Холодное формование листовых термопластов происходит очень быстро (около 1 сек).

Было предпринято немало усилий, чтобы по примеру листовой стали обеспечить возможность холодного формования полимеров. Основной целью при этом является значительное сокращение продолжительности рабочего цикла за счет отказа от этапов нагрева и охлаждения. Ограниченное холодное формование на сегодняшний день возможно при переработке вязких полимеров, например, АБС, ПК, ПЭ или ПП. Учитывая высокие усилия деформации, необходимые в ходе этого процесса (смотри диаграммы состояния), холодное формование листовых термопластов с использованием сжатого воздуха или разрежения невозможно. Формование следует осуществлять механическим путем с помощью матрицы и пуансона. Вместо матрицы при изготовлении небольших изделий иногда используются резиновые подушки. В этом случае формование происходит «внутрь» подушки.

Холодное формование листовых термопластов происходит очень быстро (около 1 сек). По этой технологии можно перерабатывать пленки или листы толщиной от 100 мкм до 6 мм. При этом необходимые усилия деформации в зависимости от толщины материала составляют от 30 до 30 000 Н. У холодного формования листовых заготовок наверняка есть будущее. В этой технологии в первую очередь заинтересованы упаковочная и автомобильная промышленности.

Лит.: «Переработка пластмасс» ред. А.Д. Паниматченко, изд. Профессия, Спб 2005

Процесс производства

Процесс производства методом ротационного формования имеет высокую энергоемкость и делится на три этапа.

На первом этапе форма размещается на ротоформовочной машине, в нее закладывается точно измеренное количество сырья, после чего форма подается в печь, где она вращается в двух плоскостях (имеет две степени свободы). Центростремительное ускорение распределяет расплавленный полиэтилен по внутренней поверхности формы относительно ровным слоем.

Во время второго этапа форма перемещается в зону, где она охлаждается.
В течение заключительного этапа форма разбирается, изделие извлекается из нее и процесс повторяется. Во время всего процесса скорость вращения и температура печи должны находится под постоянным контролем. Уменьшение разности толщин стенок изделия достигается за счет непрерывного вращения формы на первом и втором этапах. Этот показатель различен при разных геометрических параметрах изделия. Так например, шарообразная форма имеет почти нулевую разность толщин, а форма параллелепипеда (прямоугольная форма) имеет максимальную толщину в углах и в 3-4 раза меньшую на плоских стенках. Поэтому увеличение толщины стенки на плоскостях достигается наращиванием общей массы изделия. В результате чего изделие выполненное ротоформовкой получается в 2-3 раза тяжелее аналогичного вакуумформованного.

Процесс ротационного формования отличается от других методов производства полимерных изделий высокой трудоемкостью и повышенными требованиями к квалификации обслуживающего персонала.

На первой стадии порошкообразный или жидкий полимер в строго определенной дозировке закладывается в форму, которая затем закрывается.

На второй стадии форма вращается по двум осям в печи, конструкция которой обычно включает устройство для рециркуляции горячего воздуха. В печи происходит нагрев формы и полимера, полимер образует однородный слой приблизительно одинаковой толщины на внутренней поверхности формы. Время и температура нагрева, а также скорость вращения — параметры процесса, требующие ТЩАТЕЛЬНОГО контроля.

На следующей стадии процесса происходит принудительное охлаждение формы и изделия путем подачи потока воздуха и распыления водной дисперсии. Эта стадия процесса также важна, как и нагрев, так как необходимо получение недеформированного, точного по размерам и легко извлекаемого из формы изделия. Последняя стадия процесса предусматривает открытие формы и извлечение изделия. Затем цикл повторяется.

Оборудование для ротационного формования очень громоздко и требует под свое размещение большую площадь (800-1500 квадратных метров), где должны быть смонтированы следующие узлы:
— топка с газовой горелкой и автоматикой, и рециркуляционным вентилятором;
— камера формования с приводами ворот;
— камера охлаждения;
— модули (центрифуги) вращения форм с частотными приводами (угловые и прямые);
— каретки перемещения модулей;
— универсальные формодержатели;
— треки и направляющие для перемещения кареток с модулями.
К дополнительным специальным узлам и механизмам можно отнести: газоходы, узлы крепления, площадки, пневмо и гидро разводку, электрическую часть и разводку.

Большинство современных машин являются машинами карусельного типа. Эти машины обычно имеют три или четыре рычага, на каждом из которых может устанавливаться одна или несколько форм. Центр карусели бывает башенного типа — в этом случае рычаги машины движутся одновременно. В других конструкциях каждый рычаг имеет самостоятельную приводную каретку, что обеспечивает независимое движение каждого рычага по кругу. Различие состоит в соотношение времени охлаждения изделия ко времени нагрева. В случае использования карусели с общим приводом возникает необходимость в поиске компромисса. Либо необходимо увеличение времени охлаждения, которое не вызвано требованиями технологии, либо приходится снижать требования к качеству и толщине стенки изделия.

Ротационное формование — один из методов получения полимерных изделий, имеющий свой преимущества и недостатки. Для большинства изделий, производимых таким способом можно получить качественный, но менее дорогой, аналог — методом вакуумного формования (на вакуум-формовочном оборудовании).

Фильера — это формующая часть экструзионной головки, где происходит выдавливание расплава и преобпразование его в конечную форму.

Равномерное выдавливание расплава по сечению формующего канала в значительной мере зависит от расположения формующей щели относительно оси экструзии. Кроме того, при выборе положения щели на фасаде фильеры необходимо учитывать способы калибрования, охлаждения и отвода профиля тянущим устройством, габариты профиля, способ резки профиля, возможность установки в линию агрегатов дополнительной механической обработки профиля (например, перфорирование), нанесение печати, маркировки, а также способ упаковки. На положение формующего отверстия могут влиять сразу несколько факторов, и при конструировании экструзионной головки необходимо привязываться к конкретному оборудованию и выбирать оптимальный вариант расположения формующего отверстия.

Формующие детали, образующие фильеру, можно выполнять разъемными или неразъемными. Разъемные детали имеют доступ ко всем рабочим поверхностям, что позволяет их тщательно очищать и доступными способами обрабатывать при необходимости доводки формы или размеров канала. Неразъемные детали проще в изготовлении, особенно при современных способах электроэрозионной обработки. Выбор конструкции формующего инструмента необходимо увязывать с планируемым способом изготовления деталей.

Лит.: «Экструзия профильных изделий из термопластов» ред. В.П. Володин, изд. Профессия, Спб 2005

Центробежное формование (иногда центробежное литье) — метод изготовления изделий в виде тел вращения — цилиндров (труб), втулок, подшипников скольжения и т. п.

Этот метод, как правило, находит применение в тех случаях, когда размеры (габариты или толщина) изделия не позволяют изготовить его другими методами. Для получения изделий по такой технологии в нагретую форму, торцы которой закрыты фланцами, загружают порцию расплава термопласта или жидкой смолы с отвер-дителем. Если термопласт загружают в форму в виде порошка или гранул, плавление полимера и его гомогенизация в обогреваемой форме существенно снижает производительность. Поэтому для ускорения процесса получения изделий нередко применяют экструдер с копильником, откуда в форму подается необходимый объем расплава.

В отличие от ротационного формования процесс осуществляется при высоких частотах вращения нагреваемой формы (до 150 с~ ), поэтому под действием центробежных сил в материале развивается достаточно большое давление и усадка готового изделия невелика. После охлаждения и остановки снимаются фланцы, изделие извлекают из формы. Обычно внутренний слой изделия имеет более рыхлую структуру и удаляется механической обработкой для получения необходимого внутреннего диаметра. С учетом этого материал дозируют с запасом в 10-15%. Наибольшее распространение этот метод находит в получении толстостенных труб большого диаметра из полиамидов, полиэфиров и других термопластов с низкой вязкостью расплава; из-за склонности этих полимеров к окислению полость формы заполняется инертным газом (СО2, азот). При изготовлении изделий из полиамидов один из вариантов технологии предусматривает загрузку в форму расплава капролактама и катализатора анионной полимеризации, после чего нагретая форма приводится во вращение. Из-за высокой скорости полимеризации длительность процесса практически не зависит от толщины стенок формуемого изделия.

Лит.: «Производство изделий из полимерных материалов» ред. В.К. Крыжановского, изд. Профессия, Спб 2004

Фильтрация — это одна из стадий в процессе расплавления полимерного сырья.

В расплаве возможно наличие различного рода загрязнений (бумага, дерево, небольшие камни, не смытые грязные частицы, клйкие ленты и т.д.), которые необходимо отделить. Замена загрязненных фильтров должна проводиться без преррывания процесса переработки.

Лит.: «Переработка пластмасс» ред. А.Д. Паниматченко, изд. Профессия, Спб 2005

Формование экструзионно-выдувное — используется для производства полых и объемных изделий из термопластов — канистр, бочек, бутылей, флаконов, игрушек.

Производство изделий этим методом осуществляется в две стадии: сначала получают трубную заготовку с температурой несколько ниже температуры плавления, которую затем раздувают сжатым воздухом. В отличие от большинства методов получения изделий из пластмасс, где формование осуществляется из расплава, в основе этой технологии лежит использование не только пластической, но и преимущественно высокоэластической деформации, которая присуща только полимерам и является результатом перехода свернутых в клубок или собранных в пачки макромолекул в вытянутую форму под воздействием механических сил.

В зависимости от выбранного способа получения заготовки различают два метода раздувного формования: экструзионный и литьевой. В первом случае с помощью экструдера формуется заготовка в виде трубки (рукава), которая затем поступает в форму, где и происходит собственно процесс формования изделия за счет создания внутри заготовки повышенного давления воздуха.

Благодаря большой производительности и высокому уровню автоматизации этот метод является в настоящее время основным способом формования полых изделий и, в результате ряда усовершенствований, позволяет получать изделия объёмом от единиц миллилитров до нескольких десятков и даже сотен литров.

Для приготовления полых изделий применяются, как правило, экструдеры сравнительно небольших размеров, с диаметром шнека 50-90 мм. Поскольку сопротивление головки сравнительно невелико, а основным требованием является получение расплава с высокой однородностью, длина шнека также не превышает 15-18 D.

Лит.: «Производство изделий из полимерных материалов» ред. В.К. Крыжановского, изд. Профессия, Спб 2004

Фитинг (далее ф.) — это соединительная часть трубопровода, устанавливаемая в местах его разветвлений, поворотов, переходов на др. диаметр, а также при необходимости частой сборки и разборки труб.

Ф. служат и для герметичного перекрытия трубопровода и др. вспомогательных целей. В зависимости от назначения Ф. подразделяются на угольники (изменяют направление на 90°), тройники (обеспечивают ответвление в одном направлении), кресты (обеспечивают ответвление в двух направлениях), муфты (соединяют трубы прямого участка), пробки, колпаки (используют для герметичной заделки концов труб) и др. Ф., соединяющие концы труб одинакового диаметра, называемые прямыми, Ф., скрепляющие концы труб разного диаметра, — переходными.

Формование экструзионно-раздувное — это раздувание экструдированного термопластичного участка рукава внутри разъемной полой формы до тех пор, пока рукав не примет конфигурацию ее внутренней полости.

Таким образом, речь идет о двухступенчатом процессе. Первый этап — экструзия рукава (заготовки) как правило, из обращенной вниз угловой головки, а второй этап представляет собой раздувание этого рукава внутри сомкнутой формы и превращение его в полое изделие. Необходимые для этого машины в соответствии с принятой номенклатурой изделий подразделяются на оборудование, предназначенное для изготовления:

• упаковочных полых изделий (объем до 5 л);

• контейнеров (объем от 10 до 200 л);

• контейнеров больших размеров (объем от 600 до 3000 л).

Кроме того, существуют машины для изготовления технических деталей особой степени сложности. Из полимеров для раздувного формования чаще всего используется ПЭ (приблизительно 50%), за ним следует ПЭТ (около 40%), используемый в сфере производства тары. И далее — ПВХ, ПП, ПК и ПА. В основном при экструзионно-раздувном формовании используется одншнековые экструдеры.

Лит.: «Переработка пластмасс» ред. А.Д. Паниматченко, изд. Профессия, Спб 2005

Фишера реактив — это способ определения влажности термопластов, который основан на взаимодействии йода с оксидом серы в присутствии воды; он достаточно сложен в аппаратурном оформлении.

Лит.: «Производство изделий из полимерных материалов» ред. В.К. Крыжановского, изд. Профессия, Спб 2004

Форсунка кольцевая — это элемент охлаждающего экструзионного оборудования, который используется для охлаждения профилей с незначительной толщиной стен, а также для плоских пленок и листов.

Охлаждение происходит путем поступления воздуха на профиль через кольцевую или щелевую форсунки.

Лит.: «Переработка пластмасс» ред. А.Д. Паниматченко, изд. Профессия, Спб 2005