Выдувное формование: значение, виды, материалы

Что такое? Выдувное формование — производство полых изделий из пластика, при котором нагретая заготовка раздувается внутри формы сжатым воздухом. Благодаря такому методу можно получать разные конфигурации и размеры: от крохотных флаконов до тысячелитровых резервуаров.

В чем плюсы? Технология обладает множеством преимуществ. Среди них высокая производительность, экономичность, быстрота и несложность процесса, высокое качество получаемой продукции. Хотя есть и недостатки, метод выдувного формования становится все более востребованным в промышленности.

Принципы выдувного формования

Выдувное формование представляет собой технологию изготовления полых изделий, при которой разогретая пластиковая заготовка помещается в форму и раздувается воздухом под давлением до нужной формы. Этот способ является одним из самых распространенных в переработке пластмасс и при этом продолжает активно развиваться.

В сравнении с литьем под давлением, оборудование для выдувного формования обходится дешевле, отличается большей универсальностью и обеспечивает высокое качество изделий (в том числе снижает внутренние напряжения). Кроме того, данный метод позволяет эффективно создавать изделия сложной конфигурации, включая формы с изогнутыми и волнистыми поверхностями.

Выдувное формование — это способ обработки термопластов, при котором разогретую пластиковую заготовку помещают в закрытую форму и при помощи сжатого воздуха придают ей требуемую форму.

Данная технология активно используется в серийном производстве различной тары и упаковки, а также при изготовлении деталей для автомобильной отрасли и других промышленных изделий.

В основе данной технологии лежат принципы, пришедшие из древнего ремесла стеклодувного производства. Первое промышленное использование выдувного формования пластмасс относится к 1938 году, когда Энох Фернгрен и Уильям Копитке предложили способ изготовления полых изделий из пластика.

Значительный этап развития наступил в 1950-х годах с появлением полиэтилена высокой плотности, что существенно расширило область применения и возможности этого метода.

На сегодня выдувное формование входит в тройку наиболее распространенных технологий переработки пластмасс и использует примерно десятую часть всего объема производимых полимеров. Мировой рынок этой технологии оценивается примерно в 78 миллиардов долларов и демонстрирует стабильный ежегодный рост на уровне около 2,8%.

Плюсы и минусы выдувного формования

Выдувное формование дает возможность быстро и эффективно изготавливать большие партии полых пластиковых изделий. К основным достоинствам этого метода можно отнести:

• Экономичность. После того как затраты на оснастку окупаются, себестоимость одной единицы продукции становится существенно ниже по сравнению с другими способами производства. При этом высокая производительность способствует быстрому возврату вложенных средств.
• Высокая производительность. Цикл изготовления может составлять всего около 10 секунд для небольших изделий, что позволяет производить тысячи единиц за одну смену. По сравнению с ротационным формованием данный метод обеспечивает производительность, превышающую его в 5-8 раз.
• Универсальность форм. Технология позволяет изготавливать изделия сложной конфигурации, включая встроенные ручки, углубления и рельефные элементы, при этом все формируется в рамках одного производственного цикла.
• Бесшовность изделий. Готовая продукция получается цельной, без швов и соединений, что повышает ее прочность и герметичность, а также исключает возможные места протечек.
• Широкий диапазон размеров. Метод позволяет производить изделия самых разных габаритов — от небольших флаконов объемом около 5 мл до крупных промышленных резервуаров вместимостью до 10 000 литров, используя один и тот же тип оборудования.
• Переработка отходов. Почти 100% производственных отходов можно измельчать и возвращать в процесс, что снижает затраты на сырье примерно на 15-20%.
• Контроль толщины стенок. Использование электронных систем управления паризоном позволяет точно распределять материал и усиливать стенки в наиболее нагруженных участках изделия.

Читайте также!

Полиэтилен низкой плотности: свойства, метод получения, сферы использования

Подробнее

Ограничения и недостатки:

• Высокие стартовые затраты. Изготовление формы может стоить от 50 000 до 500 000 рублей в зависимости от сложности, а стоимость оборудования варьируется примерно от 3 до 30 миллионов рублей.
• Ограниченные возможности формы. Метод подходит только для производства полых изделий, поэтому создание сложных внутренних элементов невозможно.
• Обрезка облоя. После формования необходимо удалять излишки материала, которые образуются в процессе, хотя их можно отправлять на переработку.
• Ограниченный выбор материалов. Технология применима только к термопластам, тогда как термореактивные полимеры и ряд инженерных пластиков использовать нельзя.
• Неравномерная толщина стенок. При некорректной настройке процесса может возникать различие в толщине стенок, особенно у изделий с большим коэффициентом раздува.

Сферы применения выдувного формования

Выдувное формование широко применяется в различных отраслях промышленности и стало одним из ключевых способов производства пластмассовых изделий. Наибольшее распространение эта технология получила при изготовлении следующих продуктов:

• автомобильные детали;
• элементы бытовой и промышленной электроники;
• детские игрушки;
• промышленные емкости и контейнеры;
• медицинские изделия и принадлежности;
• садовый и дачный инвентарь;
• упаковка различной продукции;
• спортивный инвентарь.

Выдувное формование применяется в самых разных отраслях промышленности благодаря своей гибкости и экономичности. Эта технология подходит для изготовления как массовых товаров повседневного спроса, так и сложных специализированных технических изделий.

Главные сферы применения:

• Пищевая промышленность и напитки. Производство бутылок для воды, молока, соков, масел и соусов. Только рынок ПЭТ-бутылок для напитков в России составляет более 10 миллиардов единиц в год.
• Бытовая химия и косметика. Изготовление флаконов для шампуней, моющих средств, отбеливателей и косметики. Объем изделий варьируется примерно от 50 мл до 5 литров.
• Автомобильная промышленность. Производство бачков омывателя, расширительных бачков, резервуаров тормозной жидкости, воздуховодов и отдельных элементов бамперов. Для таких изделий важны термостойкость и устойчивость к воздействию химических веществ.
• Медицина и фармацевтика. Изготовление флаконов для лекарственных препаратов, медицинских растворов и контейнеров для биоматериалов. К таким изделиям предъявляются повышенные требования по стерильности и чистоте.
• Промышленная упаковка. Производство канистр объемом 5-30 литров для технических жидкостей, бочек до 200 литров и контейнеров IBC до 1000 литров, используемых в химической промышленности.
• Сельское хозяйство. Изготовление емкостей для воды, удобрений и агрохимикатов объемом примерно от 100 до 5000 литров.
• Потребительские товары. Производство игрушек, спортивного инвентаря, садовой мебели, а также изделий вроде буев, поплавков и каяков.

Рост электронной коммерции и сферы доставки продуктов способствует увеличению спроса на выдувную упаковку. После пандемии производство санитайзеров и медицинских флаконов выросло примерно на 35-40%, что демонстрирует способность технологии быстро адаптироваться к изменениям рыночных потребностей.

Этапы выдувного формования

Производство методом выдувного формования включает ряд поэтапных операций, от выполнения которых напрямую зависит качество конечного изделия. Весь процесс начинается с подготовки полимерного сырья и завершается извлечением уже готовой продукции из формы.

Читайте также!

Полимерное производство: как все происходит?

Подробнее

Ключевые этапы процесса выдувного формования включают в себя следующие стадии:

1. Подача и пластификация сырья. Гранулы термопластика поступают в экструдер или пластифицирующее устройство, где под действием температуры примерно 180-240 °C и механического воздействия превращаются в равномерный расплав.
2. Формирование заготовки. Расплавленный полимер выходит через кольцевую фильеру, образуя полую трубку (паризон), либо предварительно изготавливается в виде преформы с использованием литья под давлением.
3. Позиционирование и зажим. Заготовка устанавливается в полость разъемной формы, после чего ее половины смыкаются, надежно фиксируя и герметизируя паризон по краям.
4. Раздув. Внутрь заготовки через дорн или иглу подается сжатый воздух под давлением примерно 80-100 psi, который расширяет пластик, прижимая его к стенкам охлаждаемой формы.
5. Охлаждение и извлечение. Форма охлаждается с помощью циркуляции воды или воздуха, после чего пластик твердеет. Затем форма раскрывается, изделие извлекается, а лишний материал обрезается и отправляется на переработку.

Продолжительность полного цикла производства зависит от габаритов изделия и толщины его стенок. Так, для небольших бутылок объемом 0,5-1 литр цикл занимает примерно 10-20 секунд, что позволяет выпускать до 70 изделий в час на одной форме.

В случае крупных емкостей объемом около 2000 литров процесс длится 6-8 минут, обеспечивая производительность порядка 8-9 единиц в час.

Виды выдувного формования

В современной промышленности выделяют три основных способа выдувного формования, отличающихся своими технологическими особенностями и сферами применения. Выбор конкретного метода определяется характеристиками изделия, типом используемого материала и масштабом производства.

Экструзионно-выдувное формование

Это самый распространенный способ, при котором паризон формируется методом экструзии — непрерывно или циклически выходит из экструдера. Данная технология бывает двух видов: с непрерывной и с прерывистой подачей.

В первом случае заготовка постоянно выдавливается, а форма захватывает и отделяет необходимый отрезок. Во втором варианте используются аккумуляционные головки, где расплав сначала накапливается, а затем быстро подается в виде заготовки.

Экструзионно-выдувное формование хорошо подходит для выпуска большого ассортимента изделий из полиэтилена и полипропилена, таких как канистры, бочки, технические емкости, бачки омывателя для автомобилей и детские игрушки. Данная технология отличается высокой производительностью и позволяет формировать ручки непосредственно в процессе изготовления.

Инжекционно-выдувное формование (литьевое)

При этом способе сначала на термопластавтомате изготавливается преформа с точно заданными размерами горловины и резьбы. Затем она разогревается инфракрасными нагревателями до пластичного состояния и помещается в выдувную форму, где под действием сжатого воздуха раздувается до нужной конфигурации.

Такой метод обеспечивает высокую точность геометрии горловины, что особенно важно для бутылок, требующих герметичного закрытия крышкой.

Инжекционно-выдувное формование в основном используется для изготовления мелкой и средней тары из таких материалов, как полиэтилен, полипропилен и ПЭТ.

С его помощью производят медицинские флаконы, косметическую упаковку и небольшие пищевые контейнеры. Обычно коэффициент раздува находится в пределах 2-4, что позволяет добиться равномерного распределения толщины стенок изделия.

Стретч-выдувное формование

Это усовершенствованный вариант литьевой технологии, при котором преформа сначала вытягивается в длину с помощью специального стержня, а затем одновременно раздувается сжатым воздухом в поперечном направлении. Такая двухосная ориентация молекул полимера существенно улучшает прочность материала и повышает его барьерные характеристики.

Стретч-выдувное формование практически полностью применяется при выпуске ПЭТ-бутылок для напитков. Данная технология обеспечивает получение легкой, прозрачной и прочной тары с высокими барьерными свойствами. Типичным примером изделий, производимых таким способом, являются двухлитровые бутылки для газированных напитков.

Материалы для выдувного формования

Выбор полимерного сырья зависит от требований к конечному изделию, таких как прочность, устойчивость к химическим воздействиям, прозрачность, термостойкость и экономическая целесообразность. В выдувном формовании используются только термопласты, поскольку они способны многократно размягчаться при нагреве и переходить в вязко текучее состояние.

Читайте также!

Виды марок стали в производстве

Подробнее

Ключевые полимерные материалы, применяемые в выдувном формовании, и области их использования включают:

• HDPE (полиэтилен высокой плотности). Наиболее широко применяемый материал, на который приходится до 90% рынка выдувного формования. Он обладает высокой ударной прочностью, устойчивостью к химическим веществам и подходит для контакта с пищевыми продуктами. Температура переработки составляет примерно 180-220 °C. Используется для изготовления молочных бутылок, канистр для бытовой химии и промышленных емкостей.
• PP (полипропилен). Отличается повышенной термостойкостью (примерно до 100-140 °C) и высокой жесткостью. Подходит для изготовления автомобильных компонентов, медицинских изделий и упаковки, рассчитанной на стерилизацию. Обладает большей прозрачностью по сравнению с HDPE.
• PET (полиэтилентерефталат). Прозрачный полимер с высокими барьерными свойствами. Перерабатывается при температуре около 60-85 °C и широко используется для производства бутылок для воды и напитков. Для достижения лучших характеристик требует двухосной ориентации.
• LDPE (полиэтилен низкой плотности). Гибкий и мягкий материал с высокой устойчивостью к растрескиванию. Используется для производства сжимаемых флаконов, тюбиков и мягких емкостей. Температура переработки составляет примерно 70-90 °C.
• PVC (поливинилхлорид). Жесткий материал с хорошей устойчивостью к химическим воздействиям. Применяется для изготовления технических изделий и строительных элементов, однако его использование в пищевой сфере ограничено.

Современные технологии позволяют изготавливать многослойные изделия с разными функциональными характеристиками.

Например, трехслойная конструкция может включать внешний слой с защитой от ультрафиолета, промежуточный слой из переработанного сырья и внутренний слой из первичного полимера, пригодного для контакта с пищевыми продуктами. Такой подход помогает экономить ресурсы без снижения качества продукции.

Преимущества различных материалов и особенности их применения удобно представить в виде таблицы:

Часто задаваемые вопросы о выдувном формовании

Можно ли использовать вторичный пластик для выдувного формования?

Да, данный метод хорошо подходит для переработки вторичного сырья. Производственные отходы могут повторно использоваться практически полностью. Часто применяется трехслойная конструкция, где внутренний и внешний слои выполняются из первичного полимера, а промежуточный — из переработанного материала. Это позволяет снизить затраты на сырье примерно на 15-25% без потери качества продукции.

Какая производительность у выдувных машин?

Производительность машины для выдувного формования зависит от размеров изделия и типа используемой машины. При изготовлении бутылок объемом 0,5-1 литр современные установки способны выпускать примерно 1000-2000 изделий в час на одной форме.

Применение многогнездных машин (от 4 до 16 позиций) увеличивает объем выпуска пропорционально. В случае крупногабаритных емкостей объемом около 2000 литров производительность составляет порядка 8-9 единиц в час, что в несколько раз превышает показатели альтернативных методов.

Какая производительность у выдувных машин?

Производительность оборудования зависит от размеров изделия и типа используемой машины. При изготовлении бутылок объемом 0,5-1 литр современные установки способны выпускать примерно 1000-2000 изделий в час на одной форме.

Применение многогнездных машин (от 4 до 16 позиций) увеличивает объем выпуска пропорционально. В случае крупногабаритных емкостей объемом около 2000 литров производительность составляет порядка 8-9 единиц в час, что в несколько раз превышает показатели альтернативных методов.

Какие температуры используются при выдувном формовании?

Температура переработки зависит от материала: HDPE — 180-220 °C, PP — 200-240 °C, PET — 240-280 °C. Температура паризона при выдуве обычно на 10-30 °C ниже температуры плавления. Формы охлаждаются до 10-40 °C водой или воздухом для быстрого затвердевания изделия.

Метод выдувного формования обладает рядом преимуществ, благодаря которым он широко применяется в производстве пластиковых изделий. Одним из ключевых является экономичность: технология позволяет практически полностью использовать сырье и минимизировать отходы.

Получаемые изделия отличаются малым весом и высокой прочностью, сочетая хорошие эксплуатационные характеристики с удобством транспортировки и использования. Кроме того, процесс обеспечивает высокую скорость выпуска продукции, что особенно важно при массовом производстве.

Источник изображения в шапке: freepik / magnific.com