Метод механотермоформования
Метод механотермоформования (рис.5) отличается от метода пневмо- и вакуумформования только тем, что формование изделия 5 из плоской заготовки 1 осуществляется за счёт поступательного перемещения формующего пуансона 3, вытягивающего предварительно нагретую устройством 2 заготовку, закреплённую в зажимном устройстве 4.
Рис.5. Схема механотермоформования
Метод реализуется на вакуумформовочных машинах, специальном штамповочном оборудовании и линиях производства тары из рулонных материалов. Соответствующие современные автоматические линии (например, германской фирмы "Иллиг") характеризуются очень высокими параметрами: скорость движения рулонного материала достигает нескольких десятков метров в минуту, а штучная производительность – до десятков тысяч изделий в час. Это обеспечивает конкурентоспособность метода даже по отношению к литьевому формованию изделий из полимеров. К основным его недостаткам следует отнести зависимость от наличия листового или рулонного материала, относительно большое количество отходов и ощутимую разнотолщинность получаемых изделий.
Экономическая целесообразность той или иной технологии определяется, прежде всего, серийностью производства изделия, что наглядно демонстрируется сравнительными данными, приведёнными в таблице, где за относительные условные единицы капитальных затрат и себестоимости производства 20-литровой ёмкости из полиэтилена приняты параметры, соответствующие её формованию пневмовакуумным методом.
Кроме рассмотренных технологических методов, обеспечивающих, как правило, производство жёстких видов полимерной тары и упаковки, существуют технологии производства мягких упаковочных средств, к которым относятся полимерные плёнки и изделия из них (пакеты, мешки и т.п.). Заметим, что в популярной литературе достаточно часто понятие "полимерные плёнки" связывают с неким понятием "гибкие упаковочные материалы ". Хотелось бы обратить внимание на бессмысленность последнего понятия вообще: можно говорить лишь о свойстве различных материалов, полимерных в том числе, сопротивляться деформированию, вызываемому внешней нагрузкой. А вот сама сопротивляемость связывается в технике с совершенно чётким и давно известным понятием о жёсткости конструкции (именно конструкции, а не материала), определяемой её геометрией и свойствами материала, из которого она изготовлена. Если говорить о конструкциях, жёсткость которых мала и которые, как следствие, не могут передавать изгибающих моментов, то такие конструкции, изготовленные из металлов, называются безмоментными (безмоментные оболочки, мембраны), а из полимерных материалов – мягкими. Кстати, именно по критерию относительной жёсткости плоские полимерные изделия делятся на листы и плёнки.
Производство полимерных плёнок базируется на экструзионных технологиях, реализация которых имеет две разновидности. Технологию производства рукавных плёнок можно пояснить на примере работы плёночной линии (рис.6).
Рис.6. Линия для производства рукавных плёнок
Полимерное сырьё в виде гранул из загрузочного бункера 1 захватывается вращающимся шнеком червячного пресса 2 и транспортируется им внутри цилиндра пресса, расплавляясь и гомогенизируясь. Далее получаемый расплав полимера продавливается вращающимся червяком через кольцевую экструзионную головку 10, выходя из неё в виде трубчатой заготовки 3, которая раздувается сжатым газом в рукавную плёнку 4, охлаждаемую обдувочным кольцом 9. Полученная рукавная плёнка складывается специальным устройством 5 и "отбирается" тянущим устройством 6, с которого затем поступает на устройство 8, обеспечивающее сматывание её в рулон 7.
Однако не все полимерные материалы способны раздуваться в оболочечные конструкции, и описанная технология не годится для производства плёнок из таких материалов. В таких случаях применяют так называемый плоскощелевой метод, в соответствии с которым расплав полимера экструдируется через плоскощелевую экструзионную головку в виде полотна, которое "калибруется" в зазоре двух- или многовалковых гладильных каландров и окончательно охлаждается на рольганге (иногда и путём водяного орошения). Существующие технологии производства полимерных плёнок обеспечивают получение как однослойных, так и многослойных плёнок; производство последних сопряжено с большими сложностями как технологического, так конструктивного характера.
В заключение обратим внимание на один из самых важных аспектов производства полимерных тароупаковочных средств, которому, даже в специализированных отечественных периодических изданиях не уделяется должного внимания, что не поддаётся никакому разумному объяснению. Речь о том, что ни одно тароупаковочное полимерное средство не может быть изготовлено без формующего инструмента, которым должен быть оснащён тот или иной тип технологического оборудования. Производители же оборудования, как правило, формующим инструментом его не комплектуют (исключение составляют лишь плёночные линии). Эта ситуация вполне понятна и объяснима: производитель оборудования не может позволить себе заранее проектировать, а тем более изготавливать формующий инструмент "на все случаи жизни". Более того, в зависимости от сложности проектируемого к производству изделия, выбранной технологии его изготовления стоимость формующего инструмента может достигать уровня стоимости самого технологического оборудования. Например, оснащение экструзионно-раздувного агрегата угловой экструзионной головкой, обеспечивающей "программирование" толщины стенки экструдируемой заготовки, почти вдвое увеличивает его стоимость. В индустриально развитых странах эта проблема решена - там уже давно существуют специализированные фирмы, занимающиеся вопросами проектирования и изготовления формующего инструмента для переработки полимеров. У нас, в России, решение этой проблемы находится пока в зачаточном состоянии. Это приводит к тому, что проектируемый не всегда профессионально подготовленными специалистами формующий инструмент не может обеспечить производство изделий, качество которых отвечало бы мировым стандартам. Кроме того, не следует забывать, что проектируемый формующий инструмент для производства того или иного вида изделий во многом, если не вообще, определяет выбор типоразмера оборудования. Отсюда следует, что выбор оборудования и проектирование формующего инструмента - неразрывно связанные задачи, решение которых должно оптимизировать производственный процесс. В противном случае формующий инструмент либо вообще нельзя установить на оборудование, либо оно работает не на полную технологическую мощность, снижая экономические показатели производства.
Изложенное показывает, что производство тары и упаковки из полимерных материалов - весьма сложный, многоуровневый процесс, успешная реализация которого требует глубокой профессиональной подготовки не только в области экономики и технологий переработки полимеров, но прежде всего в области конструирования оборудования и формующего инструмента.
НПО Арсенал
