Jak powstają produkty z tworzyw sztucznych?

Poznaj podstawowe metody obróbki materiałów termoplastycznych i termoutwardzalnych:

Tworzywa sztuczne są wszechobecne, pojawiają się zarówno w najnowocześniejszych technologiach, jak i w najbardziej prozaicznych przedmiotach. Te polimery — łańcuchopodobne cząsteczki — są tak szeroko stosowane, że ich brak byłby natychmiast i głęboko odczuwalny. Tworzywa sztuczne można podzielić na dwie grupy: 1) tworzywa termoplastyczne, które po uformowaniu można podgrzewać i wielokrotnie reformować oraz 2) tworzywa termoutwardzalne, których po uformowaniu nie można przetopić. Oto podstawowe sposoby przetwarzania tych dwóch grup tworzyw sztucznych:

Formowanie wtryskowe

Jest to podstawowa metoda formowania tworzyw termoplastycznych. Podczas formowania wtryskowego materiał z tworzywa sztucznego jest ładowany do leja samowyładowczego i trafia do ogrzewanej jednostki wtryskowej. Śruba posuwisto-zwrotna przesuwa tworzywo sztuczne wzdłuż tej długiej komory grzewczej, w której materiał topi się do stanu płynnego. Kiedy zmiękczone tworzywo sztuczne dociera do końca tej komory, jest wtłaczane pod wysokim ciśnieniem przez dyszę do zimnej formy. Tworzywo sztuczne jest zawarte w tej formie, której połówki są zamykane za pomocą zacisków, aż do zestalenia. Gdy tylko materiał stwardnieje, forma otwiera się, a prasa wyrzuca uformowany plastik.

Zmodyfikowane wersje tej techniki są czasami używane do obróbki materiałów termoutwardzalnych. Ale mogą wystąpić problemy, ponieważ zmiękczone termoutwardzalne tworzywo sztuczne może stwardnieć jeszcze w komorze grzewczej. Aby rozwiązać ten problem, formowanie strumieniowe, formowanie offsetowe i formowanie maszynowe typu śrubowego upłynniają termoutwardzalne tworzywo sztuczne, gdy przechodzi ono przez dyszę wtryskową do formy.

Rozdmuchiwanie

Ta metoda służy do formowania pustych przedmiotów z materiałów termoplastycznych. Podczas formowania z rozdmuchiwaniem powstaje stopiona rura z materiału termoplastycznego, a następnie sprężone powietrze jest używane do nadmuchania rury, zmuszając materiał do przyjęcia kształtu wnętrza schłodzonej formy do rozdmuchiwania. Najczęściej stosowanymi technikami formowania z rozdmuchem są wytłaczanie, wtryskiwanie i rozciąganie wtryskowe.

Podczas formowania z rozdmuchem tworzywo sztuczne jest przeciskane przez matrycę w celu utworzenia stopionej plastikowej rurki, która jest nadmuchiwana sprężonym powietrzem. Tymczasem formowanie wtryskowe z rozdmuchem polega na formowaniu wtryskowym preformy, która przypomina probówkę, a następnie umieszczaniu preformy w formie rozdmuchowej w celu napełnienia sprężonym powietrzem. Trzecia metoda, formowanie wtryskowe z rozciąganiem i rozdmuchiwaniem, obejmuje element rozciągania przed formowaniem z rozdmuchiwaniem.

Termoformowanie

Proces termoformowania arkuszy z tworzywa sztucznego szybko się rozwinął w ostatnich latach. Metoda ta polega na podgrzaniu arkusza termoplastycznego do stanu plastycznego, a następnie zastosowaniu powietrza i/lub wspomagania mechanicznego w celu dostosowania go do konturów formy.

Ciśnienie powietrza może wynosić od prawie zera do kilkuset psi. Do około 14 psi ciśnienia atmosferycznego, niezbędne ciśnienie uzyskuje się przez opróżnienie przestrzeni między arkuszem a formą w celu wykorzystania tego ciśnienia atmosferycznego. Nazywa się to formowaniem próżniowym, rodzajem formowania termicznego, które w większości zastosowań związanych z formowaniem w zadowalający sposób odtworzy konfigurację formy.

Formowanie tłoczne

Jest to najczęściej stosowana metoda obróbki materiałów termoutwardzalnych. Zwykle nie jest używany do formowania tworzyw termoplastycznych. Formowanie tłoczne polega na przykładaniu ciepła i nacisku na materiał w formie, tak aby został ściśnięty w określony kształt.

W tym procesie proszek do formowania tworzyw sztucznych, zmieszany z wypełniaczami w celu poprawy właściwości produktu końcowego, jest umieszczany bezpośrednio w otwartym gnieździe formy. Forma jest następnie zamykana, przykładając ciepło i nacisk na tworzywo sztuczne i zmuszając je do przepływu przez formę. Gdy podgrzana forma jest zamknięta, termoutwardzalne tworzywo sztuczne zmienia się chemicznie i trwale osadza się w kształcie formy. Trzy zmienne formowania tłocznego — ciśnienie, temperatura i czas zamknięcia formy — różnią się w zależności od projektu produktu i formowanego materiału.

Formowanie transferowe

Podobnie jak formowanie tłoczne, ta metoda służy do formowania materiałów termoutwardzalnych i polega na trwałym utwardzaniu tworzywa sztucznego w formie pod wpływem ciepła i ciśnienia. Jednak w przeciwieństwie do formowania tłocznego, formowanie transferowe obejmuje podgrzewanie tworzywa sztucznego do stanu płynnego, zanim dostanie się ono do formy i wtłaczanie go do zamkniętej formy za pomocą hydraulicznie uruchamianego tłoka.

Formowanie transferowe zostało zaprojektowane do formowania złożonych przedmiotów z małymi głębokimi otworami lub wieloma metalowymi wstawkami. Podczas gdy formowanie tłoczne opiera się na suchej mieszance formy, która może zakłócać umieszczanie metalowych wkładek i kołków tworzących otwory, tworzywo sztuczne w formowaniu transferowym jest upłynniane, dzięki czemu może przepływać wokół tych metalowych części bez zakłócania ich położenia.

Formowanie wtryskowe z reakcją

Ta technika przetwarzania jest stosunkowo nowa, ale szybko zyskała akceptację. W formowaniu wtryskowym z reakcją (RIM) dwa płynne składniki — poliole i izocyjaniany — są mieszane w komorze w stosunkowo niskich temperaturach (75 stopni -140 stopni F), zanim zostaną wtryśnięte do zamkniętej formy, gdzie zachodzi reakcja egzotermiczna . Dzięki tej reakcji proces ten zużywa znacznie mniej energii niż jakikolwiek inny system do formowania wtryskowego.

Reinforced RIM (R-RIM) polega na dodaniu materiału, takiego jak posiekane lub zmielone włókno szklane do poliuretanu w celu poprawy sztywności i modułu, a tym samym poszerzenia zastosowań.

Wyrzucenie

Ta metoda może formować materiały termoplastyczne w ciągłe arkusze, folie, rury, pręty, kształtowniki profilowe i włókna. Ponadto proces ten jest wykorzystywany do formowania tworzyw termoplastycznych w powłoki na druty, kable i kordy.

W przypadku formowania wytłaczanego suchy materiał z tworzywa sztucznego jest najpierw umieszczany w zbiorniku, który jest doprowadzany do długiej komory grzewczej. Tworzywo sztuczne jest przepychane przez tę komorę za pomocą stale obracającej się śruby. Po dotarciu do końca komory stopiony materiał jest wypychany przez mały otwór lub matrycę, która ma kształt wymagany w produkcie końcowym. Gdy wytłoczka z tworzywa sztucznego wychodzi z matrycy, jest umieszczana na taśmie przenośnika, gdzie jest chłodzona, najczęściej przez dmuchawy lub przez zanurzenie w wodzie.