Obraz
3 (89)

Poradnik przetwórcy tworzyw sztucznych

e amorficznej są o wiele słabsze niż w struk-.rze krystalicznej.

Dla wywołania odkształcenia musimy ikształcane medium poddać działaniu na-rężeń. Im naprężenia konieczne do od-ształcenia jest mniejsze tym łatwiej wywo-ić to odkształcenie. Krzywa termomecha-iczna podpowiada nam co zrobić z two-'ywem by naprężenia potrzebne do jego dkształcenia były mniejsze. Należy tworzywo podgrzać. Na pytanie, do jakiej tempera-ury odpowie nam także krzywa termome-haniczna sporządzona dla danego tworzywa. Na rysunkach 2 i 3 pokazano krzywe ermomechaniczne dla tworzyw amorficznych i częściowo krystalicznych. Na wykre-.ach tych widać, że moduł sprężystości two-■zyw termoplastycznych zmniejsza się .v temperaturach powyżej T - temperatury zeszklenia. Stan, w jakim znajduje się tworzywo ogrzane do temperatury powyżej temperatury zeszklenia, ale poniżej temperatury topnienia nazywamy stanem wysoko elastycznym. Stan wysoko elastyczny jest stanem stałym tworzywa. Tworzywo będące w tym stanie poddawane działaniu naprężeń odkształca się głównie w wyniku mikro-ruchów Browna, czyli sprężyście. Łatwo to

PlastNews 9“’2008

zaobserwować w technologii formowania próżniowego ze wstępnym rozdmuchem. Jeśli po utworzeniu „balona” z odkształcanej płyty zmniejszymy ciśnienie rozdmuchującego powietrza, natychmiast wysokość „balona” zmniejsza się. W skrajnym przypadku płyta wraca do kształtu płaskiego. Odkształcenie wywołane w stanie wysokiej elastyczności może zostać utrwalone tylko przez ochłodzenie tworzywa do temperatury, w której bardzo ograniczone są mikroru-chy Browna. Dla tworzyw amorficznych jest to najczęściej poniżej temperatury zeszklenia. Dla przebiegu procesu termoformowa-nia bardzo ważne jest, aby przekształcany półwyrób podczas odkształcania zachowywał ciągłość materiału. Parametrem materiałowym, który nam tę własność charakteryzuje jest maksymalne wydłużenie przy zerwaniu mierzone w temperaturze formowania. Ze względu na łatwość formowania najkorzystniejsza jest możliwie duża wartość tego wydłużenia. Na rysunkach 2 i 3 widać, iż parametr ten wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Dla każdego tworzywa istnieje temperatura, przy której ma on wartość maksymalną. Dla tworzyw amorficznych wypada ona mniej więcej w środku obszaru wysokosprężystego. Natomiast dla tworzyw częściowo krystalicznych wypada ona w pobliżu temperatury topnienia. Stwarza to duże kłopoty przy termoformowaniu tych tworzyw, gdyż przedział temperatur, przy których możemy te tworzywa termoformo-wać, jest stosunkowo wąski i niebezpiecznie bliski temperaturze topnienia. Na szczęście inżynieria polimerów idzie tu przetwórcom z pomocą wytwarzając tworzywa semikry-staliczne przyjazne dla termoformowania. Każdorazowo zachodzi konieczność wyznaczenia optymalnego zakresu temperatury, który zapewnia poprawne warunki formowania. Jak wynika z istoty odkształcenia wysoko elastycznego, kształt wyrobu jest nadany odwracalnie, tzn. po ponownym ogrzaniu przedmiotu powyżej temperatury zeszklenia i usunięciu naprężeń zewnętrznych nastąpi poodkształceniowy powrót, czyli dążenie do odzyskania pierwotnego kształtu półwyrobu. Skutek poodkształceniowego powrotu zależy od udziału odkształcenia plastycznego w ogólnym odkształceniu. Nie zagłębiając się dalej w to zagadnienie należy dodać tylko, że udział odkształcenia plastycznego jest tym większy im większa jest wartość odkształcenia oraz im dłuży czas upłynął od momentu kształtowania.

■ Praktyka termoformowania

Zaprezentowane kilka słów na temat podstaw* termoformowania nie wyczerpuje tematu. Zostały pominięte kwestie grzania, chłodzenia, absorpcja ciepła i rozchodzenie się ciepła w tworzywie, równomierność nagrzewania, skurcz, wpływ szybkości odkształcania i wiele innych, które zostaną zaprezentowane w następnych publikacjach. A przecież obok teorii istnieje praktyka czerpiąca w mniejszym lub większym stopniu z podstaw' teoretycznych, ale borykająca się z wieloma problemami, których teoretycy nie są w stanie nawet przewidzieć. Termoformowanie to proces otwarty i do osiągnięcia sukcesu konieczne jest tutaj doświadczenie zawodowe. Nie bez znaczenia jest tu także koszt materiału wyjściowego. Przetwórca korzystający z technologii wtryskiwania może wykonać kilkanaście czy kilkadziesiąt wtrysków próbnych zanim ustali optymalne parametry procesu. Przy produkcji skorupy wanny uwzględniając, że za jedną płytę o wymiarach 2000x300x0,5 cm zapłacić trzeba od 200-300 zł, nie można sobie na to pozwolić. Mimo to nie istnieje kierunek kształcenia „termoformowanie”. Pracujący w tej branży mają także utrudniony dostęp do wiedzy teoretycznej i do badań materiałowych. Borykając się codziennie z materią produkcji mają też mało czasu na kształcenie czy poszerzanie swej wiedzy Dlatego też, tak ciężko zdobyte doświadczenie, własne know-how chronią i niechętnie się nim dzielą z innymi. Mają szczęście, jeśli kupują termoformierkę od firmy o dużej tradycji i wiedzy. Wtedy część tej wiedzy mogą uzyskać przy uruchomieniu urządzenia. Innym źródłem wiedzy o termoformowaniu są wytwórcy narzędzi i dostawcy półwyrobów. Z tej wiedzy trzeba umieć skorzystać. Jednak jak zwykle katalizatorem rozwoju są klienci i ich wymagania.

dr inż. Leszek Nakonieczrty

Politechnika Wrocławska

Literatura:

1.    J.L Thorne, J. Beine; Thermoformen. Werkstoffe-Verfohren-Awendung. Carl

Hcnser Verlog; 1999

2.    P. $ahwarzmann; Thermoforming. Apradical Guide. Carl Haaser Verlag;

2001