«Ротаційне формування виробів з полімерних матеріалів»
Ротаційне формування займає важливе місце серед основних методів переробки полімерних матеріалів (ПМ). Таблиця 1. Причому в останнє десятиліття отримано ряд значних технологічних переваг даного методу формування бурхливо розвивається промисловість ротаційного формування, з'являється високопродуктивне обладнання, нові комерційні марки і композиції полімерних матеріалів для ротаційного формування, відкриваються нові важливі сфери ринку.
Порівняння можливостей видувного, ротаційного і термоформування
Діапазон обсягу типових виробів, cм3
Так, дуже складно
Матеріали для форм
Тиск в формі
Типові приклади використання виробів, отриманих ротаційним формуванням
Ємності для каналізацій (септики, септик-танки)
Танки для нафтопродуктів
Ємності для води
Ємності для хімікатів
паливні баки
Ємності і танки для транспортування речовин
Дверні ручки
Дорожні огородження і знаки
Бар'єри для огорожі зони робіт
Корпусні деталі для аудіо техніки
багажники
палети
Пнелі інструментів
системи труб
підкрилки
Коляски для інвалідів
Візки для супермаркетів
Контейнери для транспортування і багаторазового використання
IBC-контейнери
Барабани, бочки
Контейнери для авіа перевезень
Контейнери-термоси
Контейнери для дерев
Іграшки та дозвілля
Домашні іграшки
м'ячі
меблі
санки
Іграшки для плавання
Ігрові майданчики і комплекси
Голови і тулуба ляльок
басейни
Матеріали для будинку
піддони
Ємності для сміття
Ємності для риби
упаковки
Поплавці для причалів
облицювання басейнів
Огородження для доків
Процес може бути розбитий на чотири етапи
1.Загрузка певної кількості полімерного матеріалу в форму.
Найчастіше використовується порошкоподібний полімерний матеріал Ротаційна форма являє собою порожню раковінообразную конструкцію, що складається з двох половин, рідше використовуються форми складаються з 3-х і більше частин.
2.Формованіе вироби.
Форму закривають і поміщають у камеру нагріву. В якій проводиться нагрів і бносевое обертання форми. При обертанні полімер підплавляється і налипає на стінки форми. Обертання форми в тепловому полі виробляють зі швидкістю від 4 до 20 об / хв. Це значно нижче, ніж при відцентровому формуванні полімерів. Формування закінчують, коли весь полімер розплавиться і налипне на стінки форми. Процес ротаційного формування відбувається при атмосферному тиску, причому при обертанні форми маса матеріалу не робить істотний тиск на її стінку, тому ротаційні форми можуть мати дуже тонкі стінки, і вони відносно дешеві. Прості форми можуть бути виготовлені протягом декількох днів. Найчастіше ливарні форми виготовляють із сталі або алюмінію. З металів перевага віддається металів з високою теплопровідністю. Алюмінієві форми використовують для виготовлення складних виробів. Виготовлення форми проводиться литтям алюмінію по майстер моделі з подальшим доопрацюванням. Алюмінієве литво застосовують також, коли необхідно виготовити кілька ідентичних форм. Дня виготовлення невеликих виробів використовують форми, виготовлені гальванопластики або металізацією в вакуумі. Форми а процесі експлуатації піддаються великим термонапруженого оскільки температура при проведенні процесу багаторазово змінюється від кімнатної до 300 ° С. Обсяг одержуваного виробів на обладнанні ротаційного формування визначається обсягом камери нагріву. Ротаційним формуванням можливе отримання дуже великих і об'ємних виробів. Вироби одержувані ротаційним формуванням практично не напружені і в них відсутня орієнтація полімеру. Обігрів обертається форми в камері нагрівання виробляють за допомогою електричних ТЕНів або спалювання природного газу. Електричний обігрів більш безпечний, але більш дорогий. Одним з переваг ротаційного формування є можливість варіювання товщиною стінки виробів простим зміною кількості матеріалу, що завантажується в форму. Ротаційним формуванням можна отримувати вироби з товщиною стінки до 20 мм.
3.Охлажденіе форми з виробом.
Форму охолоджують потоком холодного повітря або розпорошеної водою. При цьому форма продовжує обертатися для забезпечення рівномірності затвердіння полімеру за обсягом вироби. Коли полімер остаточно затвердіє, обертання припиняють.
4.Ізвлеченіе вироби з форми.
Форму розкривають і готовий виріб виймають з форми. Ротаційне формування відноситься до безвідходним процесам. За допомогою спеціальних технологічних прийомів і прийомів при конструюванні ротаційних форм можна досягти 100% виходу виробів з вихідної сировини. Браковані вироби можливо утилізувати, а отримані полімерні матеріали використовувати для виготовлення нових виробів.
Устаткування для ротаційного формування.
Форми кріпляться на так званій «руці». «Рука» виробляє обертання форми і переміщує її послідовно з зон завантаження / розвантаження вироби в камеру нагрівання та охолодження. У простих машинах камера нагріву і охолодження суміщені і використовується одна «рука». Для збільшення продуктивності, якщо дозволяє обсяг камери нагріву / охолодження, на «руці» можна зміцнити кілька однакових або різних форм. Найчастіше використовуються машини карусельного типу з трьома або чотирма «руками». Це дозволяє збільшити продуктивність, зекономити витрати тепла і отримувати кілька різних виробів одночасно. Кожна «рука» знаходиться в певній зоні технологічного циклу. Потім проводиться одночасне переміщення «рук» в наступну зону отримання виробів. В даному випадку все вироби на різних «руках» отримують по єдиній технологічній програмі. Причому час знаходження «руки» в певній зоні визначається часом формування самого трудомісткого вироби. В даний час розроблені машини з незалежними «руками», що дозволяють вести формування кожного з виробів за власною програмою.
Переваги та недоліки ротаційного формування.
Переваги ротаційного формування можна проілюструвати прикладами виконання і застосування готових виробів. Вироби, одержувані ротаційним формуванням, знаходять широке застосування практично у всіх сферах ринка.Табліца 2. ротаційного формування можна отримувати багатошарові вироби, кожен шар з яких виконаний з різних полімерних матеріалів; вироби з подвійною стінкою; спінені вироби. При ротаційному формуванні можливо заформовивалі в вироби різні деталі і високоякісні графічні зображення. На відміну від методів видувного або термоформування, методом ротаційного формування можна отримувати вироби дуже складної форми з равнотолщіннимі стінками. Це досягається шляхом зміни співвідношення швидкостей обертання литтєвий форми по осях обертання. Як показано на діаграмі 1. ротаційне формування відноситься до високопродуктивним процесам, поступаючись по продуктивності лише лиття під тиском, видувного і екструзійного формуванню. Причому, в ряді випадків економічно доцільне використання ротаційного формування для отримання партій виробів, які налічують всього декількох штук.
Таким чином, перевагами процесу ротаційного формування є:
- простота процесу
- висока продуктивність
- відносно невисока вартість ливарних форм і устаткування
- можливість швидкого виготовлення і ремонту ливарних форм
- безвідходність виробництва
- можливість отримання виробів без внутрішньої напруги і без орієнтації полімеру
- можливість виготовлення монолітних виробів складної форми
- можливість виготовлення великогабаритних виробів
- можливість багатошарового формування та виготовлення спінених виробів і виробів з подвійною стінкою
- можливість заформовиванія металевих деталей і високоякісних графічних зображень
- можливість виготовлення одного і того ж вироби з різною товщиною стінки без модифікації литтєвий форми
- можливість одночасного виготовлення різних виробів
- тривалий час отримання виробів
- вартість вихідних полімерних матеріалів відносно висока (необхідність розуміли, додаткові вимоги щодо пакування та ін.)
- складності у формуванні ребер жорсткості виробу
- одним з недоліків процесу ротаційного формування є обмеження по вибору полімерних матеріалів
Полімерний матеріали для ротаційного формування.
При ротаційному формуванні найчастіше застосовуються порошкоподібні полімерні матеріали. Можливе застосування гранул або рідких речовин. Домінуючу роль серед матеріалів для ротаційного формування грає поліетилен (ПЕ). За даними ARM (Міжнародної асоціації ротаційного формування) на частку поліетиленових виробів доводиться від 85 до 95% ринку. Застосовується ПЕ низького, середнього, високого тиску, просторово зшивати ПЕ. Найбільша кількість виробів випускається з лінійного поліетилену низького тиску. На частка інших полімерів припадати від 5 до 15% ринку. Серед цих полімерних матеріалів лідируючу роль займають ПВХ-пластизолі (рис.3)
Для ротаційного формування розроблені спеціальні марки поліаміду, полікарбонату, поліпропілену. Ротаційним формуванням можливе виготовлення виробів з термореактивних полімерних матеріалів, таких як поліуретани, епоксидні композиції і т.д. Лідерства ПЕ серед ПМ для ротаційного формування пояснюється наступними факторами: висока термостабільність даного полімеру в порівнянні з багатьма полімерами. Час формування виробу часто становить 30-40 хв при температурі в камері нагріву 300 С. -хороша засвоюваність ПЕ гранул в порошок. Для подрібнення ПЕ використовують спеціально розроблені млини. -відносно низька вартість ПЕ. -комплекс функціональних властивостей, що забезпечують конкурентоспроможність виробів на споживчому ринку. У Росії не проводиться поліетиленової сировини, придатного для ротаційного формування, конкурентоспроможність за цінами і якістю. Ця одна з основних причин гальмують розвиток процесу ротаційного формування в Росії. Для модифікації властивостей полімерів і готових виробів широко використовуються різні добавки. Це, в першу чергу, термо і світлостабілізатори, пігменти. Застосовуються антистатичні добавки, пламегасители, спінюючої агенти. Можливе застосування наповнювачів і скловолокна.
Розподіл груп товарів ротаційного формування на ринках США і Європи.
Нерівномірність розподіл фірм виробників, обладнання по різних країнах і континентах відклало свій відбиток і на розподіл випускаються груп товарів в даних регіонах (рис.7). У США розподіл товарів по групам дуже нерівномірно. 42% товарів, що випускаються ротаційним формуванням доводиться на іграшки, 20% на баки і ємності. В Європі сформувався більш рівномірний ринок. Більшу частину ринку Європи -27% складають вироби для сільського господарства і харчової промисловості, 17% -вироби промислового призначення; 15% - вироби для автомобілів. Якщо розглядати більш детально ринок Європи для окремих товарів, то на ньому домінують вироби для підземного використання і труби. Баки, ємності, ємності для каналізації на другому місці. Дуже багато випускається іграшок, ігрових комплексів і виробів для сільського господарства і ферм. Важливу роль становить ринок деталей для автомобілів, баків для накопичення води, нафтопродуктів, хімікалій, контейнерів для сміття. Росія знаходиться лише на стадії формування ринку, можливості ротаційного формування, споживчі властивості виробів одержуваних ротаційним формуванням маловідомі.
Ротаційне формування є універсальним способом переробки полімерних матеріалів, що дозволяє виробляти високоякісну конкурентоспроможну товарну продукція для різних сфер застосування. Промисловість ротаційного формування перебувати в стадії росту. Росія знаходиться лише на стадії формування ринку, можливості ротаційного формування, споживчі властивості виробів одержуваних ротаційним формуванням маловідомі. Відсутність вітчизняної сировинної бази є однією з основних причин гальмують розвиток процесу ротаційного формування в Росії.