Σελίδα 1 Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Μηχανικών Μηχανολογίας και Κατασκευαστικής ΜΜΚ 452: Μηχανικές Ιδιότητες και Κατεργασία Πολυμερών Εργαστηριακή Άσκηση Θερμομόρφωση (Thermoforming)
Σελίδα 2 Εισαγωγή: Η θερμομόρφωση (Thermoforming) είναι τεχνική κατά την οποία διεξάγεται μετατροπή του πλαστικού φύλλου σε ένα μαλακό, εύκαμπτο προϊόν μέσω της θέρμανσης, αποκτώντας έτσι την δυνατότητα διαμόρφωσης του υλικού σε διάφορα άκαμπτα σχήματα. Η θερμομόρφωση έχει αρκετές παραλλαγές διαμόρφωσης κατά τη χύτευση, είτε με πίεση, είτε με κενό, είτε με καλούπι. Το πρώτο υλικό όλων των μεθόδων έχει σχήμα φύλλου. Το υλικό αυτό θερμαίνεται, έως ότου γίνει μαλακό, και εν συνεχεία του ασκείται πίεση σε καλούπι, πιο ψυχρό από αυτό. Το φύλλο με εφαρμογή πίεσης μένει σταθερό στο καλούπι, μέχρι να γίνει άκαμπτο. Το σχηματισμένο μέρος τότε απομακρύνεται από το καλούπι και ξεχωρίζεται από το πλαστικό που το περιβάλλει. Βέβαια υπάρχουν και πολλές άλλες παραλλαγές της μεθόδου που ακολουθούν εντελώς διαφορετική διαδικασία θερμομόρφωσης. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται ποικίλει από έναν απλό φούρνο μέχρι μια περίπλοκη και αυτοματοποιημένη μηχανή. Το θερμοπλαστικό φύλλο είναι το σημαντικότερο στοιχείο σε όλη τη διαδικασία της θερμομόρφωσης. Κατά τη μορφοποίηση, το φύλλο μετατρέπεται σε χρήσιμο προϊόν. Η μοριακή δομή του φύλλου είναι καθοριστικής σημασίας κατά τη διαδικασία της θερμομόρφωσης αλλά και για την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Μερικά από τα πιο κοινά υλικά που χρησιμοποιούνται είναι το Πολυστυρένιο (PS), το Πολυστυρένιο μεγάλης σκληρότητας (HIPS), το Πολυμερές ABS, το Χαμηλής και Υψηλής Πυκνότητας Πολυαιθυλένιο (LDPE & HPDE), το Πολυπροπυλένιο (PP) και το Πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC). Σκοπός Εργαστηριακής Άσκησης: H κατανόηση της τεχνικής και των διαφόρων παραλλαγών της καθώς επίσης και η εξοικείωση των φοιτητών με τη μηχανή θερμομόρφωσης που υπάρχει στο τμήμα ΜΜΚ (Thermoforming Centre 911) Εργαστηριακή Διαδικασία: Εκτέλεση τριών διαφορετικών παραλλαγών τεχνικών θερμομόρφωσης στη μηχανή Thermoforming centre 911. [α] Διαμόρφωση με κενό (Vacuum forming) [β] Δημιουργία Θόλου (Dome Blowing) [γ] Χύτευση με Έγχυση (Injection Moulding) ** Ακολουθεί αναλυτική καθοδήγηση βημάτων για την εκτέλεση της κάθε τεχνικής
Σελίδα 3 [α] ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΜΕ ΚΕΝΟ (VACUUM FORMING) Κατά τη διαμόρφωση σε κενό χρησιμοποιείται κοίλο καλούπι και διεξάγεται απομάκρυνση του αέρα ανάμεσα στο καλούπι και στο φύλλο. Καθώς ο αέρας εκκενώνεται μεταξύ του καλουπιού και του φύλλου, η ατμοσφαιρική πίεση αναγκάζει το καυτό εύκαμπτο φύλλο να πάρει την μορφή του καλουπιού. [β] Εκκένωση αέρα μεταξύ καλουπιού και φύλλου ΚΑΛΟΥΠΙ [α] Θέρμανση πλαστικού φύλλου [γ] Μορφοποίηση πλαστικού φύλλου 1. Το καλούπι τοποθετείται πάνω στη βάση και σπρώχνοντας τον μοχλό (στο πλάι) προς τα πίσω η βάση μετακινείται προς τα κάτω 2. Άνοιγμα συστήματος από το γενικό διακόπτη (κίτρινο κουμπί) 3. Ανέβασμα τελάρου και τοποθέτηση προστατευτικού πλαστικού (ειδικό για θερμομόρφωση). Κλείσιμο και ασφάλιση τελάρου. 4. Τοποθέτηση των θερμαντικών στοιχείων (κόκκινο κάλυμμα) πάνω από το πλαστικό 5. Ενεργοποίηση και των δυο ζώνων θέρμανσης από VACUUM FORMING HEATER ZONE CONTROL 6. Με το πέρασμα 25 λεπτών, τα θερμαντικά στοιχεία (OVEN) σβήνουν και απομακρύνονται από το πλαστικό 7. Από MODE SELECTION γίνεται η επιλογή του «Vacuum Forming Vacuum» 8. Τράβηγμα μοχλού προς το μέρος του χειριστή για τν επίτευξη εκκένωσης αέρα μεταξύ καλουπιού και φύλλου πλαστικού. Αναμονή διάρκειας 1 λεπτού για να κρυώσει το καλούπι.
Σελίδα 4 9. Από MODE SELECTION γίνεται επιλογή του «Vacuum Forming Blow», επιτρέποντας την εισχώρηση αέρα ανάμεσα στο καλούπι και το φύλλο πλαστικού. 10. Αφαίρεση του καλουπιού από το όργανο και διαχωρισμός τελικού προϊόντος από το καλούπι 30 λεπτά μετά αφότου κρυώσει. [β] Δημιουργία Θόλου (Dome Blowing) Κατά τη διαδικασία αυτής της μεθόδου φύλλο πλαστικού αφού θερμανθεί κατάλληλα διογκώνεται και σχηματίζει θόλο κοιλότητα με τη βοήθεια θερμού πεπιεσμένου αέρα από το κάτω μέρος του φύλλου πλαστικού. Πεπιεσμένος Αέρας 1. Από δεξιά πλευρά της μηχανής: Από το MODE SELECTION επιλέγεται το OVEN και ρυθμίζεται η θερμοκρασία στους 160 o C. Αναμονή μέχρι ο φούρνος πάρει την προκαθορισμένη θερμοκρασία. 2. Τοποθέτηση φύλλου πλαστικού μέσα στο φούρνο (βρίσκεται στο κέντρο του οργάνου). Ανάλογα με το πάχος του φύλλου που θα χρησιμοποιηθεί θα διαρκέσει και ο χρόνος θέρμανσης του. Για 1mm πάχος 4 λεπτά Χρήση 2 mm πάχος φύλλου Θέρμανση στο φούρνο για 8 λεπτά. 3. Τοποθέτηση καλουπιού κατασκευής θόλου στη βάση έχοντας τον δακτύλιο ανοιχτό προς τα πάνω. 4. Αφού περάσουν τα 8 λεπτά θέρμανσης του φύλλου πλαστικού, αυτό αφαιρείται από το φούρνο και με γρήγορες κινήσεις τοποθετείται πάνω στο καλούπι κατασκευής θόλου και επιλέγεται από το MODE SELECTION το «Dip coating dome blowing blow». (Για πιο γρήγορη και σωστή διαδικασία να γίνει από δυο άτομα)!!!προσοχη!!! Ο μοχλός στο πλάι πρέπει να είναι πάνω από την αρχή της διαδικασίας.
Σελίδα 5 [γ] Χύτευση με Έγχυση (Injection Moulding) Η χύτευση με έγχυση είναι ίσως η πιο διαδεδομένη κατεργασία μορφοποίησης για τα θερμοπλαστικά πολυμερή και προσφάτως και για ορισμένα θερμοσκληρυνόμενα. Mε τη μέθοδο αυτή, κόκκοι πολυμερούς που τροφοδοτούνται από μια χοάνη (hopper), συμπιέζονται από ένα έμβολο (ram) ή έναν κοχλία (screw) και θερμαίνονται μέχρι την τήξη τους. Το τήγμα αυτό στη συνέχεια ψεκάζεται υπό πίεση (έγχυση) στα ψυχρά τοιχώματα ενός καλουπιού. Εκεί, το πολυμερές αποψύχεται κάτω από τη θερμοκρασία υαλώδους μεταπτώσεως (Tg), το καλούπι μήτρα ανοίγει και λαμβάνεται το προϊόν. 1. Η βάση του φούρνου τοποθετείται ανάποδα, από την πλευρά δηλαδή που υπάρχει χώρος για τοποθέτηση της χοάνης. 2. Στη χοάνη τοποθετείται πολυμερές υπό την μορφή λεπτών κόκκων και τοποθετείται στο φούρνο για 30 περίπου λεπτά μέχρι την τήξη του. 3. Προετοιμασία καλουπιού και τοποθέτηση του στη πρέσα (υποδοχή με διάφανη πόρτα στο πλάι δεξιά της μηχανής) 4. Αφού το πολυμερές μετατραπεί σε τήγμα η χοάνη τοποθετείται στο κατάλληλο σημείο της πρέσας και από το EXTRUSION/INECTION MOULDING & PRESS FORMING ενεργοποιείται το πιστόνι της πρέσας με την επιλογή RAM DOWN. 5. Αφού το τήγμα πληρώσει το καλούπι τερματίζεται η διαδικασία. Ακολουθεί αναμονή μερικών λεπτών μέχρι την ψύξη του υλικού και ανοίγεται το καλούπι.