Термоформование акрилового листа

Акриловый лист может быть термоформован несколькими способами: вакуумом, давлением или растяжением. Нагревать акриловую заготовку для доведения ее до эластичного состояния также можно за счет использования различных типов нагревателей: спиральными нагревателями, патронными ТЭНами, прогоном горячего воздуха в печах, керамическими ИК нагревателями, кварцевыми нагревателями (с нихромовым или вольфрамовым элементом нагрева). Эти источники тепла имеют средний срок службы от 1500 до 20000 часов и обладают различным уровнем эффективности.

Сегодня мы подробно рассмотрим способы формовки и нагрева акрилового полимера и какой из них лучше выбрать для изготовления тех или иных деталей.

МЕТОДЫ НАГРЕВА

Конвекционный нагрев

Печи с принудительной циркуляцией воздуха равномерно нагреваются при постоянной температуре. Внешняя и внутренняя оболочки печи, разделены пространством, содержащим изоляцию из волокна или каменной древесины. Внутри камеры установлены термостатируемые нагреватели. Перегородки и электрические вентиляторы предназначены для обеспечения равномерного распределения тепла. Из-за относительно низкой молекулярной массы, акриловый лист нельзя фиксировать на одном конце. Зажимная рама должна использоваться для поддержки и для облегчения перемещения листа на станцию ​​формования.

Инфракрасный нагрев

Использование горизонтальных инфракрасных обогревателей (например, керамических элементов) вместо печей с горячим воздухом процесс менее трудоемкий и очень быстрый. Горизонтально размещенные ИК нагреватели очень удобны в применении, т. к. их можно с помощью специальных инструментов перемещать изменяя расстояние между зонами нагрева.

При проектировании систем ИК нагрева можно настроить зоны с независимым управлением для улучшения контроля и гибкости.

ТЕРМОФОРМОВОЧНЫЕ МАШИНЫ

Термоформовочное оборудование идеально подходит для производства больших объемов изделий одинаковой формы. Однако затраты на оснастку обычно высоки. Несколько разных форм могут быть изготовленных одновременно из одного листа. После обработки будет необходимо отделить и доработать изделия.

Вакуумное оборудование

Формовочное оборудование доступно в огромном ассортименте разных видов, габаритов и сложности. В отраслевых изданиях, посвященных пластмассам, перечислены многие производители оборудования.

Как сделать вакуумную камеру

Герметичная камера может быть изготовлена ​​из сварных стальных пластин. Сталь не должна использоваться для формующей плиты, так как она может «охладить» горячий лист.

Съемная форма при установке на оборудование в верхней части вакуумной коробки с помощью прокладки. Заготовка над формующим инструментом фиксируется с помощью зажимной рамы.

Конструкция основания формовочного инструмента будет определяться формой выреза в формующей плите. Регулирование вакуума между вакуумной камерой и вакуумным резервуаром будет контролировать высоту или глубину детали.

• высокоскоростной вакуумный насос;

• вакуумный накопительный бак;

• задвижка;

•  выпускной клапан для выпуска вакуума после формирования детали;

• вакуумметр.

Выдувное оборудование

Требуемое оборудование для свободного выдувания включает в себя фанерную доску с прикрепленным к ее нижней стороне воздушным шлангом и формовочную плиту для контроля контура изделия на его основании. Чтобы равномерно распределить поступающий воздух, воздухозаборник заглушают пеной, войлоком или картоном. Покройте фанерную доску фланелевой или полиуретановой пеной, чтобы избежать разметки. Формующая пластина или кольцо должны быть изготовлены из толстой древесины.

Кольца или пластины могут быть изготовлены из ДВП, фанеры или металла; оборудование должно быть покрыто флокированным резиновым листом для минимизации разметки. Для изготовления больших объемов деталей можно использовать прочные алюминиевые кольца и заглушки.

ПРОЦЕССЫ ФОРМОВАНИЯ ОТ ПОДГОТОВКИ ДО ОБРЕЗКИ И ВРЕМЯ, ЗАТРАЧИВАЕМОЕ НА НИХ

Соблюдайте рекомендации изготовителей по технике безопасности для оборудования и материалов, поскольку различные акриловые листовые материалы по-разному реагируют при нагревании до температур формования.

Усадка

Из-за изменения физических свойств в процессе производства, акриловый лист слегка сжимается при нагревании до температур термоформования. В каком направлении размещать лист можно определить по листу этикетки.

Исходные размеры не изменятся при изготовлении, не требующем нагрева. Однако лист, нагретый до температуры термоформования, изменяется по размеру примерно на 3% максимальной усадки в длинну и примерно на 0,5% максимальной ширины (поперечное направление).

Измерьте усадку при предварительном нагреве. Затем определите размер материала, необходимого для компенсации усадки, прежде чем резать какие-либо заготовки.

Предварительная сушка

Предварительная сушка акрилового листа необходима редко. Не распаковывайте лист до использования. Чтобы предотвратить образование пузырей, просушите лист в сушилке с принудительной циркуляцией или в вакуумной печи перед нагревом. Время высыхания зависит от количества содержимой влаги и толщины материала. 24 часа при 80ºC отлично выгоняют влагу. Чтобы сократить продолжительность цикла формования, предварительно высушите лист и после периода сушки перенесите его непосредственно в формовочную печь при температуре 80ºC.

Нагрев

Чтобы избежать образования пузырей и дефектов, нагрейте лист до нижнего предела температур рекомендованных для формования, используйте конвекционный, резистивный или радиационный нагрев.

По стандарту при вакуумной формовке «холодный» лист акрила закрепляется в раме и нагревается ИК излучателями. Из-за нагрева в листе может возникать напряжение, а края которые зажаты могут остаться не нагретыми. По этой причине возникают разрывы, края искажаются, и форма получается ассиметричной. Чтобы избежать этих проблем, нагрейте зажимную раму до 60-82ºC. Зажмите лист и продолжайте нагрев.

При использовании высокоинтенсивных нагревательных панелей с кварцевыми трубками после цикла нагревания и перед формованием следует включить короткий цикл выдержки. Это приведет к более равномерному распределению тепла по толщине листа.

Настройка температуры

Диапазон температуры для формирования акрилового листа составляет 142-160ºC. Рекомендуется создавать равномерное распределение температуры по всей толщине листа.

При использовании ИК нагревателей применяйте термопару и другие вспомогательные контролирующие устройства, чтобы создать максимально благоприятные условия для формовки акрила. Это скажется на качестве готового изделия.

Температурные требования зависят от условий формования — степени растяжения листа и скорости формования. Во избежание появления пузырьков и затенений и избегайте перегрева.

Время нагрева

Время нагрева зависит от толщины материала и способа нагрева. Такие условия как скорость потока воздуха в камере или расстояние между нагревателем и листом тоже влияют на время нагрева.

Эти переменные слишком многочисленны для математического предсказания. Минимальное время нагрева должно быть определено путем проведения тестовых циклов. Имея некоторый опыт, можно разработать циклы, в результате которых листы равномерно и тщательно нагреваются.

Скорость формирования

Максимальная скорость формования листа ограничена скоростью, с которой он будет растягиваться в пределах своей прочности без разрушения. Минимальная скорость формования должна быть достаточно быстрой, чтобы предотвратить значительное охлаждение листа. Цветной лист должен формироваться медленнее, чем бесцветный или прозрачный материал.

Чрезмерно высокие скорости формования создают высокие напряжения и вызывают низкую стойкость к растрескиванию. Чтобы минимизировать напряжения, используйте умеренные скорости формования и обеспечьте равномерное распределение температуры по поверхности листа и по всей его толщине.

Более высокие температуры формования необходимы для достижения большего «вытягивания» или увеличения четкости.

Быстрота охлаждения

Охлаждение также зависит от габаритов и толщины стенок изделия. В качестве охлаждения используются воздушные вентиляторы или водяные распрыскиватели. Наилучшими и хорошо себя зарекомендовавшими показали себя системы смешанного охлаждения, где одновременно используются вентиляторы и распрыскиватели.

Изъятие и обрезка

Это последние этапы производственного цикла. После полного охлаждения изделие изымают из формы и обрезают лишний материал, который образовался после формовки. Отходы полимера при этом могут использоваться повторно. Скорость и тип обрезки определены сложностью оборудования. Есть установки без функции обрезки, тогда проводить ее придется в ручном режиме, что занимает немало времени. Автоматизированные машины оснащены инструментом для забора отходов.

Акриловый лист — это горючий термопластик. При его обработке должны быть приняты меры предосторожности для защиты этого материала от огня и источников высокой температуры. Если вовремя его не затушить акриловый лист быстро сгорит. Продуктами сгорания при наличии достаточного количества воздуха являются углекислый газ и жидкость. Тем не менее, во многих пожарах не бывает достаточно воздуха и образуется токсичный угарный газ, как это происходит при сжигании других распространенных горючих материалов. Рекомендуется тщательно соблюдать правила для обеспечения пожарной безопасности.