Материалы подготовлены специалистами ООО "Анион"

РОТАЦИОННОЕ ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ротационное формование занимает важное место среди основных методов переработки полимерных материалов. Причем в последнее десятилетие получен ряд значительных технологических преимуществ данного метода формования бурно развивается промышленность ротационного формования, появляется высокопроизводительное оборудование, новые коммерческие марки и композиции полимерных материалов для ротационного формования, открываются новые важные сферы рынка.

Процесс ротационного формования относительно прост, что позволяет активно воздействовать на него и добиваться получения высококачественных изделий конкурентно способных по ценам и потребительским свойствам.

Процесс можно разбить на четыре этап:

1.Загрузка определенного количества полимерного материала в форму.
Чаще всего используется порошкообразный полимерный материал Ротационная форма представляет собой полую раковинообразную конструкцию, состоящую из двух половин, реже используются формы состоящие из 3-х и более частей.

2.Формование изделия.
Форму закрывают и помешают в камеру нагрева. В которой производится нагрев и бносевое вращение формы. При вращении полимер подплавляется и налипает на стенки формы. Вращение формы в тепловом поле производят со скоростью от 4 до 20 об/мин. Это значительно ниже, чем при центробежном формовании полимеров. Формование заканчивают, когда весь полимер расплавится и налипнет на стенки формы. Процесс ротационного формования происходит при атмосферном давлении, причем при вращении формы масса материала не оказывает существенное давление на ее стенку, поэтому ротационные формы могут иметь очень тонкие стенки, и они относительно дешевы. Простые формы могут быть изготовлены в течение нескольких дней. Чаще всего литьевые формы изготавливают из стали или алюминия. Из металлов предпочтение отдается металлам с высокой теплопроводностью. Алюминиевые формы используют для изготовления сложных изделий. Изготовление формы производится литьем алюминия по мастер модели с последующей доработкой. Алюминиевое литье применяют также, когда необходимо изготовить несколько идентичных форм. Дня изготовления небольших изделий используют формы, изготовленные гальванопластикой или металлизацией в вакууме. Формы а процессе эксплуатации подвергаются большим термонапряжениям поскольку температура при проведении процесса многократно изменяется от комнатной до 300°С. Объем получаемого изделий на оборудовании ротационного формования определяется объемом камеры нагрева. Ротационным формованием возможно получение очень крупных и объемных изделий. Изделия получаемые ротационным формованием практически не напряженные и в них отсутствует ориентация полимера. Обогрев вращающейся формы в камере нагрева производят с помощью электрических ТЭНов или сжигания природного газа. Электрический обогрев более безопасен, но более дорогой. Одним из преимуществ ротационного формования является возможность варьирования толщиной стенки изделий простым изменением количества загружаемого материала в форму. Ротационным формованием можно получать изделия с толщиной стенки до 20 мм.

3.Охлаждение формы с изделием.
Форму охлаждают потоком холодного воздуха или распыленной водой. При этом форма продолжает вращаться для обеспечения равномерности затвердевания полимера по объему изделия. Когда полимер окончательно затвердеет, вращение прекращают.

4.Извлечение изделия из формы.
Форму раскрывают и готовое изделие извлекают из формы. Ротационное формование относится к безотходным процессам. При помощи специальных технологических приемов и приемов при конструировании ротационных форм можно достичь 100% выхода изделий из исходного сырья. Бракованные изделия возможно утилизировать, а полученные полимерные материалы использовать для изготовления новых изделий.

Оснастка для ротационного формования (ротоформы) крепется на так называемой «руке». «Рука» производит вращение формы и перемещает ее последовательно из зон загрузки/выгрузки изделия в камеру нагрева и охлаждения. В простых машинах камера нагрева и охлаждения совмещены и используется одна «рука». Для увеличения производительности, если позволяет объем камеры нагрева/охлаждения, на «руке» можно укрепить несколько одинаковых или разных форм. Чаще всего используются машины карусельного типа с тремя или четырьмя «руками». Это позволяет увеличить производительность, сэкономить расход тепла и получать несколько разных изделий одновременно. Каждая «рука» находится в определенной зоне технологического цикла. Затем производится одновременное перемещение «рук» в последующую зону получения изделий. В данном случае все изделия на разных «руках» получают по единой технологической программе. Причем время нахождения «руки» в определенной зоне определяется временем формирования самого трудоемкого изделия. В настоящее время разработаны машины с независимыми «руками», позволяющими вести формование каждого из изделий по собственной программе.

Преимущества ротационного формования можно проиллюстрировать примерами исполнения и применения готовых изделий. Изделия, получаемые ротационным формованием, находят широкое применение практически во всех сферах рынка.Таблица 2. Ротационным формованием можно получать многослойные изделия, каждый слой из которых выполнен из разных полимерных материалов; изделия с двойной стенкой; вспененные изделия. При ротационном формовании возможно заформовывать в изделия различные детали и высококачественные графические изображения. В отличие от методов выдувного или термоформования, методом ротационного формование можно получать изделия очень сложной формы с равнотолщинными стенками. Это достигается путем изменения соотношение скоростей вращения литьевой формы по осям вращения. Как показано на диаграмме 1 , ротационное формование относится к высокопроизводительным процессам, уступая по производительности лишь литью под давлением, выдувному и экструзионному формованию. Причем, в ряде случаев экономически целесообразно использование ротационного формования для получения партий изделий, насчитывающих всего нескольких штук.

Таким образом, преимуществами процесса ротационного формования являются:  

- простота процесса,  

- высокая производительность,  

- относительно невысокая стоимость литьевых форм и оборудования,  

- возможность быстрого изготовления и ремонта литьевых форм,  

- безотходность производства,  

- возможность получения изделий без внутренних напряжений и без ориентации полимера,  

- возможность изготовления монолитных изделий сложной формы,  

- возможность изготовления крупногабаритных изделий,  

- возможность многослойного формования и изготовления вспененных изделий и изделий с двойной стенкой,  

- возможность заформовывания металлических деталей и высококачественных графических изображений,  

- возможность изготовления одного и того же изделия с различной толщиной стенки без модификации литьевой формы,  

- возможность одновременного изготовления разных изделия.

К недостаткам метода ротационного формования можно отнести:  

- длительное время получения изделий  

- стоимость исходных полимерных материалов относительно высока (необходимость размола, дополнительные требования по упаковке и др.)  

- сложности в формировании ребер жесткости изделия  

- одним из недостатков процесса ротационного формования является ограничения по выбору полимерных материалов

При ротационном формовании чаще всего применяются порошкообразные полимерные материалы. Возможно применение гранул или жидких веществ. Доминирующую роль среди материалов для ротационного формования играет полиэтилен (ПЭ). По данным ARM (Международной ассоциации ротационного формования) на долю полиэтиленовых изделий приходится от 85 до 95% рынка. Применяется ПЭ низкого, среднего, высокого давления, пространственно сшиваемый ПЭ. Наибольшее количество изделий выпускается из линейного полиэтилена низкого давления. На доля других полимеров приходиться от 5 до 15% рынка. Среди этих полимерных материалов лидирующую роль занимают ПВХ-пластизоли.

Для ротационного формования разработаны специальные марки полиамида, поликарбоната, полипропилена. Ротационным формованием возможно изготовление изделий из термореактивных полимерных материалов, таких как полиуретаны, эпоксидные композиции и т.д. Лидерства ПЭ среди ПМ для ротационного формования объясняется следующими факторами: -высокая термостабильность данного полимера по сравнению со многими полимерами. Время формования изделия часто составляет 30-40 мин при температуре в камере нагрева 300 С. -хорошая перерабатываемость ПЭ гранул в порошок. Для измельчения ПЭ используют специально разработанные мельницы. -относительно низкая стоимость ПЭ. -комплекс функциональных свойств, обеспечивающих конкурентоспособность изделий на потребительском рынке. В России не производится полиэтиленового сырья, пригодного для ротационного формования, конкурентоспособность по ценам и качеству. Эта одна из основных причин тормозящих развитие процесса ротационного формования в России. Для модификации свойств полимеров и готовых изделий широко используются различные добавки. Это, в первую очередь, термо и светостабилизаторы, пигменты. Применяются антистатические добавки, пламегасители, вспенивающие агенты. Возможно применение наполнителей и стекловолокна.

Большое количество фирм, разбросанных в различных уголках мира, занимаются ротационным формованием. Это объясняется тем, что выгодно размещать оборудование как можно ближе к рынкам потребления. В данном случае минимизируются затраты на транспортные расходы по доставке объемных крупногабаритных изделий до потребителя. Наибольшее количество фирм занимающихся ротационным формованием расположено в Северной Америке (США), по данным ARM, на 1996 г более 400 фирм занималось выпуском изделий ротационным формованием. В Европе - 255 фирм. Лидирующее место в странах Европы занимает Великобритания (33% рынка) и Франция (16% рынка). В странах Азии наиболее развито ротационное формование в Индии и Японии (данные по Китаю отсутствуют). В Индии в 1996 г насчитывалось 40 фирм и 130 единиц оборудования, в Японии соответственно 11 и 115.

Неравномерность распределение фирм производителей, оборудования по разным странам и континентам отложило свой отпечаток и на распределение выпускаемых групп товаров в данных регионах. В США распределение товаров по группам очень неравномерно. 42% товаров выпускаемых ротационным формованием приходится на игрушки, 20% на баки и емкости. В Европе сформировался более равномерный рынок. Большую часть рынка Европы -27% составляют изделия для сельского хозяйства и пищевой промышленности, 17%-изделия промышленного назначения; 15%- изделия для автомобилей. Если рассматривать более детально рынок Европы по конкретным товарам, то на нем доминируют изделия для подземного использования и трубы. Баки, емкости, емкости для канализации на втором месте. Очень много выпускается игрушек, игровых комплексов и изделий для сельского хозяйства и ферм. Немаловажную роль составляет рынок деталей для автомобилей, баков для накопления воды, нефтепродуктов, химикалий, контейнеров для мусора. Россия находится только на стадии формирования рынка, возможности ротационного формования, потребительские свойства изделий получаемых ротационным формованием малоизвестны.

Ротационное формование является универсальным способом переработки полимерных материалов, позволяющим производить высококачественную конкурентоспособную товарную продукция для различных сфер применения. Промышленность ротационного формования находиться в стадии роста. Россия находится только на стадии формирования рынка, возможности ротационного формования, потребительские свойства изделий получаемых ротационным формованием малоизвестны. Отсутствие отечественной сырьевой базы является одной из основных причин тормозящих развитие процесса ротационного формования в России.

Литература:

1.Glenn L.Beall ”An Introduction to Rotational Molding Seminar ”. Sponsored by the Association of Rotational Molders 2000 Spring Road Suite 511, Oak Brook, IL 60521
2.Erich Boersch “Rotational Molding Around the World”. “Rotation”,1996, v.5, spec.i.,p.56-58.
3. R.J. Crawtford & Susan Gibson “ Rotational Molding. The Basics for Disigners”. “Rotation”,2000, v.9, i.4, p.36-45.
4. Erich Boersch, Rota Consult “Rotational Molding: An Industry of Innovation and Growing Influence”. “Rotation”, 2000, v.9, i.5, p.38-44.
5.”Arm Material Usage Survey”. “Rotation”,2001,v.10, i.2, p.73-76.
6. John Webster “Borealis Sees Rotomoulding Industry Growth in Europe”. “Rotation”,2000, v.9, i.5, p.30-31.
7.”A World of… Applications”. Association of Rotational Molders

Источник; Полимерные материалы. 2001. №11. С.8-10., Полимерные материалы. 2001. №12. С.8-9.