background image

Politechnika Białostocka 

 
 

WYDZIAŁ MECHANICZNY 

 
 
 

Instrukcja do zaj

ęć laboratoryjnych 

 
 
 
 
 
 

Temat ćwiczenia: 

Ciśnieniowe metody formowania tworzyw sztucznych 

 

 
 
 
 
 

Numer ćwiczenia:  

 
 
 
 
 

Laboratorium z przedmiotu:  Technologia tworzyw sztucznych 

 

Zebrał: 

B. Hościło 

 

 

 
 
 

 

 

 

Białystok 2011 

 
 

background image

 

1. Cel ćwiczenia 

Celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie metod ciśnieniowego formowania tworzyw sztucznych, w 

szczególności  metody  podciśnieniowej  (próżniowej).  Na  kilku  przykładowych  gatunkach  tworzyw 

studenci  wykonują  formowanie  tworzyw  rozwiązując  samodzielnie  problemy  doboru  właściwej 

temperatury  i  czasu  wygrzewania  tworzywa.  Obserwują  zachowanie  się  formowanego  materiału  w 

zależności od kształtu i wysokości modelu.  

2. Wiadomości podstawowe 

Termoformowanie  to  proces  technologiczny,  w  którym  z  płaskich  folii  lub  płyt,  podgrzanych 

wstępnie  do  określonej  temperatury  charakterystycznej  dla  danego  tworzywa  (powyżej  temperatury 

mięknienia  T

m

  dla  tworzyw  bezpostaciowych  lub  temperatury  topnienia  krystalitów  T

t

  w  przypadku 

tworzyw  częściowo  krystalicznych),  formuje  się  produkty  o  określonych  kształtach.  Metoda  jest 

stosunkowo tania i powszechnie wykorzystywana przy produkcji np. różnego rodzaju opakowań, tacek, 

zabawek  ale  i  produktów  wielkogabarytowych  w  przemyśle  motoryzacyjnym,  medycznym  czy 

gospodarstwa domowego. 

Termoformowanie to proces dwuetapowy, w pierwszej operacji następuje ogrzanie półfabrykatu, w 

drugiej nadanie wymaganego kształtu - formowanie. Ogrzewanie zapewniają grzałki elektrooporowe lub 

częściej  promienniki  podczerwieni.  Mogą  być  zlokalizowanie  po  jednej  lub  obu  stronach  płyty 

tworzywa. Czas ogrzewania wymagany do uzyskania odpowiednio miękkiego tworzywa zależy od jego 

rodzaju,  grubości  i  koloru.  Wiąże  się  to  z  różnym  przewodnictwem  cieplnym  Uogólniając,  białe  płyty 

trudniej  pochłaniają  promieniowanie  cieplne 

i  wymagają  dłuższego 

okresu 

ogrzewania. 

Termoformowanie  można  podzielić  na  trzy  rodzaje:  termoformowanie  próżniowe,  ciśnieniowe  i 

mechaniczne.  Często  stosowane  są  sposoby  mieszane,  poprawia  to  wydajność  i  jakość  uzyskiwanego 

wyrobu. 

Główną zaletą termoformowania są niskie koszty maszyn i form w porównaniu do innych metod np. 

wtrysku.  Zaletą  są  też  niskie  temperatury  i  ciśnienia  tego  procesu,  wadą  natomiast  niejednorodna 

grubość uzyskiwanego wyrobu. Głęboki przetłoczenia powodują znaczne zmniejszenie grubości. Jest to 

fakt ogólnie znany i uwzględniany w procesie projektowania wyrobu i technologii jego wykonania.  

Zalety formowania ciśnieniowego:  

- wytwarzanie elementów o znacznych gabarytach i cienkich ściankach; 

- stosunkowo niskie koszty form, w tym stosowanie form wielokrotnych; 

- niskie w porównaniu do wtryskarek koszty urządzeń; 

- szeroka gama surowców. 

Wady termoformowania: 

- wysoka cena płyt (nawet dwa razy większa niż granulatu); 

- duże ilości odpadów powstające przy okrawaniu; 

background image

 

- nierównomierna grubość ścianek wyrobu; 

- brak możliwości wykonania otworów bezpośrednio w procesie formowania; 

- konieczność wykonywania obróbki wykańczającej. 

Wymagania stawiane materiałom wykorzystywanym w procesie termoformowania: 

- szeroki zakres temperatur przetwórstwa; 

- możliwość uzyskania założonej głębokość formowania; 

- dobre płynięcie, dokładne wypełnienie i odwzorowanie formy; 

- wysoka jednorodność materiału, także w zakresie grubości; 

- równomierność zmiękczania; 

- odpowiednia wytrzymałość cieplna; 

- powinny po ostudzeniu zachowywać kształt i właściwości materiału wyjściowego. 

3. Wybrane techniki formowania 

Termoformowanie można podzielić na metody zależne od sposobu oddziaływania ciśnienia na 

formowany arkusz tworzywa: 

- formowanie próżniowe (podciśnieniowe), 

- formowanie ciśnieniowe (nadciśnieniowe). 

Przy formowaniu podciśnieniowym czynnikiem odkształcającym materiał jest próżnia, w przypadku 

formowania  ciśnieniowego  –  sprężone  powietrze.  W  obu  przypadkach  mogą  być  stosowane  formy 

negatywowe i pozytywowe, bez wstępnego rozciągania lub ze wstępnym rozciąganiem. 

3.1. Formowanie negatywowe - bez wstępnego rozciągania 

W  procesie  termoformowania  negatywowego  tworzywo  umieszcza  się  na  wklęsłej,  a  więc 

negatywowej  formie  2  i  przyciska  ramą  3,  przez  uszczelkę  gumową  4.  Powietrze  znajdujące  się 

pomiędzy  tworzywem  a  powierzchnią  formy,  po  ogrzaniu  tworzywa  zostaje  wyssane  przez  kanały  5, 

wskutek  czego  ciśnienie  atmosferyczne  wtłacza  materiał  do  formy.  Po  upływie  czasu,  zależącego  od 

grubości warstwy tworzywa, zestala się i może być wyjęte z formy w nadanym przez nią kształcie. [3] 

 

Rys. 3.1.1. Proces formowania negatywowego bez wstępnego rozciągania [3] 

background image

 

3.2. Formowanie pozytywowe – z wstępnym mechanicznym rozciąganiem 

W  nieruchomej  ramie  1  umocowana  jest  folia  2,  w  którą  po  ogrzaniu  wtłaczana  jest  forma 

pozytywowa  3,  przy  czym  obydwie  części,  rama  1  i  forma  3,  po  załączeniu  przylegają  do  siebie 

szczelnie  i  nie przepuszczają powietrza. Bezpośrednio po  mechanicznym rozciągnięciu folii  włącza się 

próżnię,  co  powoduje  usunięcie  kanałami4  powietrza  znajdującego  się  między  formą  a  folią.  Ostatnim 

etapem formowania jest oziębienie folii [3].

 

 

Rys. 3.2.1. Formowanie pozytywowe z rozciąganiem mechanicznym [3]. 

 

3.3. Twin-Sheet (American Twin-Sheet oraz Hombach simultanous Twin-Sheet foming) 

Ten typ formowania polega na nadaniu kształtu najpierw jednej a następnie drugiej płycie tworzywa 

(wersja  amerykańska)  lub  jednocześnie  obu  płytom  z  wykorzystaniem  sprężonego  powietrza 

doprowadzonego  pomiędzy  nagrzane  płyty  (wersja  europejska  lub  firmy  Hombach).  W  tej  technologii 

wykonywane  są  m.in.  zbiorniki  paliwa,  elementy  pojazdów  o  zamkniętych  profilach.  Poniżej  opisane 

zostaną czynności wykonywane w metodzie Hombach. 

 

Rys. 3.3.1. Termoformowanie metodą firmy Hombach 

 

Na początku do urządzenia trafiają dwa arkusze tworzywa, gdzie zostają ogrzane przez  dwie płyty 

grzewcze.  Po  osiągnięciu  zamierzonej  temperatury  następuje  wycofanie  elementów  grzejnych  i 

zamknięcie  połówek  formy  z  jednoczesnym  odpompowaniem  powietrza  z  przestrzeni  płyta-forma.  W 

tym  samym  czasie  do  przestrzeni  pomiędzy  płytami  doprowadzone  zostaje  sprężone  powietrze 

rozpychając dodatkowo formowane płyty. W dalszym etapie  część jest chłodzona wewnątrz formy. Tak 

uformowany element, pusty w środku może zostać wyjęty z formy.  

W następnych operacjach może zostać poddany okrawaniu na obrabiarkach CNC [2, 3]. 

background image

 

4. Ocena stosowalności wybranej metody termoformowania 

Ocenę  możliwości  stosowania  wybranej  metody  można  określić  na  podstawie  współczynnika 

głębokości formowania H/D, gdzie H – głębokość formy, D – średnica formy. 

Współczynnik  głębokości  formowania  jest  zależny  od  grubości  początkowej  materiału.  Praktyka 

wykazała, że dla formowania negatywowego  optymalny jest stosunek H/D≤0,4. Jednak zasada ta może 

być  traktowana  jedynie  jako  podstawa  projektowania  wyrobów  otrzymywanych  metodą  formowania 

próżniowego,  gdyż  w  poszczególnych  przypadkach  głębokość  formowania  będzie  zależała  od  wielu 

czynników, np. kształtu wyrobu, tworzywa, konstrukcji formy itd. [3] 

 

Rys. 4.1 Formowanie podciśnieniowe, negatywowe. A, B, C, D – punkty pomiarowe do wykresu 

rozkładu grubości ścianek. [3] 

 

 

Rys. 4.2. Rozkład grubości ścianek wyrobu formowanego negatywowo z płyty o grubości 200um 

przy różnych stosunkach H/D, oznaczenia punktów wg rys. 4.1. [3] 

 

Rys. 4.3. Optymalne wymiary promieni naroży oraz kąty pochylenia ścian. Przypadek matrycy negatywowej 

stożkowo-kołowej, H/D=1/3. [3] 

 

background image

 

Tabela 4.1. Temperatury termoformowania wybranych tworzyw sztucznych [3]. 

Tworzywo 

Typ budowy 

Temperatura formowania 

[

°

C] 

Octan celulozy (CA) 

132-162 

Polistyren (wu) (PS) 

171-185 

Polichlorek winylu (PVC) 

100-160 

Poliwęglan (PC) 

190-230 

Polisulfon (PSU) 

220-270 

Polimetakrylan metylu (PMMA) 

120-200 

Polietylen (mg) (LDPE) 

110-135 

Polietylen (dg) (HDPE) 

130-135 

Polipropylen (PP) 

165-200 

 

A  –  budowa  amorficzna,  K  –  budowa  częściowo  krystaliczna  (do  termoformowania  stosowane  są 
tworzywa  o  dużej  masie  cząsteczkowej),  (wu)  –  wysokoudarowy,  (mg)  –  małej  gęstości,  (dg)  –  dużej 
gęstości. 

5. Przykłady wykorzystania termoformowania 

 

 

Rys. 5.1. Opakowanie typu blister 

Rys. 5.2. Tacki, naczynia 

 

 

Rys. 5.3. Foremki 

Rys. 5.4. Zabawki 

background image

 

 

Rys. 5.5. Tylne drzwi prototypu BMW AG, 

technologia wytwarzania: termoformowanie, okrawanie CNC, malowanie; materiał ABS [2] 

6. Stanowisko laboratoryjne 

 

1.  Promiennik podczerwieni z osłoną; 

2.  Prowadnica; 

3.  Zacisk ramki materiału formowanego; 

4.  Ramka mocowania tworzywa; 

5.  Pojemnik na granulat (siatka podmodelowa); 

6.  Podstawa do umieszczenia modelu; 

7.  Dźwignia do podnoszenia/opuszczania ramki; 

8.  Korpus z pompą próżniową; 

9.  Włącznik pompy próżniowej; 

10.  Włącznik promiennika. 

Rys. 6.1. Formierz próżniowy 

Uwaga! 

 

1.  Górna pokrywa z promiennikiem podczas pracy ma bardzo wysok

ą temperaturę, 

żadnym wypadku nie dotykać, do obracania używać wyłącznie 

przygotowanego w tym celu uchwytu czynno

ść wykonując z zachowaniem 

szczególnej ostro

żności. 

2.  Nie dotyka

ć pokrywy (1) i prowadnicy (2), po formowaniu odczekać aż urządzenie 

och

łodzi się. 

3.  Pod 

żadnym pozorem nie dotykać grzałek – groźba poparzenia! 

4.  Nie dotyka

ć urządzenia mokrymi lub wilgotnymi rękoma! 

5.  Po ka

żdym użyciu upewnić się czy promiennik jest wyłączony, po zakończeniu 

pracy od

łączyć zasilanie. 

 

Obsługa: 

1.  Odsunąć promiennik podczerwieni (1) obracając go w lewo; 

2.  Podnieść opuszczaną ramkę (4); 

3.  Otworzyć zacisk (3) i podnieść ramkę dociskającą tworzywo (4); 

background image

 

4.  Zainstalować płytę tworzywa, zamknąć ramkę (4) i zacisk (3); 

5.  Umieścić model na podstawie (6) lub w pojemniku (5) wypełnionym wcześniej granulatem; 

6.  Włączyć zasilanie promiennika przełącznikiem (10); 

7.  Kiedy  temperatura  promiennika  osiągnie  założoną  wartość  obrócić  promiennik  (1)  nad  płytę 

tworzywa (ramka 4 w górnym położeniu); 

8.  Po  przyjętym  czasie  ogrzewania  wyłączyć  promiennik  (1)  przełącznikiem  (10),  włączyć 

zasilanie pompy włącznikiem (9) i przesunąć dźwignią (7) ramkę (4) do dołu, do podstawy (6); 

9.  Po osiągnięciu przez tworzywo temperatury otoczenia (ok. 5-10s.) wyłączyć zasilanie pompy; 

10.  Obrócić promiennik (1) o 90 stopni w lewo; 

11.  Podnieść ramkę (4) dźwignią (7); 

12.  Zwolnić zacisk (3), otworzyć ramkę i wyjąć uformowany materiał; 

13.  Oczyścić z ewentualnych wtopionych kulek granulatu; 

14.  Po zakończeniu pracy opróżnić pojemnik (5) z granulatu. 

7. Literatura 

1.  Piecyk L.: Termoformowanie wyrobów wielkogabarytowych. Laboratorium, 7/2006. 

2.  Materiały firmy Hombach: 

http://www.hombach-kunststofftechnik.de 

3.  Wilczyński K. : Przetwórstwo tworzyw sztucznych. Oficyna Wydawnicza Politechniki 

Warszawskiej 2000. 

4.  Technika formowania wgłębnego, materiały firmy Marrodent. 

8. Przebieg ćwiczenia, opracowanie wyników 

1.  Dobór czasu i temperatury nagrzewania (Tabela 5.1); 

2.  Pomiar  5  średnic  i  odpowiadających  im  wysokości  modelu  i  wyznaczenie  współczynników 

głębokości formowania; 

3.  Wykonanie elementu z wskazanego tworzywa (z parametrami procesu z p. 1); 

4.  Pomiar  grubości  ścianek  wykonanego  elementu  w  5  przekrojach  odpowiadających  wybranym 

wysokościom (trzy współczynniki głębokości formowania H/D); 

5.  Wykreślenie  zależności  grubości  folii  w  poszczególnych  przekrojach  przy  różnych  stosunkach 

H/D; 

6.  Wnioski  dotyczące  parametrów  procesu  oraz  optymalnego  współczynnika  głębokości 

formowania. 

 

 

background image

 

9.1. Tabele pomiarowe 

Tabela 8.1.1. 

Materiał: ……………… 

Grubość: ……………… 

Kolor: ………………… 

Próba 1 

Próba 2 

Próba 3 

Czas nagrzewania [s] 

 

 

 

Temperatura grzania [

°

C] 

 

 

 

Wnioski 

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

Optymalne warunki procesu termoformowania to: 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
Tabela 8.1.2 

Materiał: …………………… 

Grubość: …………………… 

Kolor: ……………………… 

Temperatura: ………………………… 

Czas nagrzewania: …………………… 

 

Oznaczenie formy:  
 
 
………………………… 

Numer przekroju 

(licząc od największej średnicy) 

H [mm] 

 

 

 

 

 

D [mm] 

 

 

 

 

 

Współczynnik głębokości 

formowania H/D 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zmierzona grubość ścianki [um] 

 

 

 

 

 

Średnia grubość ścianki [um] 

 

 

 

 

 

 

background image

 

10 

8.2. Wykres rozkładu grubości ścianek wyrobu: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

9. Wnioski