Стенд для оптических исследований кавитационных явлений в расплавах полимеров при воздействии на них ультразвуковыми колебаниями

Аннотация

В статье рассмотрен оптический стенд, предназначенный для исследования условий возникновения кавитационных явлений в расплавах оптически прозрачных полимерных материалов и других оптически прозрачных средах. В основе работы стенда лежит модуляция оптического излучения инфракрасного диапазона, проходящего через прозрачный полимер, за счет колебаний кавитационных пузырьков, возникающих в момент перехода изначально твердого полимера в жидкое состояние. Изучение кавитации в расплавах полимеров имеет большую практическую значимость, поскольку с одной стороны кавитация и порождаемые ею вторичные гидродинамические явления могут способствовать ускорению диффузионных процессов, протекающих на границе раздела слоистых материалов при их ультразвуковой сварке. С другой стороны, зарождающиеся кавитационные пузырьки впоследствии трансформируются в несхлопывающиеся газовые полости, наличие которых при остывании полимера ослабляет прочность сварного соединения. Таким образом, при реализации ультразвуковой сварки к факторам, определяющим качество формируемого сварного соединения, помимо амплитуды ультразвукового воздействия, силы сжатия свариваемых материалов, времени ультразвукового воздействия, можно отнести наличие или отсутствие кавитационных явлений в расплаве полимерного материала. Результатом работы стенда являются спектры сигнала с выхода оптического сенсора, которые отражают наличие или отсутствие пульсаций кавитационных пузырьков, а также частоты, на которых возникают эти пульсации. Работоспособность стенда проверена как на жидких средах, так и на примере оптически прозрачного полимерного материала (органическое стекло). Представленный стенд позволит изучить и максимально раскрыть потенциал ультразвуковой сварки полимерных материалов, и, в частности, позволит выработать методы реализации ультразвуковой сварки разнородных полимерных материалов.