Katedra tváření kovů a plastů

Vyfukování, výroba dutých těles

7.1. Vstřikovací vyfukování (předlisek vyráběný vstřikováním)
7.2. Vytlačovací vyfukování (předlisek vyráběný vytlačováním)
7.3. Vyfukování s dloužením
7.4. Speciální způsoby výroby dutých těles

7.5. Stroje a zařízení pro výrobu dutých těles

7.6. Nástroje pro vyfukování

7. vyfukování, výroba dutých těles

Vyfukováním se rozumí takový postup, při kterém je polotovar (předlisek) tvarován ve vyfukovací formě přetlakem vzduchu do tvaru více méně uzavřeného tělesa. Materiál se musí zahřát do plastického stavu, kdy hmota vykazuje potřebnou tvarovatelnost, ale přitom si ještě udržuje dostatečnou soudružnost. Polotovarem může být předlisek vyráběný vstřikováním, vytlačováním nebo i fólie. Vyfukováním se zpracovávají hlavně PE a PP (asi ¾ produkce), PVC a jeho kopolymery a v poslední době PET. V malé míře jsou zastoupeny další termoplasty, jako např. POM, PC, kopolymery PS a jiné.

Rozdíly mezi nejrozšířenější technologií – vstřikováním a vytlačováním jsou následující:

7.1. Vstřikovací vyfukování (předlisek vyráběný vstřikováním)

Vstřikovací vyfukování se používá k výrobě dutých těles menších rozměrů a s velmi členitým tvarem. Postup je následující: ve vstřikovací formě se nastříkne na speciálně upravený, obvykle ocelový, trn v dutině vstřikovací formy tavenina vhodného plastu. Tím je vytvořen polotovar a to včetně dna a kompletního hrdla, např. se závity budoucí láhve. Dále se postup liší podle toho, zda je výlisek tvářen ihned nebo je proces vyfukování zcela oddělen. V prvém případě se ihned po nastříknutí plastu, dokud je hmota ještě v plastickém stavu, trn přenese do formy nebo se naopak forma přisune k předlisku po odsunutí vstřikovací formy. Následuje vyfouknutí stlačeným vzduchem do tvaru tvarové dutiny formy, ochlazení a ztuhnutí plastu, otevření nástroje a vyhození (sejmutí) z trnu stlačeným vzduchem a celý cyklus se opakuje. Tento postup má výhody v tom, že pokud se používá živý vtok, tak neexistuje technologický odpad, hrdlo se závitem i dno mají vysokou kvalitu, neboť neobsahují svar; lze vyrábět předlisky s proměnnou tloušťkou stěny a tak dosáhnout u odstupňovaných výrobků rovnoměrnou tloušťku stěny, lepší vzhled, tuhost a biaxiální orientace zlepšuje mechanické vlastnosti a snižuje propustnost pro plyny. Nevýhodou je potřeba dvou forem, složité výrobní zařízení a plast musí být vhodný jak pro vyfukovaní, tak i pro vstřikování. Velikost výrobků je omezena velikostí předlisku. Ve druhém případě lze proces oddělit. Vstřikováním se vyrobí předlisky, normálně se ochladí a v druhé firmě se potom opět ohřejí do plastického stavu a vyfouknou. Oblast hrdla se závitem se nezahřívá.

Princip vstřikovacího vyfukování s okamžitým vyfouknutím
1 – vstřikovací stroj, 2 – vstřikovací forma, 3, 4 – vyfukovací forma, a – vstřikování, b – vyfukování, c – chlazení, d – vyhození

Princip vstřikovacího vyfukování s přerušovaným procesem
1 – ohřev tvarové části předlisku, 2 – přesun do vstřikovací formy, 3 – vyfukování, 4 – chlazení, vyhození

7.2. Vytlačovací vyfukování (předlisek vyráběný vytlačováním)

Je to nejrozšířenější způsob výroby dutých těles. Na vytlačovacím stroji s přímou nebo příčnou vytlačovací hlavou se vytlačí polotovar – parizon. Tato trubka, schopná plastického přetvoření, se odstřihne v okamžiku, jakmile dosáhne požadované délky. Střižné nůžky jej buď podrží do okamžiku, dokud nepřijede vyfukovací forma nebo jej přenese do formy, kde je nasazen na trn. Zavřením formy dojde k vylisování hrdla a vnitřního průměru a ke svaření dna. Následně se přivede stlačený vzduch a dojde k vyfouknutí. Po ochlazení a ztuhnutí se výrobek sfoukne a odstraní se přetoky od svarových ploch. Kromě možnosti používání vyfukovacího trnu se v omezené míře používá i vyfukovací jehla, která se zapíchne do parizonu. Tato část se později odstraní. Nevýhodou vytlačovacího vyfukování je malá přesnost výrobků a poměrně velký odpad, vznik svaru. Výhodou je ekonomie provozu a možnost vyrábět výrobky o mnohem větším objemu.

Princip vytlačovacího vyfukování
1 – vytlačovací stroj, 2 – příčná hlava, 3 – parizon, 4 – vyfukovací forma, 5 – vzduch, 6 – svařovací hrany, 7 – výrobek, 8 – uzavírací mechanismus

Princip podtlakového ukládání parizonu do tvarové dutiny formy

Dále se používají metody „ukládání“ parizonu pomocí podtlaku do tvarové dutiny formy a dodatečného tvarování za účelem výroby nepravidelného dutého tvaru. V prvém případě je vytlačený parizon přisáván podtlakem do tvarově složité formy, neboť samotný parizon by nebyl schopen po vytlačení zaujmout tak proměnný tvar. Ve druhém případě je postup zcela odlišný. V prvním kroku dojde k vytlačení parizonu, jehož konec je rozdílnými způsoby „svařen“. Následuje přivedení vzduchu o přesně stanoveném tlaku a vyfouknutí do rukávu, aby nedošlo ke slepení stěn. V posledních krocích je výrobek dotvarován pomocí nástroje.

Princip vytlačovacího vyfukování s dotvarováním

Vzduch může být do formy přiváděn buď hrdlem láhve, dutým trnem hlavy vytlačovacího stroje nebo jehlou. Podle umístění to může být buď shora, zdola nebo z boku. U vyfukování zdola se šnek vytlačovacího stroje neustále otáčí a vytlačuje další parizon. Proto musí být fáze vytlačování a fáze vyfukování přesně sladěny, aby v okamžiku, kdy se uvolní forma, dosáhla délka parizonu optimální délky (minimální odpad). Jinak by došlo k protažení parizonu a ztenčení stěny. U vyfukování shora forma sevře parizon a svaří ho dole. Nahoře je volná část parizonu, do které se zatlačí trn a kalibruje ho. Při vyfukování zdola je kvalitnější hrdlo, při vyfukování shora je kvalitnější dno v důsledku protahování parizonu.

K nejdůležitějším technologickým parametrům vyfukování patří teplota a tlak. Z hlediska vlastností výrobků je vhodné používat teplotu co nejvyšší, ale dochází k velkému protahování parizonu, nárůstu smrštění a doby chlazení. Při nízké teplotě není záruka kvalitního svaru ve dně a zhoršují se mechanické vlastnosti. Tlak vzduchu při vyfukování bývá v rozmezí 0,4 až 1 MPa a stlačený vzduch musí působit na vyfouknutý parizon po celou dobu chladnutí, aby nedošlo k deformacím. Teplota formy se udržuje mezi 30 až 60 ^oC. Typická provozní data pro šnekový vytlačovací stroj jsou uvedena v tabulce.

Doporučené technologické parametry pro vytlačovací stroj a technologii vyfukování

Speciálním případem vytlačovacího vyfukování je výroba vícevrstvých dutých těles, jejichž stěna se skládá alespoň ze dvou plastů. Princip je založen na koextruzi, kdy samostatné šnekové plastikační jednotky přivádějí taveniny plastů do společné vytlačovací hlavy tak, aby nedošlo ke smísení tavenin polymerů a aby se vyrobil vícevrstvý parizon. Další technologií je výroba spotřebních výrobků z lehčeného PS. Zde se používají fyzikální i chemická nadouvadla. Pro chlazení se kvůli špatnému odvodu tepla používá kapalný dusík.

7.3. vyfukování s dloužením

Tato technologie využívá výhody, které byly popsány při orientaci fólií. Dloužením lze zvýšit průhlednost, pevnost, houževnatost a snížit propustnost pro plyny a páry. Princip výroby spočívá v tom, že předlisek (ať už vstřikovaný nebo vytlačovaný) je před vyfouknutím temperován na vhodnou teplotu v kaučukovité oblasti (pro PP 150 až 155 ^oC, pro PET 90 až 95 ^oC, atd.), poté je nadloužen (naorientován) a vyfouknut. Tato technologie slouží především pro výrobu lahví o malých objemech.

Výroba dutých těles dloužením
A - vyfukovací a dloužící jehla, B – přívod vzduchu, C – odvzdušnění nástroje, D – předlisek, E – nadloužený tvar. F – chladící kanály

7.4. Speciální způsoby výroby dutých těles

Mezi speciální způsoby výroby dutých těles patří rotační natavování, vyfukování z fólií, rotační navíjení.

7.4.1. Rotační natavování

Dutá tělesa velkých objemů, až několika set litrů, se s výhodou vyrábějí rotačním spékáním práškových polymerů. Do dvoudílné kovové formy, která může být jen z plechu, protože není vystavena žádnému zvláštnímu namáhání, se odměří potřebné množství práškového termoplastu, např. PE, ale i PP, PVC, EVA, PS, atd. Potom se forma uvede do rotačního pohybu kolem dvou na sebe kolmých os. Tím se prášek rovnoměrně rozděluje po vnitřním povrchu formy. Forma se ve vytápěné komoře ohřívá vzduchem na teplotu vyšší, než je teplota tání příslušného plastu. Vzduch mívá teplotu 260 až 450 ⁰C. Z prášku se postupným tavením a spékáním vytváří souvislá vrstva o tloušťce 1,5 až max. 30 mm. Formy rotují poměrně pomalu, kolem menší osy rychlostí asi 40 ot.min^-1, kolem větší osy asi 12 ot.min^-1. Po dokonalém protavení a spečení prášku se forma přesune do chladicí komory, kde se ochlazuje např. zkrápěním vodou. Pracovní cyklus je poměrně pomalý a závisí na velikosti výrobku a na tloušťce jeho stěny. U malých nádob trvá několik minut, u nádob s objemem 500 l asi jednu a půl až dvě hodiny. K přednostem této metody patří levné strojní zařízení, laciná forma a možnost vyrábět i tvarově členité výrobky. Nevýhodou je dlouhý výrobní cyklus a vysoká cena práškových polymerů.

Princip, schéma rotačního natavování
a – plnění, b – ohřev a rotace formy, c – chlazení, d – vyjmutí výrobku

7.4.2. Vyfukování z fólií

Výroba dutých těles z fólií je založena na následujícím principu: Dvě fólie z termoplastu jsou pevně sevřeny čelistmi kovové formy a mezi ně se přivádí pod tlakem horký vzduch nebo horká vodní pára. Teplem se plast převede do plastického stavu a tlakem se fólie vytvarují podle dutiny formy. Po okrajích se současně svaří. Tlustší fólie se mohou zahřát ještě před vložením do formy. Tímto způsobem se vyrábějí obaly např. pro čisticí prostředky. Pro obaly je charakteristický podélný svar buď po celém obvodu, nebo jen na třech stranách, jestliže se použije jedné fólie, která se před vložením do formy podélně ohne. Způsob má řadu variant. Místo celoplastové fólie se používají kombinované materiály, např. papír s jednou vrstvou polyetylénu. U systému Tetra-Pack se nejprve podélným svarem vytváří trubka, která se uzavře příčným svarem. Potom se plní obsahem a uzavře se druhým příčným svarem, který je proti prvému otočen o 90⁰. Plášť obalu je tvořen čtyřmi trojúhelníky a tvoří čtyřbokou pyramidu. Podobně se vyrábějí pro stejné účely i hranaté krabice.

7.4.3. Rotační navíjení

Jedná se v podstatě o výrobu laminátu, kdy mohou být aplikovány dva rozdílné postupy. V prvním případě jsou na rotační formu navíjena výztužná vlákna (ideálně pod úhlem 45^o), která jsou následně impregnována a vytvrzována pro vytvoření dostatečné vrstvy. V druhém případě je na nosné těleso navíjena výztuž, která je naimpregnovaná pryskyřicí, která se dále vytvrzuje.

7.5. Stroje a zařízení pro výrobu dutých těles

Požadavky na strojní zařízení jsou následující: regulovatelná teplota komory a co nejmenší kolísání teploty taveniny, vytlačovací hlava musí umožňovat správné nastavení tloušťky, snadná výměna hubice, šnek musí pracovat bez pulsací, aby nebyly v parizonu bubliny a byl konstantní průřez a zavírací mechanismus musí umožňovat co nejjednodušší výměnu forem a nesmí pootevřít nástroj během vyfukování. Zařízení pro vyfukování dutých těles se skládá ze šnekového vytlačovacího stroje – viz kap. 6 (většinou horizontálního) vybaveného příčnou vytlačovací hlavou s kruhovou hubicí a z vyfukovací jednotky, sestávající ze zavíracího (mechanické způsoby uzavírání – klika, zuby, hřeben, páka, klíny, hydraulický způsob uzavírání) a vyfukovacího mechanismu včetně formy.

Stroje pro vyfukování se dělí na stroje se zásobníkem (přerušovaný provoz - poloautomatický) a stroje bez zásobníku (automatický provoz). Podle pohybu formy se vyfukovací stroje dělí na stroje s vertikálním pohybem nebo horizontálním pohybem se statickou nebo pohyblivou formou pro oba směry. Pro vytlačování plastů s malou teplotní stabilitou, např. PVC, je výhodnější vertikální stroj, který je ukončen přímou hlavou, kde jsou poměry pro tečení příznivější. Šneky mívají jen krátkou dopravní a kompresní část, ale dlouhou část hnětací. Celková délka šneku je 15 až 20 D. Plastikační kapacita vytlačovacího stroje musí být v souladu s kapacitou vyfukovací jednotky. Množství vytlačeného plastu závisí na konstrukci stroje, geometrii šneku, plastu a technologických podmínkách.

U moderních strojů je možné měnit tloušťku stěny parizonu v závislosti na jeho délce – duté těleso nepravidelného tvaru nebo těleso s proměnnou tloušťkou stěny. Tu lze měnit buď axiálním pohybem trnu v hubici nebo naopak pohybem hubice při konstantní poloze trnu, což je řízeno mikroprocesorem. Další možností je přitlačování prstenců v hubici na parizon a tím změna tloušťky. Při nastavování rozměru parizonu se musí pamatovat na to, že tavenina plastu vlivem stlačitelnosti zvětšuje svůj objem, což se projeví zvětšením objemu i tloušťky. To závisí na technologických podmínkách – teplotě a tlaku. Zvětšení rozměrů dosahuje až několika desítek procent.

7.6. nástroje pro vyfukování

Vyfukovací formy je možné podle velikosti výrobku a použitého materiálu a zařízení konstruovat jako jednonásobné nebo vícenásobné. Formy pro menší výrobky jsou dvoudílné a pro větší výrobky mají tvarové díly složeny z více částí. Příklad vyfukovací formy je na obrázku. Protože z celkové doby pracovního cyklu představuje doba chlazení nejdelší úsek (uvnitř výrobku není dobrý vodič tepla), chlazení je provedeno buď cirkulující vodou, nebo pomocí vnitřního chlazení vodní mlhou, kapalným dusíkem, CO₂, apod.

Odvzdušnění forem je nutné kvůli malým vyfukovacím tlakům a dělá se proto, aby nedocházelo k vadám – nedotvarování tvaru, matný lesk, nepravidelné důlky, apod. Ve většině případů stačí k odvzdušnění netěsnosti v dělící rovině. Pro lepší odvzdušnění se do vyfukovací formy umísťují odvzdušňovací štěrbiny nebo odvzdušňovací válcové vložky se sraženou hranou nebo šestihranem.

Příklad vyfukovací formy
1 – tvárnice, 2 – upínací deska, 3 – dělící rovina, 4 – dno, 5 – hrdlo, 6 – kalibrační deska, 7 – trn, 8 – vzduch, 9 – stírací deska, 10 – parizon, 11 – svar, 12 – přetok

Samostatnou část v konstrukci vyfukovacích forem představují svařovací plochy (hrany), které vytvářejí svary u dna a hrdla dutých výrobků. Vzniklý svar musí být dostatečně pevný. Dosahuje se toho tak, že se vhodně upravuje úhel a tvar svařovací částí formy. Velký úhel a široká plocha nedávají dobré svary. Vhodný úhel způsobuje, že se část hmoty vtlačuje zpět do formy – dochází k zesílení a ke zvýšení plochy pro zatížení. Pro LEPE bývá úhel 12 až 15° zatímco pro POM je úhel 35 až 45°. Minimální úhel musí být 5°. Šířka svařovacích ploch bývá 0,2 až 3 mm podle velikosti dílů a podle plastu. Mezi svařovacími hranami musí po zavření formy zůstat mezera 0,2 až 0,5 mm vyplněná stlačeným plastem – zde se oddělí přetok. Svařovací hrany jsou vytvářeny na kalených vložkách, které se šrouby a kolíky upevňují na formy.

.: Jdi na začátek stránky :.