Технологія виробництва пластмасових виробів
Одержання пресованих порошків на основі твердих полімерів здійснюють вальцьовим або екструзійним способом, а на основі розчинів або емульсій – емульсійним чи лаковим способом. Формування пластмасових виробів здійснюють каландруванням, екструзією, пресуванням, литтям під тиском, пневмо-, термо- і вакуумним формуванням тощо.
Каландрування – формування безперервної стрічки з термопластичної полімерної композиції при пропусканні її через отвори між валками каландра. Каландр складається з системи валків, розміщених горизонтально, вертикально, Г-, L-, Z-подібно. Валки в каландрах мають поліровану поверхню і прогріваються до певної температури (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Схема процесу каландрування: 1 – рух термопластичної
полімерної композиції; 3, 4, 5, 6, 7 – система валків
Каландрування застосовують під час виробництва рулонних та плиткових матеріалів, а також плівок. Таким способом можна виготовляти матеріали завтовшки 0,1 – 2,5 мм, шириною до 2000 мм.
Процес екструзії полягає в безперервному протисненні в’язкоплинної полімерної композиції крізь мундштук апарату екструдера, який являє собою циліндр, що прогрівається, та обладнаний обертовим шнеком.
За допомогою екструзії отримують такі вироби, як труби, листи, лінолеум тощо. Наприклад при отриманні поліетиленових труб гранули поліетилену завантажують в екструдер, де вони нагріваються, розм’якшуються і перемішуються до гомогенного стану. Потім за допомогою шнека виштовхуються через кільцевий формуючий отвір. Виштовхнута труба повністю охолоджується у ванні з циркулюючою водою, проходить крізь витяжний пристрій і ріжеться на окремі вироби заданої довжини або згортається у бухти (рис. 1.6).
Пресування – формування виробів з реактопластів у прогрівальних гідравлічних пресах. Процес виготовлення виробів з прес-порошків полягає у пресуванні їх у гарячих прес-формах. Технологічний процес складається з дозування порошку, таблеток чи гранул, завантаження їх у форму, витримування в ній під тиском, розняття форми і вилучення готового виробу. Деревностружкові плити, шаруваті пластики, склопластики отримують пресуванням у багатоповерхових пресах (рис 1.7).
Рис. 1.6. Процес екструзії
Листові та волокнисті заповнювачі просочують розчинами термореактивних полімерів, підсушують, поміщають у форми і пресують. При цьому створюється зусилля 100 – 150 кН при одночасному нагріванні до необхідної температури. Матеріал витримують при заданих температурах та тиску, потім охолоджують.
Рис. 1.7. Прес-форма для виготовлення пластмасових виделок
Лиття пластмас – один з найпоширеніших способів виготовлення виробів із пластмас. Цей спосіб виробництва пластмасових виробів підходить для термопластичних типів пластмас, які можна плавити, змінювати їхню форму і вихолоджувати. Більшість пластмасових предметів створені саме за допомогою лиття. Їх можна виявити в будь-якій галузі – від харчової до автомобільної. Завдяки цій технології можливе виробництво високоякісних і складних технологічних виробів із пластмас. Технологія лиття виробів із пластмас дозволяє виробляти пластмасові вироби автоматично, у великій кількості, на великій швидкості.
Процес лиття пластмаси за останні 50 років автоматизувався і комп’ютеризувався, проте технологічно процес, по суті, досить простий. Пластмасовий порошок або гранули поміщаються в місткість для нагрівання і плавлення, потім рідка маса подається у форми (рис. 1.8), під тиском форма закривається, пресується і охолоджується до температури нижчої за температуру остигання пластмаси. Рідка пластмаса у формі швидко твердне. Через деякий час готовий виріб виймається з форми.
Яким би простим не здавався процес лиття пластмас, на ділі не все так просто. Є дуже багато технологічних нюансів, на які слід звертати увагу. При остиганні пластмаса стискується. Це відбувається на молекулярному рівні при утворенні кристалічної решітки, характерної для твердого матеріалу. Тому розміри форм потрібно робити з розрахунку стискування готового виробу. Вища температура плавки пластмаси і лиття під вищим тиском допоможуть виробу вистигати і стискуватися рівномірно, не залишаючи слідів стискування.
Рис. 1.8. Форма для лиття пластмасових виробів
На готовому виробі можуть утворюватися срібні смужки у вигляді плям або розгалужень. Це відбувається через вологу, яка наявна в сировині. Волога потрапляє у форму і під час декомпресії матеріалу випаровується, таким чином створюючи подібний ефект. Особливо добре притягують вологу такі пластмаси, як поліаміди і поліоксиметилени.
Досить частий дефект на готовому пластмасовому виробі – це спаї. Вони утворюються, коли у формі зустрічаються два потоки рідкої пластмаси, наприклад, при обгинанні якоїсь перешкоди у формі. Спаї знижують якість механічних характеристик готового виробу, тому важливо створювати такий дизайн форми, аби спаї утворювалися в найменш критичних для функціональності виробу частинах. Проте повністю уникнути утворення спаїв неможливо. Ситуацію зі спаями можна поліпшити за рахунок збільшення температури плавлення або швидкості лиття. Спеціальне програмне забезпечення дозволяє розрахувати оптимальні умови подачі рідкої пластмаси у форму при виробництві складних технологічних виробів.
Для виробництва високоміцних виробів з поліуретану використовується технологія реакційного лиття. При цій технології полімеризація матеріалу усередині форми відбувається під дією контрольованої хімічної реакції. Лиття поліуретану займає триваліший час і вимагає подальшої обробки, але поліуретан стискується менше, ніж термопластики, і він більш хімічно і термостійкий. Для виробництва виробів з поліуретану потрібні силіконові, гумові, металеві або алюмінієві форми. Вибір устаткування для литва пластмас – досить складний процес. Необхідні консультації з виробником з цілого ряду технічних характеристик. Модифікації сучасного устаткування дозволяють здійснювати великосерійне і дрібносерійне лиття пластмас.
Лиття під тиском – формування нагріванням пластичних мас до в’язкоплинного стану з наступним виштовхуванням у форму. Цим способом переробляють в основному термопласти. Для лиття під тиском застосовують машини з вертикальним чи горизонтальними металічними прес-формами, в яких полімерна маса нагрівається, пластифікується, а потім, з допомогою шнека, впорскується поршнем через сопло у форму. Цей технологічний процес відбувається за тиску 80 – 150 MPa і температури 200 – 450° C.
У прес-формі виріб витримується під тиском, охолоджується і твердне. Готовий виріб після розняття форми виштовхується штовхачем – і цикл повторюється. Лиття під тиском широко застосовують при формуванні оздоблювальних плиток та інших виробів з полістиролу, поліетилену, поліаміду та інших пластмас.
Термоформування – переробка у вироби пластмасових заготовок, нагрітих до певної температури. Застосовують пневмоформування та вакуумне термоформування.
Механічна обробка. Вироби після пресування, лиття або іншого процесу формування одержують, як правило, із задирками (гратом, або облоєм) і литниками, які підлягають видаленню. Ґрат (облой) у вигляді затверділих плівок пластмаси утворюється на виробах переважно внаслідок нецільності з’єднання рознімних частин прес-форми. Видалення грата, залишків литника, зачищення подряпин і нерівностей роблять на шліфувальних верстатах.
Зварювання і склеювання. Зварювання і склеювання застосовують при виготовленні виробів з листів і плівок. Зварювальні і клейові методи з'єднання пластмасових деталей успішно застосовують при виготовленні тари й упаковки, посуду, плащів і накидок із плівки, при монтажі трубопроводів та ін. Зварювання деталей із термопластів здійснюють під гарячим пресом або роликом, нагрітим газом, струмом високої частоти, гарячими інструментами й ін.
Склеювання застосовується як для подібних, так і різнорідних полімерних матеріалів. Тривкість склеювання залежить від виду клею і від характеру склеюваних поверхонь (їхньої шорсткості й ін.). Склеюють деталі за допомогою клеїв (розчинів і розплавів) або відповідних органічних розчинників, яким змочують поверхні деталей, які підлягають склеюванню.