Сегодня полимеры (пластмассы) и материалы на их основе широко используются во всех сферах жизнедеятельности человека. При этом, для обеспечения большого разнообразия пластмассовых изделий было разработано много методов переработки полимерных и композиционных материалов. В общем полимерные материалы делятся на две большие группы, что, соответственно, и определяет способ их переработки: термопласты и реактопласты.
Термопластичные полимерные материалы – это твердые материалы, которые под действием физического воздействия – температуры (плавление) переходят в вязкотекучее состояние (расплав полимера) и как следствие, их последующая переработка в изделия связана с манипуляциями с расплавом. Наиболее распространенными в использовании термопластами являются полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полиамиды (ПА), полистирол (ПС).
Реактопластичные полимерные материалы – это материалы, которые под действием внешних факторов (температура, излучение, давление) или дополнительных реагентов переходят в неплавкое и нерастворимое состояние в результате физико-химических превращений (реакции сшивания и твердения). К реактопластичным пластмассам относятся смолы различной природы: феноло-формальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и т.п.
Ниже рассмотрим методы изготовления изделий из пластмасс термопластичной природы.

Литье под давлением

Самым распространенным методом изготовления пластмассовых изделий является литье под давлением. Это высокопроизводительный метод переработки, который позволяет получать изделия сложнейшей конфигурации с массой от долей грамма до десятков килограмм. При этом метод обеспечивает высокую точность размеров изделий, необходимые эксплуатационные характеристики и получение изделий любого цвета. Литьем под давлением перерабатываются почти все термопластичные материалы и некоторые реактопластичные.
Литье под давлением осуществляется на специальном оборудовании – термопластавтоматах (ТПА). (Рисунок 1) В классическом варианте литье под давлением происходит по следующей схеме: с загрузочного бункера полимер подается в материальный цилиндр ТПА, в материальном цилиндре находится шнек, который вращается и перемещает материал далее по материальному цилиндру, одновременно с этим происходит плавление материала. Расплав гомогенизируется и набирается в необходимой дозе, далее в результате передачи на него давления благодаря поступательным движениям шнека расплав перетекает в полость пресс-формы где и формируется изделие. Важным этапом процесса литья под давлением является проектирование и изготовление пресс-форм под соответствующие детали, поскольку от качества пресс-формы зависит качество изделия и производительность оборудования.

Экструзия

Другим распространенным методом переработки пластмасс является экструзия. Экструзия – непрерывный метод формирования погонажных пластмассовых изделий путем перехода расплава полимера через формирующую головку (фильеру) с последующей калибровкой, охлаждением и фиксацией геометрических размеров изделия. Экструзия происходит на специальном оборудовании – экструдерах, которые в свою очередь в зависимости от конфигурации и количества шнеков бывают разного назначения и принципа работы. (Рисунок 2)
В общем процесс экструзии состоит из следующих стадий: загрузка материала из бункера в материальный цилиндр который оснащен подогревом. Плавление и транспортировка материала вследствие вращения шненка к формирующей головки (фильеры), переход расплава полимера через фильеру, калибровки размеров изделия (экструдата) на калибраторе, охлаждения изделия и его порезку. Экструзия является самым продуктивным способом переработки полимерных и композиционных материалов. Этим методом изготавливают такие изделия из пластмасс как: трубы, листы, пленки, профили различной конфигурации и т.п.

Термоформование

В технологии упаковочных материалов широкое применение нашел метод термоформования. Термоформование происходит на машинах специального типа по следующей схеме: полимерный лист из термопластичного материала нагревается до температуры размягчения и затем вытягивается в соответствующей форме под действием давления воздуха, вакуума, действия пресса и т.п., с последующим охлаждением изделия. Наибольшее распространение метод нашел в изготовлении блистерной упаковки.

Выдувное формирование

Для создания тары различного типа применяется метод выдувного формирования, когда полимерную заготовку (которая может быть получена как литьем, так и экструзией) нагретую до необходимой температуры раздувают в соответствующей форме. Данным методом изготавливают различные бутылки, канистры, контейнеры и т.п. (Рисунок 3).

Ротационная формовка

Узкоспециализированным методом формирования больших полимерных полых изделий является технология ротационной формовки. Этим методом получают пустотелые асимметричные изделия объемом от сотен см3 до десятков м3. Метод основан на формировании изделия под действием центробежной силы в горизонтальной и (или) вертикальной плоскостях. В процессе изготовления изделия форму из легкого листового металла, внутри которой находится полимер, помещают в нагревательную печь. Под действием температуры и центробежной силы полимерный материал прилегает к стенкам формы с последующим уплотнением. (Рисунок 4)

3D Печать

Все большую популярность приобретает метод переработки термопластичных полимеров – 3D печать. Формирование изделия происходит на 3D принтерах в результате послойного наложения полимерного материала, который подается с экструзионной головки (FDM печать) (рисунок 5). Обычно экструзионная головка может свободно перемещаться по всем трем осям координат. Методом 3D печати можно получить изделия почти любой конфигурации, в том числе пустотелые, со слоями из различных полимеров. Недостатком 3D печати является его относительная дороговизна и низкая скорость формования изделий, однако он идеально подходит для мелкосерийного производства и моделирования.

Компания Репласт производит пластмассовые изделия на заказ методами литья под давлением и экструзией, а также предоставляет услуги по 3D моделированию и 3D печати.

Автор – главный технолог ООО Репласт, к.т.н. Масюк Андрей