La soudure des thermoplastiques par air chaud sans apport de matière externe

La soudure par air chaud permet de ramollir le polymère à un certain stade, tel qu’en présence d’un autre polymère compatible dans le même état, les deux surfaces en présence soumises à une pression arrivent à se marier ou se coller.

Il est donc important que les deux matériaux en présence soient compatibles entre eux. Ils doivent avoir la ou le même :

• tension de surface,
• point de fusion ou type de fusion.

Les paramètres de soudure sont :

• la température,
• le débit d’air,
• le temps de chauffe de la surface A et de la surface B,
• la pression de A et B,
• la vitesse de déplacement pour la mise en contact,
• le déplacement de A vers B,
• le temps de mise en pression,
• le temps de refroidissement (sans pression et immobile).

Nous ne développerons que quelques-uns de ces facteurs clés pour la soudure des thermoplastiques.

Trois possibilités pour la mise en contact des matériaux :

• Soit les matières sont amenées avec le même principe qu’une machine à coudre ; elles se chevauchent et l’air chaud précède deux molettes (ajustement de la pression) qui permettent la soudure de proche en proche. Il est possible de réaliser des gaines, de poser des joncs sur les liners de piscine, les chapiteaux, les bâches diverses (publicitaires, camions, protections, etc.), les textiles, tissés ou non.

Mise en contact de matériaux amovibles

• Soit les matières sont fixes et c’est l’appareil qui se déplace avec le même principe de chevauchement des matériaux, avec ou sans repli ; cela concerne les géomembranes, toitures, revêtements de sol, etc. Ce sont de grosses structures lourdes qui sont positionnées avant de les assembler ; l’étanchéité parfaite est recherchée pour ces applications.

Mise en contact de matériaux fixes

• Soit les matériaux sont issus de l’injection ou de l’extrusion ; l’air chaud prépare les surfaces à souder, la mise en contact sous pression est réalisée en dehors du flux d’air chaud. Pensez à utiliser deux chauffages séparés pour des pièces de formes différentes, et à adapter les réglages à leur spécificité. Cette pratique est courante dans le domaine médical pour la fabrication de lignes d’injection ou poches diverses.

Mise en contact de matériaux issus de l’injection ou de l’extrusion

Dans le domaine du packaging, la soudure des films ou feuilles peut s’effectuer directement dans une enceinte chauffée. Cette technique permet de combiner la soudure avec la rétractation du film qui épousera la forme de l’objet (bouteille ou lot de 6 bouteilles) L’air chaud est très souvent combiné avec des radians, un chauffage infrarouge adapté. Le gain de productivité est considérable.

Soudure de films ou de feuilles dans le domaine du packaging

L’air chaud et surface de contact

Pour la réalisation de votre soudure, définissez votre surface de contact entre les deux matériaux. Votre surface de soudure et votre interface constituent le joint de soudure.

Votre soudure peut être soit :

• localisée sur une petite partie d’une pièce ou des deux pièces,
• globale sur toute une surface de deux pièces.

Nature du gaz

Dans la majorité des cas, le gaz est de l’air prélevé directement dans l’environnement avec, éventuellement, une filtration plus ou moins poussée.

Dans tous les cas, évitez un environnement chargé en poussières, solvant, graisse, humidité ou autre pollution.

Autres cas : utilisation de l’azote

Certains polymères s’oxydent pendant la chauffe ; dans ce cas la norme NF EN 13067 permet l’utilisation de l’azote pour y remédier. Ce gaz protège les surfaces fondues de l’oxygène contenu dans l’air : c’est le cas des E-CTFE® de la marque SIMONA.

Débit de l’air

Ce facteur a longtemps été négligé. Mais les polymères sont devenus de plus en plus pointus, et nous imposent aujourd’hui la maîtrise de tous les paramètres en jeux dans une soudure. C’est la raison pour laquelle les fabricants de machines proposent des appareils avec des variateurs de débit d’air.

Cette possibilité de réglage du débit d’air est indispensable pour les assemblages techniques : PVC expansé, PVDF, copolymères divers, etc.

Pensez donc à :

• prévoir des débits mètres si vous concevez votre chauffe avec des résistances thermiques ;
• acheter de préférence un appareil équipé d’un variateur de ventilation.

Environnement ou conditions externes au process

D’autres facteurs sont souvent négligés ; ainsi, pensez à :

• toutes les déperditions dans votre atelier et les éventuels courants d’air ;
• noter les conditions de température et d’humidité de travail ;
• noter la température des pièces avant soudure (attention au point de rosé).

Plus les variations de ces facteurs externes sont importantes, plus votre process est hors de contrôle. Pensez alors à mesurer et suivre ces variables, et àfaire des rapprochements éventuels en cas de dérive de votre process, puis à intégrer des correctifs.

L’autre solution est de confiner le plus possible cette opération de soudure, en ayant sous contrôle tous les paramètres des conditions externes.