Машини за формоване на пластмаси чрез раздуване

Формоването на пластмаси чрез раздуване е популярен метод за производството на тънкостенни кухи изделия с различни профили от термопластични полимери, включително пластмасови бутилки и контейнери в широк асортимент от форми и размери. Най-популярните продукти, изработвани чрез раздуване, са бутилки за вода, мляко, сокове и други напитки, течни сапуни и детергенти, козметични и лекарствени средства, моторни масла, играчки и компоненти за електрически и електронни изделия, както и големи пластмасови контейнери, варели, резервоари и други съдове за съхранение. Изделията, формовани чрез раздуване, могат да бъдат изработени от богат набор термопластични полимерни материали, включително полиетилен с ниска плътност (LDPE), полиетилен с висока плътност (HDPE), полиетилен терефталат (PET), полипропилен (PP), поливинилхлорид (PVC), полистирен (PS) и др.

Най-общо методът се подразделя на три основни технологии: екструдиране на раздувни изделия (extrusion blow molding), инжекционно формоване чрез раздуване (injection blow molding ) и инжекционно формоване чрез раздуване с изтегляне (injection stretch blow molding).

За целта се използват специализирани машини за формоване, които стават все по-високоефективни и производителни с всяко следващо поколение технологии в полимерната индустрия. Сред най-актуалните иновации, които производителите на оборудване за раздуване чрез формоване внедряват в продуктите си, са микропроцесорни управления, роботизирани системи и други модерни средства за повишаване степента на автоматизация на процеса, платформи за мониторинг на работните параметри и др.

Същност и особености на процеса

Формоването чрез раздуване е традиционна технология за производство на кухи изделия посредством издуване на тръбна заготовка и оформяне на крайното изделие в пресформа. Изходната суровина – термопластичен полимер, се доставя до машината под формата на пелети или гранули, които първо се разтопяват, а от получения материал се формова куха тръбна заготовка.

Заготовката се поставя между двете части на пресформата и се издува с помощта на въздух под налягане докато напълно приеме вътрешната форма на кухината. След като изделието се втвърди и охлади, се вади от пресформата. Обикновено в процеса се използват налягания в диапазона 1-10 bar, много по-малки в сравнение с тези при класическото инжекционно формоване.

Всички вариации на метода обхващат три основни етапа. Първият включва топене и пластифициране на полимера, което се постига чрез екструдиране или инжекционно формоване и съответното оборудване. Вторият етап е пластичното формоване на тръбната заготовка. В рамките на третата фаза спомагателен компресор подава въздух към пресформата, управлявана посредством хидравлична система.

Тръбната заготовка, която се раздува, представлява подобно на епруветка предварително формовано изделие с отвор от едната страна (със или без готово гърло), в който се въвежда въздухът под налягане. При екструдирането на раздувни изделия обикновено се налага последващо премахване на излишния материал, останал върху продукта.

Оборудване за формоване чрез раздуване се използва в различни отрасли на индустрията, включително за производството на промишлени компоненти, изделия и продукти, части за автомобилостроенето, електрониката и производството на електроуреди, играчки и др. Машините за изпълнение на тази производствена технология непрекъснато се модернизират през последните десетилетия, а проектантите им постоянно разработват и внедряват иновации по отношение на дизайна, ефективността, прецизността, производителността, енергийната ефективност и автоматизацията.

Различните типове оборудване за раздуване чрез формоване се класифицират според технологията, изработваните изделия и изходната суровина. Машините в този сегмент намират широко приложение в опаковъчната, хранително-вкусовата и бутилиращата индустрия, фармацевтичната, козметичната, химическата и строителната промишленост, производството на потребителски стоки, електрониката и много други сектори.

Машини за екструдиране на раздувни изделия

Машините за производство на раздувни изделия разтопяват изходната суровина и я екструдират във формата на предварителна тръбна заготовка. Последващите етапи на процеса са сходни при всички типове оборудване за формоване чрез раздуване – позициониране на заготовката в пресформата и издуването й с помощта на въздух под налягане. Следва охлаждане и изваждане на готовото изделие.

Конструкцията на екструдерите типично включва корпус (обикновено с формата на цилиндър) с нагревателни елементи, които се захранват с електричество. В корпуса е разположено работно тяло – шнеково устройство, бутало или дисково устройство. Съобразно вида на работното тяло екструдерите биват шнекови (с едно, две или повече шнекови устройства), дискови, бутални и други.

Обработваната суровина се подава от бункер към т. нар. формоваща глава (матрица за оформяне на крайния продукт). Част от оборудването на екструдера са още задвижване, система за регулиране на температурния режим, контролно-измервателни средства и др.

Методът се прилага в две основни вариации – прекъснато или непрекъснато екструдиране. При непрекъснатия процес тръбната заготовка се екструдира в един етап, а излишъците се отрязват. Прекъснатото екструдиране донякъде е подобно на инжекционното формоване, при което шнекът се завърта, след това спира и изтласква стопилката навън. В една от популярните конфигурации акумулираща система събира разтопената пластмаса и когато предишната форма се е охладила и се е натрупала достатъчно пластмаса, бутало изтласква разтопения материал и образува заготовката.

Шнекът може да работи в прекъснат или непрекъснат режим. При непрекъснатото екструдиране теглото на заготовката я издърпва надолу, а калибрирането на дебелината на стената е по-трудно. Акумулиращите глави и възвратно-постъпателните бутала използват хидравлична система за бързо избутване на заготовката, елиминираща ефекта на теглото й и създаваща условия за прецизно управление на дебелината на стената посредством специално програмиращо устройство.
За непрекъснато екструдиране на раздувни изделия се използват машини с въртящ се диск или такива с бутално работно тяло. Прекъснатият процес се извършва посредством вибрационни шнекове и машини с акумулиращи глави.

Предимствата на екструдирането включват ниска цена на инструменталната екипировка, бързи производствени цикли, възможност за изработване на комплексни дизайни на раздувните изделия, включително и такива с дръжки и други функционални елементи. Недостатъците на метода се свеждат до по-малката конструктивна здравина на готовите изделия и необходимостта да се изработват многослойни заготовки от различни материали, което възпрепятства последващото им рециклиране. При производството на контейнери с широки гърла (например пластмасови буркани, бидони и варели) обикновено се налага довършителна обработка на изделието чрез обрязване на излишъците.

Пазарните анализатори изчисляват, че през последните години търсенето на машини за екструдиране на раздувни изделия е достигнало рекордни нива, а причина за това е все по-широкото приложение на такова оборудване в химическата, фармацевтичната, козметичната, хранително-вкусовата и бутилиращата промишленост.

Машини за инжекционно формоване чрез раздуване

Инжекционното формоване чрез раздуване се използва за производство на кухи пластмасови изделия в големи партиди. Основната разлика с другите типове оборудване в сегмента е, че предварителната тръбна заготовка се изработва посредством инжекционно формоване, като разтопеният материал се излива под налягане през дюза върху щифт, оформящ отвор в единия край на отливката. Впоследствие щифтът се завърта и позиционира отливката за раздуване и охлаждане. Този метод за формоване чрез раздуване е предназначен главно за производство на по-малки бутилки за медицински цели, напитки или други продукти в еднократни дози. Процесът се разделя на три етапа: инжекционно формоване, раздуване и изваждане на готовото изделие.

Конструкцията на машините за леене под налягане включва екструдерен барабан с шнеково устройство, в който се разтопява полимерът. Разтопеният материал се подава в горещоканална разпределителна леякова система, където се инжектира през дюзи в загрята пресформа с щифт в центъра, който оформя вътрешната кухина и отвора на заготовката. Външният профил на заготовката се формова по контура на пресформата при изливане и запълване на разтопения материал. Самата заготовка представлява напълно готово гърло на бутилка (със или без резба), чието тяло предстои да бъде издуто и изтънено при раздуването. Охладеното изделие в някои приложения подлежи на последващо тестване за течове.

Пресформите за заготовките и готовите продукти включват множество релефни особености и кухини, придаващи крайния профил на изделията. Производството се изпълнява посредством три комплекта щифтове, които позволяват едновременно леене под налягане на заготовката, раздуване и изваждане.

Предимствата на машините за леене под налягане на раздувни изделия са основно по отношение на прецизната изработка на гърлото на контейнера. Недостатъците се свеждат до това, че методът е предназначен основно за бутилки с малък капацитет, тъй като по-големите контейнери биха създали трудности при управлението на раздуването. Тъй като материалът не се опъва двуосно при формоването, здравината на контейнера не е голяма. Друг недостатък е, че при този метод не могат да бъдат изработвани дръжки на изделията.

Сред водещите технологични тенденции при машините са леене под налягане и раздуване с все по-висока степен на автоматизация. Иновациите в сегмента през последните години позволяват по-прецизното производство на повече изделия за по-малко време, което превръща метода в разходно-ефективно решение за много индустрии. Друга причина за ръст на приложенията на такова оборудване са възможностите за рециклиране на изделията след края на жизнения им цикъл, което става водещ фактор в хранително-вкусовата промишленост и бутилиращата индустрия.

Машини за инжекционно формоване чрез раздуване с изтегляне

Оборудването за леене под налягане и формоване на пластмасови изделия чрез раздуване и изтегляне обхваща машини, изпълняващи процеса на един или два етапа. Конструкцията на едноетапните машини обикновено включва модели с 3 или 4 работни станции. При двуетапните системи пластмасата първо се формова в пресформа чрез стандартно леене под налягане.

Тук отново предварителните заготовки включват готовото гърло на бутилката (контейнера). Заготовките се събират и охлаждат, а впоследствие се обработват на втора станция за обработка чрез раздуване с разпъване, където предварително се загряват с помощта на инфрачервени нагреватели. Процесът на раздуване е подобен на този при останалите вариации на метода с една основна разлика – по време на издуването щифтът, оформящ кухината и отвора на отливката, се използва и за допълнително разпъване и изтегляне на материала.

Основно предимство на технологията е възможността за производство на големи партиди. Сред недостатъците са ограниченията по отношение на дизайна на бутилките и контейнерите, високите разходи за оборудване на производствените линии, както и изискванията за повече пространство за разполагане на машините в цеха. Водеща тенденция в сегмента е проектирането на все по-компактни системи, изискващи по-малко място в производственото хале.

Произведените в първия етап предварителни заготовки могат да бъдат продавани като завършени изделия на други предприятия, разполагащи с оборудване за последващото им формоване чрез раздуване със или без изтегляне. Машините за раздуване с изтегляне са подходящи за изработката на цилиндрични, правоъгълни или овални бутилки и контейнери.

Едноетапните системи за раздуване с изтегляне произвеждат пластмасовите изделия в непрекъснат цикъл, като отделните операции се извършват от една и съща машина. Традиционните конфигурации включват машини с 4 работни станции, които отговарят за леене под налягане на заготовките, повторно затопляне, раздуване с изтегляне и изваждане на охладените изделия. Тези конструкции обаче са по-скъпи от модерните напоследък модели с 3 станции, при които етапът на повторно затопляне е елиминиран с помощта на латентна топлина от пресформата. Така се постигат икономии на енергия и до 25% по-малко разходи за инструментална екипировка.

Същността на метода е в комбинирането на вертикално разтегляне на полимерния материал с хоризонталното му разпъване по време на раздуването. Това двупосочно разпъване на пластмасата придава Х-образна форма на молекулите на полимера и повече контактни зони между тях, като така придава по-голяма здравина на материала, намалявайки неговата порьозност. Изработените с този метод бутилки са подходящи за специфични продукти като газирани напитки например.

Предимствата на технологията включват възможност за изработка на големи партиди в кратки производствени цикли. Тъй като пресформата не се отваря по време на етапа на изтегляне и раздуване, е възможно прецизно и равномерно регулиране на дебелината на стената на изделието дори при изработката на правоъгълни и неправилни форми.

Технологични тенденции

Актуално проучване на глобалния пазар на машини за формоване на пластмасови продукти чрез раздуване, изготвено от агенция Fact.MR, откроява повишената степен на автоматизация, скорост и прецизност като водещи технологични тенденции при моделите от последно поколение в сегмента.

Ръстът в търсенето на раздувни изделия в редица индустриални отрасли като автомобилостроенето, хранително-вкусовия сектор и бутилиращата промишленост, опаковъчната, фармацевтичната, космическата и козметичната индустрия, електрониката и производството на потребителски стоки води до стабилно увеличение на приложенията на такова оборудване в световен мащаб през последните години.

Сред иновациите са машини, включващи множество пещи, които позволяват едновременното производство на няколко продукта, както и модели с усъвършенствани системи за мониторинг и управление параметрите на процеса.

Конструктивните подобрения в оборудването са свързани с търсенето на широк асортимент от комплексни пластмасови продукти с различни профили, свойства и функционални характеристики. Друга водеща тенденция е към по-компактни габарити на машините, както и към модели с роботизирано обслужване и автоматизирани системи за зареждане, разтоварване и смяна на пресформите.

Глобалният стремеж към повишаване на екологосъобразността в полимерната индустрия стимулира производителите да разработват аналози на традиционните суровини, сред които водещи са биопластмасите. Усилено търсене се наблюдава и при изделията от инженерни и други високотехнологични пластмаси с подобрена здравина, издръжливост и функционалност. Внедряването на такива компоненти във все повече производства допълнително стимулира продажбите на модерни машини за формоване чрез раздуване, отбелязват пазарните анализатори.

Една от водещите тенденции в производството на пластмасови продукти, която повлиява и пазара на оборудване за раздувно формоване, е олекотяването на изделията. Не на последно място, производителите непрекъснато се стремят и към повишаване на енергийната ефективност на машините си с оглед на глобалните “зелени” политики в индустрията. Нарастващата дигитализация на производството пък налага машините за формоване на пластмасови изделия чрез раздуване да са все по-свързани и интелигентни, позволяващи интегрирани във високотехнологичните производствени мрежи в цифровите фабрики на бъдещето.