Термоформование листовых ПВХ пластиков

В настоящее время требования к внешнему виду и дизайну рекламной продукции предполагают использование изделий различных сложных и, зачастую, нетрадиционных форм. Для изготовления такого рода изделий используются различные методы термоформования листовых материалов. Это методы гнутия, термоформования, пневмоформования и вакуумформования.

Одним из наиболее распространенных листовых материалов, используемых в современных рекламных технологиях, является листовой поливинилхлорид (ПВХ). Существует несколько разновидностей ПВХ пластиков. Наиболее распространенными материалами являются вспененные листовые ПВХ. По своей структуре они подразделяются на два вида.

Первый вид - свободновспененные пластики, имеющие однородную ячеистую структуру по всей толщине листа - на российском рынке они представлены такими марками, как SIMOCEL-AS, SIMOPOR, SIMOPOR LIGHT ("SIMONA" Германия), KOMATEX ("KOMMERLING" Германия), VEKAPLAN SF ("VEKA" Германия), FOREX-classic ("AIREX" Швейцария), INTEFOAM ("INTERPLAST" США), PALIGHT-S ("PALRAM" Израиль).

Второй вид вспененных ПВХ пластиков - это листовые материалы, состоящие из внутреннего вспененного слоя, покрытого с обеих сторон сплошным "компактным" слоем жесткого ПВХ. Такое строение материала обеспечивает ему малый вес и одновременно высокую прочность, жесткость, ударостойкость и гладкую глянцевую твердую поверхность. Этот вид представлен следующими марками - COPLAST-AS, COPLAST-AS-X ("SIMONA" Германия), KOMACEL ("KOMMERLING" Германия), VEKAPLAN S ("VEKA" Германия), FOREX-pam ("AIREX" Швейцария), INTECEL ("INTERPLAST" США), PALIGHT-2001 ("PALRAM" Израиль).

Наряду с вспененными материалами существенное место среди рекламоносителей и комплектующих световых коробов занимают сплошные прозрачные и непрозрачные листовые ПВХ пластики. Непрозрачные материалы представлены на российском рынке марками PVC-D ("SIMONA"), VEKAPLAN K ("VEKA"), KOMADUR ("KOMMERLING"). Прозрачные ПВХ пластики представлены марками PVC-GLAS ("SIMONA"), VEKAPLAN KT ("VEKA").

Такое разнообразие материалов предполагает дифференцированный подход к применению различных способов термоформования для разных видов ПВХ пластиков. К простейшему способу термообработки листовых ПВХ пластиков относится сгибание листов под необходимыми углами для придания определенной формы.

При бесконтактном способе обычно используется нагретая до определенной температуры струна или несколько струн (трубчатых нагревателей), расположенных на некотором расстоянии от полимера. Сгибание при нагреве свободновспененных ПВХ пластиков осуществляется с предварительным разогревом обеих сторон листа по линии сгиба до оптимальной температуры, причем внутреннюю сторону будущего угла нагревают в первую очередь, а затем - внешнюю сторону. Ширина нагреваемой зоны X (мм) рассчитывается по формуле Х = 0,026хВхY, где В - толщина листа (мм), Y - угол изгиба (в градусах). Так, например, для толщины листа 3 мм и угле изгиба 90º ширина прогреваемой зоны должна быть не менее 7 мм. При малых углах изгиба до 45º и толщине до 3 мм достаточно нагревать материал с одной внутренней стороны в течение не более 2 минут. Для толщины 1 мм это время составляет 25-30 секунд. В случае сгибания листов большой толщины, особенно вспененных пластиков, покрытых с двух сторон сплошным слоем ПВХ, используют двухсторонний нагрев, причем с внутренней стороны чаще всего прогревают полимер контактным способом с применением специальных обогревателей с тефлоновым покрытием. Сгибание сплошных прозрачных и непрозрачных ПВХ пластиков осуществляется как бесконтактным, так и контактным способом, причем следует учитывать, что время прогрева в этом случае увеличивается в среднем на 40% по сравнению с вспененными материалами. В последнее время многие производственные фирмы используют для сгибания листов специальные нагревательные и кромкогибочные машины.

В процессе термоформования при помощи матрицы и пуансона требуется учитывать разницу в теплопроводностях и, соответственно, температурах материала и инструмента. Для изготовления инструмента формования (матрицы и пуансона) используются различные материалы (в скобках указаны значения теплопроводности, Вт/м.К) - гипс (3.2), дерево (1.7), эпоксидная смола (2.4), эпоксидированный алюминий (9.7-16.2), алюминий (2422), полированная сталь (485). Температура инструмента в процессе формования должна быть в пределах 50-55ºС. В инструменте необходимо сделать несколько отверстий диаметром 0.5-0.8 мм для выхода воздуха, находящегося между материалом и поверхностью формы. Во всех случаях термоформования листов ПВХ следует обращать внимание на необходимость медленного охлаждения готового изделия. При быстром охлаждении в материале могут возникнуть внутренние напряжения, что сказывается на прочности и внешнем виде изделия. При необходимости изделия можно "отпустить" термостатированием в течение 1-2 часов при температуре 60-70°С.

Для изготовления различных изделий сложной формы используют методы пневмо- и вакуумформования, причем в последнее время наиболее технологичным и экономичным считается метод вакуумформования. Поэтому усилия многих конструкторов и ученых направлены на создание все более и более современных, удобных в работе и простых в обслуживании вакуумформовочных машин. На таких установках возможно формование различных изделий из листов размером до 2500х1500 мм с глубиной вытяжки до 750 мм.

Основные параметры процесса при этом должны быть следующими:

В процессе формования изделий происходит усадка листа при прогреве, причем эта усадка имеет разные значения - наибольшая по длине (в направлении экструдирования при изготовлении листов) и минимальная по ширине листа, а также зависит от способа формования (негативное или позитивное) - максимальные значения величины усадки для различных видов ПВХ пластиков показаны в таблице 1. Усадкой определяется и расположение рельефных частей формованного изделия - длинные элементы следует располагать вдоль направления экструдирования. Также в таблице 1 указаны предельно допустимые соотношения вытяжки (утончения) исходного листового материала, которые определяются глубиной формования. Эти соотношения легко рассчитываются исходя из размеров формованного изделия и начальной листовой заготовки.

Пример1. Изделие "цилиндр". Диаметр исходной заготовки D = 48 см Цилиндр: диаметр - D1=40 см, высота h = 33 см Толщина стенок изделия "цилиндр" S2 - 3 мм Определить соотношение вытяжки и толщину исходной заготовки -S Площадь исходной заготовки Q = π · r² = 3,14 · 242 = 1809 см² Площадь боковой стенки "цилиндра" Q1=π · D1 · h=3,14 · 40 · 33=4145см² Площадь изделия "цилиндр" Q2 = Q + Q1 = 1809 + 4145 = 5954 см²

Соотношение вытяжки определяется как соотношение площадей исходной заготовки и готового изделия (в данном случае "цилиндра") Q : Q₂ =1809 : 5954 = 1 : 3,3. Так как площадь готового изделия в 3,3 раза больше площади исходной заготовки, то и толщина исходной заготовки должна быть больше в 3,3 раза - S = 3,3 . S₂ = 3,33 · 3 мм = 9,9 мм. Таким образом, для изготовления изделий "цилиндр" с толщиной стенок 3 мм следует использовать листы вспененного ПВХ толщиной 10 мм.

Пример 2. Изделие "куб с окантовкой". Размеры исходной заготовки 1,1 · 1,1 м Размеры куба: 1,0 ·,0 · 0,5 м Толщина исходной заготовки: S2 - 5,0 мм Определить соотношение вытяжки и толщину изделия - S Площадь исходной заготовки Q = 1,1 · 1,1 м = 1,21 м² Площадь боковых стенок "куба" Q1 = 4 · (1,0 · 0,5) = 2,00 м² Площадь изделия "куб с окантовкой" Q2 = Q+Q1 = 2,00 + 1,21 = 3,21 м²

Соотношение вытяжки определяется как соотношение площадей исходной заготовки и готового изделия (в данном случае "куб с окантовкой") Q : Q₂ =1,21 : 3,21 = 1 : 2,65 . Так как площадь готового изделия в 2,65 раза больше площади исходной заготовки, то толщина этого изделия должна быть меньше в 2,65 раза - S = S₂ : 2,65 = 5,0 мм : 2,65 = 1,9 мм. Таким образом, при использовании листов вспененного ПВХ толщиной 5,0 мм изделия "куб с окантовкой" будут иметь толщину стенок 1,8-2,0 мм.