Методы производства пластиковых изделий

При производстве изделий из пластмасс используются специальные синтетические материалы на полимерной основе. Одной из их особенностей является способность принимать нужную форму при влиянии определенных факторов – нагрева или механического воздействия, при химической реакции и т.д.

За счет универсальности пластмасс эти материалы нашли себе применение во множестве хозяйственных и производственных отраслей, а также в повседневной жизни. Перечень изготавливаемой из них продукции невероятно широк и разнообразен, а производство каждой разновидности изделий из пластика предполагает использование определенных технологий и соответствующего оснащения.

Ниже проанализируем специфику производства из пластика, применяемые при этом материалы и наиболее востребованные технологические методы. Подробнее рассмотрим основные технологии производства, активно применяемые в этой отрасли – литье под давлением, экструзию и вакуумное формование изделий из пластика.

Основные виды пластиков и применение изделий из них

Современная химическая промышленность выпускает множество разновидностей пластиковых материалов. Каждая из них имеет свои отличительные особенности и характеристики, определяющие вид обработки и свойства выпускаемой продукции.

Наиболее часто в производстве применяют следующие виды пластмасс для решения производственных задач:

• Полиэтилен – всем знакомый и привычный вид пластика. Он отличается прочностью, малым весом и устойчивостью к воздействию влаги. Из него производят упаковку, игрушки, пакеты, бутылки и т.д.
• Полипропилен – обладает более высокой прочностью и жесткостью, а также может выдерживать более высокие температуры. Из него производят отдельные виды текстиля, детали для автомобильной промышленности, пищевые контейнеры и прочие виды продукции.
• Поливинилхлорид – универсальная разновидность пластика, которая в зависимости от состава может быть гибкой и жесткой. Из этого материала производят изоляцию для электрических проводов, сантехнические трубы, элементы оконных рам.
• Полистирол – жесткая разновидность пластика с малым весом, из которой выпускают одноразовую посуду, электроизоляцию, упаковочные материалы. А вспененная разновидность – пенополистирол – активно применяется в рекламе для изготовления различных стендов.
• Полиэтилентерефталат (ПЭТ) – прозрачный пластик с малым весом, отличается прочностью и часто применяется при изготовлении бутылок для напитков, при производстве синтетических тканей и контейнеров для продуктов питания.
• Поликарбонат – еще один вид прозрачного пластика, известный своей прочностью и устойчивостью к ударным нагрузкам. Из него выпускают детали для монтажа электронных схем, защитные щитки и очки, многочисленные другие изделия.
• Полиуретан – этот вид пластика может быть гибким или жестким, от других разновидностей его отличает повышенная устойчивость к истиранию. Из него производят изоляцию, подошвы для обуви, детали для мебели.

Перечисленные материалы – лишь часть из огромного разнообразия пластиков, которые нашли применение в различных отраслях за счет уникальных наборов полезных свойств. Различные виды пластиков и изделий из них применяются в строительной, электронной, автомобильной, сельскохозяйственной отраслях. Из них выпускают материалы для упаковки и транспортировки продукции, медицинские изделия, потребительские товары, защитное снаряжение и товары для спорта и отдыха.

В зависимости от вида продукции и характеристик применяемого при ее выпуске материала используются соответствующие технологии.

Литье под давлением

Это один из наиболее широко востребованных производственных методов, применяемых при производстве изделий различного назначения. В упрощенном виде он предполагает закачивание расплавленной пластиковой массы под высоким давлением в специально подготовленную форму, воспроизводящую очертания будущего изделия.

После остывания пластик сохраняет заданную конфигурацию, тогда форму раскрывают и изымают готовый продукт. Такая технология считается одной из наиболее универсальных, она подходит для крупносерийного производства разнообразной продукции. Ее применение позволяет обеспечить повторяемость геометрических параметров производимых изделий в рамках каждой партии и оптимизирует производство за счет высокой продуктивности.

Обязательным этапом при производстве с использованием литья пластика под давлением является проектирование и подготовка пресс-форм, в которые в дальнейшем будет подаваться расплавленная пластиковая масса. Как правило, затраты на этом этапе бывают наиболее значительными, но в дальнейшем они оправдываются экономичностью и скоростью самого производства.

Пресс-формы используются при работе специального оборудования – термопластавтоматов – рассчитанных на массовое производство и обладающих высокой степенью автоматизации. Подача расплавленного пластика в форму, ее охлаждение, выемка готового изделия, контроль качества и подготовка формы к следующему циклу – все эти операции происходят в автоматизированном режиме при минимальной потребности в ручном вмешательстве.

Такой метод производства изделий из пластика имеет ряд значимых преимуществ:

• Стабильность и продуктивность производства, снижение требований к квалификации оператора – за счет использования автоматизированных технологических решений.
• Высокое качество получаемой продукции и единообразие ее параметров – за счет возможности использования автоматических систем выявления дефектов.
• Экономическая целесообразность производства и снижение себестоимости – за счет короткого технологического цикла при изготовлении каждого изделия и высокой скорости при выпуске значительных объемов продукции.

Одним из недостатков метода литья пластмасс под давление является то, что на этапе подготовки пресс-форм обычно требуются существенные накладные расходы. Оправдать такие издержки можно при массовом производстве за счет снижения себестоимости получаемых изделий. Однако для выпуска малых партий или штучного производства такая технология не слишком подходит.

Экструзия

Еще один технологический метод производства изделий из пластика получил название экструзии. Его суть состоит в продавливании расплавленных пластиковых гранул через отверстие головки (матрицы) экструдера. В зависимости от конфигурации отверстия такая технология позволяет получить изделие соответствующего профиля с неограниченной длиной.

Этот метод применяется при производстве различных профилей, пластиковых труб, изоляции для кабелей, различных пленок или покрытий. В частности, всем известные пластиковые профили, применяемые при производстве оконных и дверных конструкций, выпускаются именно по такой технологии.

Подогрев пластиковых гранул осуществляется с применением электрических нагревателей – спиральных или хомутового типа. Такие нагревательные приборы обеспечивают оптимальный тепловой режим, а их работа может быть автоматизирована с применением различных современных решений.

Процесс производства изделий с использованием технологии экструзии пластика является непрерывным и рассчитан на массовый выпуск продукции. С его помощью можно обеспечить высокую точность геометрических параметров получаемого изделия, правильность его профиля.

В общем виде установка для экструзионной технологии состоит из камеры, в которую гранулы пластика подаются из бункера. Там они расплавляются, а полученная при этом вязкая масса при помощи шнека подается к головке, которая придает ей требуемую форму. Потом изделие остужается, нарезается по требуемой длине, при необходимости выполняется его дополнительная обработка.

Этот технологический метод отличается высокой скоростью, стабильностью параметров получаемой продукции и возможностью в точности воспроизвести ее характеристики. При его использовании получается особая структура пластика, которая позволяет изделию лучше противостоять механическим нагрузкам. А в полученном непрерывном профиле изделия отсутствуют швы и другие уязвимые места.

Наряду с бесспорными преимуществами метода экструзии у этой методики имеется и ряд ограничений. Прежде всего, следует учитывать, что развертывание такого производства требует существенных инвестиций в высокоточное и автоматизированное оборудование. Кроме того, ряд материалов, которые принято относить к разряду пластиков, не подходят для использования при такой технологии из-за своих свойств. А еще может потребоваться дополнительная отделка поверхности экструдированного профиля с использованием специализированного дополнительного оборудования.

Вакуумное формование

Методика вакуумного формования применяется при работе с листовым пластиком толщиной до 10 мм, а не с расплавами, как это было в двух описанных выше технологиях. В ходе обработки лист материала разогревается, после чего с помощью вакуумного оборудования ему придается требуемая форма по заранее подготовленной матрице.

Технологический процесс при использовании такой методики выглядит следующим образом. На станке для вакуумного формования с заранее подготовленной матрицей помещают лист пластикового материала. Пластик подогревают до приобретения им оптимального уровня эластичности, при этом из пространства между листом и матрицей откачивают воздух. Нагрев листа чаще всего производится с применением инфракрасных или галогенных ламп, специальных кварцевых нагревателей.

В результате размягченный материал под воздействием разницы давления покрывает всю поверхность матрицы и плотно прилегает к ней. Потом его охлаждают, отделяют от матрицы, после чего производственный цикл повторяется. Готовое изделие может потребовать дополнительной обработки (вырубки по форме, сверления отверстий, выборки пазов) или сразу отправляться на склад/к заказчику.

С помощью такой технологии можно выпускать изделия со сложной конфигурацией. В частности, таким образом производят многочисленные виды продукции, такие как корпуса для приборов, множество разновидностей тары и упаковочных материалов, ложементы, емкости для хранения и т.д.

Процесс вакуумного формования подходит как для массового, так и для малотиражного производства. Поскольку при таком методе также имеется необходимость в изготовлении специальной матрицы, повторяющей конфигурацию будущего изделия, подготовительный этап может потребовать существенных расходов.

Поэтому при изготовлении больших объемов продукции применение такой технологии более целесообразно, поскольку первоначальные издержки тут окупаются за счет невысокой себестоимости отдельного изделия. Также этот метод может применяться при организации полностью автоматизированных производственных линий, что может дополнительно снизить расходы и ускорить производство.

Для получения качественной продукции при такой технологии важно оптимально подбирать температуру нагрева и давление, с которым воздух откачивается из рабочей зоны станка. Их следует выбирать в соответствии с толщиной и материалом обрабатываемого пластика – в этом плане многое зависит от квалификации и опыта оператора.

Тенденции в производстве продукции из пластмасс

Эти и другие технологии производства продукции из пластика сегодня активно совершенствуются и дорабатываются, чтобы их применение позволило получить качественную продукцию, сократить издержки и минимизировать воздействие на окружающую среду.

Основными тенденциями развития отрасли можно считать следующие:

• Повышение степени автоматизации производства. Разработка и применение автоматизированных решений позволяют ускорить выпуск продукции, оптимизировать расходы, сократить потребность в ручном вмешательстве.
• Экологически устойчивое развитие производства. Непременным условием при создании новых технологий обработки пластика считается сокращение потребности в ресурсах и исключение образования вредных выбросов.
• Разработка новых безопасных материалов. Взамен традиционного загрязняющего окружающую среду пластика создаются и внедряются в массовое производство новые материалы, которые пригодны к повторному использованию или в короткие сроки полностью разлагаются на составляющие компоненты.

Следование этим тенденциям позволяет отрасли гармонично развиваться, производить продукцию исключительно высокого качества. Также соблюдение требований устойчивого развития исключит загрязнение окружающей среды, создаст условия для комфортной и безопасной жизни будущих поколений.