Экструзионно-выдувное формование объемных изделий

Полые (объемные) изделия из термопластов широко применяются для упаковки пищевых и химических продуктов, технических масел и смазок, моющих и косметических средств, т.е. тары, игрушек и других видов объемных изделий. Полые изделия изготовляют методами выдувного и ротационного формования, центробежного литья, термостатирования, литья под давлением. Наиболее распространен метод выдувного формования, который обеспечивает получение изделий объемом: от флаконов емкостью 2 мл и меньше до топливных баков емкостью 3000 л.

При выборе материалов для изготовления полимерной тары учитываются требования, предъявляемые к изделиям. В одних случаях значение имеют физико-механические свойства, в других – высокая химическая стойкость ко многим продуктам, негорючесть, низкая газопроницаемость, прозрачность и т.д.

В качестве термопластов для изготовления выдувных изделий широкое применение нашли ПЭНП и ПЭВП, ПВХ (пластифицированный и непластифицированный), УПС, АБС-пластики, ПК, ПА, ПАК, сополимеры формальдегида, ПЭТФ.

Для производства полых изделий применяют следующие способы выдувного формования:

¨ выдавливание трубчатой заготовки на экструдере и ее раздувание сжатым воздухом;

¨ формование заготовки в литьевой форме и последующее раздувание заготовки в выдувной форме литьевой машины;

¨ экструзия трубчатой заготовки и отливка горловины изделия, соединение горловины с заготовкой и ее раздувание;

¨ нагрев предварительно экструдированной трубчатой заготовки и ее раздувание;

¨ сварка трубчатой заготовки из листа с последующим нагревом и раздуванием.

Наиболее распространен экструзионно-выдувной способ формования. Изготовление полых изделий данным методом осуществляется в две стадии:

* 1-я стадия – формование экструзией трубчатой заготовки;

* 2-я стадия – раздув сжатым воздухом помещенной в выдувную форму заготовки.

На этой стадии заготовка принимает конфигурацию готового изделия, которое охлаждается в форме до температуры теплостойкости. После чего извлекается из формы. Для этого экструдированная заготовка зажимается полуформами подвижной выдувной формы или переносится специальным устройством в полость формы.

Сжатый воздух нагнетается в трубчатую заготовку через дорн профилирующей головки экструдера в специальный ниппель или воздух в заготовку подается через центральное отверстие в дорне, который при этом оформляет горловину изделия. Заготовка может раздуваться газом, выделяющимся при нагреве предварительно заложенных в заготовку таблеток порофора. Заготовку можно также раздувать жидкостью, нагнетаемой в ее полость для одновременного ускоренного охлаждения изделий.

Пооперационная схема экструзионно-выдувного формования приведена на рис. 5.41.

Рис. 5.41. Схема производства полых изделий экструзионно-выдувным формованием трубчатой заготовки из термопластов: а – экструзия трубчатой заготовки; б – раздув заготовки и формование изделия; в – съем изделия: 1 – экструдер; 2 – кран подачи сжатого воздуха для формования; 3 – дорн; 4 – мундштук формующей головки экструдера; 5 – трубчатая заготовка расплава полимера; 6 – полуформа; 7 – выдувное (полое) изделие.

Вначале червячным экструдером через угловую кольцевую головку выдавливается трубчатая заготовка. Затем под действием гидро- или пневмоцилиндров форма замыкается, и в полость заготовки через открытый клапан и канал в дорне головки нагнетается сжатый воздух, под действием которого формуется изделие. После охлаждения изделия форма раскрывается, горловина изделия отрезается от заготовки и изделие сбрасывается в приемную тару.

Раздув заготовки может происходить тремя способами (рис. 5.42). На позиции I показан раздув заготовки через дорн. На позиции II показан раздув через ниппель. Экструдируемая заготовка как бы надевается на ниппель. При смыкании полуформ заготовка обжимает ниппель, образуя горловину изделия. Далее в нее подается воздух. На стадии 3 ниппель отводится и изделие извлекается. Раздувом через дорн и ниппель формуют только изделия с отверстиями – типа флаконов и бутылей.

На позиции III показан раздув через полую иглу, которая после смыкания формы вводится через отверстие в полуформе и прокалывает заготовку. Через иглу подается воздух на раздув. После раздува игла отводится, форма раскрывается и изделие извлекается из формы. Прокол после иглы заваривается. Если изделие имеет широкую горловину, то ее оформляют с дополнительной технологической полостью, в которую вводится игла. После извлечения изделия полость обрезают.

Рис. 5.42. Способы раздува заготовки через: I – дорн; II – ниппель; III – иглу; 1 – ниппель; 2 – отверстие для введения иглы; 3 – дополнительная технологическая полость; 4-4 – линия обреза; 5 – облой; 6 – экструзионная головка Экструзионно-выдувные агрегаты. Современные экструзионно-выдув-ные агрегаты состоят из трех основных механизмов, предназначенных: 1.формования трубчатой заготовки; 2.управления головками и формами; 3.выдувания изделия. Механизмы формования трубчатой заготовки разделяют:

· на экструзионный, наиболее распространенный – вращающийся червяк экструдера выдавливает заготовку через профилирующую головку (рис. 5.43);

· на червячно-поршневой, для емкостей более 50 л – червяк экструдера нагнетает пластифицируемый материал в промежуточный обогреваемый цилиндр-копильник, из которого поршнем выдавливается заготовка (рис. 5.44);

· на экструзионный с осевым перемещением червяка – вращающийся червяк пластицирует материал, который выдавливается через головку при осевом перемещении червяка;

· на поршневой – материал пластицируется и выдавливается одним или несколькими поршнями.

Агрегаты конструируются на базе серийно выпускаемых экструдеров и лишь в агрегатах, производящих особо большие изделия, устанавливаются специально сконструированные червячные пластикаторы.

Рис. 5.43. Прямоточная головка (экструзионный метод): 1 – корпус; 2 – перфорированный дорнодержатель; 3 – колено; 4 – адаптер; 5 – ленточные нагреватели; 6 – накидной фланец; 7 – матрица; 8 – дорн с коническим наконечником; А – расплав; В – коническая щель; С - заготовка

Рис. 5.44. Аккумуляторная головка плунжерного (поршневого) типа (червячно-поршневой метод): 1 – заготовка; 2 – наконечник; 3 –разъемная коническая муфта; 4 – корпус; 5 – рабочая полость; 6 – шток; 7 – поршень; 8 – гидроцилиндр; 9 – конечный выключатель; 10 – кулачок; 11 – поршень; 12 – экструдер; 13 – матрица; 14 - дорн

Назначение головки – сформировать заготовку расплава с однородной толщиной, как по периметру, так и по высоте или с заданным характером изменения толщины по высоте и по периметру. Головки для профилирования трубчатых заготовок разделяется на горизонтальные и вертикальные, прямоточные (осевые) и угловые, одноручьевые и многоручьевые, с регулируемым и нерегулируемым (в процессе выдавливания заготовки) кольцевым зазором.

Приемно-раздувное устройство включает в себя несколько механизмов:

v нож (холодный или нагретый) для отделения участка заготовки, подлежащего формованию;

v механизм транспортирования заготовки от головки к выдувной форме с зажимными планками или цангами;

v механизм смыкания и размыкания выдувной формы;

v механизм запирания формы;

v механизм раздува заготовки;

v механизм удаления облоя;

v механизм съема изделия.

Типичный экструзионно-выдувной агрегат (рис. 5.45) включает экструдер, головку, систему механизмов приемно-раздувного устройства, устройство для сушки и разогрева гранул, пневмопогрузчик, шкаф тепловой автоматики, пульт управления, систему пневмо- и гидропривода.

Рис. 5.45. Общий вид и схема экструзионно-выдувного агрегата: 1 – экструдер; 2 – головка; 3 – выдувное устройство; 4 – устройство для удаления облоя; 5 – устройство для подсушки гранул; 6 – пневмопогрузчик; 7 – системы пневмо- и гидропривода; 8 – шкаф тепловой автоматики; 9 – пульт управления.

Инжекционно-выдувное формование полых изделий из литьевых заготовок (преформ). При инжекционно-выдувном формовании вначале отливают тонкостенную заготовку (преформу) в литьевой форме на дорне. Затем дорн с горячей заготовкой переносят в выдувную форму, где под действием сжатого воздуха из заготовки формуются изделие.

Инжекционно-выдувные агрегаты обычно комплектуют на базе литьевых машин для переработки термопластов. Все дополнительные операции, связанные с размыканием и замыканием форм и их перемещениями, а также транспортировкой заготовки и сталкиванием готового изделия автоматизированы.

Инжекционно-выдувной метод менее производителен, чем экструзионно-выдувной, и не позволяет формировать полые изделия больших размеров (до 250 л) и сложной конструкции. К преимуществам этого метода относится возможность формирования изделий с калиброванной горловиной и заданным распределением толщины изделий на различных участках. Изделия обычно более прочные и имеют более чистую поверхность; отсутствуют отходы материала; изделия не нуждаются в зачистке и механической обработке (пример, емкости из ПТЭФ).

Применятся однофазный и двухфазный способы инжекционно-выдувного формования.

Схема однофазного формования приведена на рис. 5.46. В позиции I из червячной литьевой машины пластифицированный материал впрыскивается в замкнутую литьевую форму, обеспечивая формование заготовки для полого изделия. После частичного остывания заготовки литьевая форма размыкается, и переносное устройство поворачивается на 180⁰ вокруг вертикальной оси. При этом

Рис. 5.46. Общий вид современной инжекционно-выдувной машины и схема инжекционно-выдувного формования: 1 – инжекционный цилиндр литьевой машины; 2 – дорн; 3 – литьевая заготовка; 4 – литьевая форма; 5 – выдувная форма; 6 – переносное устройство; а и б – каналы подачи сжатого воздуха

отлитая заготовка переносится вместе с дорном в полость разомкнутой выдувной формы (позиция II). Выдувная форма замыкается, и через каналы (а) и (б) в переносном устройстве нагнетается сжатый воздух для формования изделия из заготовки. После охлаждения и затвердевания изделия выдувная форма размыкается, отформованное полое изделие сбрасывается с дорна струей сжатого воздуха или механическим сталкивателем, и цикл формования повторяется.

Более широко применяется двухфазный раздельный способ получения объемных изделий малой емкости из ПЭТ-преформ (пробирок). На специализированных червячно-плунжерных литьевых машинах (широко применятся термопластавтоматы модели“Husky”) в 48-гнездных и более литьевых формах отливаются ПЭТ-преформы, которые затем поставляются на предприятия-производители пищевых жидких продуктов. В специализированных цехах данных предприятий на высокоскоростных ротационных выдувных машинах (SBM-машинах) (рис. 5.47) формуются ПЭТ-бутылки.

Рис. 5.47. Общий вид и схема инжекционно-выдувного формования из ПЭТ-преформ на SBM-машинах: 1- выдувная форма; 2 – преформа; 3 – стержень-вытягиватель

Основные узлы SBM-машины – камера ИК-нагрева преформ и блок выдува емкости. Из основного загрузочного бункера преформы поступают в распределитель, в котором автоматически принимают необходимое положение. При помощи подающей спирали они поступают на подающее зубчатое колесо. Каждая преформа захватывается за кольцо на горлышке специальными цапфами и в перевернутом положении подается на карусель нагрева, которая проносит их сквозь камеру нагрева. Внутри камеры преформы постоянно вращаются вокруг своей оси, для того, чтобы нагрев был равномерным. По выходе из камеры нагрева разогретые до температуры около 110 ⁰С преформы в течение определенного времени оставляются для уравнивания (эквилибрации) температуры, а затем подаются в открытые формы для выдува бутылок (а). Как только форма закрывается (б), преформа немедленно вытягивается и предварительно надувается. Растягивание выполняется механически с помощью специального растягивающего стержня, который вставляется в горлышко будущей бутылки и опускается вниз, в сторону ее дна (в). В результате этого размягченная преформа удлиняется. Глубина хода стержня регулируется механически и зависит от размера и формы будущей бутылки. Затем в течение секунды продолжается фаза выдува (г), проходящая при давлении в 2,5 МПа, в ходе которой бутылка приобретает свою окончательную форму. Растягивающий стержень вынимается, бутылка, прижимаясь к холодным стенкам формы, охлаждается и становится достаточно жесткой, после чего форма открывается и выпускает готовую бутылку (д).