Глава 14. Производство изделий термоформованием

Глава 14. Производство изделий термоформованием



Основная особсшкк'ть этого способа переработки полимерных материалов в от¬личие от предыдущих заключается и том, что формопаш не из расплава, а из заготовок полимерного материала (листа, пленки), нагретых до паз-иягченного состояния. Известно несколько разновидностей термоформования: паку-таформовка. пневмоформовка. иневмовакуум-формование. вытяжка свободная кс пуансоном, штамповка и пр. Псе :>тн разновидности объединяются принципиаль¬ной общностью технологий, суть которых в следующем: полимерная заготовка нагре¬вается до размяпенин. приложенным усилием оформляется в изделие и затем охлаж¬дается при сохраняющемся усилии формования.
Термоформованнем перерабатываются большинство термопластов. Лучшие резуль¬таты получают на аморфных полимерах ПВХ, ПС, ПММ, ПК, перерабатывают этим методом н Кристаллизующиеся полимеры ПЭВП, ПЭНП, ПП. Практически не терм о-формуютсл такие кристаллические термопластики, как ПА и ПФЛ.
Ассортимент изделий, получаемых термоформованием, необычайно широк: от гарных емкостей объемом в доли кубических сантиметров до корпусных детален, площади которых исчисляются квадратными метрами,
Разновидностью термоформоваиия является метод получения бутылок раздувом нагретых заготовок, называемых нреформамн, в свою очередь получаемых литьем пол давлением.
К бесспорным достоинствам метода термоформоваиия относятся: простота тех¬нологии и машинного оформления, низкая энергоемкость, невысокая стоимость ис¬пользуемой оснастки, ВОЗМОЖНОСТЬ полной автоматизации процесса, универсаль¬ность но виду перерабатываемых пластмасс, с упрощенным переходом от одного полимерного материала к другому.

НЭак. M4J

14.1. Теория метода
Формирование изделий из листовых, пленочных нлн иных заготовок производит¬ся в условиях нагрева полимера выше температуры размягчения 7",,. В этом случае модуль упругости термопластов понижается рис. 14.1, а приблизительно на два десятич¬ных порядку, что резко уменьшает значение усилия, необходимого для осуществления процесса формовки. Температура (|юрмования изделия 7* существенно ниже темпе¬ратуры плавления полимера. Обе эти особенности и определяют главные техни¬ко-экономические достоинства метода.
Выбор значения Г* зависит от свойств перерабатываемого материала и наиболее наглядно иллюстрируется с помощью термомеханнчеекпх кривых (рис. 14.1. б). Из¬вестно, что аморфные полимеры при нагревании выше Тр размягчаются и переходят в высокоэластическое состояние, начинающееся с Т11У При дальнейшем нагревании до температуры начала плавления Г|Ш физическое состояние аморфного термоплас¬та остается неизменным, что выражается в виде так называемого «плато* на ТМК (рис. 14.1, б, кривая /). Следовательно, в интервале температур Ч~Ю-ТШ1 полимер при¬обретает качества, позволяющие легко его деформировать, придавая листовой, пле¬ночной или иной заготовке форму изделия.
Рис, 14.1. Влияние температуры на изменение свойств и состояние термопластов: и — модуль упругости Е\б — термомехапнческис кривые кристаллизующегося —2 н аморфно¬го — /термопластов;вит— условно-схематическое молскулярво-коиформацион-
нос состояние термопластов при температуре формовании Гф: а - неиагруженное; г — нагруженное усилием Р*
Физико-химическая особенность высокоэластичсского деформирования состоит втом. что оно происходит за счег вытягивания макромолекул, концы которых сохраняют неизменное положение. Весьма упрощенно это можно проиллюстрировать с помощью рисунка 14.1, в и г. В положении «в» полимер не нагружен и макромолекула занимает форму квазиклубка, как термодинамически наиболее выгодную. После приложения усилия формования Рф полимерный образец удлиняется па Д/ за счет вытягивания сегментов макромолекул в направлении вектора При этом положение концов мак¬ромолекул остается неизменным. Понятно, что чем плотнее и организованнее уклад¬ка макроцепей в исходной полимерной заготовке, тем сложнее осуществлять кон-форм а и по иные перестроения макромолекул и. соответственно, ее деформирование в размягченном состоянии. Поэтому температурный диапазон термоформования кристаллизующихся полимеров, во-первых, уже, чем у аморфных, и, во-вторых, сдвинут ближе к температуре плавления (рис. 14.1,6, кривая 2).
Новая надмолекулярная структура полимеров, подвергнутых термоформованию, является неравновесной. Это вызывает структурно-релаксационные процессы, темп которых зависит от температуры эксплуатации. Чем выше температура, тем быстрее «отдеформпрованпый из заготовки образец» будет стремиться вернуться к своей ис¬ходной геометрической форме.
Таким образом, изделия, полученные методом термодеформирования, могут экс¬плуатироваться лишь при температурах, категорически не превышающих 7'|Г