Инновационные аспекты в технологии и переработке пластических масс. Часть 3

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 

ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ 
В ТЕХНОЛОГИИ И ПЕРЕРАБОТКЕ 
ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС 

Часть 3 

Учебное пособие 

Казань 
Издательство КНИТУ 
2019 

УДК 678.5.002.6:330.341(075) 
ББК 35.71:65я7

И66

Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 

Рецензенты: 
д-р хим. наук, проф. Н. И. Кольцов 
канд. хим. наук К. Г. Четвериков 

И66 

Авторы: А. Н. Садова, Н. Е. Темникова, Х. С. Абзальдинов, 
Д. Д. Исхакова, Т. Р. Дебердеев 
Инновационные аспекты в технологии и переработке пластических 
масс: в 3 ч. Ч. 3 : учебное пособие / А. Н. Садова [и др.]; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во 
КНИТУ, 2019. – 112 с. 

ISBN 978-5-7882-2763-4 
ISBN 978-5-7882-2766-5 (ч. 3)

Представлены инновационные аспекты в области технологии получения, переработки и применения полимерных материалов. Рассмотрены особенности развития полимерной отрасли в России. 
Предназначено для магистров, обучающихся по направлению подготовки 18.04.01 «Химическая технология», также может быть полезно для инженерно-технических работников, специализирующихся в области технологии получения и переработки пластмасс и композиционных материалов. 
Подготовлено на кафедре технологии пластических масс. 

ISBN 978-5-7882-2766-5 (ч. 3) 
ISBN 978-5-7882-2763-4

© Садова А. Н., Темникова Н. Е., Абзальдинов Х. С., 

Исхакова Д. Д., Дебердеев Т. Р., 2019

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 678.5.002.6:330.341(075) 
ББК 35.71:65я7

С П И С О К  И С П О Л Ь З У Е М Ы Х  С О К Р А Щ Е Н И Й

OPP – ориентированный полипропилен 
OTR – скорость распространения кислорода 
ATP – Active Transverse Panel – беспанельная бутылка второго 

поколения 

АПК – автоматизированный прессовый комплекс 
ТВЧ – токи высокой частоты 
СЕ – семейство взаимосвязанных технологий для разделения 

малых и крупных молекул 

ТБО – твердые бытовые отходы 
ПТР – показатель текучести расплава 
COB – Chip on Board, технология бескорпусных чипов 
FDM – моделирование методом послойного наплавления 
EBF3 – производство произвольных форм электронно-лучевой 

плавкой 

DMLS – прямое лазерное спекание металлов 
EBM – электронно-лучевая плавка 
SLM – выборочная лазерная плавка 
SLS – выборочное лазерное спекание 
3DP – струйная трехмерная печать 
LOM – изготовление объектов методом ламинирования 
SLA – стереолитография 
DLP – цифровая светодиодная проекция 
CPS – киберфизические системы 

В В Е Д Е Н И Е

Настоящее учебное пособие представляет собой заключительную часть книги, посвященной инновациям в технологии и переработке пластических масс и композиционных материалов. В отличие от 
двух первых книг, целью этой являлось ознакомление читателя с менее фундаментальными, но не менее важными областями переработки 
пластмасс.  

В главах 1–3 пособия рассмотрены инновации в области прессования, термоформования и выдувного формования. 
Последующая глава посвящена важнейшему вопросу современности – утилизации отходов. Эту тему незаслуженно обходят вниманием многие исследователи в области производства и переработки 
пластических масс, хотя, на наш взгляд, она является закономерной 
составной частью литературы о любой технологии. Авторы рассказывают читателям о новейших достижениях в технологии сортировки 
материалов и вторичной переработке сырья. 
Инновации в области контроля качества рассматриваются 
в 5 главе учебного пособия. Повсеместное введение на предприятиях 
полного и своевременного учета затрат на технический контроль способствует разработке автоматизированных методов учета отдельных 
статей расходов, что, в свою очередь, позволяет обеспечивать более 
точное определение себестоимости выпускаемых изделий и экономической эффективности мероприятий, направленных на совершенствование системы технического контроля. Среди описываемых современных методов контроля, не получивших еще широкого распространения в отечественной индустрии пластмасс, выделяются новые версии средств удаленного управления (концепция Industry 4.0), позволяющие оптимизировать технологические процессы, улучшить качество продукции, повысить энергоэффективность предприятия. 
Книга завершается оценкой перспектив в отрасли на ближайший 

период – например, описаны методы 3D-печати и полимерной трансплантологии, которые еще в недавнем прошлом считались плодами 
воображения писателей-фантастов. 

1 .  И Н Н О В А Ц И И  В  Т Е Х Н О Л О Г И И  П О Л У Ч Е Н И Я
П О Л И М Е Р Н Ы Х  И З Д Е Л И Й  Ф О Р М О В А Н И Е М  
И З  Л И С Т О В  

Вакуум-формование – процесс формования изделий из заготовок, представляющих собой пленку или лист, нагретых до температур, 
при которых полимер переходит в высокоэластическое состояние. 
Давление, необходимое для формования изделий, создается за счет 
разности давлений между наружным атмосферным давлением и разряжением, создаваемым в полости между листом и поверхностью 
формы (до 0,07–0,085 МПа). Вакуумная формовка чаще всего применяется на серийных производствах, где требуется быстрая и качественная обработка крупных изделий из пластика. Однако, вакуумная 
формовка может себе неплохо демонстрировать и при единичном 
производстве, где будет выдавать более чем высокие показатели производительности. 
У метода есть свои преимущества и недостатки. 
Преимущества вакуумной формовки: 
– возможность ручной регулировки форм создаваемого вакуума;
– низкая стоимость дополнительного оборудования для вакуумной формовки; 

– широкий диапазон толщины пластика, который обрабатывается подобным методом; 

– небольшая стоимость замены матрицы.
Недостаток вакуумной формовки: нестабильность во время работы, которая проявляется только при долгой работе, когда агрегаты 
для вакуумной формовки начинают перегреваться.  
Цены на изделия, полученные вакуумформованием, зависят от 
сложности конструкции формы (глубина формования, ширина изделия, материал заливки и т. д.). Методом вакуумформования перерабатывают многие виды листовых материалов: полистирол, виниловые 
полимеры, полиакрилаты, эфиры целлюлозы, поликарбонат и др. 

1 . 1 .  П р о ц е с с  в а к у у м н о г о  ф о р м о в а н и я  и з д е л и й  
и з  л и с т о в о й  з а г о т о в к и  

Стандартно технология вакуумного формования из листов 
включает в себя следующие этапы: фиксацию листа, нагрев, предварительный раздув, откачку воздуха, вдавливание, охлаждение, извлечение и обработку.  
Фиксация. Зажимной рамой обеспечивается надежное закрепление заготовки в процессе формования в случае толстого материала до 
6 мм для станков с одним нагревательным элементом и до 10 мм для 
станков с двойным нагревателем. В автоматизированном процессе работа движущихся частей защищена для избежания случайного повреждения изделия.  
Нагрев. Нагреватели – это инфракрасные элементы с отражающей пластиной из алюминия. Чтобы в процессе формовки получить 
наилучший результат – вне зависимости от того, какой материал используется, – лист равномерно прогревается по всей поверхности и 
толщине. Для этого площадь нагрева разбивается на несколько зон, 
которые контролируются при помощи регуляторов мощности. Керамические нагревательные элементы с этой точки зрения имеют некоторый недостаток – из-за своей высокой теплоемкости они медленно 
нагреваются (около 15 мин) и медленно реагируют на корректировку 
мощности.  
Сейчас имеются более сложные – кварцевые – нагреватели, которые имеют меньшую теплоемкость и быстрее реагируют на изменение 
мощности. Пирометры позволяют точнее контролировать температуру 
нагрева, измеряя температуру плавления листа и взаимодействуя с системой контроля рабочего процесса. Точный контроль температуры также возможен с управляемой компьютером системой, работающей одновременно с одним или несколькими пирометрами). При формировке толстых листов используют двойные нагреватели, так как они обеспечивают 
более равномерное проникновение тепла и сокращение времени цикла.  
При формировке высокотемпературных материалов с критической температурой формования используют двойные кварцевые 
нагреватели. С пристальным контролем за интенсивностью теплового 
излучения можно полностью компенсировать теплопотери по краям, 
вызванные конвекционными воздушными потоками и поглощением 
областями, закрепленными в зажимной раме.  

Можно добиться также значительной экономии, если использовать специальные кварцевые нагреватели: когда в процессе формования нагревательные элементы находятся с обратной стороны, что позволяет также регулировать падение мощности.  
Контроль положения листа. На устройство обычно устанавливается фотоэлектрический датчик для сканирования пространства 
между нижним нагревателем и листом пластика. Если в процессе 
нагревания лист провисает и разрывает луч, в камеру вводится небольшое количество воздуха, поднимающего лист и останавливающего провисание.  
Предварительный раздув листа (пузырь). После того, как пластик достиг своей температуры формования или «пластичного» состояния, он может быть предварительно растянут – с тем, чтобы обеспечить будущему изделию равномерную толщину стенки. Предварительный раздув листового пластика для вакуумной формовки – полезная функция при глубокой вытяжке деталей с минимальным углом 
уклона и высокой поверхностью пресс-формы. Способ управления 
высотой «пузыря» должен быть таким, чтобы можно было получить 
постоянный результат.  
Откачка воздуха. Предварительно растянутому материалу придают необходимую форму при помощи вакуума. В больших станках 
резервуар используется в сочетании с мощным вакуумным насосом 
для формовки. Это позволяет создать двухступенчатую откачку воздуха, которая ускоряет формование нагретого листа.  
Вдавливание. Эта часть процесса подразумевает использование 
пуансона – подвижной части пресс-формы, приводимой в движение 
пневматическим или гидравлическим цилиндром и расположенной 
над матрицей. Он используется для того, чтобы вдавливать материал 
в углубления в зоне формования. В сложном процессе глубокой вытяжки это позволяет производить изделия без складок и равномерно 
распределять толщину. Пуансон, как правило, изготовлен из дерева 
или металла, его гладкая поверхность позволяет листу скользить во 
время растягивания.  
Кожаная прокладка или прокладка из войлока гарантирует значительное снижение риска преждевременного охлаждения при контакте. Резиновый пуансон – хорошая альтернатива: будучи изолятором, резина не влияет на температуру листа. 

Вдавливание – важный этап при формовании нескольких изделий из одного листа, поскольку пуансоны можно поместить рядом, не 
опасаясь возникновения складок между изделиями.  
Охлаждение и извлечение. Прежде чем изделие будет извлечено 
после формовки, оно должно остыть. Если сделать это слишком рано, 
то можно деформировать изделие и получить брак. Для ускорения 
процесса остывания на оборудование для формовки устанавливаются 
вентиляторы системы охлаждения, которые включаются после того, 
как изделие сформовано. Если в вентиляторы вмонтированы туманообразующие форсунки, на лист направляется мелкодисперсный туман. 
Это ускоряет цикл охлаждения на 30 %.  
Также существуют блоки управления температурой прессформы, которые, регулируя температуру внутри нее, обеспечивают 
правильное равномерное охлаждение кристаллических и кристаллизующихся полимеров, таких как полипропилен, полиэтилен высокой 
плотности и полиэтилентерефталат. После охлаждения изделие отсоединяется от пресс-формы под создаваемым системой давлением. Затем его вынимают и отправляют на обрезку.  
Обрезка и отделка. После того как сформованное изделие остудили и извлекли из матрицы для вукуумной формовки, удаляются излишки материала. Затем в нем сверлят необходимые отверстия, щели 
и делают прорези. Также постобработка включает в себя отделку, печать, укрепление и сборку.  
Для того чтобы отделить изделие от листа, используются различные способы обрезки. Выбор оборудования в значительной степени зависит от типа разреза, размера самого изделия, коэффициента 
вытяжки, толщины материала и объемов производства. Тонкие части 
детали обрезаются на механическом обрезном прессе, который называется роллер-прессом. Тяжелые изделия извлекаются из прессформы, помещаются в зажимы и обрабатываются при помощи специального оборудования: горизонтальной или вертикальной ленточной 
пилы, ручного строгально-шлифовального станка либо трех-, четырех- 
или пятиосевого фрезерного станка. 
Формование из листов является единственным методом изготовления изделий с большой поверхностью и малой толщиной стенки. 

8

1 . 2 .  В а к у у м - ф о р м о в о ч н ы е  м а ш и н ы  н а  п р и м е р е  
ф и р м ы  G e i s s  

Вакуум-формовочные машины производства Geiss представляют 
собой одностанционные универсальные вакуум-формовочные машины 
для формования средне- и крупногабаритных деталей. Зажим, нагрев, 
вытяжка и охлаждение листа происходят на одной и той же станции, 
что гарантирует максимальный контроль процесса формования. 
Концептуально новая разработка полностью моторизованной 
машины серии «Т10» включает в себя:  

– 4 шарико-винтовых пары и 4 сервомотора для стола;
– 4 шарико-винтовых пары и 4 сервомотора для зажимной рамы;
– 2 шарико-винтовых пары и 2 сервомотора для пуансона.
Ввиду использования сервоприводов вместо пневматических
цилиндров нет необходимости в механической синхронизации подачи 
стола, рамы и пуансона!  
Размеры листовых и рулонных заготовок, которые могут перерабатываться на данной машине, находятся в следующих диапазонах:  

– по оси Х – от 1000 до 6000 мм;
– по оси Y – от 900 до 3200 мм;
– высота формы – от 500 до 2000 мм.
Вакуум-формовочные машины Geiss работают с зажимной
кромкой в 20 мм, поэтому максимальная полезная площадь формования составляет: размер листа минус 40 мм на каждую ось машины. 
Общей вид вакуум-формовочной машины Geiss серии «Т10» 
представлен на рис. 1.1. 
Оснащение базовой машины серии «Т10»: 
а) верхний нагреватель, оснащенный кварцевыми нагревательными элементами типа «FAST»; 
б) отдельно управляемый нижний нагреватель с тем же типом 
нагревательных элементов, что и верхний. Закрыт стеклокерамической защитной плитой; 
в) оба нагревателя передвигаются по независимым линейным 
направляющим. Регулировка мощности каждого отдельного нагревательного элемента обеих зон нагрева, включая контроль работы. Кроме того, вывод поля нагрева на экран системы управления в виде многоцветной картинки согласно патенту фирмы Geiss; 

Рис. 1.1. Вакуум-формовочная машина серии «Т10» 
производства Geiss 

г) подача обоих нагревателей осуществляется с помощью сервомоторов; 
д) все остальные движения осуществляются с помощью моторных приводов; 
е) тяжелая зажимная рама с регулируемыми зубчатыми полотнами перемещается вертикально по отношению к формовочному окну. 
Равномерное распределение усилия прижима. Нет необходимости 
настраивать на толщину листа. Зажимная рама бесступенчато регулируется по обеим осям без применения дополнительных устройств. 
Любая позиция хода рамы может быть запрограммирована и сохранена в системе управления; 
ж) со стороны оператора машина защищена световым барьером 
с автоматической системой контроля; 
и) навесная передняя дверь для простой смены формы с пневматическим замком; 
к) система управления Simatic S7 с децентральным подключением всех периферийных узлов через систему шин SINEC L2 DP. Все 
управление и контрольные устройства на одной контрольной поверхности Siemens с подключением к ПК 677 на свободно перемещаемом 
пульте управления, расположенном слева впереди; 
л) комплектная вакуумная система, состоящая из вакуумного 
бака, одного или нескольких вакуумнных насосов на 100 м3/ч и авто