Ekstruzijos pūtimo formavimo technika plastikui gaminti ir naudojamų plastikų rūšys
Pendahuluanas
Pakuočių ir namų apyvokos reikmenų pramonėje daugelis tuščiavidurių plastikinių objektų, tokių kaip buteliai, kanistrai, maži galonų ąsočiai, šampūno pakuotės, ploviklių indai ir net mažos talpyklos, gaminami naudojant pūtimo procesą. Vienas iš plačiausiai naudojamų metodų yra ekstruzinis pūtimas (EBM), nes šis procesas yra gana greitas, lankstus įvairiems gaminių dydžiams ir ekonomiškas masinei gamybai. Šiame straipsnyje aptariami ekstruzinio pūtimo formavimo technikos veikimo principai, proceso etapai, pagrindiniai mašinos komponentai, jos privalumai ir apribojimai, taip pat dažniausiai naudojamų plastikų rūšys ir jų pasirinkimo priežastys.
Ar tai ekstruzinis formavimas pūtimu?
Ekstruzinis pūtimas – tai tuščiavidurio plastiko formavimo technika, kai išlydytas plastikas išspaudžiamas į vamzdelį (vadinamą parisonu), tada parisonas suspaudžiamas forma ir pučiamas suslėgtu oru, kad plastikas priliptų prie formos sienelės, suformuojant gaminį pagal formos konstrukciją.
Skirtingai nuo liejimo įpurškimu, kai naudojami įpurškimo būdu pagaminti ruošiniai, EBM formuoja ruošinius tiesiogiai ekstruzijos būdu. Dėl to EBM idealiai tinka vidutinio ir didelio tūrio gaminiams, ne tokioms tikslioms kaklelio formoms ir aukštiems gamybos reikalavimams.
Pagrindiniai principai ir proceso etapai
Apskritai, ekstruzinio pūtimo formavimo procesą galima paaiškinti šiais etapais:
1. Medžiagų lydymas ir plastifikavimas
Plastiko žaliava (dažniausiai granulės) patenka į piltuvą ir sraigtu įstumiama į statinę. Čia plastikas palaipsniui kaitinamas ir lydomas, kad susidarytų homogeninis lydalas.
2. Parisonų (lydymosi vamzdelių) susidarymas
Išlydytas plastikas išeina pro štampo galvutę ir sudaro tuščiavidurį vamzdelį, kuris kabo žemyn. Parisono storis yra labai svarbus, nes jis turės įtakos galutinio produkto sienelės storiui.
3. Pelėsio uždarymas
Kai ruošinys pasiekia tam tikrą ilgį, forma užsidaro ir jį suspaudžia. Paprastai nuspaudžiama ruošinio apačia, taip suformuojant gaminio pagrindą.
4. Oro pūtimas
Suslėgtas oras pučiamas per pūtimo kaištį arba antgalį. Parisonas išsiplečia ir prilimpa prie formos paviršiaus, formuodamas gaminio geometriją.
5. Aušinimas
Forma aušinama cirkuliuojančiu vandeniu, kad plastikas sukietėtų. Aušinimo etapas lemia ciklo laiką ir matmenų kokybę.
6. Formos atidarymas ir gaminio išėmimas
Kai pakankamai atvėsta, forma atidaroma ir produktas išimamas. Nupjaunamas likęs plastikas, susidaręs po blykstės proceso.
7. Apipjaustymas ir apdaila
Kaklas ir pagrindo blykstė yra apipjaustyti. Kai kuriems gaminiams reikalingas papildomas apdorojimas, pvz., gręžimas, dangtelio / rankenos montavimas arba sandarumo patikrinimas.
Pagrindiniai ekstruzijos pūtimo formavimo mašinos komponentai
Kai kurios svarbios EBM mašinos dalys yra šios:
– Ekstruderis (sraigtinis ir cilindrinis): lydo ir maišo plastiką.
– Štampo galvutė: formuoja ruošinį; jos konstrukcija lemia srauto stabilumą ir storį.
– Pelėsis: formuoja galutinį produktą; turi aušinimo kanalą.
– Pūtimo sistema: užtikrina suslėgto oro tiekimą ir pūtimo valdymą.
– Prispaudimo įtaisas: atidaro ir uždaro formą tam tikra prispaudimo jėga.
– Valdymo sistema: reguliuoja temperatūrą, slėgį, ciklo laiką ir proceso parametrus.
Šiuolaikinėse mašinose yra ruošinių programavimo funkcija, kuri yra dinaminis ruošinių storio nustatymas (pavyzdžiui, storesnis sukibimo srityje ir plonesnis kitose vietose), siekiant taupyti medžiagą ir sumažinti defektus.
Įprasti produktai, pagaminti naudojant EBM
EBM metodai plačiai naudojami kuriant:
– Šampūno buteliukai, skystas muilas ir kosmetika
– Automobilių tepalų ir skysčių buteliai
– 1–30 litrų talpos (ar net didesnės) kanistrai ir konteineriai
– Maži galonai, tam tikri gėrimų buteliai (atsižvelgiant į apsauginius reikalavimus)
– Tuščiaviduriai plastikiniai žaislai, plūdės, tuščiaviduriai automobilių komponentai
– Mažos talpyklos, ortakiai arba tam tikri inžineriniai komponentai
EBM ypač pranoksta gaminius, kuriems reikalinga ergonomiška forma ir integruota rankena, pavyzdžiui, ploviklių kanistrus.
Kokybę įtakojantys proceso parametrai
Kai kurie svarbūs EBM veiksniai:
– Plastiko lydymosi temperatūra: per žema lemia prastą tekėjimą ir šiurkštų paviršių; per aukšta gali sukelti degradaciją.
– Ekstruzijos greitis: turi įtakos ruošinio stabilumui ir produktyvumui.
– Pūtimo slėgis ir laikas: nustato paviršiaus detales ir galimus defektus, pvz., nepilną pūtimą.
– Suspaudimo formos konstrukcija: turi įtakos jungties stiprumui prie pagrindo / krašto.
– Formos aušinimas: turi įtakos susitraukimui ir deformacijai.
Dažniausi defektai yra nelygios sienos, per didelis mirksėjimas, kriauklės žymės arba nuotėkiai suspaudimo vietose.
Ekstruzinio pūtimo formavimo privalumai ir apribojimai
Privalumai:
– Didelis tuščiavidurių gaminių našumas
– Gali kurti sudėtingas formas, įskaitant integruotas rankenas
– Mažos vieneto kainos masinei gamybai
– Atraižos (blyksnio) daugeliu atvejų gali būti persmulkintos ir pakartotinai panaudotos tam tikru procentu.
Keterbatasanas:
– Matmenų tikslumas, ypač ties kakleliu / sriegiu, paprastai yra mažesnis nei įpurškimo būdu pūsto metalo.
– Sukuria blykstę, kurią reikia apkarpyti (pridedamas apdorojimo žingsnis)
– Sienelės storio valdymas gali būti sudėtingas be ruošinių programavimo.
– Tam tikroms pakuotėms, kurioms reikalingas didelis dujų nepralaidumas (pvz., gazuotiems gėrimams), standartinė EBM gali būti ne tokia ideali, jei nenaudojamos specialios medžiagos ar daugiasluoksnės medžiagos.
Plastiko rūšys, naudojamos ekstruzijos pūtimo formavime
Medžiagų pasirinkimas labai priklauso nuo mechaninių savybių, atsparumo cheminiam poveikiui, barjerinių reikalavimų, skaidrumo ir kainos. Dažniausiai pasitaikantys plastiko tipai yra:
1. HDPE (didelio tankio polietilenas)
HDPE yra populiariausia EBM medžiaga, ypač kanistrams, buitinių chemikalų buteliams, plovikliams ir pramoninėms talpykloms.
Privalumai:
– Atsparus cheminėms medžiagoms ir smūgiams
– Stiprus, pakankamai standus ir lengvas
– Lengva apdoroti EBM sistemoje
– Santykinai ekonomiška kaina
Panaudojimas: kanistrai, šampūno buteliai (kuriems nereikia didelio skaidrumo), valymo buteliai, alyvos talpyklos.
2. LDPE ir LLDPE (mažo tankio ir linijinis mažo tankio PE)
LDPE/LLDPE paprastai yra lankstesnis nei HDPE.
Privalumai:
– Lankstus, atsparus įtrūkimams (įtempių susidarymui) tam tikromis sąlygomis
– Tinka gaminiams, kuriems reikalingos „suspaudimo“ galimybės
Panaudojimas: spaudžiami buteliai, minkšti indai, kai kurių tipų skystos pakuotės.
3. PP (polipropilenas)
PP yra gana tvirtas ir pasižymi geresniu atsparumu karščiui nei PE.
Privalumai:
– Didesnis atsparumas temperatūrai
– Geras atsparumas cheminėms medžiagoms
– Tvirtas ir lengvas
Apribojimai: žemoje temperatūroje PP gali būti trapesnis nei HDPE.
Paskirtis: tam tikriems farmacijos / chemijos buteliams, talpykloms, kurioms reikalingas didesnis atsparumas karščiui.
4. PVC (polivinilchloridas)
PVC kažkada buvo plačiai naudojamas buteliams dėl savo skaidrumo ir lengvo liejimo, tačiau kai kuriose šalyse / pramonės šakose jo naudojimas sumažėjo dėl aplinkosaugos ir priedų problemų.
Privalumai:
– Gali būti labai skaidrus ir blizgus
– Barjerinės savybės yra pakankamai geros tam tikroms reikmėms
Pastaba: PVC gamybos procesas reikalauja griežtos kontrolės, kad būtų išvengta terminio skaidymo (HCl išsiskyrimo).
Naudojimas: kai kurie kosmetikos buteliukai arba speciali pakuotė (atsižvelgiant į reglamentus).
5. PETG ir tam tikros „poliesterio“ medžiagos (rečiau pasitaikančios EBM)
Gaminiams, kuriems reikalingas didelis skaidrumas ir aukščiausios kokybės išvaizda, kai kurie gamintojai naudoja tam tikras poliesterio pagrindu pagamintas medžiagas, nors įprastas PET dažniau apdorojamas įpurškimo, tempimo ir pūtimo būdu.
Naudojimas: kosmetikos pakuotės, tam tikri demonstraciniai buteliai.
6. Daugiasluoksnis (bendro ekstruzijos pūtimo formavimas): EVOH, PA (nailonas) ir lipni derva
Esant dideliems barjeriniams reikalavimams (pvz., atsparumui deguoniui, aromatams ar tirpikliams), EBM gali būti atliekamas daugiasluoksniu koekstruzijos būdu, kai keli medžiagos sluoksniai yra ekstruduojami vienu metu.
– EVOH (etileno vinilo alkoholis): didelis deguonies barjeras; naudojamas kaip vidurinis sluoksnis.
– PA/nailonas: geresnis barjeras ir atsparumas angliavandeniliams.
– Surišamasis sluoksnis / lipni derva: padeda sukibti sluoksniams, kuriuos natūraliai sunku suklijuoti.
Panaudojimas: mažos degalų talpyklos, tam tikros farmacijos / cheminės pakuotės, buteliai, kuriems reikalingas atsparumas aromatams.
Medžiagų pasirinkimo aspektai
Rinkdamiesi plastiką EBM, pramonės šakos paprastai atsižvelgia į:
– Stiprumo ir atsparumo smūgiams reikalavimai (aukštos kokybės HDPE)
– Cheminis atsparumas gaminio turiniui (PE ir PP paprastai yra labai geri)
– Išvaizdos / skaidrumo reikalavimai (tam tikras PVC arba poliesteris)
– Apsauga nuo dujų / aromato (daugiasluoksnė su EVOH / PA)
– Lengvas perdirbimas (viensluoksnės medžiagos, tokios kaip HDPE, yra paprastesnės nei daugiasluoksnės)
– Medžiagų ir gamybos sąnaudos
Uždarymas
Ekstruzinis pūtimas yra pagrindinė tuščiavidurių plastikinių gaminių gamybos technika, nes ji yra efektyvi, lanksti ir tinkama masinei gamybai. Procesas apima ruošinių formavimą ekstruzijos būdu, formos prispaudimą, oro pūtimą, aušinimą ir apipjaustymą. Dažniausiai naudojama medžiaga yra HDPE, po to seka LDPE/LLDPE ir PP, o specialiems poreikiams naudojamos PVC ir tam tikros poliesterio medžiagos. Taikant aukštus barjerinius reikalavimus, svarbus sprendimas yra daugiasluoksnė koekstruzijos technologija su EVOH arba PA.
Jei pageidaujate, galiu pritaikyti šį straipsnį į techninę versiją (su proceso temperatūros diapazonais, štampo galvučių tipais, ruošinių storio skaičiavimais ir gamybos parametrų pavyzdžiais) arba paprastesnę versiją mokyklos/kolegijos užduotims.
