41
Технологија прераде пластичних маса Братислав Трифуновић 328/2012 1 1. Увод Као резултат потребе за деловима који ће са мањом масом и ценом а без губитка других не мање биних особина задовољити потребе корисника настале су пластичне масе и производи од пластичних маса. Пластичне масе које су имале првенствено за циљ да у неким областима замене металне материјале и да при томе имају исте или барем сличне механичке особине као и метални материјали данас не само да успевају да замене металне материјале већ са развојем савремене хемијске индустрије и да превазиђу механичке особине металних материјала. Такође и проблеми који се тичу њихове рециклажне и њихове поновне употребе су успешно решени. За прве писане документе о настанку и примени полимерних материјал могу се усвојити извештаји из 1843. године малајског хирурга др Монтгомерија у којима износи да Малајци користе гутанерку (коагулисани латекс неких мајајских дрвета) за прављење дршки ножева и за друге предмете [1]. Хемијска влакна се први пут срећу у старој Кини, где се свила добијала на вештачки начин, цеђењем секрета из свилених буба, који се састојао од смеша два протеина: фиброина и серицина. Развој машинске технологије полимерних влакана је започео тек почетком 20 века. Термин полимер први је увео Барцелијус. Године 1909. др Хендрик Бекеланд, је успео после многобројних покушаја да добије контолисану реакцију између фенола и формалдехида. Материјал који је након тога добијен назван је бакелит по свом проналазачу. То је била прва синтетичка смола и представљао је почетак индустрије синтетских пластичних материјала [1]. Врло брзо после бакелита уследило је добијање других полимерних материјала. Проналаском полиетилена у Енглеској начињен је пробој у индустрији паковања. Након многобројних истраживања откривене су нове технологије за добијање потпуно нових материјала, као и проширење примене постојећих[1]. Упоредо са експерименталним истраживањима у индустрији, текао је рад из области експерименталне и теоријске физике и хемије у многим научним установама, тако да је дошло до развоја теоријских модела добијања полимерних материјала. Низом експерименатлних метода омогућено је да се макромолекули "виде" и на тај начин учине могућим за изучавање динамике полимерних система[1]. Производња пластичних маса у свету се сваке године вишеструко увећава. Данас производња знатно прелази 100 милиона тона, док је 1950. године износила испод једног милиона тона. Овакав раст производње није забележен ни код једног другог материјала, тако да је производња пластичних маса превазишла производњу свих метала заједно[1]. Полимерни матеијали имају веома разноврсну структуру што представља основне проблеме при анализи утицаја полазних сировина и технолошких парамнетара на њихове карактеристике. Да би се ови утицаји одредили, потребно је познавање хемијских, механичких, термичких, електричних и других својстава пластичних маса, што подразумева обимна истраживања као и усавршавање метода за истраживања.

Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 1

1. Увод

Као резултат потребе за деловима који ће са мањом масом и ценом а без губиткадругих не мање биних особина задовољити потребе корисника настале су пластичнемасе и производи од пластичних маса. Пластичне масе које су имале првенствено зациљ да у неким областима замене металне материјале и да при томе имају исте илибарем сличне механичке особине као и метални материјали данас не само да успевајуда замене металне материјале већ са развојем савремене хемијске индустрије и дапревазиђу механичке особине металних материјала. Такође и проблеми који се тичуњихове рециклажне и њихове поновне употребе су успешно решени.

За прве писане документе о настанку и примени полимерних материјал могу сеусвојити извештаји из 1843. године малајског хирурга др Монтгомерија у којимаизноси да Малајци користе гутанерку (коагулисани латекс неких мајајских дрвета) заправљење дршки ножева и за друге предмете [1].

Хемијска влакна се први пут срећу у старој Кини, где се свила добијала на вештачкиначин, цеђењем секрета из свилених буба, који се састојао од смеша два протеина:фиброина и серицина. Развој машинске технологије полимерних влакана је започео текпочетком 20 века. Термин полимер први је увео Барцелијус. Године 1909. др ХендрикБекеланд, је успео после многобројних покушаја да добије контолисану реакцијуизмеђу фенола и формалдехида. Материјал који је након тога добијен назван је бакелитпо свом проналазачу. То је била прва синтетичка смола и представљао је почетакиндустрије синтетских пластичних материјала [1].

Врло брзо после бакелита уследило је добијање других полимерних материјала.Проналаском полиетилена у Енглеској начињен је пробој у индустрији паковања.Након многобројних истраживања откривене су нове технологије за добијање потпунонових материјала, као и проширење примене постојећих[1].

Упоредо са експерименталним истраживањима у индустрији, текао је рад изобласти експерименталне и теоријске физике и хемије у многим научним установама,тако да је дошло до развоја теоријских модела добијања полимерних материјала. Низомексперименатлних метода омогућено је да се макромолекули "виде" и на тај начинучине могућим за изучавање динамике полимерних система[1].Производња пластичних маса у свету се сваке године вишеструко увећава. Данаспроизводња знатно прелази 100 милиона тона, док је 1950. године износила исподједног милиона тона. Овакав раст производње није забележен ни код једног другогматеријала, тако да је производња пластичних маса превазишла производњусвих метала заједно[1].

Полимерни матеијали имају веома разноврсну структуру што представља основнепроблеме при анализи утицаја полазних сировина и технолошких парамнетара нањихове карактеристике. Да би се ови утицаји одредили, потребно је познавањехемијских, механичких, термичких, електричних и других својстава пластичних маса,што подразумева обимна истраживања као и усавршавање метода за истраживања.

Page 2: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 2

Израда предмета од пластичних маса има читав низ предности: ниска цена коштања, мала густина у односу на метале (не прелази 1,5 kg/dm3), лака израда делова, посебно производа сложене конфигурације, као и висока

продуктивност при њиховој изради, добра диелектрична својства, због чега налазе примену као добри електро-

изолатори, висока отпорност на киселине, растворе и друге агресивне средине, добра прозрачност и способност бојења, добра пригушујућа својства, односно висока отпорност на вибрације,због чега

се користе као добри изолатори вибрација, добра својства апсорпције звука, односно добри су звучни изолатори, добре антифрикционе особине, а по потреби и добра фрикциона својства,Недостаци пластичних маса су: ниска чврстоћа на повишеним температурама, смањење чврстоће у току дуготрајног оптерећења, кратак век трајања, што је у директној вези са процесом старења под утицајем

светлости, топлоте, влаге и кисеоника.Ради даљег повећања примене пластичних маса, потребно је обезбедити

развој у три правца: развој нових материјала пластичних маса, развој технологија прераде, уређаја и алата за прераду и развој примене нових материјала и развој нових производа од пластичних маса.

Page 3: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 3

2. Технологије прераде пластичних маса

Полимери се израђују у облику праха, љуспица, гранула, зрнаца или смоле, ањихова прерада у готове производе изводи се процесима обраде као што су: пресовање,истискивање (екструзија), убризгавање, натапање, каландровање и бројне методерезања и спајања.

Директно пресовање. Пластична маса у облику праха или таблете ставља седиректно у отворени и предгрејани калуп у коме се, под притиском и повишеномтемпературом, пластифицира, обликује и очврсне. Фазе рада су: пуњење, притискивањеи избацивање. Температура грејања регулише се циркулацијом загрејанога уља илипомоћу електричних грејача. Температура грејања је око 170˚С, а притисак око 200бара. Најчешће се користи за прераду дуропласта, са или без пуниоца. Количина масезависи од величине производа, а одређује се практичним пробама. На сл.2.1 приказан јепоступак директног притискивања[2].

Слика 2.1. Директно пресовањеПосредно пресовање. Овај начин пресовања изводи се помоћу алата који имају

одвојену комору за пуњење од удубљења алата у коме се врши обликовање дела што јеи приказано на сл.2.2. Процес пресовања се састоји из следећих фаза[2]:

пуњење коморе материјалом, који се у њој загрева и омекшава, потискивање растопљеног материјала из коморе за пуњење, преко уливних

канала ка гравури алата враћање потискивача, отварање алата и избацивање готовога дела

Слика 2.2. Посредно пресовање

Page 4: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 4

Бризгање је са економског аспекта најзначајнији поступак прераде термопласта.Главна предност убризгавања су уштеде у материјалу, мање време израде и мањепотребног простора за производњу. И поред великих трошкова за набавку опреме(машина и алата) овај поступак даје велике предности код серије од само неколикохијада комада. Предности овога поступка су:

тачност димензија и облика предмета, као и велике могућности обликовањаделова

производи са чистом и глатком површином у било којој боји, широка могућности дораде, обраде и оплемењивање површине, брза производња великих серија, велике могућности искоришћавања материјалаТачно одређена количина термопласта загрева се и пластифицира у посебном

цилиндру, а затим убризгава кроз млазницу у загрејани калип под високим притискомдо 1600 бара. Након хлађења отвара се алат и избацује готов производ.Пластифицирана маса маса треба што пре попунити калуп, а притисак и температуратребају бити уједначени да се постигне једнака структура, смањији напони. Поступаксамог бризгања је приказан на сл.2.3 [2].

Слика 2.3. Поступак бризгања

Екструдирање је континуални поступак прераде палстичних маса. Користи се заизраду цеви, профила, трака и слично, а са посебим уређајима и за облагањеелектричних водова изолацијом.Најчешће се користи екструдер са цилиндром и пужом који помоћу левка прихватамасу у облику гранула или праха, пластифицира је и хомогенизује помоћу грејача иплоча са провратима те истискује у алат кроз отвор у млазници (сл.2.4). Производи саобликованим попречним пресеком непрекидно излазе из алата и хладе се помоћууређаја са водом.[3]

Page 5: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 5

Слика 2.4. Пужни екструдерКрути производи (цеви сл.2.5) се режу на потребну дужину помоћу тестере која се

помиче заједно са производом, а савитљиви производи се намотавају на колут.

Слика 2.5. Алат за екструдирање цеви

Дување палстике је производни процес у ком се обликују шупљи пластичниделови претежно термопласти. Генерално постоје 3 основна типа дувања пластике:

Ињекционо дување пластике (injection blow molding) Екструзионо дување пластике (extrusion blow molding) Дување пластике истезањем (stretch blow molding)Процес дувања пластике почиње топљењем пластике и формирањем у масу за

обликовање. Маса за обликовање је комад пластике налик на цев са рупом на једномкрају у који се може убацити компримовани ваздух.

Ињекцијско дување. Маса за обликовање је ухваћена у калуп и у њега се убацујеваздух. Притисак ваздуха тада потискује пластику да належе на калуп. Једном када јепластика охлађена и очврсла калуп се отвара и обликовани део се избацује. Поступак јеприказан на сл.2.6

Page 6: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 6

Слика 2.6. Ињекцијско дување пластике (1,2-ињекцијско убризгавање; 3-обликприпремка пре удувавања пластике, 4-удувавање ваздуха, 5-отварање калупа и

избацивање производа)

У екструзионом дувању (сл.2.7) пластика се топи и бризга у шупљу цев. Ова масаза обликовање је тада ухваћена и затворена у хлађени метални калуп. Ваздух се тадаудувава у масу и врши њено обликовање у облике боце, канистера или неког другогпластичног облика. Када се пластика довољно охлади, калуп се отвара и производ сеизбацује [2].

Слика 2.7. Екструзијоно дување

Облагање жице за електричне инсталације екструдирањем. Жица која сеоблаже провлачи се кроз отвор у трну главе алата на изласку из екструдера (сл.2.8).Непосредно пре изласка из косе,односно попречне главе екструдера, жица или кабал сеоблаже слојем течног термопластичног термопласта. Брзина извлачења се све вишеповећавају, па код извлачења танких жица могу да износе чак и до 1000 m/min [1].

Page 7: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 7

Слика 2.8. Коса глава за облагање жице (шематски приказ)

Екструдирање дуваних фолија. Растопљена маса се кроз алат у облику прстенаекструдира приликом чега се формира црево одређенога пречника и дебљине зида.Црево се споља хлади ваздухом како би се спречило лепљење фолија при њеномнамотавању. Шема овог поступка је приказана на сл.2.9.

Слика 2.9. Екструдирање цревне фолије

Каландровање је процес ваљања пластичних маса и еластомера (слично каоваљање метала) где се смеша више пута пропушта између загрејаних ваљака, тако да седебљина стално смањује. Дебљина лима или фолија насталих каландровањем је 0,1 до 1mm. У процесу каландровања може се нанети слој пластичне масе на памучну тракуили на траку од папира. (сл.2.10).

Page 8: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 8

Слика 2.10. Схема поступка каландровања и машина на којој се изводи поступак

Термообликовање. Претходно обликована маса као полупроизвод (фолије,плоче..) загрева се помоћу топлог ваздуха на 110-180˚С, доводи у термоеластичностање, преобликује без пукотине и затим споро хлади. Примењује се за израдупроизвода великих површина и сложеног облика као што су кућишта хладњака,санитарни елементи, чамци или за израду масовних артикала, као што су амбалажа,прибор за јело и слично. Преобликовање може бити дубоким вучењем, развлачењем ивакумирањем. На сл.2.11 је приказан један од поступака термообликовања. Детајанопис термообликовања биће дат у поглавју 6 [3].

Слика 2.11. Алат за дубоко вучење са матрицом (термообликовање)Ливење пластике се првенствено користи за производњу фолија од термопласта са

ниским вискозитетом растопљене масе (полиетилен ниске густине, полипропилен,полиамид, целулозни ацетат и поликарбонат). У екструдеру припремљена маса крозсито прлолази у широку млазницу, након чега се у темпираном купатилу (40-50˚С)хлади и затим преко вајака се цеди вода и филм (фолија) се упућује на опкрајање инамотавање. Регулација количине која излази и дебљине фолије врши се помоћу„усана“. Постоје три основна облика конструкције млазнице [1]:

Широка млазница са могућношћу регулације обе усне (сл.2.12)

Слика 2.12. Широка млазница са могућношћу регулације обе усне а-прикључљк, b-кућиште, c-разделни канал, d и d,-плоче тј. „усне“ које се могу регулисати

Page 9: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 9

Само једна усна је покретна, а друга је непокретна, као на сл.2.13

Слика 2.13. Широка млазница код које је само једна „усна“ покретна

Покретна „усна“ је и флексибилна, што омогућује тачно регулисање размакаОблагање подлога и производња ламинарних фолија. Овим поступком се врши

оплемењавање разних подлога, најчешће папира у цију побољшавања његових особинаи постизања нових особина: еластичности, отпорности на хабање, постојаности премаводи, мастима и уљима, хемикалијама, а у специјалним случајевима и постизањанепропустљистивости за гасове и ароме, као и постизање естетског изгледа.

Најшире и најмасовнија техника је екструзионо облагање папира и картонаполиетиленом. Поступак се састоји у пластификацији вештачких материја и њенојекструзији, помоћу широке пљоснате млазнице (сл.2.14)

Слика 2.14. Облагање подлоге помоћу екструдера са широком млазницм 1-екструдер,2-широка млазница, 3-ваљак притискача, 4-одмотавање, 5-хлађење, 6-намотавање

Производња вештачких пена.Вештачке пене састоје се од великог бројарелативно малих, овалних гасом испуњених ћелија. Међусобно се разликују са обзиромна физичке особине, као што су специфична тежина, тврдоћа, флексибилност,пропустљивост гаса и паре, упијање воде, постојаност према разним хемијскимагенсима итд. Од ових особина у највећој мери зависи област примене споменутихматеријала у пракси. PVC, полиетилен и полистирол су материјали који се најчешћеданас преводе у пенасто стање. Три основна начина производње пенушавихсинтетичких материјала су:

1) мешање вештачких материја са течном пеном,

Page 10: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 10

2) надување физичким путем3) надувавање хемијским средствимаПревлачење металних предмета вештачким метеријама. Превлачење металних

и других предмета вештачким материјама може се вршити: потапањем у флуидизиран прах вештачких материја, распршивањем хладног праха вештачке материје на предгрејани предмет, пламеним распршивањем праха помоћу пиштоља за метализирање, распршивањем или наношењем течне дисперзије или раствора полимера и потапањем у течну дисперзију.

Површина предмета која се облаже мора да буде равна без рупа или шупљина у којимаби могао да заостане ваздух. Она не сме да буде масна. Опрема која је потребна запревлачење предмета вештачким материјама састоји се од пећи за предгревање ирастапање унутар којих се налази транспортер или уређај за вешање металнихпредмета.На њега се наноси прах вештачке материје, а у другој пећи се врширастапање.

Заваривање пластичних маса је спаљање два дела, непосредно или посредно(жицом за заваривање), претходним довођењем пластичне масе у термопластичностање, када молекули имају велику слободу кретања. Деловањем притиска долази дохомогеног сједињавања. На основу начина загревања разликују се пет основнихпоступака заваривања:

заваривање загрејаног гаса, заваривање загрејаног елемента, заваривање трењем диелектричко заваривање заваривање ултразвукомПултрудирање (сл.2.15.) започиње одмотавањем влакана са калемова и вођењем

према кади за њихово натапање смолом. На том путу влакна натопљена смолом пролазекроз направу за предобликовање у којој се она распоређују на жељени начин. Такообликовани профил пролази кроз загрејавани челични алат, облика жејеног производа.Током проласка профила кроз алат започиње полиреакција и умрежавање што има зарезлутат очвршћавање ојачане дуромерне смоле.

Слика 2.15. Шематски приказ линије за пултрудирање

Page 11: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 11

Напослетку, ојачани и умрежени профил, коначних димензија и дефинисаногпопречног пресека излази из алата. Континуирано кретање током процеса онемогућујесистем за извлачење. Након тога профили се режу на жејену дужину помоћуаутоматизоване покретне тестере. На сл.2.16 шематски је приказан пресекпултрудираног профила.

Слика 2.16. Шема пултрудираног профила

Намотавање представља поступак производње шупљих релативно танких аојачаних композитних предмета. Већина производа је цилиндричног облика попутцеви, али су могући и други облици, нпр. резервоари и различите посуде подпритиском. Овај поступак се користи за израду крила авиона и штапова за голф.Површине које се налазе са унутрашње стране су глатке док су са спољашње странехрапаве. Један од најважнијих корака током процеса намотавања је урањање влакана уполимерну матрицу и намотавање око полимерног трна (сл.2.17). Након того се узпомоћ пећи или инфрацрвених грејача обезбеђује температура која је неопходна засамо очвршћавање. Трн се уклања након очвршћавања или се оставља као унутрашњаоблога производу.

Слика 2.17. Шематски приказ поступка намотавања

На сл.2.18 приказани су неки од производа који се добијају поступком намотавања.

Page 12: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 12

Слика 2.18. Производи добивени поступком намотавања

Делови који се добијају поступком намотавања су са економског аспектаприхватљиви било да се ради о производњи у малим или великим серијама. Већинапроизвођача за поступак намотавања користи стандардне полимерне материјале.Опрема која се користи за поступак намотавања може се контролисати помоћурачунара, а машине које се користе могу имати од 2 до 12 оса окретања. На сл.2.19приказана је једна машина која се користи за намотавање.

Слика 2.19. Двоосни и троосни уређај за намотавање за израду цеви

Коекструдирање спада у новије поступке прераде пластичних маса. При овомпоступку врши се комбинација више различитих материјала, може се рећи да усуштини представља модификовани поступак екструдирања. Код овог поступка долазидо бризгања растопљеног полимера кроз млазницу при чему се добијају бесконачниготови производи или полупроизводи. Бризгани полимер очвршћава у екструдат.Међутим како ни један полимерни материјал не поседује особине које могу испунитизахтеве који се постављају пред производ, често је нужно користити њиховукомбинацију тј. композитне материјале. Тако се коекструдирањем добивају филмови,фолије, плоче или профили са 2 до 7 слојева. На сл.2.20 приказан је филм који сесастоји од седам слојева и који се користи у прехрамбеној индустрији а добијен јекоекструдирањем.

Page 13: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 13

Слика 2.20. Седмослојни коекструдирани филм за паковање

Ротационо истискивање.Полазни материјал за процес ротационог истискивањаје прашак (термопластични материјали). Процес ротационог истискивања сл.2.21. сереализује тако што се прашкасти материјал у калупу греје и истовремено ротира, такода налегне на унутрашње зидове калупа, без притиска. Калуп ротира истовремено окодве осе. Примена: за израду кофа, канти, танкова, кутија и лопти [4].

Слика 2.21. Ротационо истискивање

Page 14: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 14

3. Проблеми пројектовања делова од пластичних маса

Пројектовање и конструкција некога производа од пластике зависе пре свега однамене тога производа као и од поступка којим се тај производ израђује. Од велике јеважности и избор врсте пластике која се примењује за тај производ. Такође треба иматиу виду приликом пројектовања производа од пластике и могућности израде самогакалупа, да се не би дошло до ситуације да пројектовани део са технолошког аспекта неможе израдити. Такође се треба водити рачуна и о машинама које поседујемо приликомконструкције производа како би се адекватном конструкцијом обезбедило да се сапостојећим машинским парком може израдити пројектовани део [1].

Између појединих сектора у фирми као што је конструкција производа,конструкција калупа и технологије мора постојати уска сарадња и размена мишљењакако би се добивени производ са економског и технолошког аспекта био најпогоднији.

Пројектант, дизајнер и конструктор производа морају добро познаватикарактеристике изабране пластичне масе, могућности њихове прераде као и поступкекоји се могу користити за њихово обликовање.

Ово је од изузетног значаја за пословање самога предузећа јер заинтересова лица(купци) који обично нису упознати са овом проблематиком могу од произвођачатражити понуду за производ који је са технолошког аспекта немогуће израдити или јепак са економског аспекта неисплатив за производњу. Они обично доставјају цртеж илиузорак најчешће неприкладног облика који није чак оправдан ни стварнимфункционалним потребама.

Из тога разлога сматра се да је корисно да се купац већ у почетку каже које супредности и мане његове концепције производа и које се евентуалне промене могуизвршити на самом производу а у циљу испуњења свих или барем већинефункционалних захтева самога производа, и обезбеђења да тим производом сам купацбуде задовољан. Такође је важно и пре прихватања понуде за неким производомсагледати са економског и технолошког аспекта да ли производњу тога производа јемогуће остварити. Најчешће недоумице које се срећу код купца су:

Избор врсте полимера Могућност обликовања, коничност, бочни профил Функционалност површина Место обраде Неподесан облик,потребно заобљење Толеранције Уметање металних делова, са тиме у вези унутрашње напрезање Функција у коначној примени Евентуална накнадна обрадаДа би овакви проблеми били успешно превазиђени неопходно је велико искуство

људи који су запослени у самој фирми, јер се ови проблеми могу само делимичнорешавати егзактно, користићи се са већ постојећим системски уређеним подацима који

Page 15: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 15

су код свакога произвођача сакупљани годинама и смештани у одговарајуће табеле даби се сад спрем потреби могли употребљавати.

Такође је потребно да конструктор буде упознат са пластичним материјалима ињиховим својствима а који се могу наћи на нашем тржишту како би саму конструкцијуприлагодио постојећим материјалима. Упркос богатоме извору информација опластичним материјалима, мора се на неки начин премостити јаз између познатихкарактеристика материјала и жељених карактеристика саме конструкције а то се можеостварити само уз сарадњу конструктора и произвођача полимера.

У већини случајева је корисно да се након извршене конструкције производаизради модел па тек након испитивања тога модела може се приступити консрукцији иизради калупа за обликовање.

Треба напоменути нека основна правила којих се треба придржавативи приликомконструкције производа од полимерних материјала.

Свако ко се бави конструкцијом односно пројектовањем новог производа мора пресамог обликовања да пред собом има јасну слику о намени тог производа и захтевимакоје он мора да испуни. Производња и сама својства производа зависи од врстеобликовања којем је подвргнут сам пластомер. Самим тиме трба тежити избору оногапоступка прераде који је најпогоднији за сам материјал. Када се говори о производимаод пластичних маса може се рећи да разликујемо:

техничке производе и производе широке потрошњеТехнички производи увек морају да испуне одговарајуће захтеве. Када се говори о

материјалима увек се мора водити рачуна о томе да се испуне захтеви који се пред њихпостављају а у погледу отпорности на хемикалије, одгуварајућих механичких итермичких карактеристика.

Ако се мора водити рачуна о димензијама производа тада се мора водити рачуна оспецифичностима изабраног материјала, о његовом скупљању у самом калупу као и онакнадном скупљању. Са друге стране такође се мора водити рачуна о топлотномистезању и упијању влаге.

Производ се ако је то протебно прорачунава при чему се прорачун темељи наподацима о материјалу које даје произвођач полимера. Дебљина зидова самогапроизвода треба тако одабрати да се усклади циљ примене и могућност производње.

За прихватање завртња могу се на самом производу одбризгати навоји или се пакнавоји урезују у припремљену (обликовану) рупу, уколико се ради о материјалима којипоседују већу тврдоћу и чврстоћу. Ради чврстоће је препоручјиво да дужина самоганавоја не прелази 2 до 2,5 пречника завртња. Ако се ова завртањска веза често отпуштакосисно је предвидети метални уметак са навојем. Ови уметци се могу убацити у токусамога поступка бризгања или се пак могу убацити накнадно и то ултразвучнимпоступком.

Производи широке потрошње. Код ових производа се такође мора водити рачунао претходно набројаним захтевима, али најчешће ови производи имају и захтеве који сеодносе на њихову естетику односно леп изглде површине. Са друге стране се од овихпроизвода захтева да буду што погоднији за руковање и употребу.

Page 16: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 16

Дебљина зида код делова од пластичних маса одређује се према величини инамени самога прозивода. Одабир саме дебљине зида зависо од врсте пластичне масе,рссположивих машина и тражених особина самог производа. Одређивање његоведебљине узискује велико искуство са обзиром да су отпори течења различити за свакипроизвод. Уопштено гледано дебљина износи између 1 и 3 mm за делове мањихдимензија односно код делова већих димензија између 3 и 6 mm. Дебљина зидауколико је то могуће је погодно да буде једнака, а уколико је то из конструкционихразлога немогуће извести онда је потребно предвидети прелазе. При уливању потребноје изабрати такво место уливања да растопљена пластика тече од дебљих ка тањимзидовима јер у супротном долази до појаве великих унутрашњих напреазања уотпреску. На сл.3.1 дате су препоручене вредности димензија у односу на дебљинузида.

Слика 3.1. Препоручене вредности димензија у односу на дебљину зида

Разлике у дебљини зида треба превазићи применом језгра, на тај начин сеизбегавају места увлачења, усахлине, смањење термичких напрезања и времена израдеа постижу се и уштеде у материјалу. На сл.3.2 приказан је начин постављања језгра укалуп као и однос пречника и висине.

Слика 3.2. Постављање језгра у калуп

Како би се повећала чврстоћа зидова без повећања њихове дебљине користе серебра. Ребра морају бити изведена са одговарајућом коничнишћу како би се осигурало

Page 17: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 17

извлачење из калупа. Димензије ребра треба да буду у границама t=0,4-0,7S где је S –дебљина зида, t – дебљина ребра за ојачање. На сл.3.3 приказане су димензије ребра.

Слика 3.3. Димензионисање ребра

Изданци (гребени) служе за лакше механичко склапање делова који се честорастављају, могу се користити и као потпорни лежајеви или пак као одстојници измеђудве површине. Коју улогу ће имати на неком делу зависи од конструкције самогадела.Тако се изданак у једном случају користи за прихват металних уметака или например за урезивање навоја. На сл.3.4 приказан је изданак са основним димензијама.

Слика 3.4. Димензије изданка

Да би се осигурало веђење делова из калупа потрено је да површине делова одпластике буду са одговарајућим нагибом, и то како спојашње тако и унутрашње. На сл.3.5 је то и приказано.

Слика 3.5. Нагиб к

Page 18: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 18

Колики ће нагиб ових површина бити зависи у многоме од врсте материјала. Уследећој таблици су дате оквирно вредности нагиба у зависности од врсте пластичнемасе.

Таблица 1. Оквирне вредности у %

Такође величина нагиба зависи и од висине зида. У табели 2 дате су вредности угланагиба у односу на висину дела.

Табела 2.Коничност (нагиб) углова вађења из калупа

Page 19: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 19

4. Пример пројектовања дела

У оквиру овога дела семинарског рада дат је опис пројектовања једнога дела којисе израђује поступком термообликовања.

Цео поступак моделирања дела извршен је у програмском пакету CATIA V5 R16.Изглед овога дела је приказан на сл.4.1.

Слика 4.1. Део добивен термообликовањем (поклопац за торту)

Сам поступак моделирања се врши на следећи начин. Нако уласка у софтверCATIA V5 R16 врши се формирање новог документа при чему се из Part Design радногокружења прелази у Generative Shape Design (радно окружење намењено за рад саповршинама). Након тога се врши формирање скице користећи команду Sketch причему се као раван скицирања користи YZ раван. У овој равни се црта контуракористећи команду Profile. Нацртаној контури се додејују коте користећи командуConstraint. Контуру је потребно дефинисати са довољно параметара како би билапотпуно дефинисана тј. док сви елементи контуре не постану зелени. Изглед скице каои основне димензије су приказане на сл.4.2.

Слика 4.2. Изглед скице са основним димензијама

Page 20: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 20

По изласку из Sketch-а врши се активирање команде Revolve којом се дата контураротира око осе Z за угао од 360 ˚С при чему се добија површина као што је приказанана сл.4.3.

Слика 4.3. Површина добијена командом Revolve

Након ове команде се понаво улази у Sketch како би се формирала путања којом севрши спаљање два пресека управна на ову путању. На сл.4.4 је приказан изглед овепутање у равни YZ са димензијама неопходним за њено потпуно ограничавање.

Слика 4.4 Дефинисање скице путање

Након формирања скице и изласка из команде Sketch формирају се две равни напочетку и крају путање а управно на њу. Формирање ових равни се врши уз помоћкоманде Plane при чему се у оквиру дијалог бокса Plane Definition врши избор као насл.4.5. У пољу Curve се врши избор путање а у пољу Point тачка кроз коју пролазираван.

Тачка 1

Тачка 2

Page 21: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 21

Слика 4.5 Начин попуњавања дијалог бокса Plane DefinitionНакон формирања равни у тим равнима се врши формирање скица се обликом и

димензијама приказаним на сл. 4.6.

а) б)Слика 4.6 Скица која се формира у равни која пролази кроз а) тачку 1, б) тачку 2

Командом Multi-sections Surfaces се врши формирање површине облика као насл.4.7, начин попуњавања дијалог бокса ове команде такође је приказан на сл. 4.7

а) б)Слика 4.7 а) Начин попуњавања дијалог бокса Multi-sections Surfaces Definition, б)

облик добијене површине

Page 22: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 22

Након формирања ове површине она се затвара са чеоних страна помоћу командеFill-e , ове површине се затим обједињују коришћењем команде Join. Обликновоформиране површине и начин попуњавања дијалог бокса команде Join приказанису на сл.4.8.

а) б)Слика 4.8 а) Начин попуњавања дијалог бокса Join Definition, б) облик новоформиране

површине

Командом Circular Pattern се овако формирана површина умножава и то по кругу.На сл.4.9 приказана су резултати примене ове команде као и начин попуњавања дијалогбокса.

Слика 4.9 Примена команде Circular Pattern

Page 23: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 23

Применом команде Trim обједињују се површине добивене командом Revolve иJoin. Облик новонастале површине је приказан на сл.4.10.

Слика 4.10 Облик површине добивене командом Trim

Након овога се на површини између оштрих прелаза формирају заобљења и токоришћењем команде Face-Face Fillet . Формирањем скице у равни XY, коришћењемкоманде Fill добива се површина облика ушица што је приказано на сл.4.11.

а) б)Слика 4.11 а) скица, б) примена команде Fill

Командом Join се врши спајање површина при чему коначан облик површине јекао на сл.4.12

Page 24: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 24

Слика 4.12 Коначан облик формиране површине у радном окружењу Generative ShapeDesign

Након извршеног формирања површине прелази се у радно окружење Part Design-aу коме се површини преводи у део и у коме се делу додељује врста материјала(пластика). Додељивање материјала се врши помоћу команде Applay Material. Изгледдела је приказан на сл.4.13

Слика 4.13 Додељивање материјала комаду

Page 25: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 25

5. Карактеристике изабране пластичне масе

Постоји више врста пластика које се могу успешно користити у процесутермообликовања. У даљем тексту биће укратко извршен опис тих материјал, такођебиће дати и примери делова који се од њиј израђују. На крају се даје опис и материјалакоји се користи за пројектовани део (винилни полимер) [5].

Акрили (полиакрилати) спадају у групу акрилних смола. Производе сеполимеризацијом естера акрилне и метакрилне киселине. Додају им се модификаторисвојстава, понајпре кртости. Отапају их ароматски и клорирани угљеводоници.

Омекшавају између 140 и 175˚С. У примени је често акрилни пластомер поли(метил-метакрилат) (ПММА) чија је хемијска формула дата на сл.5.1 а), израђује се уоблику плоча које су приказане на сл.5.1 б).

а) б)Слика 5.1 а) Мономер ПММА, поли (метил-метакрилат); б) Разнобојне плоче

начињене од ПММА

Најважнија својства су: постојаност према топлоти, светлу, старењу добра механичка својства (тврдоћа, жилавост, постојаност од настанка

огреботина) сјајна површина постојаност према води, слабим киселинама добра обрадљивост (одвајањем, деформацијом у топлом стању, не

препоручује се за дубоко извлачење) могућност прераде ливењем и екструдирањем

Целулоиди су први пластомери, пронађени су 1870 год. Настају хемијскомреакцијом камфора и нитроцелулозе. Нитроцелулоза се добија прерадом дрвета усложеним хемијским постројењима великих енергетских захтева.

Велика популарност целулоидних полимера у великосеријској производњиполагано је почела да опада средином 20 века усавршавањем економичниј начинаизраде других врста полимера. Целулоиди су остали и даље незаменјиви у фото ифилмској индустрији у облику филмских трака све до појаве и масовне применедигиталних медија.

Развој целулоидних полимера био је успорен због њихове осетљивости на топлотуи светло, тако да су тек након развоја начина трајне модификације и управљањасвојствима адитива нашли широку примену. Целулоидима се додају пластификатори,

Page 26: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 26

боје, пигменти и стабилизатори хемијских својстава. Производи опште потрошње којисе и данас производе од целулоида су лоптице за стони тенис и жице за гитару. Који суприказани на сл.5.2

Слика 5.2 Производи од целулоида

Најважнија својства су: жилавост, тврдоћа (у оквиру полимерних материјала) транспарентност осетљивост на топлоту и светло ако су без додатака погодност за поступак вучења

Полиолефин је полимер произведен од једноставног олефина као мономер.Олефини се још називају алкени, а њихова формула је СnH2n.

Алкени су ациклички незасићени угљенводоници који у молекулу поредједноструких имају и двоструке ковалентне везе између атома угљеника.

Физичка својства односно агрегатно стање зависи значајно од броја и распоредаатома угљеника у молекулу. Тако су алкени са 2 до 4 угљеникова атома у молекулугасови, 5 до 17 угљеникових атома течности, а са више од 17 угљеникових атома умолекулу у чврстом агрегатном стању. Најчешћи мономери који се додају су пропилен,бутан, етан...

Температура топљења расте са порастом релативне молекуларне масе, а пада савећим степеном разграности ланца. Слабо се отапају у води, али може доћи до појавебубрења. Иако материјал хемијски не реагује са водом задржава је у празнинама исподповршине. Најзаступљенији полиолефини су полиетилен (ПЕ) и полипропилен (ПП).

Полиолефини често налазе примену у производњи амбалаже сл.5.3 али сесвакодневно проналази нова примена нпр. у аутомобилској индустрији сл.5.4.

Слика 5.3 Амбалажа прехрамбеног производа од полиолефина

Page 27: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 27

Слика 5.4 Бочни део BMW-а X5 (E70) који је у производњи од 2006

Стиренски полимер је органски хемијски спој који спада у ароматскеугљенводонике. Чешће коришћени називи за стирен су винил-бензан, фенетилен,фенилетен, цинамен, стирол...

Хемијска формула стирена је C6H5CH=CH2. При нормалним условима стирен јеуљаста течност, која лако испарава.

Најзаступљенији представник стиренских полимера је полистирен (PS), примењујесе у поступцима топлог обликовања пластомера. Полистирен је ароматски полимеризрађен од мономера стирена. Најпознатија примена полистерена је за израду амбалажеза CD-е, код израде чаша сл.5.5, кухињског посуђа сл.5.6 итд.

Слика 5.5 Чаше израђене топлим обликовањем полистирена (PS-а)

Слика 5.6 Декоративни тањири начињени од ПС-аВинил полимери подразумевају скуп спојева добивених полимеризацијом спојева

винила с додатком других спојева као на пример ацетата, стирена. Најчешћи винилни

Page 28: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 28

полимери је поли (винил-хлорид) или PVC сл.5.7. Најстарији је и више од 70 годинаједан од најважнијих полимера на којег отпада 20% укупне светске производњеполимера. PVC је тврди и отпорни хомополимер настао полимеризацијом винил-хлорида (CH2CHCl).

Слика 5.7 Молекуларна структура ПВЦ-а

Производи се поступком суспензијске полимеризације при којем укапљани винил-хлорид диспергује у деминерализираној води и полимерзира се помоћу иницијатораполимеризације уз додатак средства за одржавања стабилности суспензије.

Реакција се изводи и регулише у сложеним хемијским постројењима притемператури од 55 до 75˚С и притиску од 7 до 13 бара, у временском периоду од 4 до 7сати.

Ваја нагласити да су нуспроизводи производње PVC-а диоксини који су врлоштетни за околину и за живе организме, те представљају еколошки проблем и кочепроизводњу и развој PVC -а.

Као што је речено PVC је тврд и ломљив али додавањем адитива (пластификатора)постаје мекан. При повећању температуре PVC-е постаје све мекши, а при одређенимтемпературама има особине сличне гуми.

PVC има широку примену у грађевинарству за израду цеви и амбалаже, уподручију паковања прехрамбених производа. Од њега се производе филмови,превлаче лимене посуде, пластифицирају папири и картони, производитермообликована амбалажа итд.

Најважнија својства PVC-а су: висока тврдоћа и жилавост одлична постојаност на агресивне средине (киселине) постојаност на УВ зрачење (дуга изложеност УВ зрачењу узрокује старење

и губитак својства) могућност спајања лепљењем погодност за топло обликовање пластомера изолацијска својства (топлоте и електрицитета) могућност управљања својствима додавањем додатака погодан за рециклирање

Вредности неких од важнијих карактеристика овог материјала су дата у таблици5.1.

Page 29: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 29

Табела 5.1. Важније физичке карактеристике PVC-аКарактеристика Јединица PVC тврд PVC-мекГустина g/cm3 1,38-1,56 1,16Затезна чврстоћа N/mm2 40-60 10-25Издужење при кидању % 30-70 250-450Отпорност на притисак N/mm2 55-90 6-12Ударна жилавост J/m 20-1000Модул еластичности N/mm2 2450-4200Тврдоћа (Shore) D 65-85 A 40-100Индекс лома 1,52-1,55Специфични топлотни капацитет J/kgK 0,8-1,1 1,3-2Топлотна проводљивост W/Kcm (15-20) 10-4 (13-17) 10-4

Коефицијенат топлотног ширења 1/K (5-10) 10-5 (7-25) 10-5

Температура употребе (стална/тренутна) ᵒC max 65/80 max 50/75Температура омекшавања ᵒC 66 53Температура топљења ᵒC 80-85 75-80

Овај материјал се користи и за пројектовани део. Још неки од производа који седобивају од PVC-а приказани су на сл.5.8.

Слика 5.8 Амбалажа од PVC-аОквир за термообликовање је температурно-временски распон у којем загрејани

пластомер постаје деформабилан сa циљем развлачења и преобликовања у жељениоблик. По правилу аморфни пластомери имају шири оквир за термообликовање одкристалних. Пример је полистирен који се може преобликовати између 127 и 180 ºС , садруге стране хомополимер полипропилена постаје толико течан изнад температуре од165ºС да је оквир за термообликовање врло узак док при нижој температури постајепрежилав за преобликовање.

За успешну процену температурно-временског распона оптималнедеформабилности полимера користи се топлотни капацитет, топлотна проводност,топлотна дифузивност и промена енталпије као мера измене топлоте.

Термодинамички процеси у полимерима су вишеструко комплексни и захтевајупомну експерименталну и статистичку анализу да би се могли успешно моделиратипоступци и процеси преобликовања. При томе значајну улогу има крива специфичногтоплотног капацитета у зависности од температуре, приказана на сл.5.9. Као што сликаприказује зависност специфичног топлотног капацитета од температуре је често

Page 30: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 30

нелинеарна. Вредности специфичног топлотног капацитета зависе од структурематеријала и од температуре [5].

Слика 5.9 Специфични топлотни капацитет полимера

Топлотна проводност λ (W/mK) је количина топлoте у јединици времена која сепроводи кроз пресек тела по јединици дужине и Келвину.

Вредност топлотне проводности за органске хемикалије, укључујући полимере јепо правилу значајно нижа него за метале. На пример топлотна проводност алуминијумаје скоро 1000 пута виша од топлотне проводности полистирена. При топломобликовању пластомера пренос топлоте одвија се кроз полимере, чија топлотнапроводност може значајно варирати од полимера до полимера и зависи од температуреи притиска. Топлотна проводност је иначе виша у чврстом стању него у течном стању.Топлотна проводност неких полимера приказана је на сл.5.10.

Слика 5.10 Топлотна проводност полимера у зависности од температуре

Page 31: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 31

Енталпија је величина стања којом се изражава унутаршњи садржај топлотнеенергије састава. Енталпија полимера зависи од температуре и притиска. Разликаенталпија једнака је количини топлоте по јединици количине масе. Иако постојиповезаност између температуре и специфичне енталпије, та повезаност је вишеструкокомплексна и одређује се експериментално за поједини пластомерни материјал.Зависност специфичне енталпије од температуре за поједине пластичне материјале датаје на сл.5.11 [5].

Слика 5.11 Дијаграм зависности специфичне енталпије од температуре запластомере

Page 32: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 32

6. Технологија термообликовања

Топло обликовање пластомера је скуп технолошких поступака у којој се припремакгреје у циљу модификације механичких својстава да би материјал прешао у тестастостање. Омекшани материјал се потом растеже по контури калупа. Када се обрадакохлади на температуру на којој задржава облик вади се из калупа. Затим се по потребиодстрани сувишни материјал [5].

Реч је о цикличком поступку јер се израђује производ по производ, односноодједном се израђује коначна количина производа која је одређена капацитетом опреме.Ваља нагласити да је топло обликовање пластомера секундарни поступак јерприпремак долази у облику полупроизвода, тј.плоче или фолије, дакле реч је опоступку преобликовања.

Прозводња плоча и фолија спада у поступке праобликовања и врши се најчешћекаландрирањем, али примењују се и поступци екструдирања.

Примена овог скупа поступака има снажну тенденцију пораста из следећих разлога:енергетски захтеви су нижи у односу на поступке прераде металних материјала,поготову челика, пластомери су погодни за рециклирање, производи имају малу масу иза предвиђене упорабе (амбалажа, кућишта потрошачке електронике, оплате кућнихуређаја и унутрашњости возила) задовољавајућу специфичну чврстоћу, отпорни су наагресивне околну средину, не проводе електричну струју.

Савремено тржиште захтева високу производност у комбинацији сафлексибилношћу производних процеса и поступака, те енергијску и еколошкуекономичност.

Производи произведени топлим обликовањем деле се на трајне производе ипроизводе који се бацају непосредно након упорабе (нпр. амбалажа). На сл.6.1 суприказани неки производи добивени овим поступком.

Типични трајни производи су: медицински ормарићи, кућишта производапотрошачке електронике, посуде за транспорт добара, површине конзола у возилима,ветробранска стакла, расветна тела, декоративна језерца за вртове, кутије за чувањеоружја, оплате бродова, кануи, кутије за транспорт животиња и разне седалице.

Једнократни производи: амбалажа за брзу храну, кутије за похрану ручних алата иопреме, козметичке кутијице, посуде за месо, пластичне чаше у аутоматизиранимапаратима за кафу, амбалажа за јаја, послужавници, посуде у прехрамбеној индустрији,медицинске потрепштине.

Производи произведени топлим обликовањем пластомера постали су врлораширени у свакодневном животу, а светско тржиште топло обликованих пластомерапредвођено тржиштем САД-а расте до 10% годишње. Полимери су постали саставнидео свакодневног живота и увелике га олакшали крајњем кориснику.Подручје топлог обликовања пластомера је врло пропулзивно и економски исплативозбог високог профита по тони производа, економичности производног процеса икључне чињенице да су производи распрострањени у свакодневној упораби и сматрајусе потрошном робом, те су лако доступни просечном потрошачу.

Page 33: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 33

Слика 6.1 Делови добивени поступком термообликовања

Топлим обликовањем пластомера најчешће се обликују фолије и плоче ПЕ-а,ПВЦ-а, ПА-а. Трајање циклуса грејања потребног да би се довољно омекшао обрадакзависи од полимера и његове дебљине. Методе којима се остварује обликовање може сеподелити у следеће основне категорије:

обликовање савијањем обликовање притискивањем обликовање развлачењем мешовити поступциОбликовање подпритиском.Подпритисак или вакум (притисак нижи од

атмосферског) примењује се да би се угрејани припремак увукао у калуп. Рупе крозкоје се исисава ваздух су пречника око 0,8 mm тако да је њихов утицај на квалитетповршине изратка врло мале, али знатно утичу на успешно попуњавање калупаобрадком. Сл.6.2 начелно појашњава обликовање подпритиском [5].

Слика 6.2 Схема обликовања пластомера подпритиском

Page 34: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 34

Обликовање надпритиском. У овом поступку се користи надпритисак (притисаквиши од атмосферског) како би се угрејани или омекшана фолија потисла у калуп.Предност обликовања надпритиском у односу на обликовање подпритиском је што семогу остварити много већи притисци. Притисци при обликовањем надпритиском укалупу су од 3 до 4 бара. На сл.6.3 је приказан овај поступак [5].

Слика 6.3. Схема поступка топлог обликовања пластомера надпритиском; 1 - грејањезрачењем, 2 -чељусти за прихват припремка, 3 – припремак (пластомерна фолија илитрака), 4 - шупљине за извлачење ваздуха, 5 - калупна шупљина, 6 - калуп, 7 - притиснипоклопац, 8 - угрејани обрадак, 9 - калуп, 10- чељусти, 11 – ваздих под притиском), 12 –

прикључак за ваздух, 13 - прикључак за извлачење ваздуха

Обликовање притискивачем се састоји из следећих фаза: обрадак се поставља у чељусти машине и загрева обрадак се поставља изнад калупне шупљине подпритисак привлачи део уз притискивач обрадак очврсне у додиру с притискивачем и готов део се вади ван

Обликовање притискивачем је приказано на сл.6.4

Page 35: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 35

Слика 6.4 Скица топлог обликовања пластомера са притискивачем, 1-загрејаниобрадак, 2-притискиваач, 3-прикључак за извлачење ваздуха

Поред овога начина обликовања притискивачем се може вршити на тај начин штосе загрејани обрадак се подпритиском растеже у сферични облик како би се лакше иправилније развукао преко притискивача. Само предрастезање се примењује каозасебни поступак при производњи делова полукружног облика (нпр. кућиштарасветних тела, полукугластих прозора...) под називом слободно обликовање. Овајпоступак је приказан на сл.6.5 [5].

Слика 6.5 Шема топлог обликовања притискивачем и предстезањем 1 – исисавањеваздуха, 2- притисни поклопац, 3 - притискивач, 4 –простор са подпритиском, 5 –прикључак за подтлак, 6 - прикључак за исисавање заосталог ваздуха (подтлак)

Механичко обликовање. Примењују се упарени притискивач и матрица којима сепритиска загрејани обрадак да би се постигао тражени облик (сл.6.6). Притисна силаузрокује напрезања те присиљава материјал да попуни матрицу. Механичкообликовање је механичка метода обликовања и не користи се ни подпритисак нинадпритисак при обликовању. Подпритисак се примењује само у сврху одстрањивањаваздуха између калупа и обрадка. Предности ове методе су димензијска тачност,односно постизање уских толеранција, висока квалитета површине на обе странеобрадка. Главни недостатак овог поступка је потреба за притискивачем и матрицом, од

Page 36: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 36

којих се захтева да имају довољну крутост како би се одржао одговарајући положајизмеђу њих што у великој мери поскупљује поступак. Овај поступак је приказан насл.6.6 [5].

Слика 6.6 Приказ механичког топлог обликовања пластомера, 1 - притискивач, 2 -загрејани обрадак, 3 – матрица, 4 – отвор за ваздух

Двострано термообликовање (формирање затворених контура) се можеприказати кроз неколико фаза. У I фази (сл.6.7) две пластичне плоче се истовременозагревају између два калупа док не дође до њиховог пластифицирања [6].

Слика 6.7 Фаза I –загревање

Након извршеног загревања у другој фази се калупи затварају а помоћуодговарајуће цевчице се врши удувавање компримованог ваздуха између две фолије,чиме се фолије приморавају да належу на горњи и доњи калуп. На калупима се налазе иприкључци преко којих се ваздух који се налази у међупростору фолије и калупаизвукао и омогућило потпуно пријањање фолије уз зидове калупа. На сл.6.8 ова фаза јеи приказана.

Page 37: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 37

Слика 6.8 Фаза II (1-удувавање компримованог ваздуха, 2-извлачење ваздуха)

Након извршеног обликовања у III фази (сл.6.9) калуп се отвара и вади готов део.На сл.6.9 је приказан и пример дела који се добива на овај начин.

Слика 6.9 Готов деоУ горе наведеним поступцима се за обликовање користио ваздух (са подпритиском

или надпритиском) или притискивач, треба напоменути да се за обликовање можекористити флуид под притиском (сл.6.10). При томе притисак флуида врши истезањефолије и њено обликовање, док се ваздух између фолије и матрице истискује крозканале [7].

Слика 6.10 Истезање фолије помоћу флуида

Page 38: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 38

Машине које се користе у поступку термообликовања могу вршити обрадупластичних маса различитих димензија и различитих дебљина.Полазни материјал можебити намотан у ролне а може да буде у облику плоча.Неке од машина које се користе упоступку термообликовања дате су на следећој слици [8], [9].

а) б)Слика 6.11 Машине за термообликовање а)Termoformer InfoTEC 750 T, б)

аутоматизована машина за термообликовање LITAI MACHINERY

Неке од пумпи које се користе у поступку термообликовања приказане су насл.6.12 [10].

а) б)Слика 6.12 Вакум пумпе а) Cole Parmer, b) UNI VAC

Page 39: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 39

7. Закључци

Након уводнога разматрања о значају и заспупљености производа од пластичнихмаса дат је преглед основних поступака који се користе за њихово добијање као икратак опис њиховог извођења. У дељем тексту је указано на проблеме са којима семожемо суочити при пројектовању делова од пластичних маса, као и основне смерницекојих се треба придржавати приликом пројектовања ових делова како би се избеглапојава проблема.

Затим је дат пример пројектовања једног дела који се обликује поступкомтермообликовања са детаљним описом корака при његовом моделирању у програмскомпакету CATIA V5 R16 и описане основне карактеристике материјала који се користе упоступку термообликовања. Такође је дат и опис основних поступака термообликовањаи описан принцип њиховог извођења, као и машине које се у овим поступцима користе.

На основу свега изложеног може се рећи да поступак термообликовања са обзиромна цену добијених делова и кратко време њиховог добијања спада у поступке који ћеимати све већу примену у преради пластомера, посебно из разлога што су производидобивени овим поступком углавном производи широке потрошње (нпр.производинамењени паковању прехрамбених производа).

Page 40: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 40

8. Литература

[1] Богдан Недић, Владислав Ђукић Пластичне масе - Машински факултет,Крагујевац 2004.

[2] Мирослав Нађ Полимерни материјали - Научна књига, Загреб 1991[3] http://www.ss-industrijska-strojarska-zg.skole.hr/upload/ss-industrijska-strojarska-

zg/multistatic/74/10.%20Alati%20za%20preradu%20plasticnih%20masa.pdf10.01.2014

[4] Душан Рогодић Технички системи, предавања 2011[5] Срђан Вишнић Конструкција калупа за топло обликовање – Дипломски рад,

Свеучилиште у Загребу 2010.[6] http://www.multifab-inc.com/plastics/ 10.01.2014[7] Јелић Александар Технологија шрераде пластичних маса – Дипломски рад,

Машински факултет, Крагујевац 2007[8] http://www.infotec-group.com 10.01.2014[9] http://litaimachine.com 10.01.2014[10] http://www.uniequip.com 10.01.2014

Page 41: Tehnologija prerade plasticnih masa termooblikovanje - Copy.pdf

Технологија прераде пластичних маса

Братислав Трифуновић 328/2012 41

Садржај

1. Увод ................................................................................................................ 1

2. Технологије прераде пластичних маса ....................................................... 3

3. Проблеми пројектовања делова од пластичних маса.............................. 14

4. Пример пројектовања дела......................................................................... 19

5. Карактеристике изабране пластичне масе................................................ 25

6. Технологија термообликовања .................................................................. 32

7. Закључци...................................................................................................... 39

8. Литература ................................................................................................... 40