Промышленное изготовление пластмассовых изделий
08.05.2013
Пластмасса (пластическая масса, применяемое иногда название «пластик» не является ошибкой) — материал, основу которого составляют полимеры (высокомолекулярные соединения).
Под воздействием нагрева и давления они формируются в заданную форму, оставаясь таковой после охлаждения (отвердевания). Процесс формирования — переход из вязкотекучего состояния в стеклообразное.
Промышленное развитие и применение пластмасс началось в XIX веке с использования природных материалов (например, для изготовления жевательных резинок), затем в качестве сырья стали применяться химически модифицированные природные материалы (нитроцеллюлоза, резина), в итоге мы пришли к синтетическим полимерам (эпоксидная смола, поливинилхлорид, полиэтилен). Первой пластмассой считается паркезин (позже — целлулоид), названный так в честь Александра Паркса, который получил его в 1855 г. в Англии.
1866 год считается годом начала массового промышленного производства изделий из пластмассы, естественно, компанией, организованной А. Парксом, — Parkesine Company. И хотя компания развалилась из-за некачественных изделий, причиной тому послужили не свойства пластмасс, а желание сэкономить на материалах (компонентах).
Изделия из пластмасс стали постепенно завоевывать мир благодаря тому, что по своим качественным характеристикам они легко соперничают с такими материалами, как металлы, стекло и дерево, а по многим показателям и превосходят их. Собственно, свойства пластмасс как материала и послужили причиной интенсивного развития промышленного изготовления пластмассовых изделий.
Основные достоинства пластмасс для производства:
• Возможность производить детали (изделия) самой сложной формы.
• Применение малоэнергоемких, безотходных и высокопроизводительных методов формования.
• Отменные эксплуатационные характеристики пластмасс — довольно низкая плотность, высокая устойчивость к воздействию агрессивных сред, вибраций и ударных нагрузок. Стойкость к воздействию внешней среды (антикоррозийность) и т. д.
• Возможность практически 100-процентной переработки вторсырья при правильной организации производства, что автоматически снижает затраты на закупку (производство) сырья.
• Кроме того, свойства пластмасс можно изменять путем их сочетания друг с другом (с другими материалами) или при помощи добавления в них различных наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов (тепло- и свето-), что в итоге позволяет улучшать их качественные характеристики.
Естественно, нет материала, который бы не имел недостатков, и пластмасса не исключение. Наиболее характерными недостатками для пластмасс являются: горючесть, низкая термо - и теплостойкость, склонность к релаксации напряжения. При знании определенных условий эксплуатации действия этих недостатков пластмасс можно избежать.
Типы пластмасс, применяемых в производстве
Типы пластмасс зависят от природы основного полимера и качества конечного продукта, который получается при переходе из вязкотекучего состояния в стеклообразное. К ним относятся:
• Термопластические пластмассы (термопласты) — расплавляются при нагреве и принимают исходное состояние при охлаждении (полиэтилен, полипропилен). Многократная обратимость переходов из одного состояния в другое позволяет производить переработку бытовых и производственных отходов вновь в изделия.
• Термореактивные пластмассы (реактопласты) — для них характерны более высокие рабочие температуры, но при нагреве они разрушаются и, соответственно, не восстанавливают первоначальных свойств. Прочный, но неплавкий и нерастворимый материал (эпоксидные смолы — углеволокно, т. н. композитные материалы, содержащие в составе большое количество стекловолокна, мела, сажи).
• Газонаполненные пластмассы (пенопласты, поропласты) — получаются на основе практически всех существующих сегодня полимеров. Наполнителем является газ. Характерные качества — звуко-, тепло-, электроизоляционные свойства.
Благодаря вышеперечисленным свойствам пластмасс, их высоким качествам и эксплуатационным параметрам изделий из них не стоит снимать с весов и актуальность экологической чистоты пластмассовых изделий. Развитие промышленного производства пластмассы с каждым годом все больше набирает обороты.
Основные направления промышленного производства пластмассовых изделий
1. Литье пластмассы для различных отраслей промышленности. Литье под давлением — один из основных технологических процессов производства изделий из пластмассы. Пластмасса в расплавленном виде впрыскивается через литниковые каналы в пресс-форму под большим давлением, а затем охлаждается. Промышленные пластмассовые изделия, производство которых осуществляется методом литья под давлением, на сегодняшний день составляют практически половину от общего объема изделий из пластмасс. Данная технология применяется, как правило, для крупносерийного и массового производства. Это обусловлено высокой стоимостью оборудования и оснастки, а также высокой производительностью метода.
Кроме литья под давлением, широко используются следующие методы производства пластмасс:
• Литье с инертным газом — позволяет облегчить процесс уплотнения материала. Кроме того, при этом методе изделие выходит с достаточно высоким качеством поверхности.
• Литье многокомпонентное.
• Литье с водяным паром.
• Литье со сборкой в форме.
• Литье с «декорированием» — относительно молодой метод, при котором происходит поверхностное декорирование изделия при помощи пленочных носителей.
Любой завод пластмасс в своем производстве использует промышленное оборудование для литья пластмассы под давлением — это ТПА (термопластавтоматы) — инжекционно-литьевые машины, которые делятся на два типа:
• Станки вертикальные — как правило, используются для изделий с закладными элементами. В этих ТПА впрыск пластмассы происходит вертикально вниз, при этом плоскость разъема пресс-формы размещена по горизонтали.
• Станки горизонтальные — см. вертикальные с точностью до наоборот.
2. Следующее немаловажное направление промышленного производства пластмасс — проектирование и изготовление пресс-форм. Процесс достаточно сложный, кропотливый и трудоемкий. Требует высокого профессионализма и квалификации исполнителей. Его основу составляет проектирование пресс-форм для литья изделий под давлением и литья легких сплавов. Проектирование включает в себя разработку как простых форм, так и изделий со сложной линией разъема, в которых присутствуют подвижные элементы. В проектирование входит и разработка пресс-форм для процесса вулканизации (формовки) РТИ (резинотехнических изделий).
3. Производство технических изделий из пластмассы. Технические изделия из пластмассы — это, например, пластиковые формы для тротуарной плитки, пластиковые пломбы, различные рукоятки для машиностроения, комплектующие для металлического профиля и т. д.
4. ТНП (бытовые пластмассовые изделия). Именно в этом сегменте проявилось все многообразие возможностей пластмасс, которые заменяют практически все другие материалы. Так, пластик с успехом применяется при изготовлении мебели (вместо дерева), бутылок (вместо стекла), канистр (вместо металла), посуды (вместо фарфора) и т. д.
Развитие современных технологий подсказывает, что в недалеком будущем пластмасса может стать основным видом материала, который будет использовать человечество, ведь сегодняшние технологии производства пластика из нефти или угля исчерпают себя, как исчерпаются сами природные ресурсы. Работы ученых в области разработки альтернативных видов сырья для добычи пластика вселяют уверенность в завтрашнем дне. Биопластик (полиэфир, полученный из кукурузы или сахарного тростника) — тому подтверждение.