Сварка полиуретана: стыковка ремней, шнуров и листов

Полиуретаном называют целое семейство материалов, и для сварки их различие решает всё. Термопластичный полиуретан при нагреве плавится, как полиэтилен, поэтому его льют в гранулах, экструдируют в шнуры, ремни и плёнки и сваривают. Литьевой полиуретан, который отверждают в форме из жидких компонентов, после отверждения сшит и при нагреве разлагается раньше, чем потечёт. Внешне два материала похожи: упругие, полупрозрачные или цветные, с одинаковой шкалой твёрдости по Шору.

Сваривают только термопластичный полиуретан

Шнуры и круглые ремни, плоские приводные ремни и ленты, плёнки и тонкие листы почти всегда делают из ТПУ, и их стыкуют сваркой. Массивные детали из литьевого полиуретана, ролики, буферы, скребки, футеровку, вырезанные из литой пластины кольца, сварить нельзя. Чем ТПУ отличается от литьевого и почему у них разные пределы по температуре и нагрузке, показано в сравнении термопластичного и литьевого полиуретана.

Если неизвестно, из чего деталь, проверяют обрезок. Кусочек прижимают к жалу паяльника: ТПУ размягчается, тянется нитью и после остывания снова твёрдый, литьевой полиуретан не течёт, темнеет и дымит с резким запахом. Пробу делают на воздухе с вытяжкой и не вдыхают дым.

Круглый ремень стыкуют нагретым зеркалом

Для круглых ремней и шнуров используют сварку встык нагретым инструментом: плоской пластиной с антипригарным покрытием, которую в мастерских называют зеркалом. Ремни из термопластичных эластомеров, прежде всего полиуретана, при изготовлении соединяют именно так, и стандартный цикл такой сварки делят на пять фаз: выравнивание торцов по пластине, прогрев, удаление пластины, сжатие и остывание (аннотация исследования сварки ремней в Acta Mechanica et Automatica).

Порядок работы:

1. Отрезать ремень в размер, торцы срезать острым ножом ровно, под прямым углом или под одинаковым косым углом на обоих концах.
2. Зажать концы в струбцину для сварки так, чтобы они стояли соосно и выступали на одинаковую длину.
3. Прижать торцы к нагретой пластине с лёгким усилием и держать, пока по краю не появится ровный валик расплава.
4. Быстро убрать пластину и сомкнуть концы с умеренным давлением, без перекоса.
5. Держать неподвижно до полного остывания шва, обычно не меньше минуты для тонких шнуров.
6. Срезать наплыв ножом или кусачками заподлицо, проверить стык изгибом.

Температуру пластины и время нагрева задают по рекомендации изготовителя ремня или подбирают пробными стыками на обрезках. Единого режима нет: он зависит от марки ТПУ, диаметра и того, гладкий ремень или армированный.

Стык проверяют изгибом и видом наплыва

Хороший шов после зачистки почти незаметен; при изгибе ремня петлёй вокруг пальца не раскрывается и не белеет. Плохой выдаёт себя заранее, по наплыву.

Ремень с масляной плёнкой с линии сначала обрезают на несколько миллиметров с каждой стороны: масло в поверхностном слое мешает расплаву соединиться.

Длину ремня считают с натягом и припуском

Круглый ремень работает с натягом: его делают короче, чем длина по шкивам, и он держится за счёт упругости. Величину укорочения берут из рекомендации изготовителя ремня, она зависит от твёрдости и диаметра. Плюс к этому на каждый стык уходит немного длины в наплыв.

Пример расчёта, допущения условные: передача из двух шкивов диаметром по канавке 80 мм с межосевым расстоянием 400 мм. Длина ремня по шкивам равна 2 × 400 + π × 80 ≈ 1 051 мм. При укорочении на 8 % ремень режут длиной около 967 мм, и ещё около 2 мм добавляют на два торца, которые уйдут в наплыв, итого около 969 мм. Если натяг слишком мал, ремень проскальзывает, если слишком велик, перегружает подшипники и быстрее вытягивается.

Плоские ремни и ленты требуют пресса

Плоский ремень из ТПУ или ленту конвейера стыкуют так же нагревом, но поверхность стыка нужна больше. Концы режут клином или зубцами, совмещают и сваривают в нагреваемом прессе, который держит ширину ремня ровной. Армированные ремни с кордом стыкуют только по инструкции изготовителя: корд в шве не соединяется, и прочность держит один полиуретан.

Листы и плёнки ТПУ сваривают горячим воздухом, нагретым клином или токами высокой частоты, как технические ткани с полиуретановым покрытием. Это отдельное оборудование швейно-сварочных участков, к стыковке приводных ремней оно отношения не имеет.

Литьевой полиуретан соединяют другими способами

Скребок из литьевого полиуретана, футеровку барабана или манжету из СКУ сварить не получится. Для них есть три пути. Склеивание: поверхности шерохуют, обезжиривают и клеят составами для полиуретана, шов держит отрыв, но хуже работает на изгиб. Подливка: повреждённую часть удаляют и доливают новый полиуретан в форме, он схватывается со старым. Механическое соединение: болты, прижимные планки, пазы.

Если деталь из литьевого ПУ сломалась по месту, где ей приходится работать на изгиб, ремонт обычно служит меньше новой детали. Новую делают литьём, точением или вырезкой из пластины, а способ изготовления полиуретановой детали выбирают по её форме и партии. Литьё ведут на участке литья полиуретана.

Что известно о ремне, а что предполагает изготовитель

Заявка на кольцевые ремни для линии обычно звучит коротко: «ремень диаметром 6 мм, длина как у старого». В этих словах известен только диаметр, длина старого ремня искажена вытяжкой, а твёрдость и материал не названы. Чтобы кольца сели с нужным натягом, недостающее изготовитель предлагает сам и записывает в КП отдельной строкой.

Для прокладок и колец большого диаметра из резинового шнура используют похожий подход, но склеивают и вулканизуют стык; эти способы относятся к стыковке колец и рамок, а для ТПУ стык именно сварной.

Два вопроса о сварке полиуретана коротко

Можно ли сварить полиуретан?

Сварить можно только термопластичный полиуретан ТПУ, из которого делают круглые и плоские ремни, шнуры, плёнки и тонкие листы: он плавится и соединяется нагретым инструментом, горячим воздухом или токами высокой частоты. Литьевой полиуретан из СКУ и других систем после отверждения сшит, при нагреве разлагается без плавления, поэтому ролики, буферы, скребки и манжеты из него соединяют клеем, подливкой или крепежом.

Как правильно сварить полиуретановый круглый ремень?

Полиуретановый круглый ремень сваривают встык: ровно срезанные концы зажимают соосно, прижимают к нагретой антипригарной пластине до появления валика расплава, убирают пластину, смыкают концы и держат неподвижно до полного остывания. Наплыв срезают заподлицо и проверяют шов изгибом петлёй. Режим нагрева берут по рекомендации изготовителя ремня или подбирают на обрезках.

Готовые кольца вместо сварки на месте

Сварка на линии хороша для срочного ремонта, но кольца для серийного оборудования удобнее заказывать готовыми, с длиной, рассчитанной по шкивам. Для расчёта укажите диаметр шнура, твёрдость, если она известна, диаметры шкивов и межосевое расстояние или длину по месту, количество колец. Изделия из полиуретана, от ремней до литых деталей, считают по разделу изделия из полиуретана; для повторных заказов кольцу присваивают артикул, и следующая партия идёт по нему без повторного расчёта.