Термоформование

06.06.2015

Термоформование является важным промышленным процессом производства полых предметов из УПС, АБС-пластиков и других ударопрочных пластиков. Примерами являются вакуумное формование камер холодильников и кофейных чашек. Процесс заключается в нагревании листа полимера до температуры, соответствующей плато зацеплений, т.е. обычно в интервале температур (Tc+10 °С) и (Тс+40 °С), и приложении затем к листу давления (или вакуума) с одной из его сторон. В процессе часто используется формующий пуансон.
При относительно низких температурах формования расплав ведет себя подобно каучуку, и толщина сформованного листа может быть рассчитана с достаточной точностью с помощью теории каучукоподобной эластичности, распространенной на случай больших деформаций. В общем случае материал листа подвергается двухосной деформации растяжения. Например, при выдувании полусферических изделий из плоского листа материал в центре листа находится под действием сбалансированного двухосного растяжения. Материал по ободу полусферы находится в состоянии плоской деформации, поскольку окружность обода не изменяется при формовании. Остальная часть листа находится в промежуточном состоянии между сбалансированным двухосным растяжением и плоской деформацией. Каучуковые частицы приспосабливаются к этой деформационной картине. Уровень остаточной деформации в листе может быть уменьшен благодаря релаксации, особенно при высоких температурах формования.
Термоформование

Различия в термической предыстории часто обусловливают изменения состояния ориентации по толщине стенки изделия, сформованного из листа. Поверхность листа охлаждается быстрее, чем его внутренняя часть, особенно когда лист находится в контакте с холодной пресс-формой. Вследствие этого поверхность оказывается более сильно ориентированной по сравнению с центральной частью (рис. 11.10). Дополнительной причиной изменений свойств по толщине является наличие градиента температур между нижней и верхней поверхностями листа в период, предшествующий моменту формования. Толстые листы нагревают до однородной температуры в печи, а тонкие листы доводят до температуры формования излучающими нагревателями, помещенными над верхней поверхностью листа. Вследствие этого нижняя часть листа формуется при существенно более низкой температуре, чем верхняя. Возникающие ориентационные градиенты могут вызвать коробление сформованных листов.
Влияние ориентации на механические свойств а обсуждалось ранее. В случае формования изделий из листового материала наиболее важным эффектом является уменьшение сопротивления разрушению в плоскостях, параллельных направлению ориентации. Снижение прочности особенно заметно для стенок контейнеров, полученных с глубокой вытяжкой, и у других изделий с подобной геометрией. Зоны со сбалансированной двухосной деформацией более прочны.
В любом процессе термоформования лист в отдельных местах становится более тонким, чем в других. Для обеспечения успешного формования необходимо, чтобы эти зоны локального утоньшения были стабилизированы и не утоньчались далее прогрессивно вплоть до образования отверстия. Два фактора помогают стабилизировать лист в утоньчающихся областях: во-первых, происходит ускорение охлаждения, во-вторых, в отдельных случаях материал претерпевает ориентационное затвердевание. Оба фактора повышают сопротивление материала дальнейшему утоньчению, вследствие чего достигается приемлемое распределение толщин в изделии.
В процессе вакуумного формования каучуковая фаза обусловливает образование матовой поверхности изделия. Расширение плато зацеплений, как отмечалось ранее, может также оказаться важным, но этот вопрос систематически не изучался. Значение частиц каучука как индикаторов деформации и остаточной ориентации иллюстрируется рис. 11.10.