УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО ПОЛИМЕРА

Полезная модель относится к устройствам для изготовления пластмассовых изделий, в частности изделий из термопластичного полимера.
Известно (RU 2233761, 1977) устройство для изготовления изделий из термопластичного полимера, содержащее смеситель для приготовления термопластичной полимерной композиции, экструдер для получения листовой заготовки из полимерной композиции, средства охлаждения заготовки и средства вакуумного формования, включающие узел вакуумного формования.
В таком устройстве листовую заготовку, полученную в процессе экструзии термопластичного полимера, после экструзии подвергают охлаждению и в холодном виде помещают на средства вакуумного формования. Это является нерациональным, так как необходимость повторного разогрева заготовки до температуры термопластичности, позволяющей осуществить вакуумное формование, удлиняет цикл технологического процесса и требует дополнительных затрат энергии.
С целью устранения этого недостатка было предложено устройство для изготовления изделий из термопластичного полимера, содержащее смеситель для приготовления термопластичной полимерной композиции, экструдер для получения листовой заготовки из полимерной композиции и узел вакуумного формования, расположенный непосредственно за экструдером с возможностью подачи горячей заготовки на матрицу узла формования (см. RU 40285 U1, 2004).
Процесс формования детали на матрице узла формования требует некоторого времени; кроме того, после вакуумного формования заготовки с получением детали требуется время для остывания детали перед ее извлечением из матрицы. Это приводит к замедлению процесса изготовления изделий и снижению производительности и экономической эффективности устройства. Кроме того, желательно, чтобы средства вакуумного формования были недорогими и имели простую и легкую конструкцию.
Предлагаемая полезная модель направлена на создание устройства для изготовления изделий из термопластичного полимера, в котором средства вакуумного формования были бы выполнены таким образом, чтобы сократить затраты времени на вакуумное формование и тем самым повысить производительность и экономическую эффективность устройства при использовании простых, легких и дешевых средств вакуумного формования.
Эта задача решается тем, что в устройстве для изготовления изделий из термопластичного полимера, содержащем смеситель для приготовления термопластичной полимерной композиции, экструдер для получения листовой заготовки из полимерной композиции и средства вакуумного формования, средства вакуумного формования выполнены в виде нескольких узлов вакуумного формования, имеющих каждый установленную на опоре матрицу и установленных с обеспечением возможности подачи горячей заготовки, полученной из экструдера, на их матрицы, которые выполнены из полиэфирной смолы, армированной несколькими слоями стеклоткани и в теле каждой из которых имеется полость, сообщающаяся с отверстиями, выполненными в матрице с рабочей стороны, и со средствами откачивания воздуха.
Узлы формования с матрицами из армированной полиэфирной смолы имеют прочную и в тоже время простую, легкую и дешевую конструкцию. Однако полиэфирная смола отличается невысокой термостойкостью, так что использование матриц из такой смолы связано с затратами времени не только на формование и остывание изделия, но и на остывание самой матрицы; в противном случае матрица слишком сильно разогреется и быстро выйдет из строя. Благодаря же наличию нескольких узлов вакуумного формования горячие листовые заготовки, получаемые из экструдера, можно последовательно укладывать на разные узлы формования, и пока на одних узлах идет формование, матрицы других узлов остывают до достаточно низкой температуры, что предотвращает их перегрев и быстрый выход из строя при обеспечении минимальных затрат времени на формование и тем самым высокой производительности и экономической эффективности установки.
Размеры и форма матриц части узлов вакуумного формования могут отличаться друг от друга.
Полиэфирная смола может представлять собой смолу холодного отверждения, а ее армирование можно осуществлять с использованием от 3 до 10 слоев стеклоткани.
Термопластичный полимер может представлять собой полиэтилен, предпочтительно полиэтилен низкого давления.
Изделие предпочтительно представляет собой подкрылок для автомобиля.
На фиг.1 показана блок-схема предлагаемого устройства, а на фиг.2 схематически показан в поперечном разрезе узел вакуумного формования с матрицей.
Предлагаемое устройство содержит смеситель 1, экструдер 2 и узлы вакуумного формования 3-8. Каждый узел вакуумного формования содержит матрицу 9 из
полиэфирной смолы, армированной несколькими слоями стеклоткани, установленную на опоре 13. В теле матрицы 9 имеется внутренняя полость 10, сообщающаяся с отверстиями 11, выполненными в матрице с рабочей стороны. Внутренняя полость 10 матрицы через выход 12 сообщается со средствами откачивания воздуха (не показаны).
Полимерный материал матрицы (полиэфирная смола) является весьма дешевым и позволяет изготавливать матрицы простым способом и с небольшими энерго- и трудозатратами.
Матрица 9 выполнена из полиэфирной смолы, представляющей собой продукт конденсации гликолей с малеиновым ангидридом и модифицирующими кислотами. Предпочтительно следует использовать полиэфирную смолу холодного отверждения, которая не требует дополнительных энергозатрат при изготовлении матрицы. При армировании смолы с целью обеспечения ее высокой прочности и теплостойкости целесообразно использовать от 3 до 10 слоев стеклоткани. Такая матрица является простой в изготовлении, обладает достаточной легкостью и прочностью и не требует больших энерго- и трудозатрат.
Матрицы разных узлов вакуумного формования могут быть одинаковыми или иметь размеры и конфигурации, отличающиеся одна от другой, чтобы обеспечить возможность формования ассортимента изделий различных размеров и конфигураций.
Термопластичный полимер предпочтительно представляет собой полиэтилен, в частности полиэтилен низкого давления. Изделие может представлять собой подкрылок для автомобиля.
Устройство работает следующим образом. В смеситель 1 загружают необходимые количества компонентов термопластичной композиции, включающие термопластичный полимер, такой как полиэтилен, и добавки, в качестве которых можно использовать, в частности, наполнители, пластификаторы, красители, антиоксиданты, скользящие добавки, антипригарные добавки и другие необходимые компоненты. После перемешивания компонентов смесь из смесителя 1 загружают в бункер экструдера 2. Температуру экструдера 2 заранее устанавливают на необходимом уровне. Горячую листовую заготовку, полученную на выходе из экструдера 2, отрезают в соответствии с нужными размерами и, не давая ей остыть, перемещают на матрицу 9 узла 3 и фиксируют на ней. Выход 12 внутренней полости 10 матрицы 9 сообщается со средствами откачивания воздуха, при этом в полости 10, а также, вследствие наличия каналов 11 между полостью 10 и рабочей поверхностью матрицы 9, в пространстве между заготовкой и рабочей поверхностью матрицы создается зона пониженного
давления. Под действием перепада давлений между внутренней поверхностью заготовки, обращенной к матрице, и ее наружной поверхностью, обращенной к атмосфере, эта заготовка, находящаяся при температуре, обеспечивающей термопластичность, прижимается к матрице 9, подвергается термовакуумному формованию и принимает форму матрицы 9.
Во время формования заготовки на матрице узла 3 можно осуществить цикл экструзии и формования следующей заготовки, в котором из экструдера 2 выпускают другую заготовку для матрицы узла 4 формования и в горячем виде перемещают ее на матрицу узла 4 формования, фиксируют на ней и подключают эту матрицу к средствам откачивания воздуха для вакуумного формования. Далее подобный цикл может быть осуществлен с использованием матрицы узла 5 формования, затем последовательно матриц узлов 6, 7 и 8 формования. К моменту помещения заготовки на матрицу узла 5 формования изделие на матрице узла 3 уже отформовано и в достаточной степени остыло, и его снимают с матрицы этого узла, после чего она продолжает остывать. К моменту помещения заготовки на матрицу узла 8 формования матрица узла 3 формования уже достаточно остыла, и на нее помещают новую горячую заготовку с экструдера 2. Благодаря тому, что к этому времени матрица 9 узла 3 формования имеет уже небольшую температуру, ее перегрева, который мог бы привести к термодеструкции полиэфирной смолы, из которой она изготовлена, и преждевременному выходу матрицы из строя, не происходит. В одном из вариантов выполнения устройство работает так, что продолжительность одного цикла формования составляет 1 мин., а время, необходимое для остывания до приемлемых температур - около 10 мин. В этом случае поочередное использование в предложенном устройстве 10-12 матриц позволит свести к минимуму время выпуска одной детали и тем самым резко увеличить производительность. При этом обеспечивается предотвращение перегрева матриц узлов термоформования. Например, при выпуске из экструдера листовой заготовки с температурой около 150°С и формовании ее на матрице с начальной температурой 50°С, после формования температура матрицы и изделия (считая их примерно равными по массе и теплоемкости) составляет примерно 100°С. После остывания в течение 1-2 минут температура снижается до 70°С, после чего деталь, уже способную сохранять свою форму, можно снимать с матрицы. Затем этой матрице дают возможность остывать дальше до температуры 50°С, не помещая на нее заготовки из экструдера, а помещая их последовательно на матрицы других узлов формования. После того, как матрица остынет до температуры 50°С, на нее помещают
новую заготовку. В результате матрица никогда не нагревается до температуры более 100°С и благодаря этому не подвергается термодеструкции и преждевременному разрушению. Вместе с тем необходимость тратить время на формирование и остывание матрицы не сказывается на производительности устройства, так как в то же самое время формирование изделий идет на матрицах других узлов.
Матрица 9 может быть изготовлена, например, с помощью модели, снятой в виде слепка с эталона изготавливаемой детали и, возможно, откорректированной с припуском на усадку формуемого термопластичного полимера. Модель, предварительно покрытую разделительным составом, например, на основе раствора воска в бензине, покрывают первым слоем полиэфирной смолы, затем стеклотканью, которую сверху вновь покрывают полиэфирной смолой, и эти операции повторяют необходимое число раз до получения матрицы необходимой толщины (обычно 5-6 мм). Затем в заранее определенных местах укладывают временные вставки (например. поролоновые трубки), необходимые для формирования полости, соединяемой впоследствии со средствами откачки воздуха, и покрывают их 2-3 слоями смолы с армированием стеклотканью. Концы временных вставок при этом оставляются снаружи так, чтобы обеспечить возможность их последующего извлечения. После отверждения полиэфирной смолы временные вставки извлекают за их свободные концы, в установленных местах просверливают отверстия со стороны рабочей поверхности, соединяющие ее с полостью, образованной внутренним пространством временных вставок. В отверстие, через которое осуществляли извлечение вставок, устанавливают штуцер, предназначенный для соединения внутренней полости со средствами откачивания воздуха, который закрепляют, например, с помощью клея.
Предложенное устройство позволяет осуществлять формование широкого ряда термопластичных полимеров, таких как полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, поликарбонат и другие, предпочтительно полиэтилен, который является одним из наиболее недорогих, доступных и легко формуемых термопластов, обладающих хорошим сочетанием механических и иных свойств.
Предложенное устройство позволяет производить различные изделия из термопластичного материала, например защитные подкрылки для автомобиля.