Методы изготовления изделий из пластмасс

Экструзия — достаточно старый и хорошо известный технологический процесс. Ее применяют в различных отраслях промышленности для переработки самых разных материалов — от изготовления макарон до производства керамических труб. Любой, кто выдавливал зубную пасту из тюбика или пользовался мясорубкой, воспроизводил экструзионные процессы. Методом экструзии изготавливают различные погонажные изделия (трубы, пленки) и формованные выдувные изделия.

На рис. 9.3 показаны схемы технологических процессов изготовления изделий из полимеров, в основе которых лежит экструзия.

Одно из основных достоинств одношнекового экструдера — относительная простота конструкции и, как следствие этого, низкая стоимость. В связи с этим одношнековые экструдеры широко используются в современной химической технологии.

Одношнековый экструдер обычно характеризуют основными параметрами шнека — диаметром и отношением длины к диаметру. Производительность экструдера зависит от его характеристик и от свойств перерабатываемого материала.

При конструировании формующего инструмента необходимо учитывать особенности течения расплавов полимеров.

Экструзионно-выдувной метод широко применяют для изготовления полых (объемных) изделий. С его помощью получают контейнеры различной емкости — от топливных баков до маленьких медицинских флаконов (рис. 9.4).

а — подача заготовки; б — выдувание; в — охлаждение изделия; г — удаление изделия из выдувной формы

Вначале экструдируют тонкостенную трубу (шланг), которая затем разрезается на отрезки определенной длины. Отрезок трубы, называемый заготовкой, помещают между двумя частями полой раздувной формы. Форму смыкают, после чего заготовку раздувают.

Каландрование является одним из методов переработки поли­меров. В процессе каландрования получают листы и пленки из пластмасс. Каландр состоит из трех или более нагретых валкой Проходя между ними, высоковязкая полимерная масса пере­рабатывается в пленку или лист. Масса материала подается в зазор между двумя первыми валками, оттуда она выходит уже в виде пленки. Затем материал проходит вокруг остальных валков, каждый из которых выполняет определенную функцию.

В обычном четырехвалковом каландре имеются три формующих (рабочих) зазора; первый регулирует скорость подачи материала, второй действует как дозирующее устройство. Толщину листа определяет зазор между последней парой валков (рис. 9.5). Эти валки могут быть глянцевыми, матовыми или рифлеными. Каландрование часто сравнивают с экструзией, рассматривая последнюю пару валков как фильеру с вращающимися поверхностями.

1 — основной каландр; 2 — гофрирующий каландр; 3 — регулятор толщины; 4 — система водяного охлаждения; 5 — компенсатор; 6 - намотчик

Листы и пленки высокого качества можно с одинаковым успехом получать как каландрованием, так и экструзией. В общем случае нелегко оценить преимущества и недостатки этих процессов, и обычно приходится решать в каждом конкретном случае, какой метод следует выбрать. Можно, однако, констатировать, что пленки и листы из полиэтилена, полипропилена и полистирола чаще получают экструзией. Что касается переработки ПВХ, а также резины, то для этих целей почти всегда используют каландрование, так как при каландровании опасность деструкции полимера меньше, чем при экструзии.

Экструдеры легче размещать и удобнее обслуживать, чем ка­ландры. Однако каландры обеспечивают более высокие рабочие скорости, чем экструдеры, что свидетельствует о преимуществе технологических линий на базе каландров, несмотря на то, что для их размещения необходимы большие производственные площади.

Термоформование изделий из листовых и пленочных по­лимерных материалов объединяет три основных метода: ва­куум-формование, пневмоформование и формование с помощью сопряженных металлических форм. Всех их объединяет то, что при этом изделия из листовых пластиков можно получать, прижимая размягченный полуфабрикат к оформляющей внутренней или внешней полости формы.

Наибольшее распространение в промышленности имеет вакуум-формование (рис. 9.6). В этом процессе обычно используют листы, которые закрепляют в раме, а затем нагревают. По достижении необходимой температуры и состояния полимерного листа его нагрев прекращают и из полости между листом и формой откачивают воздух. Атмосферное давление прижимает лист к фор­ме, на которой он охлаждается и затвердевает, точно воспроизводя ее геометрию.

а — нагрев заготовки; 6 — предварительная вытяжка материала; в — формование вакуумом; г — удаление отформованного изделия

Одно из основных преимуществ процесса термоформования состоит в низкой стоимости форм. При изготовлении образцов или опытных партий изделий обычно используют формы из таких материалов, как дерево, бетон, пластмассы и металлонаполненные эпоксидные смолы. Формы, предназначенные для длительной эксплуатации, как правило, выполняют из стали или алюминиевых сплавов.

Технология термоформования относительно проста и дешеви, при этом используется простое оборудование, а исходными материалами служат пленки в рулонах или листы. Недостаток этой технологии состоит в большом количестве образующихся отходов, которое при формовании некоторых изделий достигают 40 %.