Сьогодні полімери (пластмаси) і матеріали на їх основі широко використовуються у всіх сферах життєдіяльності людини. У цей же час, для забезпечення великої різноманітності пластмасових виробів було розроблено багато методів перероблення полімерних і композиційних матеріалів. В цілому полімерні матеріали поділяються на дві великі групи, що в основному і визначає спосіб їх перероблення: термопласти і реактопласти.
Термопластичні полімерні матеріали – це тверді матеріали які під дією фізичного впливу – температури (плавлення) переходять у в’язкотекучний стан (розплав полімеру) і як наслідок, їх наступне перероблення у вироби пов’язане із маніпуляціями з розплавом. Найпоширенішими у використанні термопластами є поліпропілен (ПП), поліетилен (ПЕ), полівінілхлорид (ПВХ), поліаміди (ПА), полістирол (ПС).
Реактопластичні полімерні матеріали – це матеріали які під дією зовнішніх чинників (температура, випромінювання, тиск) або додаткових реагентів переходять у неплавкий і нерозчинний стан в наслідок фізико-хімічних перетворень (реакції зшивання і тверднення). До реактопластичних пластмас відносяться смоли різної природи: фенол-формальдегідні, поліестерні, епоксидні тощо.
Нижче розглянемо методи виготовлення виробів з пластмас термопластичної природи.

Лиття під тиском

Найпоширенішим методом виготовлення пластмасових виробів є лиття під тиском. Це високопродуктивний метод переробки який дозволяє одержувати вироби надскладної конфігурації з масою від часток грама до десятків кілограм. При цьому метод забезпечує високу точність розмірів виробів, необхідні експлуатаційні характеристики і отримання виробів будь якого кольору. Литтям під тиском переробляються майже всі термопластичні матеріали і деякі реактопластичні.
Лиття під тиском здійснюється на спеціальному обладнанні – термопластавтоматах (ТПА). (рисунок 1) В класичному варіанті лиття під тиском відбувається за наступною схемою: із завантажувального бункера полімер подається в матеріальний циліндр ТПА, в матеріальному циліндрі знаходиться шнек який обертається і переміщує матеріал далі по матеріальному циліндрі, одночасно з цим відбувається плавлення матеріалу. Розплав гомогенізується і набирається у необхідній дозі, далі в наслідок передачі на нього тиску завдяки поступальним рухам шнеку розплав перетікає у порожнину прес-форми де і формується виріб. Важливим етапом процесу лиття під тиском є проектування і виготовлення прес-форм під відповідні деталі, оскільки від якості прес-форми залежить якість виробу і продуктивність устаткування.

Екструзія

Іншим широко поширеним методом перероблення пластмас є екструзія. Екструзія – безперервний метод формування погонажних пластмасових виробів шляхом перетискання розплаву полімеру через формуючу головку (фільєру) з наступним калібруванням, охолодженням та фіксацією геометричних розмірів виробу. Екструзія відбувається на спеціальному обладнанні – екструдерах, які в свою чергу залежно від конфігурації та кількості шнеків бувають різного призначення та принципу роботи. (Рисунок 2)
В загальному процес екструзії складається із наступних стадій: завантаження матеріалу із бункера в матеріальний циліндр який оснащений підігрівом. Плавлення і транспортування матеріалу внаслідок обертання шненку до формуючої головки (фільєри), перетискання розплаву полімеру через фільєру, калібрування розмірів виробу (екструдату) на калібраторі, охолодження виробу та його порізку. Екструзія є найпродуктивнішим способом перероблення полімерних і композиційних матеріалів. Цим методом виготовляють такі вироби з пластмас як: труби, листи, плівки, профілі різної конфігурації тощо.

Термоформування

В технології пакувальних матеріалів широке застосування знайшов метод термоформування. Термоформування відбувається в машинах спеціального типу за наступною схемою: полімерний лист з термопластичного матеріалу нагрівається до температури розм’якшення і потім витягується до відповідної форми під дією тиску повітря, вакууму, дії пресу тощо, з наступним охолодженням виробу. Найбільше розповсюдження метод знайшов у виготовленні блістерної упаковки.

Видувне формування

Для створення тари різного типу застосовується метод видувного формування, коли полімерну заготовку (яка може бути отримана як литтям так і екструзією) нагріту до необхідної температури роздувають у відповідній формі. Даним методом виготовляють різноманітні пляшки, каністри, контейнери тощо. (Рисунок 3).

Ротаційне формування

Вузько спеціалізованим методом формування великих полімерних порожнистих виробів є технологія ротаційного формування. Цим методом отримують пустотілі асиметричні вироби об’ємом від сотень см3 до десятків м3. Метод базується на формуванні виробу під дією відцентрової сили в горизонтальній і (або) вертикальній площинах. Форму з легкого листового металу, всередині якої знаходиться полімер, поміщають у нагрівальну піч. Під дією температури та відцентрової сили полімерний матеріал прилягає до стінок форми з подальшим ущільненням. (Рисунок 4)

3D Друк

Все більшої популярності набуває метод перероблення термопластичних полімерів – 3D друк. Формування виробу відбувається на 3D принтерах внаслідок пошарового накладання полімерного матеріалу, який подається з екструзійної головки (FDM друк) (Рисунок 5). Зазвичай екструзійна головка може вільно переміщатись по всіх трьох осях координат. Методом 3D друку можна отримати вироби майже будь якої конфігурації, в тому числі пустотілі, з шарами з різних полімерів. Недоліком 3D друку є його відносна дороговартість і низька швидкість формування виробів, проте він ідеально підходить для дрібносерійного виробництва і моделювання.

Компанія Репласт виготовляє пластмасові вироби на замовлення методами лиття під тиском та екструзією, а також надає послуги по 3D моделюванню і 3D друці.

Автор – головний технолог ТОВ Репласт, к.т.н. Масюк Андрій