Способи виготовлення виробів з пластмас. Частина 1.

Сьогодні полімери (пластмаси) і матеріали на їх основі широко використовуються у всіх сферах життєдіяльності людини. У цей же час, для забезпечення великої різноманітності пластмасових виробів було розроблено багато методів перероблення полімерних і композиційних матеріалів. В цілому полімерні матеріали поділяються на дві великі групи, що в основному і визначає спосіб їх перероблення: термопласти і реактопласти.

Термопластичні полімерні матеріали – це тверді матеріали, які під дією фізичного впливу — температури (плавлення) — переходять у в’язкотекучий стан (розплав полімеру) і, як наслідок, їх наступне перероблення у вироби пов’язане із маніпуляціями з розплавом. Найпоширенішими у використанні термопластами є поліпропілен (ПП), поліетилен (ПЕ), полівінілхлорид (ПВХ), поліаміди (ПА), полістирол (ПС).

Реактопластичні полімерні матеріали – це матеріали, які під дією зовнішніх чинників (температура, випромінювання, тиск) або додаткових реагентів переходять у неплавкий і нерозчинний стан внаслідок фізико-хімічних перетворень (реакції зшивання і тверднення). До реактопластичних пластмас відносяться смоли різної природи: фенол-формальдегідні, поліестерні, епоксидні тощо.

Нижче розглянемо методи виготовлення виробів з пластмас термопластичної природи.

Лиття під тиском

Найпоширенішим методом виготовлення пластмасових виробів є лиття під тиском. Це високопродуктивний метод переробки, який дозволяє одержувати вироби надскладної конфігурації з масою від часток грама до десятків кілограм. При цьому метод забезпечує високу точність розмірів виробів, необхідні експлуатаційні характеристики і отримання виробів будь-якого кольору. Литтям під тиском переробляються майже всі термопластичні матеріали і деякі реактопластичні.

Лиття під тиском здійснюється на спеціальному обладнанні — термопластавтоматах (ТПА) (рисунок 1). В класичному варіанті лиття під тиском відбувається за наступною схемою: із завантажувального бункера полімер подається в матеріальний циліндр ТПА, в матеріальному циліндрі знаходиться шнек, який обертається і переміщує матеріал далі по матеріальному циліндру, одночасно з цим відбувається плавлення матеріалу. Розплав гомогенізується і набирається у необхідній дозі, далі внаслідок передачі на нього тиску завдяки поступальним рухам шнека розплав перетікає у порожнину прес-форми, де і формується виріб. Важливим етапом процесу лиття під тиском є проектування і виготовлення прес-форм під відповідні деталі, оскільки від якості прес-форми залежить якість виробу і продуктивність устаткування.

Екструзія

Іншим широко поширеним методом перероблення пластмас є екструзія. Екструзія – безперервний метод формування погонажних пластмасових виробів шляхом перетискання розплаву полімеру через формуючу головку (фільєру) з наступним калібруванням, охолодженням та фіксацією геометричних розмірів виробу. Екструзія відбувається на спеціальному обладнанні — екструдерах, які залежно від конфігурації та кількості шнеків бувають різного призначення та принципу роботи (рисунок 2).

В загальному процес екструзії складається з наступних стадій: завантаження матеріалу із бункера в матеріальний циліндр, оснащений підігрівом; плавлення і транспортування матеріалу внаслідок обертання шнека до формуючої головки (фільєри); перетискання розплаву полімеру через фільєру; калібрування розмірів виробу (екструдату) на калібраторі; охолодження виробу та його порізка. Екструзія є найпродуктивнішим способом перероблення полімерних і композиційних матеріалів. Цим методом виготовляють такі вироби з пластмас: труби, листи, плівки, профілі різної конфігурації тощо.

Термоформування

В технології пакувальних матеріалів широке застосування знайшов метод термоформування. Термоформування відбувається в машинах спеціального типу за наступною схемою: полімерний лист з термопластичного матеріалу нагрівається до температури розм’якшення і потім витягується до відповідної форми під дією тиску повітря, вакууму, дії преса тощо, з наступним охолодженням виробу. Найбільше розповсюдження метод знайшов у виготовленні блістерної упаковки.

Видувне формування

Для створення тари різного типу застосовується метод видувного формування, коли полімерну заготовку (яка може бути отримана як литтям, так і екструзією), нагріту до необхідної температури, роздувають у відповідній формі (рисунок 3). Даним методом виготовляють різноманітні пляшки, каністри, контейнери тощо.

Ротаційне формування

Вузькоспеціалізованим методом формування великих полімерних порожнистих виробів є технологія ротаційного формування. Цим методом отримують пустотілі асиметричні вироби об’ємом від сотень см³ до десятків м³. Метод базується на формуванні виробу під дією відцентрової сили в горизонтальній і (або) вертикальній площинах. Форму з легкого листового металу, всередині якої знаходиться полімер, поміщають у нагрівальну піч. Під дією температури та відцентрової сили полімерний матеріал прилягає до стінок форми з подальшим ущільненням (рисунок 4).

3D-друк

Все більшої популярності набуває метод перероблення термопластичних полімерів — 3D-друк. Формування виробу відбувається на 3D-принтерах внаслідок пошарового накладання полімерного матеріалу, який подається з екструзійної головки (FDM-друк) (рисунок 5). Зазвичай екструзійна головка може вільно переміщатись по всіх трьох осях координат. Методом 3D-друку можна отримати вироби майже будь-якої конфігурації, в тому числі пустотілі, з шарами з різних полімерів. Недоліком 3D-друку є його відносна дороговартість і низька швидкість формування виробів, проте він ідеально підходить для дрібносерійного виробництва і моделювання.

Компанія Репласт виготовляє пластмасові вироби на замовлення методами лиття під тиском та екструзії, а також надає послуги з 3D-моделювання і 3D-друку.

Автор — головний технолог ТОВ Репласт, к.т.н. Масюк Андрій