Выдувное формование представляет собой высокоэффективную технологию производства полых пластиковых изделий путем раздува разогретой заготовки сжатым воздухом внутри пресс-формы. Метод применяется для изготовления бутылок, канистр, технических емкостей и автомобильных деталей объемом от нескольких миллилитров до 500 литров. Технология обеспечивает высокую скорость производства, экономичность и возможность создания изделий сложной геометрии с минимальными отходами.
Что такое выдувное формование пластмасс
Выдувное формование является одним из ключевых методов переработки термопластичных полимеров для получения полых изделий. Суть процесса заключается в том, что предварительно нагретую пластиковую заготовку помещают в разъемную пресс-форму и раздувают сжатым воздухом под давлением до полного прилегания материала к стенкам формы.
Технология берет начало от стеклодувного производства и адаптирована для работы с термопластами в 1930-х годах. Промышленное распространение метод получил в 1960-1970-х годах с развитием упаковочной индустрии. Сегодня выдувное формование является доминирующей технологией для производства полой пластиковой тары различного назначения.
Важно: Основное отличие выдувного формования от других методов переработки пластмасс состоит в том, что материал формуется за счет давления воздуха, а не механического воздействия. Это обеспечивает равномерное распределение материала и минимальные внутренние напряжения в готовом изделии.
Принцип работы технологии выдувного формования
Основные этапы процесса
Технология выдувного формования состоит из нескольких последовательных операций, которые различаются в зависимости от выбранного метода. Общая схема включает подготовку полимерного сырья, формирование заготовки, раздув и охлаждение изделия.
На первом этапе термопластичные гранулы загружаются в плавильный узел, где нагреваются до вязкотекучего состояния. Температура пластификации зависит от типа полимера и составляет от 180 до 280 градусов Цельсия. Расплав должен обладать определенной вязкостью для сохранения формы заготовки до момента раздува.
Следующий этап предполагает получение заготовки в виде трубчатого паризона или преформы. Паризон формируется методом экструзии через кольцевую фильеру, а преформа изготавливается литьем под давлением на термопластавтомате. Толщина стенки заготовки программируется с учетом геометрии будущего изделия.
После размещения заготовки между половинками пресс-формы происходит их смыкание. Через специальное отверстие в горловине подается сжатый воздух под давлением от 0,4 до 4,0 МПа. Материал растягивается и прижимается к охлаждаемым стенкам формы, принимая заданную конфигурацию. Время выдержки составляет от 5 до 30 секунд в зависимости от толщины стенки.
Ключевые параметры процесса
- Температура расплава: критический параметр, определяющий текучесть материала и качество сварных швов. Перегрев приводит к термодеструкции полимера, недогрев вызывает неполное заполнение формы.
- Давление раздува: обеспечивает равномерное распределение материала по полости формы. Для малой тары применяется давление 0,6-0,8 МПа, для крупногабаритных емкостей от 0,4 до 0,6 МПа.
- Время охлаждения: влияет на кристалличность полимера и производительность линии. Быстрое охлаждение фиксирует аморфную структуру, медленное позволяет материалу кристаллизоваться.
- Профиль толщины заготовки: программируется для компенсации неравномерного растяжения материала в различных зонах изделия.
Виды и классификация выдувного формования
Экструзионно-выдувное формование
Экструзионно-выдувное формование является наиболее распространенным методом производства полой тары. Процесс начинается с непрерывной или прерывистой экструзии трубчатой заготовки — паризона. Расплавленный полимер выдавливается через кольцевую головку экструдера вертикально вниз между разомкнутыми половинками формы.
При непрерывном методе паризон экструдируется постоянно, а форма перемещается синхронно с его движением. Применяется для изделий малого и среднего объема до 5 литров. При прерывистом методе расплав накапливается в аккумуляторе, после чего быстро выдавливается. Подходит для крупногабаритных изделий объемом до 200 литров.
Метод позволяет производить многослойные изделия путем соэкструзии нескольких материалов одновременно. Внутренний слой может быть барьерным для предотвращения проникновения газов, наружный обеспечивать механическую прочность. Производительность современных машин достигает 3000 изделий в час для малой тары.
Литьевое выдувное формование
Инжекционно-выдувное формование представляет собой двухстадийный процесс. На первой стадии методом литья под давлением изготавливается преформа — заготовка с точной горловиной и заданным распределением материала. Преформа кристаллизуется и может храниться длительное время.
На второй стадии преформа нагревается инфракрасными излучателями до температуры на 10-20 градусов выше точки стеклования полимера. Затем помещается в выдувную форму, где раздувается сжатым воздухом. Метод обеспечивает высокую точность геометрии изделия и толщины стенок.
Технология применяется преимущественно для производства малообъемной тары объемом от 50 миллилитров до 5 литров с повышенными требованиями к качеству. Типичные изделия — флаконы для фармацевтики, косметики, бутылки для напитков. Производительность составляет до 10000 единиц в час на многогнездных машинах.
Формование с раздувом и вытяжкой
Технология растяжения с раздувом применяется для получения двуосноориентированных изделий с повышенными барьерными свойствами и прочностью. Преформа одновременно растягивается механическим штоком в осевом направлении и раздувается воздухом в радиальном. Двуосная ориентация молекул полимера увеличивает прочность на 200-300 процентов.
Метод используется преимущественно для производства бутылок из полиэтилентерефталата. Степень вытяжки составляет от 8 до 12 раз по сравнению с исходной преформой. Процесс требует строгого контроля температуры нагрева в диапазоне 90-110 градусов Цельсия для ПЭТ.
| Метод формования | Объем изделий | Производительность | Основные материалы |
|---|---|---|---|
| Экструзионно-выдувное | 0,05 - 200 л | 500 - 3000 шт/час | ПЭВП, ПЭНП, ПП, ПВХ |
| Литьевое выдувное | 0,05 - 5 л | 2000 - 10000 шт/час | ПЭТ, ПП, ПС |
| С раздувом и вытяжкой | 0,2 - 3 л | 10000 - 36000 шт/час | ПЭТ, ПП |
Материалы для выдувного формования
Полиэтилентерефталат
ПЭТ занимает лидирующие позиции в производстве выдувной тары благодаря уникальному сочетанию свойств. Материал обладает высокой прозрачностью, барьерными характеристиками по отношению к углекислому газу и механической прочностью. Температура плавления составляет 250-260 градусов Цельсия.
Из ПЭТ производится значительная доля всех пластиковых бутылок для напитков в мире. Материал перерабатывается методом литья с раздувом и вытяжкой. Вес стандартной полуторалитровой бутылки составляет 40-45 граммов благодаря двуосной ориентации. ПЭТ полностью пригоден для вторичной переработки.
Полиэтилен высокой и низкой плотности
Полиэтилен является наиболее распространенным материалом для экструзионно-выдувного формования. ПЭВП применяется для жесткой тары — канистр, бутылок для бытовой химии, технических емкостей. Материал характеризуется высокой химической стойкостью и прочностью. Температура переработки 200-230 градусов.
ПЭНП используется для гибкой тары — флаконов с возможностью сжатия, тюбиков. Обладает высокой эластичностью и низкой газопроницаемостью. Оба типа полиэтилена перерабатываются на экструзионно-выдувных машинах с непрерывной подачей паризона. Стоимость сырья на 30-40 процентов ниже ПЭТ.
Полипропилен и другие термопласты
Полипропилен применяется для производства тары, работающей при повышенных температурах до 100 градусов Цельсия. Из ПП изготавливают бутылки для горячего розлива, автомобильные расширительные бачки, медицинские флаконы. Материал сочетает термостойкость с хорошей химической стойкостью.
Поливинилхлорид используется для производства технических изделий и бутылок для растительных масел. Полистирол и его модификации применяются для жесткой косметической упаковки. Поликарбонат и полиамиды используются в специальных применениях, требующих высокой ударной прочности и термостойкости.
Оборудование для выдувного формования
Экструзионно-выдувные машины
Основу экструзионно-выдувной машины составляет экструдер с червячным пластифицирующим узлом. Одночервячные экструдеры применяются для стандартных материалов, двухчервячные для требовательных полимеров. Диаметр червяка варьируется от 45 до 200 миллиметров в зависимости от производительности.
Экструзионная головка формирует трубчатый паризон с программируемым профилем толщины стенки. Современные головки оснащены системой динамического регулирования зазора для компенсации неравномерного растяжения материала. Система смыкания формы может быть челночного типа, ротационного или линейного.
Машины челночного типа имеют подвижную каретку с формами, перемещающуюся между позициями захвата паризона и выдува. Ротационные машины оснащены вращающимся барабаном с несколькими формами для повышения производительности. Стоимость оборудования начинается от 40 тысяч долларов для малых машин.
Линии литьевого выдувного формования
Линия литьевого выдувного формования состоит из термопластавтомата для производства преформ и выдувной машины. Термопластавтомат оснащается специальными многогнездными пресс-формами на 4-96 гнезд. Усилие смыкания составляет от 80 до 500 тонн.
Выдувная секция включает систему подачи и нагрева преформ инфракрасными лампами, выдувные формы с охлаждением и систему выгрузки готовых изделий. Современные машины оснащаются роботизированными системами для автоматизации процесса. Производительность линий достигает 2500 бутылок в час на гнездо.
Одноступенчатые машины интегрируют литье преформы и выдув в едином агрегате. Двухступенчатые линии предполагают раздельное производство преформ и выдув. Выбор зависит от объемов производства и ассортимента изделий. Стоимость полной линии составляет от 150 тысяч до 2 миллионов долларов.
Применение и область использования технологии
Упаковочная промышленность
Упаковка составляет более 85 процентов всего объема продукции выдувного формования. Технология применяется для производства бутылок для питьевой воды, газированных напитков, соков, молочных продуктов. Объем единичной бутылки варьируется от 0,33 до 5 литров.
Канистры и бочки для технических жидкостей, бытовой химии, лакокрасочных материалов производятся объемом от 1 до 200 литров. Флаконы для косметики, средств гигиены, фармацевтических препаратов изготавливаются малого объема с повышенными требованиями к качеству поверхности.
Автомобильная промышленность
В автомобилестроении выдувное формование применяется для производства топливных баков, бачков омывателя стекол, расширительных бачков системы охлаждения, воздуховодов системы вентиляции. Материалы должны обеспечивать стойкость к углеводородам, антифризам, озону.
Топливные баки объемом до 80 литров изготавливаются методом многослойной экструзии с барьерным слоем для предотвращения испарения топлива. Используются специальные марки полиэтилена с улучшенными прочностными характеристиками. Вес бака составляет 4-6 килограммов против 10-12 килограммов металлического аналога.
Прочие области применения
Технология используется для производства полых игрушек, спортивного инвентаря, садового инструмента, емкостей для хранения воды объемом до 5000 литров. Медицинская промышленность применяет выдувное формование для изготовления контейнеров для лекарств, капельниц, медицинских принадлежностей.
Промышленные резервуары, емкости для химических реагентов, поплавки для буйков изготавливаются методом ротационного или выдувного формования. Выбор технологии зависит от требований к толщине стенки, объему партии и стоимости инструмента.
Преимущества и недостатки выдувного формования
Основные преимущества метода
- Высокая производительность: современные линии обеспечивают выпуск до 36000 изделий в час при многогнездном исполнении формы.
- Низкая себестоимость: стоимость пресс-форм для выдувного формования в 3-5 раз ниже форм для литья под давлением аналогичных изделий.
- Минимальные отходы: облой составляет 5-10 процентов от веса изделия и полностью пригоден для повторной переработки.
- Возможность производства крупногабаритных изделий: метод позволяет изготавливать емкости объемом до 500 литров без сварных швов.
- Гибкость ассортимента: переналадка оборудования на другой типоразмер занимает от 15 минут до 2 часов.
Ограничения технологии
Основным недостатком выдувного формования является ограниченная точность распределения толщины стенки готового изделия. Разброс может достигать 20-30 процентов в различных зонах. Для компенсации приходится увеличивать средний вес изделия.
Метод применим только для изделий полой формы с одним или несколькими отверстиями. Невозможно изготовить полностью замкнутые объемы. Сложные внутренние полости и резьбовые элементы требуют дополнительных операций механической обработки.
Качество поверхности изделий уступает литым деталям из-за контакта с паризоном и наличия сварного шва. Для улучшения внешнего вида применяется полировка форм и покрытия. Метод требует стабильных реологических свойств материала для обеспечения повторяемости результатов.
Часто задаваемые вопросы о выдувном формовании
Заключение: Выдувное формование остается ведущей технологией производства полой пластиковой тары благодаря оптимальному соотношению производительности, стоимости и качества изделий. Правильный выбор метода формования, материала и оборудования позволяет обеспечить конкурентоспособность продукции. Развитие технологии направлено на снижение веса упаковки, повышение барьерных свойств и применение вторичных материалов для достижения целей устойчивого развития.
Информация в данной статье носит ознакомительный характер и предназначена для общего понимания технологии выдувного формования. Конкретные технологические параметры, выбор оборудования и материалов должны определяться с учетом требований к изделию и условий производства. Автор не несет ответственности за решения, принятые на основе представленной информации. Рекомендуется консультация с профильными специалистами перед началом проектирования и производства.
