Na czym polega proces termoformowania tworzyw sztucznych?

Tworzywa sztuczne są niemal wszechobecne. Trudno jest nam sobie wyobrazić codzienną egzystencję bez plastikowych butelek na wodę, zabawek czy elementów maszyn i urządzeń, wykonywanych seryjnie z tworzyw sztucznych. Elementy plastikowe mogą powstawać w procesie wtryskiwania lub termoformowania. Druga z tych metod pozwala na uzyskiwanie elementów gotowych z folii lub  blatów obrabianego materiału. Na czym polega termoformowanie tworzyw sztucznych?

Na czym polega termoformowanie?

Termoformowanie tworzyw sztucznych stanowi uniwersalną metodę obróbki tworzyw sztucznych. Sam proces jest dość prosty, nakłady materiałowe na sprzęt nie przekraczają 10 procent kosztów poniesionych w przypadku metody wtrysku, a możliwe jest uzyskanie detali o dużej precyzji wykonania i znacznej powierzchni.

W przypadku termoformowania, elementy gotowe wytwarzane są z arkuszy lub folii, a nie granulatu.  Proces obróbki tworzywa polega na rozgrzaniu jego powierzchni powyżej granicy plastyczności, co spowoduje jego zmięknięcie, a następnie odciśnięciu go w komorze podciśnieniowej lub na matrycy. Gotowe wytłoczki wycina się z zastosowaniem narzędzi CNC, wycinarek laserowych, ploterów lub wykrojników nożowych.

Taka metoda przygotowania prefabrykatów z tworzyw sztucznych uważana jest za wyjątkowo uniwersalną, głównie dlatego, że umożliwia produkcję elementów plastikowych z wielu rodzajów tworzyw sztucznych. Termoformowanie jest więc wykorzystywane do produkcji elementów gotowych i prefabrykatów z folii i płyt o różnych grubościach (od 0,25 mm do 13 mm), z takich materiałów jak:

• styreny (np. polistyren PS),
• poliolefiny (w tym niezwykle popularne PE – polietylen i PP – polipropylen),
• polichlorek winylu PCV
• politeraftalan etylenu PET
• biodegradowalne tworzywa sztuczne (np. PLA).

Jak przebiega termoformowanie plastiku?

Termoformowanie plastiku przebiega zazwyczaj w kilku etapach, przy czym cały proces jest niezbyt skomplikowany technologicznie. Podgrzany do odpowiedniej temperatury materiał jest nakładany na matrycę. Matrycą tą może być forma lub kopyto, czyli wewnętrzne lub zewnętrzne odwzorowanie kształtu gotowego wyrobu. Dzięki odessaniu powietrza powstaje podciśnienie, dzięki któremu materiał dokładnie wypełnia formę bądź przylega do kopyta. Po wystudzeniu element jest gotowy do odcięcia za pomocą lasera, wycinarki nożowej, plotera czy techniki CNC.

W przypadku produkcji seryjnej materiał (w postaci arkuszy lub folii), podawany jest do komory grzewczej w sposób ciągły, za pomocą specjalnych podajników. Niekiedy możliwe jest podłączenie wytłaczarek, tworzących arkusze z granulatu, przed maszyną do termoformowania. W przypadku dużej produkcji stosowane są zazwyczaj maszyny umożliwiające jednoczesne wytwarzanie wielu elementów. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu dużej ilości form i gniazd.

Jakie są rodzaje termoformowania tworzyw sztucznych?

Formowanie termiczne tworzyw sztucznych może być przeprowadzane na kilka różnych sposobów. Dobór odpowiedniej metody zależy od wymiarów i wymaganej precyzji wytwarzania detali, a także wielkości partii produkcyjnych. Inne metody stosuje się do wytwarzania cienkościennych przedmiotów codziennego użytku (np. plastikowych kubków), a innych podczas produkcji wytłoczek grubościennych, np. elementów urządzeń AGD.

Zazwyczaj rozróżniane są:

• termoformowanie próżniowe/ciśnieniowe;

Podczas obróbki termicznej folii lub arkusza wykorzystywane jest podciśnienie, którego zadaniem jest przyciągnięcie materiału do gniazda maszyny i sprawienie, że dokładnie wypełni on formę lub przylgnie do kopyta.

• termoformowanie plastyczne;

Podczas procesu formowania, materiał jest dociskany do gniazda maszyny za pomocą narzędzi mechanicznych, co pozwala na uzyskanie precyzyjnej kontroli nad wymiarami wytwarzanych elementów.

• termoformowanie z podwójnego arkusza;

W trakcie procesu jednocześnie poddaje się obróbce dwa arkusze, formując dwie polowy elementu, które następnie są zgrzewane na krawędziach. W taki sposób można uzyskać np. rury.

W zależności od finalnych wymiarów detalu można rozróżnić termoformowanie cienkościenne i grubościenne.  Jeśli zaś za kryterium podziału przyjmie się kształt czy rodzaj matrycy, mamy do wyboru procesy pozytywowe i negatywowe. W przypadku termoformowania negatywowego materiał termoplastyczny jest dociskamy we wnętrzu wklęsłego gniazda (w formie). W procesie pozytywowym matryca jest wypukła (kopyto), a tworzywo termoplastyczne jest dociskane do niego tak, by dzięki idealnemu przyleganiu odwzorować kształt.

Niezależnie od zalet procesu termoformowania tworzyw sztucznych, należy pamiętać, że technologia ta wiąże się również z pewnymi niedogodnościami. Do najistotniejszych należą stosunkowo wysoka, w porównaniu z ceną granulatu, cena arkuszy i folii do obróbki. Poza tym, wytłoczki po wystygnięciu wymagają wykończenia, co prowadzi do powstania sporej ilości odpadów, niemożliwych do ponownego wykorzystania w procesie.