Термопластичный лист помещается над вакуумной камерой, в которой находится перфорированная форма. При помощи зажимной рамки лист плотно прижимается к открытой части камеры, образуя герметичную полость. Затем лист нагревается до высокоэластичного состояния, нагреватели отводятся от листа, а из камеры вакуум-насосом откачивается воздух. В камере и в форме создается вакуум и атмосферное давление на лист плотно прижимает его к форме. После охлаждения листа до температуры сохранения жесткости и отвода зажимной рамы сформованное изделие извлекается из формы, излишний материал (облой) отрезается.
Предложены некоторые усовершенствования этого метода, например, с использованием предварительной вытяжки или с вспомогательным пуансоном.
В процессе с предварительной вытяжкой форма в вакуумной камере установлена на конце штока поршня, при помощи которого форма поднимается и вдавливается в нагретый лист непосредственно перед вакуумированием. Это позволяет улучшить процесс формования сложных изделий.
При формовании с вспомогательным пуансоном предварительная вытяжка производится пуансоном с внешней (по отношению к вакуум камере) стороны нагретого листа. Применение вспомогательного пуансона полезно для глубокого формования изделия.
Пневмоформование. Пневмоформование (от греч. pnéuma - дуновение, воздух), способ формования изделий из листовых термопластичных полимеров. При пневмоформовании заготовку толщиной 1,5-10 мм закрепляют по контуру формы, нагревают до температуры, при которой полимер находится в высокоэластическом состоянии, и оформляют в изделие под действием сжатого воздуха [избыточное давление 50-2500 кн/м2 (0,5-25 кгс/см2)]. Основные методы пневмоформования - негативное, позитивное, свободное - аналогичны используемым при вакуум - формовании. Преимущество пневмоформования перед вакуум - формованием - возможность варьирования избыточного давления на заготовку в широких пределах, что позволяет формовать изделия из листов большей толщины.
Штампование в форме. Штампование в форме заключается в том, что нагретый лист формуется в изделие между пуансоном и матрицей. Воспроизведение деталей формы при этом методе оказывается наилучшим. Однако, оснастка здесь оказывается более сложной и должна изготавливаться очень точно с жесткими допусками.
Оборудование для производства контейнеров и коррексов Наиболее важные машинные факторы производства контейнеров и коррексов - методы нагрева, охлаждения и конструкция оправки, методы обрезания и нанесения печати.
Для нагрева при термоформовании термопластичных пленок и листов используют различные виды источников тепла, включая контактные нагреватели, инфракрасный нагрев, высокочастотный нагрев и теплопередачу с использованием горячего воздуха или горячих жидкостей. Чаще других применяют первые два метода. Любой метод должен удовлетворять следующим требованиям: § пленка или лист должны быть нагреты до их оптимальной температуры формования равномерно по всей площади формования;
§ разность между температурами с обеих сторон листа должна быть сведена к минимуму;
§ время нагревания должно быть как можно меньше, но избыточного нагрева материала следует избегать из-за риска термодеструкции полимера;
§ расход энергии необходимо сокращать насколько это возможно. Желательно достичь температуры процесса как можно быстрее, и поэтому мощность нагрева должна быть регулируемой.
Инфракрасные нагреватели существуют двух основных видов — кварцевые и керамические. Для изготовления нагревательных панелей различных размеров собирают ряд таких нагревателей. Их можно изготавливать секционными с индивидуальными контрольными приборами, что позволяет подводить больше тепла к определенным участкам листа. Двухсторонний нагрев можно применять при необходимости. Инфракрасный нагрев происходит за счет поглощения излучения пленкой или листом в поверхностных слоях. Поглощенное тепло затем за счет теплопроводности передается остальному материалу. Может иметь место перегрев поверхности, и эффективное регулирование излучения очень важно.
Охлаждение обычно происходит на стенках формы, которая часто охлаждается водой. Поскольку все термопласты — плохие проводники тепла, сформованные детали должны быть удалены из формы, как только они приобретают формоустойчивость, для сокращения продолжительности цикла. Охлаждение толстых изделий может часто сопровождаться обдувом воздухом или тонкораспыленными водяными брызгами, для тонких листов или пленок этого обычно не требуется. В зависимости от особенностей полимерного материала и интенсивности охлаждения возможна определенная усадка. Хотя усадка в основном нежелательна, она облегчает извлечение сформованных изделий из матрицы, особенно изделий с вертикальными боковыми стенками.
Конструкция форм определяется рядом факторов: количеством изготавливаемых деталей (определяет выбор ручного, полуавтоматического или автоматического производства), материалом формуемого листа или пленки, требуемым качеством поверхности, способностью материала формы к механической обработке, требуемыми допусками, теплопроводностью формы и возможной ценой. Для изготовления прототипов или для малых партий изделий может быть сделана дешевая форма из дерева или гипса. Для производства больших партий предпочтительнее эпоксидные смолы или металлы (обычно алюминий).
Режущее оборудование может варьироваться от ножа до сложного режущего пресса. Для деталей малых и средних размеров часто используют роликовый пресс, с помощью которого может быть достигнута высокая производительность. Для больших изделий приводная фреза с подходящей режущей оправкой может быть более эффективной. Разделение изделий в многогнездных формовках можно осуществлять комбинацией продольных ножей и поперечных гильотин. Преимущество - легкая регулируемость для приспособления к различным конфигурациям форм, но только в прямоугольном исполнении. Если используют роликовый пресс, для каждой конфигурации изделия необходимо отдельное режущее устройство. Он может работать в линии или устанавливаться - как отдельный режущий узел.
Операции термоформования могут быть и ручными, и полностью автоматическими. Выпускают автоматические таймеры, которые дают возможность устанавливать весь цикл при нажатии единственной кнопки.
Последовательность операций в автоматическом процессе с вакуум-формованием следующая (начиная с листа, установленного в машину): 1) нажать исходную кнопку;
2) нагреватель выдвигается вперед на определенное время;
3) нагреватель возвращается назад;
4) подается воздух для формования пузыря (при необходимости);
5) поднимается подъемный столик или опускается вспомогательный пуансон;
6) подключается вакуум-система;
7) поверхность формуемого изделия обдувают воздухом или тонкораспыленной водой;
8) вакуум и воздух отключают, вспомогательный пуансон (если используется) отводится;
9) изделие извлекается из формы сжатым воздухом;
10) подачу сжатого воздуха отключают;
11) подъемный столик опускается или вспомогательный плунжер поднимается;
12) оператор удаляет изделие и заправляет свежий лист.
Для более тонкого листа или пленки может быть предусмотрена непрерывная заправка с рулона.
Коротко остановимся на характеристике сырья для термоформования.
Поливинилхлорид.ПВХ листы прозрачны, жестки и химически стойки. Из более тонкого листа могут быть получены лучше сформованные изделия с хорошим оформлением деталей. Ударопрочный полистирол.Это наиболее часто применяемый материал для термоформования. Он легко формуется, дает достаточно жесткие контейнеры с хорошей степенью вытяжки. Двухосноориентированный полистирол. Ударопрочный полистирол — матовый материал, он не может быть использован там, где требуется прозрачность. Чистый блочный полистирол сам по себе хрупок, но при двухосной вытяжке листа его пластичность значительно повышается и из нее можно термоформованием изготавливать прозрачные емкости. Его термоформование затруднено из-за напряжений в листе, но формование под давлением возможно на специальном оборудовании.
Вспененный полистирол.Листы из вспененного полистирола можно также подвергать термоформованию, причем для глубокой и сложной вытяжки предпочтительны гладкие формы. Главная проблема состоит в том, что пенистая структура делает этот материал еще менее теплопроводным, чем обычный полистирол. Трудно, следовательно, прогреть лист без перегрева поверхности. Лист поэтому нагревают с обеих сторон. Лист из вспененного полистирола непрозрачен и имеет привлекательный поверхностный блеск. АБС-пластик.Термоформовочные свойства этого материала аналогичны свойствам более дешевого ударопрочного полистирола, схожего с ним по химическому строению. Но АБС пластичнее и может использоваться в более тонкостенных изделиях, чем ударопрочный полистирол, что обеспечивает снижение цены изделий. Полиэтилен низкой плотности. Этот материал можно термоформовать, хотя он имеет тенденцию к обвисанию при нагревании, и конечное изделие получается слишком непрочным.
Полиэтилен высокой плотности.Термоформовать этот материал легче, чем ПЭНП из-за его повышенной жесткости и твердости. Обычно желательно двухстороннее нагревание из-за значительного расширения листа при нагревании с образованием складок, которые могут слипнуться. Требуется быстрый нагрев и тщательный контроль температуры. Полипропилен. Полипропилен - более жесткий, более стойкий к растрескиванию под напряжением, чем полиэтилен, более стойкий к высоким температурам. Свойства ПП при формовании подобны свойствам ПЭВП, и для обоих материалов могут использоваться одни и те же методы. Применяют обычно там, где требуется стойкость термоформованных изделий к кипящей воде или умеренным температурам стерилизации. Однако ПП не так удобен, как ПЭВП, из-за того, что ударостойкость и другие физические характеристики быстро снижаются при понижении температуры ниже нуля по С.
