих молекул. При повышении частоты ультразвуковых требуется большая интенсивность волн для о пузырьков.

Напротив, низкочастотные колеб проникают вглубь сред и вызывают кавитац В зоне пузырьков при весьма высоких часто образуются разрывы макромолекул. В рывов макромолекул появляются свободны дикалы, участвующие в образовании новых связей. В результате ультразвуковых колебаний ние свободных радикалов сопровождается полимеризации. Так,проведенпыеэксперименты в МВТУ и умана по озвучиванию атил-а-цианакрилата ~!::: что первоначально накопление свободных происходит медленным темпом, а далее оно ~ вызывают том обладагаемой дейдушных пуеннй.

Зоны |е размеры, ы. Они разивают хими- электриче- колебаний бразования анна лучше ию, давлениях местах обе макрора- химических образова- процессом м.Н.Э.Вапоказали, радикалов интенсифи- 61 ~:.~:".' ' Физические процессы при ультразвуковых колебаниях цируется (рнс. 17). Вначале процесс полимеризации носит анионный характер и катализируется анионами мономера. С ростом числа радикалов характер полимеризации становится радикальным.

В то время как объем циакрина полимеризуется при ультразвуковых колебаниях в течение нескольких десятков секунд, без ухьтразвука — несколько часов [431. По закону Фика скорость реакции зависит от концентрации реагирующих веществ и определяется формулой: (2В) где 7 — поток вещества, направленный к поверхности; дс ~ Π— коэффициент диффузии; — ~ — градиент (степень сь1 8:О интенсивности изменения) концентрации на поверхности; гБ — бесконечно малый элемент площади поверхности. Экспериментами доказано [1101, что ультразвуковые колебания резко интенсифицируют процесс реакции диффузии, способствуют перемешиванию среды. Онн повышают проницаемость клеточных мембран, способствуя проникновению ионов [1091. При ультразвуковых колебаниях большой интенсивности в жидкостях образуются акустические течения, имеющие вихревой характер, Скорость потоков растет с интенсивностью ультразвуковых волн.

Течения возникают вблизи препятствий, вне пограничной зоны (вихри) и в свободном от препятствий поле. При наличии ультразвуковых колебаний возникают радиационные давления. Радиационными называют давления, действующие на препятствия в ультразвуковом поле. Препятствиями являются не только помещен-. ные в поле посторонние тела, но также границы раздела двух сред. Радиационное давление незначительно по величине, опо в сотни раз меньше колебательного, которое изменяется периодически. Ультразвуковые колебания значительно повышают интенсивность процесса массообмена — диффузии. В зоне диффузии более энергично протекают физико-химические процессы.