VSTŘIKOVÁNÍ TERMOPLASTŮ

Transkript

1 1 ZPRACOVÁNÍ PLASTů Plasty přicházejí ke zpracování z chemických podniků ve formě prášku, granulátu, tablet či kapaliny, obvykle již s obsahem žádaných příměsí (barviv, plniv, stabilizátorů, maziv aj.). Zpracovávají se různými způsoby tváření - vstřikování, lisování, odlévání, natavování,aj. na hotové výrobky nebo polotovary. Polotovary např. bloky, fólie, trubky, profily, předlisky se mohou dále tvarovat, svařovat, lepit a obrábět. 1) Zpracování plastů na výrobky a) Vstřikování b) Lisování c) Spékání d) Odlévání e) Rotační natavování f) Beztlakové laminování 2) Zpracování plastů na polotovary a) Vytlačování b) Válcování c) Lisování d) Jiné způsoby zpracování 3) Tvarování polotovarů na výrobky a) Obrábění b) Ohýbání c) Vakuové tvarování d) Vyfukování 4) Spojování výrobků a polotovarů z plastů 1.a) VSTŘIKOVÁNÍ 1.a.1) vstřikování termoplastů 1.a.2) vstřikování reaktoplastů a elastomerů 1.a.3) vstřikování strukturních pěn Ad 1.a.1) VSTŘIKOVÁNÍ TERMOPLASTŮ Princip: vstříknutí roztaveného termoplastu pod tlakem do uzavřené formy. Výstřiky mohou mít hmotnost 1g až několik kg. Forma: Kovová (obvykle ocelová), chlazená protékající vodou, má samostatné vyhazovací zařízení. Může být jednonásobná nebo vícenásobná (až 40 výrobků na jeden vstřik). Pracovní cyklus trvá několik desítek sekund. Nejrozšířenější a nejlevnější technologie pro velkosériovou výrobu tvarových předmětů.

2 2 Obr. Princip vstřikování termoplastů (1 pracovní cyklus) a) Plastifikace: Forma se zavírá, šnek se otáčí a vrací, plastifikuje roztavenou hmotu a dopravuje ji k trysce. b) Vstřik: Vstřikovací jednotka se přitiskne k formě, šnek se přestane otáčet, posune se dopředu jako píst a vstříkne taveninu do formy. c) Ukončení vstřiku: Po dokončení vstřiku a ztuhnutí vtoku se vstřikovací jednotka odsune od formy, Šnek se otáčí a vrací zpět a plastifikuje další dávku hmoty. d) Otevření formy: Po úplném ztuhnutí celého výstřiku se forma otevře a výstřik se samočinně vyhodí. V první fázi se nasypou do pracovního válce granule polotovaru, uvnitř válce se otáčí šnek, který dopravuje granule válcem směrem k ústí. Válec je vyhříván topnými tělesy a v důsledku toho se granule taví a dostávají se do viskózového stavu (plastifikace). Po vytvoření požadovaného množství viskózní hmoty se otáčivý pohyb šneku zastaví a šnek se posune směrem k ústí, - funguje jako vstřikovací píst.tím vstříkne plast do připravené formy. Po ztuhnutí termoplastu, polovina formy je odtažena a forma se rozevře. Vyhazovač potom vyhodí hotový výstřik. Potom se forma uzavře a je připravena pro další cyklus. Ad. 1.a.2) VSTŘIKOVÁNÍ REAKTOPLASTŮ A ELASTOMERŮ Podobné jako u termoplastů. Rozdíl je v tom, že forma je vytápěna na o C, aby po vstřiku mohlo dojít k zesíťování polymerních řetězců, tj. vytvrzení u reaktoplastů nebo vulkanizace u elastomerů. Tím se prodlouží pracovní cyklus na 2 až 10 minut. Ad. 1.a.3) VSTŘIKOVÁNÍ STRUKTURNÍCH PĚN Vhodné termoplasty (PS,ABS,PE,PP aj.) se před vstřikováním smísí s nadouvadlem, které se teplotou rozloží na plyn. Vstřikem se forma naplní jen z části, plyn expanduje, zpění hmotu, která zvětší svůj objem, až vyplní celou tvarovou dutinu formy. Povrch výstřiku je tuhý, kompaktní, neboť hmota stykem s chladnou stěnou formy ztuhne tak rychle, že nezpění. Pod povrchem hmota plynule přechází v pěnovou strukturu. Střední hustota takových vstřiků bývá kg m -3. Ve hmotě nevzniká vnitřní pnutí, takže nemusí být stejnoměrná tloušťka stěny a výrobek není náchylný na deformaci. Výrobky: skříňky magnetofonů, televizorů, rozhlasových přijímačů aj.

3 3 Zpěňování polystyrenu Odlišný je způsob vstřikování předpěněného PS do formy, do níž se současně drobnými otvory přivádí horká pára o tlaku 0,15 MPa. Působením páry se PS dopění a vyplní formu. Hustota výrobku bývá kg.m -3 a je v celém průřezu rovnoměrná ( není to tedy strukturní pěna). Tloušťka stěn bývá k velmi malé pevnosti hmoty desítky až stovky milimetrů. Typické výrobky: obaly pro citlivé přístroje, sklo, porcelán, tepelně izolační desky pro stavebnictví aj. Vícepolohový vstřikovací stroj má více stejných forem upnutých buď na vratně posuvném stole (dvoupolohový stroj) nebo na rotačním karuselu (4 až 16 poloh). Formy postupně přicházejí před vstřikovací jednotku, která je naplní taveninou. V dalších polohách probíhá v uzavřené formě buď chlazení (u termoplastů), nebo vytvrzování (u reaktoplasrů), nebo vulkanizace (u elastomerů), potom otevření formy, vyhození výstřiků, vyfouknutí formy stlačeným vzduchem a opětné zavření formy. Tyto stroje mají velký pracovní výkon, vhodné pro velké série, např. v obuvnictví. Obr. Schéma půdorysu šestipolohového vstřikovacího stroje, se vstřikem do dělící roviny. Obr. Vstřikování do dělící roviny. Stroj se vstřikováním do dělící roviny je vhodný pro některé výrobky, hlavně se zastříknutými kovovými vložkami, např.závitovými. Forma se otevírá obvykle vertikálně, aby se vložky mohly pohodlně vložit do její spodní části. Po zavření formy se vstříkne tavenina horizontální vstřikovací jednotkou. 1.b) LISOVÁNÍ Technologie lisování se používá především u reaktoplastů. Spočívá v tom, že

4 4 do ocelové vytápěné formy se nasype potřebné množství reaktoplastu ve formě prášku, ve tvaru předlisku nebo tablet ( nejlépe již dielektricky předehřátých). Forma se uzavře a hmota přejde působením tlaku MPa a teploty o C do tekutého stavu, vyplní formu a vytvrdí se. Pracovní cyklus trvá podle tloušťky stěny zhruba 2-10 minut. Tvárnice F Tvárník Elektrické topné vložky Elektrické topné pásy Vyhazovací zařízení Výlisek Přetlačování - je modifikace lisování - používá se pro fenolické, tj. fenolformaldehydové hmoty s dobrou tekutostí. Dielektricky předehřáté tablety lisovací hmoty se vloží do plnící komory ve vytápěné formě, forma se uzavře, hmota se teplem roztaví a lisovací píst ji přetlačí vtokovým kanálkem do tvarové dutiny, kde se vytvrdí. Výhoda proti lisování je rovnoměrné prohřátí hmoty a tím rovnoměrné a rychlé vytvrzení. F u vtokový kanálek plnící komora tabletovaná lisovací hmota vyhazovací zařízení lisovací píst Lisování elastomerů Probíhá v ocelových formách za tepla. Přidávají se plniva ( např.saze ) pro zvýšení pevnosti a tvrdosti. Vulkanizace ( zesíťování ) se dosahuje přísadou síry. Elastomery se mohou vyztužovat vrstvami tkanin pro zvýšení pevnosti. Výrobky: pneumatiky, hadice, těsnění. Stroje: svislé hydraulické lisy.

5 5 Ad. 1.c) SPÉKÁNÍ Provádí se u termoplastů, které nemohou být ohřevem převedeny do tekutého stavu, (např. PTFE) nebo které chceme pro speciální účely nasytit velkým množstvím plnidel (např. PTFE + keramický nebo kovový prášek na pístní kroužky, PA + grafit na kluzná ložiska aj.). Prášková hmota se slisuje, stlačením se dosáhne téměř stejné hustoty ve všech místech výlisku. Potom se výlisky spékají v komorových nebo průchozích pecích, částečky měknou a difúzí se spojují v homogenní hmotu. Při spékání dochází k velkým rozměrovým změnám a hotové výrobky mají malou přesnost. Musí se dále obrábět. ( Ložisková pouzdra, těsnění, izolátory... Ad. 1.d) ODLÉVÁNÍ Alkalického polyamidu Kapalný monomer polyamidu se lije do otevřených forem z hliníku nebo oceli, kde působvením alkalických katalizátorů při o C zpolymeruje. Výrobky: ozubená kola, kladky, řemenice. Epoxidových pryskyřic Neplněné nebo s práškovými plnivy. Odlévá se do kovových forem s vytvrzením za tepla nebo za studena. Používá se např na slévárenské modely, přípravky, izolátory aj. Polyurethanu (PUR) Lze získat výrobky s charakterem měkkého až tvrdého kaučuku.odlévá se do forem. Za normální teploty dochází k zesíťování. (masivní silentbloky, vložky pružných spojek, těsnění ap.). Pěnového PUR Výchozí suroviny s nadouvadlem se plní do uzavřených forem, kde při zvýšené teplotě zpění a zesíťují se. Tlak ve formě asi 0,1MPa, výr.čas 4-10 min. Výrobky: pěnový PUR tvrdý (tepelná izolace v chladírenství a stavebnictví), až pružně měkký (tzv.molitan pro oděvnictví a čalounění). Poněkud odlišná je integrální polyurethanová pěna s kompaktním povrchem přecházejícím do pěnového jádra a to tvrdá - lopatky velkých ventilátorů, skořepinová samonosná křesla a stoly, jádra lyží. Nebo měkká - sedadla a opěradla v autobusech, nárazníky a bezpečnostní obložení automobilů. Ad. 1.e) ROTAČNÍ NATAVOVÁNÍ Práškový termoplast ( hlavně PE ) se nasype do tenkostěnné hliníkové formy, forma se po uzavření otáčí kolem dvou os k sobě kolmých. Rotující forma se zahřívá v ohřívací komoře, prášek se stykem s horkou stěnou nataví a slije se v homogenní vrstvu po vnitřních stěnách formy vlivem odstředivých sil. Pak se forma ochladí sprchou. V místě, kde mají být otvory se zhotoví stěna formy z tepelně izolačního materiálu, např. PTFE nebo pěnového silikonu, takže prášek se zde nenataví. Možnost výroby zcela uzavřených nádob. Vhodné pro kusovou a středně sériovou výrobu. ( sudy, nádrže, vany skříňky ).

6 6 Obr. Princip rotačního natavování v rotující formě. Ad. 1.e) BEZTLAKOVÉ LAMINOVÁNÍ Ruční kladení Vhodné pro rozměrné výrobky a pro kusovou nebo maloseriovou výrobu. Princip: na formu na formu se nanese filmotvorná separační látka a na ni základní vrstva pryskyřice. Na to se položí 2 až 3 vrstvy tkaniny, prosytí se pryskyřicí a nechá se vytvrdit. Pojivo: polyesterová a epoxidová pryskyřice. Výstuž: skleněné tkaniny,jemné skleněné rohože. Stříkání Princip: na formu se nastříká směs sekaných krátkých vláken a polyesterové pryskyřice. Nastříkaná vrstva se uhladí válečkem, aby se odstranily vzduchové bublinky. Vytvrzení proběhne za normální teploty. Mechanické vlastnosti jsou ve všech směrech stejné. Výrobky: jsou stejné, jako u ručního kladení, např. čluny, části karoserií vozidel, nádrže, nosné kryty, křesla, židle aj. Obr. Schéma stříkací pistole na výrobu skelných laminátů.

7 Navíjení 7 Princip:prameny skleněných vláken napuštěných polyesterovou pryskyřicí se navíjí na pomalu rotující kovový nebo sklolaminátový trn. Navinutý výrobek i s trnem se dá do sušárny k vytvrzení a potom se z trnu stáhne. Lze navíjet také nádoby se zaoblenými čely, ale v čele musí zůstat vždy otvory pro oboustranné uložení trnu při navíjení. Aby se dal trn po vytvrzení z nádoby vyjmout, bývá rozebiratelný. Otvory v čele navinuté nádoby lze uzavřít ručním laminováním. Pevnost v tahu navinutého laminátu ve směru vláken je Rm = 800 MPa. Výrobky: pevné duté výrobky rotačních tvarů - obilní sila, skladovací nádrže, cisterny, tlakové trubky ap. až do průměru 5 m a délky 12 m. Obr. Zpúsoby navíjení nádob ze skelných laminátů. 2. ZPRACOVÁNÍ PLASTŮ NA POLOTOVARY 2.a) VYTLAČOVÁNÍ Kontinuální výroba tyčí, trubek, hadic, profilů, desek a fólií hlavně z termoplastů na vytlačovacích strojích. Granulovaný termoplast se taví v topném válci a ocelový šnek protlačuje taveninu tvarovou hubicí požadovaného profilu. Ihned za strojem se vytlačovaný polotovar kalibruje, chladí a buď se navíjí nebo se řeže na určité délky. Vytlačované desky a fólie se mohou ještě za tepla homogenizovat válcováním nebo se mohou naválcovat na nosný podklad (papír, tkanina aj.).

8 Fólie lze vyrábět nafukováním vytlačované ještě teplé a tvárné trubky (z PE), přičemž se stěna trubky ztenčuje až na několik setin milimetru. Složená dvojitá fólie se pak navíjí. 8 Obr. Schéma vytlačovacího stroje s hubicí na výrobu trubek z termoplastů. Obr. Linka na výrobu fólií vyfukováním. Obr. Vyfukovací hubice na výrobu fólií. Elastomery, homogenní nebo pěnové, se vytlačují na hadice a různé profily.

9 2.b) VÁLCOVÁNÍ 9 Válcováním se na vytápěných válcovacích strojích (tzv. kalandrech) vyrábějí pásy a fólie z termoplastů a elastomerů. Mohou se také naválcovat na nosnou podkladovou tkaninu, plsť, apod. nebo vytlačovat do jejich povrchu reliéfové vzory (desénování). 2.c) LISOVÁNÍ Obr. Naválcování vrstvy termoplastu na nosnou textilní tkaninu. Lisováním za tepla se vyrábějí desky, hlavně z vrstvených reaktoplastů. Desky z tvrzených tkanin (textit) se zhotoví lisováním vrstev jemné případně hrubé tkaniny prosycené fenolformaldehydovou pryskyřicí mezi vytápěnými ocelovými deskami v hydraulických etážových lisech. Obrobky z nich vyrobené smějí být namáhány pouze tak, aby nevzniklo nebezpečí štípání vrstev. Stejným způsobem se lisují desky z tvrzeného papíru (kartit). Tenké desky z tvrzeného papíru povrchem z melaminové pryskyřice (umakart) mají zvýšenou tepelnou odolnost povrchu. Desky ze skelných laminátů se lisují z vrstev skleněných tkanin s epoxidovou, polyesterovou, fenolickou nebo silikonovou pryskyřicí. s Obr. Výroba vrstvených hmot v etážovém lisu. Ad. 2d) JINÉ ZPŮSOBY ZPRACOVÁNÍ Desky, bloky, tyče a trubky z PMMA a alkalického PA sezhotovují odléváním monomeru a následující polymerací ve formě.

10 Trubky z tvrzených tkanin a tvrzeného papíru se vyrábějí navíjením bavlněné tkaniny (popř.papíru) nasycené fenolformaldehydovou pryskyřicí na horký trn a pak válcováním nebo lisováním za tepla až do vytvrzení. 10 Desky a bloky z pěnových plastů, PS, PUR měkký a tvrdý se vyrábějí zpěňováním ve formách pod nízkým tlakem. Vlákna se zhotovují tak, že roztavený polymer protéká nebo se vytlačuje hubicí s drobnými otvory a ochlazuje se vzduchem nebo ve vodní lázni. Takto získané vlákno se orientuje, tj. natahuje se a zužuje, při čemž se makrokolekulární řetězce srovnávají do směru tažení a pevnost vzroste cca 5x. Vlákna se spřádají a vyrábějí se z nich pramence, rouna, rohože a tkaniny. Jednotlivá silnější vlákna jsou vlasce, žíně a struny. 3. TVAROVÁNÍ POLOTOVARŮ NA VÝROBKY 3a) OBRÁBĚNÍ Používá se v kusové výrobě. Obrábí se desky, bloky, tyče a trubky. Většina plastů se dá dobře obrábět, hlavně pevné a houževnaté homogenní materiály. Tvrdá plniva (břidličná nebo křemičitá moučka, skleněná vlákna ap.) zhoršují obrábění a otupují nástroje. Při obrábění je nutné pamatovat na zahřívání plastové části a tepelnou roztažnost, což může vést k nepřesným rozměrům po ochlazení. 3b) OHÝBÁNÍ Desky z termoplastů se ohýbají do tloušťky 10 mm.vnitřní poloměr ohybu má být dvojnásobek tloušťky.deska se ohřeje plamenem nebo horkou kovovou lištou. Na horkých válcích se desky ohýbají pro velkoprůměrová potrubí a po délce se svařují. Trubky z termoplastů se ohýbají tak, že se do nich vloží šroubovité pružiny, pružné hadice nebo písek, aby se nezploštily. Ohřejí se a ohnou rukou nebo podle šablony. Obr. Ohýbání trubek z termoplastů na dřevěné šabloně. 3c) VAKUOVÉ TVAROVÁNÍ Tenké desky a fólie z termoplastů se tvarují podtlakem za tepla v jednostranných formách, v kaučukovitém stavu polymeru. Přitom dochází k jistému přemísťování makromolekul a k jejich částečné orientaci do směru tvarování. Následkem této orientace je výrobek o ochlazení a ztuhnutí zčásti anizotropní a při opětném ohřevu má sklon vrátit se částečně do původního stavu (tzv. tvarová paměť). Formy mohou být ze dřeva, sádry, plastů apod. 1. Vakuové tvarování jednoduché se používá jen do hloubky polovičního průměru (popř.šířky) výrobku, aby se vytahováním v rozích a na hranách u dna neztenčila příliš stěna. Ohřev Přidržovač d

11 11 Tenká deska nebo fólie h max =d/2 kanálky k odsátí výrobek vzduchu z formy Forma Obr. Postup při jednoduchém vakuovém tvarování. vysátí vzduchu z formy 2. Kombinace vakuového tvarování s tažením umožní dosáhnout hloubku výtažku rovnou jeho průměru. Výtažky mají mít velká zaoblení, alespoň 3násobek tloušťky stěny. Nejvhodnější je kruhový nebo eliptický půdorys výtažku. Příklady výrobků: tenkostěnné krabice, kelímky, obaloviny, umyvadla, vany, části karoserií, vnitřní stěny ledniček aj. Obr. Vkuové tvarování s tažením. 3d) VYFUKOVÁNÍ Duté výrobky, např. láhve, kanystry apod., se vyrábí vyfukováním právě vyrobeného ještě horkého polotovaru, jímž je buď tvarový výstřik, nebo častěji vytlačovaná trubka. Tloušťka stěny výrobku je nestejná, nejmenší v místě největšího rozšíření tvaru při vyfukování. Rovnoměrnější tloušťky stěn se dosáhne použitím tvarového výstřiku jako polotovaru, je dražší. Speciální vyfukovací stroje se skládají z vytlačovacího stroje na trubkový polotovar, z ocelových forem upnutých do uzavírací jednotky a z nafukovacího zařízení. Stroje pracují automaticky. Vyfukováním se mohou tvarovat také dvě předehřáté fólie např. při výrobě hraček, dutých koleček ap., jejichž tvar pro vyfukování z trubky není výhodný.

12 12 Obr. Principy vyfukování dutých výrobků z termoplastu. Obr. Postup výroby lahví z PE na vyfukovacím automatu. 5. SPOJOVÁNÍ VÝROBKŮ A POLOTOVARŮ Z PLASTŮ Mechanické spojování Sešroubování, nýtování, pružným spojením. Je-li závit vytvořen v plastu, je nutné pamatovat na možné rozměrové změny (teplotní roztažnost, navlhavost, dodatečné smrštění). Pro více namáhané spoje jsou vhodné spojovací šrouby kovové. Do součástí z termoplastů jsou též vhodné šrouby samořezné nebo samotvářecí, takže součást lze vystříknout z hladkými dírami.

13 13 Obr. Rozebíratelné spojení trubek z plastů. Pružná spojení se používají stale častěji, hlavně u termoplastů s výraznou mezí pružnosti (POM). Bývají většinou rozebiratelná. Při snýtování součástí z termoplastů lze využít možnosti tvářet hlavy nýtů tlakem za tepla, u malých průměrů nýtů i za studena. Nýty mohou být jako samostatné součásti nebo jako výběžky jedné součásti. Kromě mechanického spojování se používá také lepení a u termoplastů ještě svařování. Obr. Spojení součástí z termoplastů snýtováním.