Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 4

Еще один уникальный процесс производства пластмасс — это термоформование, в котором для создания конечных продуктов используется нагретый термопластичный лист. Используемый лист сначала нагревают, чтобы размягчить его, но полимер не нагревается достаточно сильно, чтобы достичь расплавленного состояния. Затем деталь формируется вокруг пресс-формы с использованием одного из шести основных подпроцессов. Эти процессы представляют собой, например, прямое вакуумное формование, вакуумное формование с использованием давления, механическое формование и ряд других. Поскольку молекулы полимера вынуждены в этом случае растягиваться вместо того, чтобы свободно перемещаться (за счет чего полимер становится текучим), в созданных деталях остаются остаточные напряжения. Эти напряжения могут создать трудности при эксплуатации продукта, если напряжение находится в критической части изделия. Прямое вакуумное формование - один из двух основных видов термоформования. Оно выполняется путем втягивания нагретого листа в полость с помощью вакуумного давления. Прямое вакуумное формование хорошо подходит для изготовления неглубоких деталей, для которых не требуется высокая степень вытяжки. Степень вытяжки термоформованной детали рассчитывается путем деления вытяжки или глубины полости на ширину полости. Степень вытяжки меньше единицы идеально подходит для прямых деталей, полученных вакуумным формованием.

Еще один метод аналогичен прямому вакуумному формованию, за исключением того, что для создания детали используется стержень, а не полость. Этот процесс будет использоваться, когда выпуклая сторона детали должна обладать определенными эстетическими свойствами. Это связано с тем, что шероховатая поверхность формы контактирует с вогнутой частью детали. При формировании со стержнем возможны более высокие коэффициенты вытяжки, если угол уклона подходит для удаления детали. Формование с использованием других дополнительных элементов аналогично прямому вакуумному формованию, только с дополнительным этапом. Недостатком прямого вакуумного формования является то, что лист становится очень тонким в углах деталей. Вот почему детали с высокой степенью вытяжки нельзя формовать под вакуумом. При вакуумном формовании с вытяжкой используется форма, обычно деревянная пробка, для частичного вытягивания нагретого листа в полость с высокой степенью вытяжки. Благодаря действию пробки уменьшается истончение в углах детали. Вакуумное формование с использованием давления — еще один интересный метод. При этом создается своеобразный пузырь, чтобы большие листы не провисали под действием собственного веса. Поскольку большие листы используются в различных отраслях промышленности (в частности, строительной и автомобилестроительной), заглушка часто используется одновременно с таким пузырем.

Ротационное формование, также называемое ротационным литьем, представляет собой уникальный процесс, позволяющий создавать полностью герметизированные полые детали. Кроме того, с помощью этого процесса можно формировать очень большие детали. Деталь создается путем вращения полностью закрытой формы по двум осям. В этом процессе обычно используется полимер в форме порошка. Форма начинает нагреваться в печи ротационного формования. Порошок полимера начинает плавиться и стекает по дну формы. Полимер может покрывать всю поверхность формы, так как форма вращается по обеим осям. Очень важно, чтобы форма находилась в печи правильное время. Слишком мало времени не позволит расплавить весь полимер. Слишком долгое нахождение в печи приведет к деградации полимерных цепей. Раньше процесс определения правильного времени определялся методом проб и ошибок. В последнее время предположения о процессе становятся всё более научными и технологически рассчитанными благодаря достижениям в измерении температуры воздуха внутри формы. Когда форма вынимается из печи, она продолжает вращаться по обеим осям, пока деталь не затвердеет. Механизм охлаждения, обычно вентилятор, используется для уменьшения времени охлаждения. После того, как деталь остынет, одна половина формы вынимается, и готовая деталь вынимается из формы.

Подавляющее большинство деталей, полученных ротационным формованием, производятся из полиэтилена (PE). Сшитый полиэтилен, линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) являются ведущими сополимерами полиэтилена, используемыми при ротационном формовании. Ротационное формование не является ведущим процессом в индустрии пластмасс, но всё же оно очень важно. Дело в том, что многие изделия, которые производятся с помощью ротационного формования, невозможно или очень трудно изготовить с помощью другого процесса. Теперь перейдем к изготовлению композитных материалов. Композит — это система материалов, состоящая из двух или более типов материалов. В контексте индустрии пластмасс одним из используемых материалов может быть полимерная смола. Ламинарные композиты и армированные композиты — это два основных метода изготовления композитов с пластиком в составе. Ламинарные композиты состоят из слоев из разных материалов. Каждый слой соединяется со следующим, образуя композитную структуру. Слои объединяются таким образом, чтобы готовый продукт содержал целый набор характеристик, присущих отдельным слоям. Примеры могут варьироваться от пласт-металлических, пластико-бумажных и даже до пластико-пластиковых композитов.