Термоформование

Peter Schwarzmann



    Thermoforming

    A Practical Guide


Edited by Adolf filing









        HANSER

Hanser Publischers, Munich

Hanser Gasdner Publications, Inc.. Cininnati

Петер Шварцманн



            ТЕРМОФОРМОВАНИЕ Практическое руководство


Под редакцией Адольфа Иллига
Перевод с англ. яз. под редакцией
д-ра техн, наук, проф. М.А. Шерышева







Санкт-Петербург

2009

УДК 678.01:53
ББК 35.710 Англ
ШЗЗ



     Шварц.манн П.
ШЗЗ Термоформование. Практическое руководство / Иллиг А. (ред); пер. с англ, под ред. М.А. Шерышева — СПб.: Профессия, 2009. — 288 стр., ил.

         ISBN 978-5-9.3913-117-9
         ISBN 3-446-21451-8 (Carl На riser Veriag)
         ISBN 1-56990-275-5 (Hanser Gardner Publications)

         Настоящее издание дает исчерпывающее представление о принципах и процессах термоформования. Автор приводит большое число развернутых ответов и практических советов на отдельные проблемы для квалифицированных инженеров и технологов, уже имеющих опыт в данной области. Кроме того, книга может служить учебным пособием для студентов, знакомящихся с одним из крупных сегментов переработки пластмасс.
         Помимо термопластичных полимеров, применяемых в качестве термоформус-мых материалов, в данной книге подробно рассмотрены, с использованием практических примеров, все технологические этапы, наиболее важные модели машин, а также принципы, применяемые для изготовления форм и инструментов.

УДК 678.01:53
ББК35.710Англ

All right, reserved. Carl Hanser Verlag, Munich/FRG.
Authorized translation from the original English language edition published by Cari Hanser Verlag, Muhich/FRG

Все права защищены. 1I и какая часть данной книги нс может быть воспроизведена в какой бы то пн было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.










ISBN 978-5-93913-117-9                           © Cari Hanser Veriag, 2001
ISBN 3-446-21451-8 (CarlHanser Veriag)           © Абрамушкина О.И., перевод, 2006
ISBN 1 -56990-275-5 (Hanser Gardner Publications) © Изд-во « Профессия*. 2009

  СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие.................................................. 13
1 Введение................................................... 15
2 Термопласты................................................ 19
  2.1 Химическое строение и структура термопластов........... 19
   2.2 Свойства термопластов и их влияние на процесс термоформования ....................................................... 24
      2.2.1 Абсорбция влаги.................................. 24
      2.2.2 Фрикционное поведение (трение) материала при термоформовании ............................................... 25
      2.2.3 Уменьшение размеров и усадка термопластов........ 27
      2.2.4 Ориентация....................................... 29
      2.2.5 Статический заряд термопластичных формуемых материалов ................................................... 32
      2.2.6 Поведение термопластов при нагревании............ 32
           2.2.6.1 Влияние времени нагрева................... 33
           2.2.6.2 Расширение и провисание................... 34
           2.2.6.3 Интервал температур формования............ 36
      2.2.7 Вытяжка термопластичного материала............... 36
      2.2.8 Оформление деталей изделия....................... 37
      2.2.9 Поведение термопластов при охлаждении............ 39
   2.3 Процессы производства термопластичных термоформуемых материалов .................................................. 43
      2.3.1 Производство листового материала экструзией...... 44
      2.3.2 Производство пленки с помощью раздувной головки (рукавная пленка)............................................ 45
      2.3.3 Производство пленки на каландрах или вальцах..      45
      2.3.4 Литье термопластичных материалов и листов........ 46

ТЕРМОФОРМОВАНИЕ

      2.3.5 Специальные процессы производства термоформусмых материалов................................................ 47
      2.3.6 Методы улучшения термопластичных термоформусмых материалов................................................ 47
  2.4 Подробно о термопластах для термоформования............. 48
      2.4.1 Полистирол (стандартный полистирол)............... 48
      2.4.2 Ударопрочный полистирол........................... 54
      2.4.3 Блок-сополимер стирол-бутадиен-стирол............. 55
      2.4.4 Ориентированный полистирол........................ 56
      2.4.5 Сополимеры акрилонитрил-бутадисн-стирол........... 57
      2.4.6 Сополимеры акрилонитрил-стирол-акрилат............ 58
      2.4.7 Сополимеры стирола с акрилонитрилом............... 59
      2.4.8 Пспластифицированный поливинилхлорид (жесткий). .  60
      2.4.9 Полиэтилен высокой плотности...................... 61
      2.4.10 Полипропилен..................................... 62
      2.4.11 Полиметилметакрилат.............................. 63
      2.4.12 Полиоксиметилен.................................. 65
      2.4.13 Поликарбонат..................................... 65
      2.4.14 Полиэфиркарбопат................................. 66
      2.4.15 Полифениленовый эфир (ранее полифениленоксид) ..  67
      2.4.16 Полиамид......................................... 67
      2.4.17 Полиэтилентсрсфталат аморфный.................... 68
      2.4.18 Полиэтилентсрсфталат некристаллизующийся......    70
      2.4.19 Полиэтилентсрсфталат кристаллизующийся........... 71
      2.4.20 Полисульфон...................................... 72
      2.4.21 Полиэфирсульфон.................................. 73
      2.4.22 Сополимер акрилонитрил/метакрилат/бутадиен....    73
      2.4.23 Производные целлюлозы............................ 74
      2.4.24 Диацетат целлюлозы (Сб/Л)........................ 75
      2.4.25 Поливинилиденфторид.............................. 75
      2.4.26 Полиэфиримид..................................... 76
3 Основные принципы и термины, применяемые в термоформовании 77
  3.1 Станция формования...................................... 77
  3.2 Позитивное и негативное формование,..................... 77
  3.3 Конечное давление формования............................ 80
  3.4 Площадь формования, площадь вытяжки, зажимной фланец. .   82
  3.5 Поперечное сечение выпускных отверстий, просверленные отверстия. щели, щелевые выпускные отверстия..................... 83

Содержание

7

  3.6 Нижние и верхние держатели............................... 83
  3.7 Уклоны для съема с формы................................. 84
  3.8 Поднутрения и закладные элементы в инструменте........... 85
  3.9 Предварительный раздув, предварительное всасывание, отвод воздуха, компенсатор давления, поддув................................. 85
  3.10 Метки, следы охлаждения, задиры, складки................ 86
  3.11 Термоформующий инструмент............................... 87
  3.12 Коэффициент формования и вытяжки........................ 88
  3.13 Расчет толщины стенки термоформованных изделий.......     89
  3.14 Усадка и деформация термоформованных изделий............ 91
4 Последовательность процесса термоформования.................. 92
  4.1 Позитивное формование.................................... 93
      4.1.1 Позитивное формование с механической предварительной вытяжкой................................................. 93
      4.1.2 Позитивное формование с предварительным раздувом . . 93
      4.1.3 Позитивное формование с предварительным раздувом и соплами для обдува углов................................. 96
      4.1.4 Позитивное формование с помощью предварительного раздува до пластины и предварительное формование с помощью раздува с механическим ограничением раздува по высоте 97
      4.1.5 Позитивное формование в колоколообразную форму путем предварительного раздува или всасывания.................. 98
      4.1.6 Позитивное формование с помощью предварительного всасывания в пневмокамеру..................................... 99
  4.2 Негативное формование................................... 100
      4.2.1 Негативное формование без предварительной вытяжки .  100
      4.2.2 Негативное формование с помощью механической предварительной вытяжки......................................... 101
      4.2.3 Негативное формование с предварительным формованием путем раздува и инверсии на пуансоне.................... 103
      4.2.4 Специальные процессы при негативном формовании ...   104
           4.2.4.1 Воспроизведение структуры поверхности формующего инструмента................................... 104
           4.2.4.2 Термоформование полусфер, например, половинок глобуса............................................ 105
  4.3 Комбинированное позитивно-негативное формование.......   106
      4.3.1 Позитивно-негативное формование, включая предварительный раздув и инверсию на вспомогательном пуансоне . .    106

ТЕРМОФОРМОВАНИЕ

       4.3.2 Позитивно-негативное формование конструкции изделий с различными коэффициентами вытяжки...................... 108
   4.4 Ламинирование и облицовка................................. 109
      4.4.1 Ламинирование воздухонепроницаемыми материалами .     109
      4.4.2 Ламинирование воздухопроницаемыми материалами. . . 112
      4.4.3 Облицовка вспененных ПС-контейнеров................... ИЗ
   4.5 Термоформование с помощью двух полуформ................... 114
   4.6 Термоформование прозрачных формованных изделий......       114
       4.6.1 Термоформование прозрачных формованных изделий сложной формы, требующих очень высокой местной вытяжки 114
      4.6.2 'Гермоформование с помощью свободного отсоса или раздува.................................... 115
       4.6.3 Сочетание механического формования с независимым раздувом ................................................. 116
       4.6.4 Термоформование с применением каркасного инструмента 117
       4.6.5 Термоформование при низких температурах формования   118
       4.6.6 'Гермоформование изделий с элементами абсолютно прозрачных смотровых панелей.................................. 119
   4.7 Специальные процессы в термоформовании.................... 122
      4.7.1 Процесс формования сдвоенных листов.................. 122
      4.7.2 Двухкамерный метод (формование с обратным контуром) 124
       4.7.3 Термоформование воздухопроницаемых материалов с использованием резинового полотна ....................... 126
      4.7.4 Термоформование листов с двойными стенками.....    127
       4.7.5 Термоформование двух листов, один из которых помещен над другим............................................. 127
       4.7.6 Компрессионное формование — пленочные шарниры, штампы с датой, швы........................................ 128
       4.7.7 Запрессовка закладных деталей....................... 128
       4.7.8 Термоформование армированных длинноволокнистым наполнителем термопластов путем механического формования между формой и контрформой............................. 129
       1.7.9 Термоформование армированных длинным волокном термопластов предварительное формование путем механической предварительной вытяжки и формования сжатым воздухом ...............................................   130
   4.8 Термоформование комбинированным формующим и вырубным инструментом.............................................. 131
      4.8.1 Формующий/вырубной инструмент со сдвиговой обрезкой 131

Содержание

9

      4.8.2 Комбинированный инструмент для формования и вырубки для получения бескромочных формованных изделий . . .        137
      4.8.3 Термоформование чашек с углублением в основании . . . 138
      4.8.4 Формующий/вырубной инструмент, оснащенный просечной обрезкой................................................ 138
      4.8.5 Формующий/вырубной инструмент, оснащенный зубчатыми ножами .............................................. 140
  4.9 Специальные процессы при термоформовании па машинах с рулонной загрузкой............................................. 143
      4.9.1 Ламинирование чашек, тарелок и подносов........... 143
      4.9.2 Этикетирование в формующем инструменте (этикетирование в форме, In Mould Labeling, I ML)....................... 144
  4.10 Термоформование материалов с предварительно нанесенной печатью................................................... 146
5 Нагревание термопластичных формуемых материалов............. 152
  5.1 Требования к нагреванию материалов на термоформовочных машинах для листов.......................................... 152
  5.2 Нагревание формуемых материалов на автоматических термо-формерах с рулонной загрузкой............................. 153
  5.3 Методы нагревания....................................... 153
      5.3.1 Теплорадиационные нагревательные элементы......... 154
      5.3.2 Контактные нагреватели............................ 169
      5.3.3 Конвекционный нагрев.............................. 171
  5.4 Радиационный нагрев в листовых линиях................... 172
      5.4.1 Нагрев радиационными керамическими нагревателями   172
      5.4.2 Нагрев раидационными нагревателями из искусственного
           кварца............................................. 175
      5.4.3 Нагрев радиационными галогеновыми нагревателями . . 177
  5.5 Радиационный нагрев для автоматических термоформовочных машин с рулонной загрузкой................................ 178
      5.5.1 Нагрев радиационными керамическими нагревателями . 179
      5.5.2 Нагрев радиационными нагревателями из искусственного
           кварца............................................. 180
      5.5.3 Регулировка температуры с обратной связью для термоформовочных машин с рулонной загрузкой.................. •  180
  5.6 Измерение температуры на поверхности формуемых материалов 180
6 Термостатирование инструмента для термоформования.......        183
  6.1 Требования к мощности термостатируемого термоформующего инструмента перед началом производства.................... 184

ТЕРМОФОРМОВАНИЕ

  6.2 Требования к мощности термостатирующих устройств при производстве ................................................... 185
  6.3 Пояснения для инструмента с прямым термостатированием .. 186
  6.4 Пояснения для инструмента с косвенным (опосредованным) термостатированием............................................ 189
  6.5 Пояснения для электрического нагрева.................... 189
  6.6 Примеры для расчета мощности термостатирования.......... 190
      6.6.1 Термоформующий инструмент (165 кг) на машине для переработки листов........................................ 190
      6.6.2 Термоформующий инструмент (400 кг) на машине для переработки листов........................................ 192
      6.6.3 Формующий и вырубной инструмент на автоматической термоформовочной машине с рулонной загрузкой.........   193
7 Снятие с формы.............................................. 195
  7.1 Температура при съеме................................... 195
  7.2 Конструкция формы для облегчения съема.................. 196
  7.3 Компенсация давления и воздух для съема................. 197
  7.4 Скорость съема.......................................... 197
  7.5 Вспомогательные устройства для съема.................... 198
  7.6 Трение между формованным изделием и термоформующим инструментом............................................... 201
  7.7 Снятие с формы изделий с поднутрениями.................. 201
8 Отделка термоформованных изделий............................ 205
  8.1 Обрезка изделий резкой в одной плоскости................ 205
  8.2 Обрезка изделий многомерными    ножами.................. 211
  8.4 Методы соединения....................................... 215
      8.4.1 Склеивание полимеров.............................. 215
      8.4.2 Сварка термопластов............................... 215
      8.4.3 Термосварка....................................... 216
      8.4.4 Соединение с помощью винтов и/или заклепок........ 218
  8.5 Упрочнение.............................................. 218
  8.6 Варианты поверхностно!! обработки....................... 219
9 Возможные ошибки при термоформовании........................ 220
  9.1 Неправильная конструкция изделия........................ 220
  9.2 Особенности формуемых материалов........................ 226
  9.3 Выбор наиболее подходящей термоформовочной машины. . . . 227
  9.4 Возможные ошибки, допускаемые при установке/монтаже тер-моформовочных машин........................................ 228