Широкое распространение процессов термоформования для изготовления одноразовой тары и упаковки в виде лотков и контейнеров объясняется простотой изготовления, компактностью, относительной дешевизной используемого оборудования и технологической оснастки. В отличие от технологии литья под давлением при изготовлении изделий методом термоформования требуется значительно более простая конструкция формующего инструмента, а изготовление готовой продукции производится из листовых рулонных материалов. Недорогие материалы и оборудование, стабильный спрос на конечную продукцию делают технологию термоформования одним из наиболее привлекательных направлений для развития малого бизнеса в сфере общественного питания, дизайна, транспорта, машиностроения, сельского хозяйства и строительства.
1. Технология производства.
Технология термоформования разделяется на несколько видов: вакуумное, пневматическое, с предварительным нагревом и вытяжкой, штамповка и др. а также комбинирование перечисленных методов. Поскольку указанные методы предусматривают нагрев термопластичной листовой заготовки до высокоэластического состояния, с последующим формованием и охлаждением, их можно объединить общим названием «термоформование».
При вакуумном формовании листовая заготовка из термопластичного материала вначале нагревается для размягчения. Затем в форме создается разряжение, в результате лист под воздействием перепада давлений с двух противоположных сторон листовой заготовки плотно прилегает к стенкам формы, приобретая конфигурацию полости.
Принцип пневматического формования аналогичен вакуумному формованию. На первой стадии происходит нагрев листового материала и перевод его в размягченное состояние. Далее формование осуществляется путем создания избыточного давления.
Преимущество пневмоформования перед вакуум-формованием заключается в возможности использовать более высокое давление (0,15-2,5МПа) для изделий с более толстыми стенками и крупногабаритных деталей с небольшой разнотолщинностью, четким рельефом и стабильными геометрическими размерами. Для сравнения, при вакуумном формовании давление составляет 0,06-0,085МПа.
Для изделий сложной формы используют комбинированное пневмо-вакуум формование, в том числе с предварительной механической вытяжкой.
Основными параметрами технологического процесса, обеспечивающими качественное формование изделий, являются: оптимальная температура формования; время вытяжки; время нагревания листа; температура формы.
Ниже представлены некоторые данные по температурным режимам:
| Материал | Т заготовки, оС | Т формы, оС |
| ПЭНД | 120-135 | 50-70 |
| ПЭВД | 90-135 | 50-70 |
| ПС | 115-150 | 50-65 |
| ПП | 150-190 | 50-80 |
| ПММА | 120-200 | 40-60 |
Виды брака (причина, способ устранения):
- Разнотолщинность (разнотолщинность исходного листа, регулировка степени вытяжки, нагрева по зонам)
- Образование складок (чрезмерное давление воздуха на стадии предварительной вытяжки)
- Повышенная хрупкость (низкая температура листа, малое время прогрева, плохая работа нагревателей)
- Разрыв листа (выбор материала, низкая температура формы)
- Плохая проработка, нечеткий рельеф (низкая температура листа, формы)
- Прилипание изделия к поверхности формы (конструкция формы, перегрев листа)
2. Технологическое оборудование и оснастка.
Распространение термоформовочного оборудования объясняется относительной простотой организации производства, компактностью и невысокой стоимостью технологического оборудования.
Методы термоформования дают возможность применять гибкие технологичные конструкции формующего инструмента, что важно при изготовлении тонкостенных и крупногабаритных изделий сложной конфигурации.
К общим достоинствам методов термоформования относится простота автоматизации технологических процессов, простота обслуживания и наладки формовочных машин.
Вакуумформовочные машины классифицируются по ряду признаков в зависимости от вида, толщины и площади формуемого материала (листов или пленки), метода нагрева материала (с односторонним и двухсторонним нагревом), цикличности работы (периодического или непрерывного действия), степени универсальности (количества выполняемых на машине методов формования).
Различают также одно- и многопозиционные машины, револьверные, ротационные и ленточные машины. Револьверные и ротационные машины барабанного типа применяются главным образом для формования изделий из рулонных (пленочных) термопластичных материалов.
Машины роторного и ленточного типа, обеспечивают не только формование, но и заполнение, укупорку и вырубку отформованных изделий.
Комбинированные машины позволяют дополнительно выполнять операции не связанные с формованием изделия: ламинирование, декорирование, высечку, штабелир
В настоящее время выпускается большое количество формовочных машин с ручным, полуавтоматическим и автоматическим управлением.
В отличие от технологии литья под давлением при изготовлении изделий методом термоформования требуется только матрица или только пуансон, что заметно облегчает и упрощает изготовление пресс-форм.
Технологическую оснастку для термоформования объемных изделий из листовых и пленочных термопластов можно классифицировать:
По выполняемой функции на оформляющую оснастку, которая придает заготовке, формуемой с помощью вакуума и пневматики, вид готового изделия; формующую оснастку, которая непосредственно формует заготовку и придает ей форму готового изделия; вспомогательную оснастку, которая используется для предварительной механической вытяжки перед формованием или для других вспомогательных целей (изделие не воспроизводит геометрию вспомогательной оснастки).
По методу осуществляемого на данной оснастке формования ее можно разделить на негативную, позитивную и негативно-позитивную.
По методу установки ее на оборудование оснастка делится на стационарную и съемную. По числу одновременно формуемых изделий - на одногнездную и многогнездную.
Технологическая оснастка для термоформования может быть жесткой и эластичной; разъемной; двухсторонней; с составными или закладными подвижными или неподвижными знаками; с термостатированием или без него. Невысокие рабочие давления при термоформовании позволяют применять для изготовления формующей оснастки материалы с относительно низкими прочностными показателями.
Кроме того, форма может быть выполнена из недорогих доступных материалов, например, из гипса или дерева. Выбор материалов зависит в первую очередь от количества формуемых деталей и от требований к их качеству.
3. Требования к сырью и материалам.
Листовые и пленочные термопластичные материалы должны иметь достаточную прочность и вязкость, не деформироваться под действием собственного веса в широком температурном интервале. Термопластичными материалами называют полимерные материалы, которые при нагревании переходят в размягченное состояние, а при охлаждении восстанавливают твердость и прочность.
Способность воспринимать внешние механические нагрузки без существенного изменения геометрических размеров, без разрушения, являются одними из основных параметров характеризующих качество отформованных изделий и определяющих спектр применяемых материалов для термоформования. Наибольшее распространение получили: ПС, АБС, САН, ПММА, ПВХ, ПЭ, ПП, ПА, ПК, ПЭТФ, ПБТ, АЦ, а также разнообразные многослойные, комбинированные и вспененные материалы.
4. Применение.
Сфера применения технологии термоформования огромна - одноразовая посуда и упаковка, упаковка из термоусадочной пленки, строительство, медицина, транспорт, приборостроение, наружная реклама, малые архитектурные формы и др., многоразовые формы для изготовления литьевого камня и тротуарной плитки, оригинальные решения оформления витрин и вывесок.
Интересно и перспективно применение этой технологии в наружной рекламе и архитектуре для изготовления объемных букв и 3D-фигур.
Производство блистерной упаковки и коррексов. Блистер и коррексы используются для упаковки до 30% всех промышленных товаров.
Производство элементов автомобильного тюнинга (молдинги, обвески) и защиты автомобильных крыльев (локеров).
Производство лодок.
Производство рекламоносителей и изделий рекламного назначения
Производство торгового оборудования.
Вакуум-формовочное оборудование для производства акриловых (ПММА+АБС) ванн и акриловых вставок в чугунные или стальные ванны.
Производство деталей крупногабаритных пластмассовых игрушек и зимних санок для детей.
Объемные крупногабаритные пластиковые изделия, такие как: детали туалетных кабин; облицовочные панели; дверцы и корпуса холодильников; контейнеры, тара и упаковка; можно изготавливать различными методами: литья под давлением, ротационным формованием, термоформованием. При этом формовочные машины существенно дополняют возможности термопластавтоматов, а в ряде случаев являются единственно приемлемым типом производственного оборудования, например, при изготовлении изделий площадью более одного квадратного метра.
Наибольший экономический эффект достигается при производстве крупногабаритных тонкостенных изделий, тары и упаковки.
Модель CM-E1000 предназначена для высокопроизводительного автоматизированного производства полимерных изделий методом термоформования. Минимальное вмешательство человеческого фактора в производственный процесс обеспечивается качественным исполнением узлов и комплектующих, в том числе, известных мировых производителей, собственными техническими и технологическими разработками.
Универсальная современная конструкция формовочной машины позволяет формовать широкий ряд материалов, применяемых для изготовления пищевой и промышленной упаковки: ПП, ПС, ПЭ, ПЭТФ, ПВХ и др.
Формовочное оборудование может входить в состав технологических линий по производству и заполнению полимерной тары и упаковки.