Термоформование листов из АБС POLYLAC PA-747 и ПК WONDERLITE PC-108U - материалов производства компании CHI MEI
|
Термоформование является одним из старейших и наиболее распространенных методов переработки термопластичных материалов. Термоформованные пластмассовые изделия окружают нас повсюду и играют важную роль в нашей повседневной жизни. Это очень универсальный процесс, используемый для производства широкого ассортимента продукции, начиная от простых упаковочных лотков и кончая высокопрочной приборной панелью в кабине пилота самолета или вертолета. Таким образом изготавливаются:
Такой способ производства также широко используется для создания дизайна прототипов деталей, которые впоследствии будут изготавливаться с помощью других производственных процессов. Сам процесс, однако, в основном тот же. В своей простейшей форме термоформование представляет собой нагрев листа пластика, который затем накладывается на форму, на которой воздействует вакуум. Затем изделию дают остыть, прежде чем он будет извлечен из формы с помощью оборудования с обратным давлением.
Вообще говоря, аморфные материалы, такие как поликарбонат Wonderlite PC-108U и АБС Polylac PA-747, легче поддаются термоформованию, чем полукристаллические (например, ПЭ, ПП), так как они не имеют такой критической температуры формования. При нагреве аморфные материалы становятся мягкими и гибкими в тот момент, когда они достигают состояния, которое известно как температура стеклования (Tg). При дальнейшем нагревании они переходят в вязкое состояние. Это происходит в довольно широком диапазоне температур, что позволяет оператору термоформовочной машины иметь достаточно широкое температурное рабочее окно.
Этот процесс не ограничивается термоформованием монолитных листов. Многослойные листы тоже могут термоформоваться, но в данной статье этот процесс не рассматривается. Вы всегда можете обратиться за дополнительной информацией к экспертам компании РУСПЛАСТ. Все упомянутые в этой статье методы применимы для листов из Wonderlite PC-108U и Polylac PA-747 (без покрытий). В случае применения листов с защитными пленками их следует предварительно удалить перед началом термоформования.
Текстура поверхности, как правило, будет частично изменена в процессе термоформования.
Итак, прежде всего, важно понять технические основы процесса.
Минимальный радиус изгиба листов в холодном состоянии составляет 175 толщин для наружных применений и 125 толщин листа для использования внутри помещений. Если требуется изготовление меньших радиусов, единственная возможность - закладывание складок. |
|
1. Предварительная сушка Несмотря на очень низкое влагопоглощение поликарбонатного листа, что способствует хорошей размерной стабильности, тщательная предварительная сушка листа имеет очень важное значение для всех методов термоформования, когда температура листа поднимается выше 160 °С. Отказ от сушки может привести к образованию вздутий и пузырей.
Рекомендуется использовать печь с циркуляцией воздуха, которая устанавливается на 120-125 °C для ПК Wonderlite PC-108U и на 70-80 °С для ABS Polylac PA-747. После удаления защитной пленки лист должен быть подвешен за просверленные отверстия. Лист необходимо установить вертикально или горизонтально на установленные в печи держатели. Убедитесь, что листы расположены на расстоянии 20-30 мм друг от друга таким образом, чтобы воздух свободно циркулировал между ними. |
|
|
Следует отметить, что сушку можно проводить, и, не удаляя защитную пленку. В этом случае рекомендуемая температура не должна превышать 90 °C. Время сушки при этом значительно увеличивается.
Минимальное время сушки зависит не только от толщины листа, но, главным образом, от содержания влаги. Чтобы определить оптимальное время сушки, можно провести простейший тест: поместите фрагмент листа, подлежащего сушке, в печь, нагретую до температуры 180 °C на 10 минут. Если появляются пузырьки, лист просушен не полностью, и процесс должен быть продолжен. Как только пузыри исчезают, оптимальное время сушки найдено.
Предварительно высушенный лист должен, если это возможно, быть оставлен в печи до тех пор, когда начнется процесс термоформования с тем, чтобы сократить мощность и время нагрева термоформующего оборудования. Полностью высушенные листы можно вынуть из печи. Охлажденные до комнатной температуры листы могут быть использованы в течение 1 часа до максимум 10 часов (в зависимости от относительной влажности и температуры в цехе) без необходимости предварительной сушки их снова.
При подготовке к термоформованию ПК, помните, что сначала лист сначала усядет при его нагреве выше температуры стеклования. Если лист не вставлен в раму, можно ожидать усадку до максимума в 10% (для тонкого листа).
Перед началом нагрева и термоформования лист должен быть очищен с помощью антистатического чистящего средства или ионизирующей воздушной пушки. Это необходимо, чтобы избежать появления пятен или даже погруженных в материал частичек грязи или пыли на конечном изделии.
Позаботьтесь о процессе нагрева листа. Слишком быстрый нагрев приведет к аккумулирования тепла на поверхности листа и деградации материала. Лучше всего подойдут инфракрасные нагреватели. Применение контактных и высокочастотных нагревателей недопустимо. Галогенные нагреватели, в основном, используются для окрашенных листов.
2. Горячая линия гибки Оборудование по горячей гибке представляет собой простой инфракрасный (ИК) или электрический нагреватель сопротивления, изгиб-суппорты, покрытые тканью, и зажимное устройство.
Рекомендуется удалить защитную пленку, если формование происходит при температуре выше на 10-15 °С, чем температура стеклования материала, но для того, чтобы защитить готовую деталь, можно удалить пленку локально, но делайте это осторожно, избегая при этом надрезов и царапин поверхности листа. В некоторых случаях пленка может оставаться на листе в течение всего процесса. Выполните предварительный тест, чтобы узнать правильное время нагрева.
Для поликарбонатного листа до 2 мм предварительная сушка обычно не требуется. Если пузырьки возникают по краям, изолируйте края изоляционным материалом так, чтобы избежать их перегрева. Если пузырьки все-таки появляются, это может означать, что сушка все-таки необходима.
Если внутренние углы меньше 45 °, защитная пленка с внутренней стороны должна быть удалена.
Время нагрева зависит от мощности ИК нагревателей. С односторонним обогревом прогрев занимает около 2 мин, чтобы сделать лист до 3 мм лист достаточно мягким для гибки. Более толстые листы необходимо нагревать с обеих сторон. Если это невозможно, переворачивайте лист периодически в течение цикла нагрева. Всегда сгибайте лист со стороны, которую грели в последнюю очередь, формируя внешний радиус.
Когда лист станет мягким, удалите его от источника нагрева, согните, положите на суппорты и зажмите.
Охлаждайте медленно, чтобы предотвратить деформацию. Держите деталь поблизости от нагревательного устройства в целях равномерного остывания и снижения напряженности. Как только температура детали снизится ниже температуры Tg, она может быть помещена в фиксирующее устройство и продолжить охлаждаться на воздухе.
Температура стеклования (Tg):
АБС (ABS) Polylac PA-747 - мин. 88 °С, в зависимости от марки.
ПК (PC) Wonderlite PC-108U - 148 °С.
3. Драпировка
Одноосные или слегка изогнутые 3D детали могут быть изготовлены путем драпировки. Форму предпочтительно подогреть до температуры, составляющей 55-70% от температуры стеклования, чтобы избежать проблемы охлаждения. Формы могут быть сделаны из дерева, алюминия или смолы и покрыты войлоком. Небольшого давления (можно использовать мягкие перчатки или ткань, например льняную) достаточно, чтобы задрапировать лист, уложив его в положительную форму. Альтернативный способ состоит в размещении плоского листа на форму, оснащенную устройством для приложения нагрузки к листу, когда он станет мягким. Затем поместите форму с листом на ней в печь. Где это применимо, удалите защитную пленку, прежде чем поместите лист в ИК печь для нагрева. Предпочтительнее вставить лист в рамку или подвесить его, так как размещение его на горизонтальной поверхности может привести к появлению отметин на листе. Для легкого формования температура листа должна быть примерно на 20 °С выше температуры Tg. Поместите лист на форму сразу после нагрева. Для этого сократите расстояние между формой и печи до минимума. Охлаждайте на воздухе, но обратите внимание на сквозняки, которые могут вызвать искривление и напряжение в готовом изделии. В большинстве случаев для формирования драпировки предварительно сушить лист не нужно. Имейте в виду, что, если лист не закреплен в рамке, он усядет в процессе нагрева (лист до 5 мм может усесть до10% в направлении экструзии, усадка для листов выше 5 мм меньше).
4. Вакуумное формование В силу хорошей текучести листы из ПК и АБС позволяют изготовить сложные готовые детали. Можно использовать экструдер с более высоким соотношением длины шнека к диаметру цилиндра экструдера: Для АБС (ABS) Polylac PA-747 - соотношение L/D 4:1. Для ПК (PC) Wonderlite PC-108U - соотношение L/D 3:1. Для вакуумного формования могут быть использованы стандартные доступные вакуумные формовочные машины, предпочтительно с системой сэндвич-нагрева. Минимальная глубина вакуума 500 мм рт. столба (= 0,66 атм = 0,066 МПа), но предпочтительнее более глубокий вакуум.
4.1 Температура
Идеальная температура формования должна быть достаточно высокой, чтобы ограничить образование внутреннего напряжения, но и достаточно низкой, чтобы обеспечить короткое время цикла. В любом случае максимальная температура не должна быть превышена, чтобы не "сжигать" материал. Указанные температуры являются температурой листов:
Для АБС (ABS) Polylac PA-747 - максимально 185°C.
Для ПК (PC) Wonderlite PC-108U - максимально 210°C.
4.2 Формы
Для длинных производственных циклов и/или когда требуется оптическое качество, используйте алюминиевые или стальные формы с контролем температуры. Для прототипов или ограниченных серий можно использовать инструмент, сделанный из гипса, древесины лиственных пород, усиленных эпоксидной или полиэфирной смолой. Учитывайте, что материал формы влияет как на время охлаждения, так и на качество поверхности детали. Предпочтительно также, чтобы форма имела значение шероховатости (Ra) между 1,0 и 1,4. Усадка ПК Wonderlite PC-108U составляет 0,8-1 %. Для хорошей откачки воздуха важно сделать оптимальное количество микроотверстий в нужных местах. Если этого не будет сделано, можно ожидать оптических дефектов, таких как маленькие поры или кратеры. Это особенно вероятно на деталях с большими плоскими поверхностями. Чтобы избежать следов от удаления воздуха на конечной детали, эти вентиляционные отверстия должны быть диаметром не более 0,5 - 0,8 мм. Для ускорения откачки воздуха рекомендуется сверлить отверстия в обратном направлении большими сверлами. В случае закруглений, равными минимум толщине листа, лист должен скользить по форме без риска истончения и образования перепонок. Хорошее снятие с формы может быть достигнуто путем проектирования угла минимум от 4 до 6°.
4.3 Отрицательные и положительные формы
С помощью отрицательных форм производятся с тонким дном и толстыми стенками, в то время как положительные формы дают изделия части с толстым дном и тонкими стенками. В зависимости от применения, изготавливается положительная или отрицательная форма. Для лучшего внешнего вида используйте отрицательные формы, которые воспроизводят больше деталей.
Горячий лист из термопласта воспроизводит каждую деталь, включая плохо исполненную форму. Эту проблему можно решить либо обновлением поверхности формы или путем снижения температуры пресс-формы и/или поверхности листа.
4.4 Нагрев
Удалите защитную пленку до начала термоформования и обдуйте лист ионизированным воздухом под давлением.
Когда происходит зажим только с 2-х сторон свободная от фиксации сторона может уменьшиться в размерах (см. Драпировка), поэтому предпочтительнее использовать 4 боковых зажима. Если возможно регулировать профиль нагрева, рекомендуется настроить его так же, как при предварительной сушке, когда лист располагается таким же образом, как в форме. Таким образом лучше всего достигается оптимальная толщина. Рекомендуется также, чтобы приспособления, используемые для поддержки и фиксации краев листа, также нагревались во избежание значительных потерь тепла во время нагрева, а также неравномерного охлаждения, что может привести к созданию внутренних напряжений или деформации краев.
Чтобы улучшить градиент толщины, лист можно раздувать или механически формировать посредством матрицы.
Диапазон температур нагрева:
Для АБС Polylac PA-747 - 150-180°С.
Для ПК Wonderlite PC-108U - 175-210°C.
Рекомендуется использовать минимальную мощность нагрева в 30 кВт / м2, но если этого недостаточно, можно использовать теплоотражающие материалы. Односторонний нагрев не рекомендуется для листов от 3 мм и больше. Для предотвращения деградации поверхности, избегайте быстрого нагрева. Лист может поглощать часть ИК-излучения и накопление тепла может повредить лист и сделать хрупкой сформированную деталь. Необходимое время нагрева, пропорциональное толщине листа, должно быть определено в ходе предварительного теста.
Как только лист становится достаточно пластичным, начинается процесс релаксации напряжения, а также термического расширения, заставляя лист двигаться вверх и вниз. Давление воздуха должно быть применено, чтобы сохранить лист настолько плоским, насколько это возможно. Если вы не в состоянии сделать это, возможно образование локальных неровностей и следов нагрева.
После того как процесс нагревания закончен, должно начаться формование.
Обратите внимание, что различные цвета и различные текстуры поверхности требуют различных процедур нагрева.
Коэффициент растяжения (х 10-6м / м °С)
4.5 Формование
Как только нагреватели будут выключены, лист будет раздут на необходимую высоту, форма приподнимается и подключается вакуум, чтобы четко сформировать лист на пресс-форме.
|
|
|
4.6 Охлаждение отформованной детали Для охлаждения применяется холодный сжатый воздух, если возможно, с водяным туманом (избегайте капель, поскольку они могут оставить следы). Дайте детали стать достаточно жесткой и извлеките ее из формы. Лист, который формуется при более высоких температурах, будет охлаждаться быстрее, и по этой причине он требует более быстрого формования. В то же время высокая температура тепловой деформации под нагрузкой позволяет достигнуть коротких циклов охлаждения. Детали могут быть извлечены из формы с минимальным риском деформации, как только они остыли до температуры примерно на 10-15 °С ниже, чем их температура Tg. При использовании положительных форм усадка может вызвать проблемы извлечения из формы. Постарайтесь снять деталь перед тем, как она усядет на форме. Не охлаждайте слишком быстро, поскольку генерируемые напряжения могут привести к растрескиванию.
При необходимости может быть сделан отжиг и нормализация деталей.
Усадка:
Для ABS Polylac PA-747 - 0,3-0,7%
Для PC Wonderlite PC-108U - 0,8-1,0%
(Усадка детали вызывается в основном тепловым сжатием при охлаждении от температуры при снятии с формы до комнатной температуры).
|
 |
|
4.7 Свободное формование Этот метод используется при формировании купольных форм. Свободный раздув использует давление воздуха, в то время как вытяжка происходит с помощью вакуума. Лист нагревают до образования провисания. Оптический переключатель и / или микро-выключатель соединены с давлением (вакуумом). Начальное высокое значение давления (вакуума) (2,8 МПа или выше) к концу формовочного цикла уменьшается. Давление (вакуум) поддерживается до тех пор, температура листа не остынет до температуры на 15-20 °C ниже температуры стеклования и деталь может быть снята. Грязь или масло в сжатом воздухе может вызвать следы на листе. 4.8 Вакуум-формование с помощью пуансона Изгибов или периферийно истончающихся участков деталей, похожих на параллелепипед, можно избежать с помощью применения пуансона для дополнительного механического растяжения и втягивания пластического материала в форму – матрицу. Вакуум-формование и формование давлением с помощью пуансона обеспечивают глубокую вытяжку, укороченный цикл охлаждения и хороший контроль толщины стенок. Оба процесса требуют точного контроля температуры и являются более сложными, чем прямое вакуумное формование. Пуансон должен быть на 10- 20% меньше матрицы и должен нагреваться до температуры приблизительно на 20-30 °С выше по сравнению с температурой Tg. Как только пуансон вдавил горячий лист в полость формы, воздух вытягивается, чтобы сформировать деталь на форме. Формование с помощью пуансона является эффективным при формовании нескольких деталей, которые могут быть размещены очень близко друг к другу, не допуская соприкосновения материала. 4.9 Другие методы Другие методы термоформования являются комбинациями упомянутых выше методов. Формирование с помощью высокого давления (HPF) и формование одновременно двух листов (TSF) - это два передовых метода, которые при изготовлении малых и средних серий могут конкурировать с литьем под давлением и выдувным формованием. 4.9.1 Формование с помощью высокого давления При использовании отрицательных форм давление атмосферного воздуха, который распределяет размягченный лист на форме, повышается до 1 МПа. Это делает возможным создание острых углов и очень мелких деталей, например, текстур на поверхности изделия. 4.9.2 Формование двух листов Два подогретых листа помещаются между двумя отрицательными формами. Давление воздуха прикладывается в промежуток между этими двумя листами после того, как длина окружности листа зажата. При альтернативном методе верхние и нижние детали формируются отдельно, потом соединяются вместе, окружность прогревается до «срастания» обеих деталей. Эта методика создает полые формы, чтобы получить легкие детали с высокой структурной жесткостью. 4.10 Отжиг Всякий раз, когда это возможно, используйте оптимальные условия переработки, чтобы свести к минимуму образование внутренних напряжений. Детали со слишком высоким внутренним напряжением должны подвергаться отжигу во избежание отказа во время эксплуатации. Это может быть сделано путем равномерного нагревания детали в печи с циркулирующем воздухом при температуре на 10-20 ° С ниже их температуры Tg. Время пребывания в печи - 1 час на каждые 3 мм толщины детали. Затем деталь должна быть медленно охлаждаться до комнатной температуры предпочтительнее в печи с закрытыми дверцами. 5. Дефекты изделий, связанные и не связанные с экструзией.
Причина дефектов в процессе экструзии листа обычно лежит в области матрицы и застревании листа между валками каландра.
Чтобы отличить дефекты, вызванные термоформованием, от экструзионных дефектов, нужно провести тест для установления факта, возникает ли дефект все еще / на том же месте: А) при повороте листа на 90 ° (если это возможно) B) при повороте листа на 180 ° С) при перевороте листа на другую сторону Если дефект не перемещается вместе с вращением, он, вероятно, не связан с экструзией.
|
|
Автор статьи - эксперты компании Руспласт.
Скачать статью "Термоформование листов из АБС Polylac PA-747 и ПК Wonderlite PC-108U - материалов производства CHI MEI".
По всем вопросам, связанным с АБС-пластиком и Поликарбонатом, обращайтесь к Алексею Маркину:
звоните: +7 495 134-33-14
пишите: rusplast@rusplast.com
Также компания Руспласт предлагает:
Kumho, Kibiton, Globalprene, Vector, Septon Kumho, Globalprene, Kibiton, Hikorez |
Ни для
кого не секрет, что рост цен на полимеры (в
т.ч. на АБС) приобрел устрашающе регулярный характер. 
«Руспласт» помимо поставок полимеров и оборудования для литья пластмасс осуществляет техническую поддержку своих клиентов, всегда стараясь устранить возникшую проблему.
Свежий пример из нашей практики: прозрачные элементы геральдики
В компанию Руспласт обратились специалисты американской консалтинговой компании PersistenceMarketResearch с целью получения экспертной оценки рынка Инженерных полимеров России. Данные, предоставленные нашими экспертами, будут использованы для работы по изучению глобального рынка Инженерных Пластиков. По итогам данного исследования основные результаты будут предоставлены в компанию Руспласт.