Termoformowanie tworzyw sztucznych
Termoformowanie polega na równomiernym nagrzaniu płyty lub folii (powyżej temperatury mięknienia Tm - tworzywa bezpostaciowe lub temperatury topnienia krystalitów Tt - tworzywa częściowo krystaliczne) z tworzywa sztucznego, zamocowanego w ramie napinającej, następnie jej odkształceniu pod wpływem ciśnienia zewnętrznego odwzorowując kształt formy.
Podczas termoformowania pod wpływem naprężeń tworzywo odkształca się (stan wysokoelastyczny), stan tego odkształcenia jest utrwalany podczas chłodzenia. Na proces termoformowania istotny wpływ mają wytrzymałość na rozciąganie (lub zginanie) oraz maksymalne wydłużenie przy zerwaniu w temperaturze kształtowania. Z punktu widzenia łatwości formowania najkorzystniejsza byłaby możliwie duża wartość temperatury, ale byłoby to niekorzystne ze względu na pogorszenie wytrzymałości tworzywa i możliwość u
szkodzenia kształtki w czasie procesu. W związki z tym zachodzi konieczność wyznaczenia zakresu temperatury, w którym będą zapewnione optymalne warunki formowania. Z samej istoty odkształcenia wysokoelastycznego wynika, że kształt jest nadany odwracalnie, tzn. po ponownym ogrzaniu przedmiotu powyżej temperatury zeszklenia i usunięciu naprężeń zewnętrznych nastąpi po odkształceniowy powrót oraz częściowe przywrócenie pierwotnych rozmiarów kształtki.
Technologia termoformowania zastępuje w znacznym stopniu technologię wtrysku. Metodą tą można wytwarzać wyroby o bardzo małej grubości ścianki (rzędu setnych części mm) i o znacznych gabarytach (rzędu kilku m2),
Zalety termoformowania:
- możliwość wytwarzania wyrobów o bardzo małej grubości ścianek i znacznych gabarytach,
- niski koszt form,
- możliwość stosowania form wielokrotnych, zwiększając wydajność produkcji,
- swoboda wyboru surowca do formowania.
Wady termoformowania:
- wysokie ceny surowca – ceny płyt i folii są ok. 100% wyższe od cen granulatu.
- powstawanie znacznych odpadów poprodukcyjnych przy obcinaniu (okrawaniu), których nie da się bezpośrednio zagospodarować w tej technologii,
- nierównomierności w grubości ścianek wyrobu – pocienianie w narożach,
- niemożność wykonania w jednej operacji otworów oraz gwintów,
- konieczność wykonania obróbki wykańczającej (obcinanie obrzeży, wiercenie otworów itp.).
Cechy, które powinny spełniać tworzywa stosowane w termoformowaniu:
- posiadać szeroki zakres temperatur przetwórstwa.
- umożliwiać uzyskanie odpowiedniej głębokości formowania: H/D (stosunek wysokości formowania do średnicy)
- powinny dobrze płynąć, dokładnie wypełniać zagłębienie i układać się na krawędziach form,
- folie lub płyty powinny charakteryzować się jednorodnością materiału w całym przekroju (bez pęcherzy), wtrąceń, dziur, mieć lśniącą powierzchnię i stałą grubość,
- powinny ulegać pod wpływem ogrzewania całkowitemu i równomiernemu zmiękczaniu tak, aby można było formować wyroby przy nad ciśnieniach lub różnicy ciśnień rzędu 1 bar (0,1 MPa)
- mieć odpowiednią wytrzymałość cieplną, aby powierzchnia nagrzewanego materiału nie ulegała uszkodzeniu termicznemu podczas nagrzewania.
- zachować kształt po formowaniu i wytrzymałość wynikającą z cech materiału wyjściowego.
Cechy charakterystyczne typowych tworzyw wykorzystywanych w technologii:
Octan celulozy
Typowe grubości folii: 0,127 – 0,50 [mm]. Materiał łatwo formowany próżniowo, a wyroby cechują się dobrą wytrzymałością i ładnym wyglądem. Cykle produkcyjne są krótkie i ekonomiczne. Najlepsze rezultaty otrzymuje się przez szybkie ogrzewanie grzejnikiem o temperaturze ok. 550 [ºC]
Octano - maślan celulozy
Jak dla octanu celulozy
Polietylen
Typowe grubości folii: 0,127-0,75 [mm]. Materiał łatwo formowalny, zarówno pozytywowo jak i negatywowo. Niska wytrzymałość cieplna. Wolno się ogrzewa i oziębia. Cykl ogrzewania musi być ściśle przestrzegany. Wypraski otrzymywane w chłodzonych formach wykazują po uformowaniu. Zalecana temperatura grzejników: 550 – 650 [ºC]. Występują trudności przy cięciu i wyrównywaniu, ze względu na giętkość materiału.
Polistyren modyfikowany
Typowe grubości folii: 0,25 – 1,02 [mm]. Doskonale nadaje się do trudnego ciągnienia. Łatwy do wykończenia. Sposób ogrzewania i temperatury zależą od stopnia zmodyfikowania.
Polistyren orientowany
Typowe grubości folii: 0,127 – 0,254 [mm]. Łatwo się formuje. Kształty ze szczegółami nisko umieszczonymi można formować zwykłymi metodami próżniowymi.
Polichlorek winylu (miękki)
Formuje się łatwo z folii o grubościach 0,127 – 0,254 [mm]. Wymagana ścisła kontrola temperatury nagrzewania i formy. Ogrzewanie powinno być w miarę krótkie. Ważne jest szybki i całkowite usuwanie powietrza. Zamknięte szczegóły wymagają stosowania specjalnej techniki. Nadaje się na opakowani skórkowe.
Polichlorek winylu (twardy)
Formuje się łatwo z folii o grubościach 0,25 – 0,50 [mm]. Wymagana ścisła kontrola temperatury nagrzewania i formy. Ogrzewanie powinno być w miarę krótkie. Można łatwo formować nadrukowane arkusze, bez deformowania nadruku, jak również odtwarzać dobrze szczegóły formy dzięki dobrej stabilności wymiarowej tworzywa.
Odmiany termoformowania
Termoformowanie różnią się sposobem podawanego ciśnienia na formowany arkusz płyty lub folii, stąd wyróżnić możemy dwie metody:
- formowanie próżniowe (podciśnieniowe),
- formowanie ciśnieniowe (nadciśnieniowe),
W pierwszym przypadku formowanie odbywa się przez wymuszenie odkształcenia arkusza folii lub płyty przy pomocy próżni a w drugim przypadku pod ciśnienie zastępowane jest przez sprężone powietrze.
Zarówno formowanie próżniowe i ciśnieniowe może odbywać się w formach negatywowych jak i pozytywowych, bez wstępnego rozciągania i ze wstępnym rozciąganiem.
Podczas termoformowania pod wpływem naprężeń tworzywo odkształca się (stan wysokoelastyczny), stan tego odkształcenia jest utrwalany podczas chłodzenia. Na proces termoformowania istotny wpływ mają wytrzymałość na rozciąganie (lub zginanie) oraz maksymalne wydłużenie przy zerwaniu w temperaturze kształtowania. Z punktu widzenia łatwości formowania najkorzystniejsza byłaby możliwie duża wartość temperatury, ale byłoby to niekorzystne ze względu na pogorszenie wytrzymałości tworzywa i możliwość u
szkodzenia kształtki w czasie procesu. W związki z tym zachodzi konieczność wyznaczenia zakresu temperatury, w którym będą zapewnione optymalne warunki formowania. Z samej istoty odkształcenia wysokoelastycznego wynika, że kształt jest nadany odwracalnie, tzn. po ponownym ogrzaniu przedmiotu powyżej temperatury zeszklenia i usunięciu naprężeń zewnętrznych nastąpi po odkształceniowy powrót oraz częściowe przywrócenie pierwotnych rozmiarów kształtki.Technologia termoformowania zastępuje w znacznym stopniu technologię wtrysku. Metodą tą można wytwarzać wyroby o bardzo małej grubości ścianki (rzędu setnych części mm) i o znacznych gabarytach (rzędu kilku m2),
Zalety termoformowania:
- możliwość wytwarzania wyrobów o bardzo małej grubości ścianek i znacznych gabarytach,
- niski koszt form,
- możliwość stosowania form wielokrotnych, zwiększając wydajność produkcji,
- swoboda wyboru surowca do formowania.
Wady termoformowania:
- wysokie ceny surowca – ceny płyt i folii są ok. 100% wyższe od cen granulatu.
- powstawanie znacznych odpadów poprodukcyjnych przy obcinaniu (okrawaniu), których nie da się bezpośrednio zagospodarować w tej technologii,
- nierównomierności w grubości ścianek wyrobu – pocienianie w narożach,
- niemożność wykonania w jednej operacji otworów oraz gwintów,
- konieczność wykonania obróbki wykańczającej (obcinanie obrzeży, wiercenie otworów itp.).
Cechy, które powinny spełniać tworzywa stosowane w termoformowaniu:
- posiadać szeroki zakres temperatur przetwórstwa.
- umożliwiać uzyskanie odpowiedniej głębokości formowania: H/D (stosunek wysokości formowania do średnicy)
- powinny dobrze płynąć, dokładnie wypełniać zagłębienie i układać się na krawędziach form,
- folie lub płyty powinny charakteryzować się jednorodnością materiału w całym przekroju (bez pęcherzy), wtrąceń, dziur, mieć lśniącą powierzchnię i stałą grubość,
- powinny ulegać pod wpływem ogrzewania całkowitemu i równomiernemu zmiękczaniu tak, aby można było formować wyroby przy nad ciśnieniach lub różnicy ciśnień rzędu 1 bar (0,1 MPa)
- mieć odpowiednią wytrzymałość cieplną, aby powierzchnia nagrzewanego materiału nie ulegała uszkodzeniu termicznemu podczas nagrzewania.
- zachować kształt po formowaniu i wytrzymałość wynikającą z cech materiału wyjściowego.
Cechy charakterystyczne typowych tworzyw wykorzystywanych w technologii:
Octan celulozy
Typowe grubości folii: 0,127 – 0,50 [mm]. Materiał łatwo formowany próżniowo, a wyroby cechują się dobrą wytrzymałością i ładnym wyglądem. Cykle produkcyjne są krótkie i ekonomiczne. Najlepsze rezultaty otrzymuje się przez szybkie ogrzewanie grzejnikiem o temperaturze ok. 550 [ºC]
Octano - maślan celulozy
Jak dla octanu celulozy
Polietylen
Typowe grubości folii: 0,127-0,75 [mm]. Materiał łatwo formowalny, zarówno pozytywowo jak i negatywowo. Niska wytrzymałość cieplna. Wolno się ogrzewa i oziębia. Cykl ogrzewania musi być ściśle przestrzegany. Wypraski otrzymywane w chłodzonych formach wykazują po uformowaniu. Zalecana temperatura grzejników: 550 – 650 [ºC]. Występują trudności przy cięciu i wyrównywaniu, ze względu na giętkość materiału.
Polistyren modyfikowany
Typowe grubości folii: 0,25 – 1,02 [mm]. Doskonale nadaje się do trudnego ciągnienia. Łatwy do wykończenia. Sposób ogrzewania i temperatury zależą od stopnia zmodyfikowania.
Polistyren orientowany
Typowe grubości folii: 0,127 – 0,254 [mm]. Łatwo się formuje. Kształty ze szczegółami nisko umieszczonymi można formować zwykłymi metodami próżniowymi.
Polichlorek winylu (miękki)
Formuje się łatwo z folii o grubościach 0,127 – 0,254 [mm]. Wymagana ścisła kontrola temperatury nagrzewania i formy. Ogrzewanie powinno być w miarę krótkie. Ważne jest szybki i całkowite usuwanie powietrza. Zamknięte szczegóły wymagają stosowania specjalnej techniki. Nadaje się na opakowani skórkowe.
Polichlorek winylu (twardy)
Formuje się łatwo z folii o grubościach 0,25 – 0,50 [mm]. Wymagana ścisła kontrola temperatury nagrzewania i formy. Ogrzewanie powinno być w miarę krótkie. Można łatwo formować nadrukowane arkusze, bez deformowania nadruku, jak również odtwarzać dobrze szczegóły formy dzięki dobrej stabilności wymiarowej tworzywa.
Odmiany termoformowania
Termoformowanie różnią się sposobem podawanego ciśnienia na formowany arkusz płyty lub folii, stąd wyróżnić możemy dwie metody:
- formowanie próżniowe (podciśnieniowe),
- formowanie ciśnieniowe (nadciśnieniowe),
W pierwszym przypadku formowanie odbywa się przez wymuszenie odkształcenia arkusza folii lub płyty przy pomocy próżni a w drugim przypadku pod ciśnienie zastępowane jest przez sprężone powietrze.
Zarówno formowanie próżniowe i ciśnieniowe może odbywać się w formach negatywowych jak i pozytywowych, bez wstępnego rozciągania i ze wstępnym rozciąganiem.
Komentarze