Высокочастотная сварка отличается тем, что термопластичный материал разогревается до вязкотекучего состояния в результате преобразования энергии электрического поля в тепло внутри самого материала. Высокочастотное электрическое поле генерируется высокочастотным генератором и электродами, служащими одновременно зажимами для свариваемых изделий. Высокочастотное поле характеризуется частотой 2—1000 МГц, т. е. число изменений направления переменного тока равно (2—1000) 10″ в секунду (переменный электрический ток в осветительной сети имеет частоту всего 50 Гц.)
Различные материалы, помещенные в высокочастотное поле, ведут себя по-разному. Полярные полимеры представляют собой диполи. Если диполь находится в переменном электрическом поле, то он будет ориентироваться согласно знаку зарядов электродов. Смещение зарядов, связанных в диполе внешним электрическим полем, называется поляризацией. При изменении направления поля, а значит и знаков электродов, диполь должен переместиться и занять повое положение, сориентировавшись согласно изменившемуся знаку электродов.
Чем больше вязкость материала, тем больше его сопротивление изменению ориентации и затрачиваемая работа. Работа характеризует диэлектрические потери, приводящие к разогреванию материала. При этом теплообразование происходит во всем объеме материала, но сильнее всего нагревается его центральная часть, т. е. участки, подлежащие сварке. Это отличает высокочастотную сварку от контактно-тепловой.
Высокочастотную установку можно рассматривать как конденсатор, в котором роль пластин играют электроды, а диэлектрической прокладки конденсатора — нагреваемые и свариваемые материалы между ними. При низких частотах колебания электрического ноля материалы с высокими диэлектрическими свойствами практически не проводят электрического тока. Но в диапазоне радиочастот, какими являются высокочастотные колебания, диэлектрические потери в них становятся очень большими, диэлектрик разогревается.
Различные термопласты, внесенные в высокочастотное переменное электрическое поле, нагреваются неодинаково. Наиболее надежным критерием такого нагревания является диэлектрический фактор потерь, равный произведению диэлектрической проницаемости на тангенс угла потерь.
Практика показала, что высокочастотной сварке подвергаются только те термопласты, фактор диэлектрических потерь которых не меньше сотых долей единицы.
Хорошо свариваются такие термопласты, как поливинилхлорид, полиамиды, поливинилацетат, эфиры целлюлозы, т. е. полярные вещества. Неполярные вещества, такие как полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол, не годятся для высокочастотного сваривания.
Имеются методы сварки даже материалов с очень низким фактором диэлектрических потерь. Это, например, сварка при повышенной частоте колебаний электромагнитного поля; с предварительным нагреванием материалов в термошкафу, которое повышает фактор диэлектрических потерь. Однако указанные методы экономически невыгодны. Более целесообразны для подобных материалов контактно-тепловой, инфракрасный и другие методы сварки.
Электрические свойства искусственных кож изучены мало. Интересны данные венгерских исследователей. Исследовались два материала с пористым ПВХ-покрытием: Грабона 132 арт. 9631 на тканевой основе и Грабона 402 арт. 19020 на трикотажной основе. Значительное ухудшение показателей электрических свойств по сравнению с показателями свойств чистого ПВХ свидетельствует о необходимости их всестороннего изучения и улучшения.
При сварке наиболее прочный шов получается при коротком сварочном цикле. Установлено, что время сварки не должно быть более 4 с. Для снижения времени сварки следует использовать более мощный генератор или большую частоту. Чем тоньше пленка, тем труднее ее сваривать ТВЧ, так как тонкие пленки легче отдают тепло электродам, чем толстые. Минимальная суммарная толщина материалов при сварке ТВЧ—0,1 мм. Практически для изделий из кожи используют пленки толщиной 0,2—1,2 мм.
Оборудование для высокочастотной сварки включает пресс с пластинами-электродами и генератор ТВЧ. Электроды изготовляют из металла высокой проводимости (латуни, алюминия, стали), чтобы предотвратить их нагревание в результате сопротивления прохождению электрического тока, так как это может вызвать пригора-ние материала.
Электроды имеют гладкие закругленные края для предохранения от образования электрической дуги или пригорания материала. Электроды с острыми краями дают слабый шов, который можно легко разорвать даже руками. Острые углы электродов могут вызвать концентрацию высокочастотного поля и перегревание материала в результате так называемого краевого эффекта поля ТВЧ. На рис. Х.5 показаны схемы сваривания на прессе с широким нижним электродом, обусловливающим образование широкого краевого эффекта поля, вследствие чего выделяется большое количество тепла по краям верхнего электрода, и сваривания на прессе с электродами одинаковой ширины, в результате чего образуется меньший краевой эффект, и материал равномернее нагревается.
Известно много конструкций электродов, в том числе и с внутренними охладительными каналами для принудительного охлаждения.
При сварке электродами одинаковой ширины рассеяние электрической энергии уменьшается с увеличением их ширины. При сварке пластифицированных пленок поливинилхлорида ширина электродов должна быть равна двойной толщине свариваемого пакета (минимальная ширина—0,8 мм). Радиус скругления кромок электродов составляет 2 их ширины.
Выпускается серия установок ЛСП. В прессовой камере расположены две плиты; нижняя плита является электродом. Второй электрод переносный и устанавливается на детали перед сваркой. При опускании верхняя плита пресса соприкасается с подвижным электродом, в результате чего создается высокочастотное электрическое поле, нагревающее материал, который переходит в вязкотекучее состояние. Удельное давление 0,3—0,8 МПа (3—8 кгс/см2) способствует надежному соединению деталей.
Верхний электрод может быть наглухо закреплен на верхней плите пресса. Это возможно при изготовлении сварных деталей в виде ленты со строгим центрированием подачи.