Czym jest rozdmuch tworzyw sztucznych?

Technologie rozdmuchiwania pozwalają na wytwarzanie wyrobów z tworzywa sztucznego o kształtach, które byłyby stosunkowo trudne do osiągnięcia innymi metodami. Dzięki nim powstaje wiele produktów codziennego użytku, bez których trudno wyobrazić sobie funkcjonowanie nowoczesnej gospodarki. Technologie rozdmuchu są nie tylko bardzo efektywne, ale również dość łatwe do wykorzystania, a przez to powszechnie wykorzystywane.

Formowanie wyrobów z tworzywa sztucznego

Wielka popularność tworzyw sztucznych jest związana przede wszystkim z ich właściwościami użytkowymi – wysoką wytrzymałością na obciążenia mechaniczne połączoną z niewielką masą własną, a także odpornością na czynniki zewnętrzne oraz możliwością uzyskiwania materiałów o bardzo różnej charakterystyce – od bardzo giętkich i elastycznych po sztywne i odporne na zniekształcenia. Dla powszechnego wykorzystywania tworzyw syntetycznych ogromne znaczenie ma również stosunkowo niski koszt produkcji oraz niemal nieograniczone możliwości nadawania im dowolnych kształtów. Oznacza to, że w większości przypadków można stworzyć element, który uzyska oczekiwaną formę bez konieczności dodatkowej obróbki, a przy tym w dość krótkim czasie. Możliwość wykorzystania różnych technologii, np. rozdmuchu połączonego z wtryskiwaniem lub wytłaczaniem, pozwala na bardzo wydajną seryjną produkcję wyrobów o rozmaitych charakterystykach od butelek przez beczki do zbiorników na płyn do spryskiwaczy i baków paliwa w samochodach – wyjaśnia przedstawiciel firmy Toplast, która specjalizuje się w przetwórstwie tworzyw sztucznych.

Możliwości tak wszechstronnego formowania tworzyw sztucznych są związane z faktem, że osiągają one plastyczność w stosunkowo niskich temperaturach. W przypadku odlewania elementów metalowych, wydmuchiwania szkła czy tworzenia ceramiki trzeba osiągać temperatury od kilkuset do ponad tysiąca stopni. Oznacza to konieczność zużycia znacznej ilości energii, przyczyniając się pośrednio do wzrostu emisji gazów cieplarnianych. Co warte podkreślenia, trwałość takich wyrobów bywa różna i nie zawsze uzasadnia ponoszenie tak dużych nakładów, zarówno finansowych, jak i środowiskowych. Przy obróbce tworzywa potrzebne temperatury – w zależności od obrabianego materiału mogą wynosić nawet jedynie sto kilkadziesiąt stopni, co oznacza przynajmniej kilku lub nawet kilkunastokrotną oszczędność zasobów. Wielką zaletą tworzyw sztucznych jest również to, że można je kształtować na różne sposoby, otrzymując gotowy do wykorzystania produkt. Poza najpopularniejszymi metodami – technologią wytłaczania, użyteczną przy uzyskiwaniu wyrobów o znacznej długości lub szerokości, np. płyt, folii, profili, uszczelek, rur i rozmaitych kształtek oraz metodzie wtryskiwania stosowanej zwykle przy bardziej złożonych kształtach i bryłach od precyzyjnych kół zębatych po rozmaite obudowy i elementy rozmaitych urządzeń często wybierane jest termoformowanie tworzyw sztucznych, w którym przy wykorzystaniu pod- lub nadciśnienia cienkie arkusze tworzywa, również w postaci folii są po uplastycznieniu dociskane do formy, tworząc np. elementy tacek, opakowań, naczyń, blistrów czy wkładek. Powietrze jest często przydatne również przy formowaniu wyrobów podczas wytłaczania i wtryskiwania.

Wytłaczanie tworzywa z rozdmuchem

Technologia wytłaczania polega na uplastycznieniu tworzywa przez podgrzanie go do właściwej dla jego rodzaju temperatury oraz nadaniu właściwego kształtu za pomocą odpowiednio dobranej dyszy. Jedne z najwyższych, sięgających nawet 280°C temperatury są wymagane przy formowaniu poliuretanu (PUR), wśród najmniej wymagających pod tym względem znajduje się polietylen niskiej gęstości (LDPE), potrzebujący jedynie 135°C. Proces podgrzewania zachodzi bezpośrednio w urządzeniu zwanym wytłaczarką, do którego trafia wybrany granulat tworzywa lub mączka. Jest on wsypywany przez specjalny lej, po czym zagęszczany przez obracający się jeden albo dwa lub więcej współpracujących ze sobą ślimaków. Mają one stożkowaty albo walcowato-stożkowaty korpus oraz uzwojenie, których połączenie sprawia, że dostarczane granulki są zarazem podgrzewane i stapiane za sprawą znajdujących się w obudowie, a czasem także wewnątrz ślimaka grzałek oraz jednocześnie sprężane. Sprężone tworzywo trafia do głowicy, w której przechodząc przez dyszę o określonym kształcie, zostaje uformowane w sposób odpowiadający jej profilowi. Zwykle, ze względu na zachodzącą podczas stygnięcia zmianę wymiarów oraz przeprowadzaną kalibrację, odbiega on nieco od ostatecznego kształtu wyrobu. W czasie kalibrowania wyrób jest dopasowywany do swoich ostatecznych wymiarów albo za sprawą podciśnienia dociskającego jego ścianki do powierzchni wzorca, albo nadciśnienia, gdy efekt ten wywołuje się, wtłaczając powietrze pod ciśnieniem do jego wnętrza. Po odwzorowaniu kształtu formy wytwarzany element jest schładzany przy wykorzystaniu czynnika przepływającego przez formę i późniejszemu nadmuchowi powietrza po wyjściu z niej Za pomocą wytłaczania z rozdmuchem można uzyskać wiele kształtów i wyrobów o różnych wymiarach, odwzorowujących kształt formy rozdmuchowej. Co ważne, technologia wytłaczania z rozdmuchem znakomicie sprawdza się przy wytwarzaniu folii o różnych grubościach. W przypadku wyrobów tego rodzaju możliwe jest także formowanie kształtów przestrzennych o większych rozmiarach – głównie rękawów foliowych, ale również butelek i pojemników. W tym celu powstający półprodukt w postaci rękawa foliowego jest poddawany rozdmuchowi. Rozdmuchiwanie tworzyw sztucznych może być prowadzone dwiema różnymi metodami – przez wytłaczanie z rozdmuchem swobodnym oraz tzw. wytłaczanie w formie. Przy wytłaczaniu z rozdmuchem swobodnym rękaw foliowy jest zwykle wytłaczany przez odpowiedni pierścień, po czym kierowany w górę. Do wnętrza rękawa przez otwór znajdujący się w centralnej części dyszy formującej trafia powietrze atmosferyczne pod niewielkim ciśnieniem, nieco jedynie podwyższonym w stosunku do atmosferycznego. Powoduje ono rozciąganie poprzeczne oraz w niedużym stopniu wzdłużne. Rękaw, który jest prowadzony przez dwie znajdujące się w górnej części urządzenia rolki, jest następnie składany za pomocą dwóch ustawionych pod kątem płyt i nawijany na bęben. Wytłaczanie w formie wygląda zupełnie inaczej i może być realizowane na dwa sposoby – jako proces jedno- albo dwuetapowy. W przypadku metody jednoetapowej formowana przez dyszę rura trafia do formy, która odcina i zgrzewa jej dolną część, formując dno. Następnie od góry podawane jest powietrze pod ciśnieniem, które sprawia, że uplastycznione tworzywo jest dociskane do wewnętrznych ścianek formy. Po otwarciu formy produkt jest gotowy, a do formy może trafić kolejny odcinek rury. Przy rozdmuchu dwuetapowym procedura przebiega nieco inaczej. W pierwszym etapie formowana jest górna część pojemnika, która zyskuje od razu odpowiedni kształt. Zgrzewane jest również dno, jednak pozostałe elementy, choć także rozdmuchiwane są znacznie grubsze niż w wyrobie końcowym i o wiele mniejsze. Po tej operacji półprodukt trafia do kolejnej formy, w której musi być ponownie podgrzany, a następnie rozdmuchany już do właściwych rozmiarów. Dotyczy to jednak wyłącznie jego dolnej części – górna pozostaje niezmieniona.

Wtryskiwanie tworzywa z rozdmuchem

Wtryskiwanie tworzyw polega na uplastycznieniu tworzywa, a następnie wprowadzeniu go przez gniazdo do formy, w której rozpływa się ono, przybierając odpowiedni kształt, a następnie jest ochładzane, po czym następuje otwarcie formy i odbiór gotowego wyrobu. W przeciwieństwie do wytłaczania, które ma charakter ciągły wtryskiwanie to proces składający się z kilku następujących po sobie etapów. W pierwszym tworzywo jest zagęszczane, uplastyczniane i sprężane. Najczęściej są w tym celu używane moduły o konstrukcji zbliżonej do wytłaczarek, tj. z obracającymi się podgrzewanymi ślimakami oraz obudową. Po osiągnięciu przez potrzebną partię tworzywa właściwej płynności do formy jest wtryskiwana odpowiednia porcja materiału, po wypełnieniu formy wykonywany jest jeszcze tzw. docisk, który sprawia, że tworzywo zostaje bardziej ściśnięte w formie, tak, by zniwelować efekt występującego podczas stygnięcia skurczu. W następnej fazie forma jest otwierana, a powstała wypraska wyjmowana na zewnątrz. Jest to możliwe dzięki temu, że forma jest podzielona na dwie części – stałą, w której znajdują się gniazda do podawania tworzywa oraz ruchomą, która przesuwa się po specjalnym stole. Ograniczeniem metody wtryskiwania jest fakt, że ponieważ wyjęcie produktu wymaga otwarcia formy, niektórych kształtów nie da się w ten sposób wytworzyć. Będzie tak np. gdy w grę wchodzą pojemniki z przewężeniem, jakie jak choćby butelka czy słoiczek. W takich przypadkach istnieje jednak możliwość zastosowania wtryskiwania z rozdmuchiwaniem. Proces ten może być wykonywany na dwa sposoby – bezpośrednio albo sekwencyjnie. Wtryskiwanie bezpośrednie polega na wtryśnięciu odpowiedniej ilości tworzywa do formy, a następnie na dociśnięciu go do ścianek formy za pomocą gazu wprowadzanego pod ciśnieniem. Obie operacje mogą być prowadzone w jednej formie lub dwóch oddzielnych, jednak tworzywo jest w tym przypadku podgrzewane tylko raz, podczas wtrysku. Przy wtryskiwaniu sekwencyjnym obie procedury są od siebie odrębne. W pierwszej fazie powstaje tzw. preformowanie i tworzony jest częściowo ukształtowany pojemnik, który następnie jest schładzany, a po pewnym czasie trafia na stanowisko rozdmuchiwania, gdzie zostaje ponownie umieszczony w formie i podgrzany, a później poddany działaniu gazu pod ciśnieniem, który rozciąga tworzywo tak, by wypełniło wnętrze formy. Oba rodzaje wtryskiwania z rozdmuchem pozwalają na tworzenie brył o stosunkowo cienkich ściankach z przewężeniem, które są puste w środku. Tą metodą są produkowane m.in. popularne butelki PET. Dużą zaletą wtryskiwania z rozdmuchem jest fakt, że dzięki niemu można uzyskiwać produkty o zróżnicowanej grubości ścianek.