Wśród niezliczonych przedmiotów wykonywanych współcześnie z tworzyw polimerowych znajdują się elementy, których wykonanie wymaga operacji rozciągania. Aby otrzymać zamierzony produkt finalny, rozciąganiu poddawany jest pozostający w stanie uplastycznienia półfabrykat z tworzywa termoplastycznego. Sama operacja rozciągania może odbywać się w kierunku poprzecznym, podłużnym lub w obu kierunkach jednocześnie. Jednym z czynników stanowiących medium rozciągające jest powietrze podawane pod zwiększonym ciśnieniem, a proces z tym związany nazywa się rozdmuchiwaniem bądź rozdmuchem.

>>Na czym polega technologia termoformowania tworzyw sztucznych<<

Wytłaczanie z rozdmuchiwaniem

W procesie wytłaczania półfabrykatem poddawanym rozdmuchiwaniu jest wytłoczyna o przekroju zamkniętym osiowosymetrycznym, zwykle kołowym. Rozdmuchiwanie można przeprowadzać na dwa sposoby. W przypadku pierwszego proces odbywa się w warunkach teoretycznie nieograniczonego rozciągania mechanicznego i nazywany jest wytłaczaniem z rozciąganiem swobodnym. Produkt finalny stanowi folia w postaci rękawa, jednorodna geometrycznie w przekroju poprzecznym i bez szwu. W drugim przypadku objętość, w jakiej zachodzi rozciąganie półfabrykatu, ograniczona jest za pomocą kształtu gniazda formującego narzędzia. Proces taki nazywa się wytłaczaniem z rozdmuchiwaniem w formie, a jego rezultatem są pojemniki o zróżnicowanym kształcie i zmiennej grubości ścianki.

 Z rozdmuchiwaniem swobodnym - folie

W skład linii technologicznej wytłaczania z rozdmuchiwaniem swobodnym wchodzi wytłaczarka z głowicą wyposażoną w dyszę szczelinową pierścieniową oraz urządzenia: nadmuchujące, spłaszczające folię rurową, odbierające i nawijające. Proces takiego wytłaczania polega na wykonaniu wytłoczyny w postaci rury i natychmiastowym jej rozdmuchaniu za pomocą powietrza o ciśnieniu nieznacznie większym od atmosferycznego. Jednocześnie zachodzi rozciąganie wykonywanego rękawa z folii za pomocą urządzenia odbierającego.

Na skutek działania powietrza pod nieznacznie zwiększonym ciśnieniem – podawanego przez głowicę wytłaczarską do wnętrza rękawa z folii – zachodzi przede wszystkim rozciąganie w kierunku poprzecznym, natomiast podczas wyciągania na urządzeniu odbierającym następuje rozciąganie w kierunku wzdłużnym. Powietrze rozdmuchujące jest wprowadzane do wnętrza folii rurowej przez otwór lub otwory wykonane w rdzeniu dyszy głowicy wytłaczarskiej.

Otrzymana za pomocą wytłaczarki konwencjonalnej folia rurowa jest ochładzana bezpośrednio za dyszą głowicy wytłaczarskiej przez urządzenie nadmuchujące strumieniami powietrza. Powietrze to podawane jest ze szczelin pierścieni chłodzących przymocowanych do głowicy wytłaczarskiej i do konstrukcji nośnej stanowiska. Do pierścieni doprowadzane jest za pomocą dmuchawy lub sprężarki. Intensywność ochładzania musi być wystarczająca do całkowitego ochłodzenia rękawa z folii, zanim zostanie zamknięty między pierwszymi rolkami urządzenia spłaszczającego.

Po ochłodzeniu folia rurowa spłaszczana jest dwiema płytami ślizgowymi ustawionymi względem siebie pod pewnym kątem i trafia między dwa wałki obrotowe. Urządzenie odbierające składa się z dwóch walców dociskanych do siebie za pomocą sprężyny. Na skutek siły tarcia występującej między folią a walcami następuje rozciąganie wzdłużne spłaszczonej folii rurowej. Na koniec jest ona nawijana na wale urządzenia nawijającego.

Występują trzy odmiany wytłaczania z rozdmuchiwaniem swobodnym: pionowo w górę (najczęściej stosowane), pionowo w dół i poziomo.

W pierwszej z odmian wytłaczarka znajduje się pod urządzeniem odbierającym. Kierunek odprowadzania folii w górę sprawia, że jest stosunkowo najmniej problemów z kontrolowaniem przebiegu procesu i zapewnieniem właściwych wartości współczynników rozciągania poprzecznego i wzdłużnego (od nich zależy grubość i średnica rękawa z folii). Jednak na rękaw oddziałuje wówczas gorące powietrze unoszące się znad głowicy wytłaczarskiej, co wymaga intensywniejszego chłodzenia.

W przypadku drugiej odmiany (pionowo w dół) wytłaczarka ustawiona jest powyżej urządzenia odbierającego. Ciepłe powietrze z głowicy wytłaczarskiej nie powoduje tu zakłóceń w ochładzaniu folii rurowej, ale może je spowodować ruch zimnego powietrza w pomieszczeniu, w którym odbywa się wytłaczanie z rozdmuchiwaniem. Do wad wytłaczania tego typu należy możliwość deformowania się folii i niekontrolowane wyciąganie jej z dyszy głowicy wytłaczarskiej (pod wpływem własnego ciężaru folii). W praktyce jest to kompensowane podtrzymującym działaniem wałków urządzenia spłaszczającego i odbierającego.

W obu odmianach wytłaczania z rozdmuchiwaniem w kierunku pionowym stosowane są głowice poprzeczne, natomiast w przypadku wytłaczania poziomego stosuje się głowicę wzdłużną. Poziome wytłaczanie pozwala na łatwy dostęp do wszystkich urządzeń linii technologicznej. Podstawową wadą jest jednak zwisanie folii pod własnym ciężarem, szczególnie widoczne przy większych średnicach rękawa. Skutkuje to nierównomiernym rozciąganiem folii, dlatego też metodę tę wykorzystuje się głównie przy wytwarzaniu folii rurowej o niewielkiej średnicy. Podczas wytwarzania rękawa z folii rurowej podstawowym warunkiem technologicznym jest utrzymanie właściwej tolerancji grubości i zachowanie równomierności rozprowadzenia lokalnych zmarszczeń i fałd pojawiających się wzdłuż folii. Różnice w jej grubości powodują nierówne nawijanie się folii na wale urządzenia nawijającego i pogarszanie się jej jakości. W celu wyeliminowania tego problemu stosuje się napęd obrotowo-zwrotny urządzenia nawijającego.

Podstawowe czynniki wpływające na właściwości mechaniczne folii rurowej to temperatura folii w chwili opuszczania dyszy głowicy wytaczarskiej, wartości współczynników rozciągania w kierunku wzdłużnym i poprzecznym oraz grubość folii, na którą wpływ mają głównie: masowe natężenie przepływu tworzywa, średnica wytłaczanej folii rurowej, ciśnienie powietrza rozdmuchującego oraz prędkość odbierania folii.

Rozwój technologii wytłaczania z rozdmuchiwaniem swobodnym pozwala na otrzymywanie folii z szerokiego zakresu tworzyw: PE-LD, PE-LLD, PE-HD, PS, PP, PVC, PET, PA, EVAC, EVOH, PVOH i PVCD, charakteryzujących się zróżnicowanymi właściwościami, szczególnie w odniesieniu do folii wielowarstwowych. Wpływa to na polepszenie właściwości przetwórczych (np. zgrzewalności), mechanicznych (sztywności), obniżenie kosztów wytwarzania i poprawę cech użytkowych (zwiększenie współczynnika tarcia, przejrzystości, odporności cieplnej, a przede wszystkim barierowości). Ponadto technologie wytłaczania folii z rozdmuchiwaniem dwustopniowym umożliwiają otrzymywanie folii orientowanych, które mają wyraźnie wyższą wytrzymałość mechaniczną.

Wytłaczanie z rozdmuchiwaniem w formie - pojemniki

Proces wytłaczania z rozdmuchiwaniem w formie realizowany jest na stanowiskach technologicznych, w skład których wchodzą: wytłaczarka z głowicą krzyżową, układ odcinająco-podający, układ formy rozdmuchowej oraz urządzenie do odbierania i orientowania pojemników. Wytłaczanie jest procesem ciągłym, ale następujące po nim kolejne operacje są cykliczne, a zatem cały proces wytłaczania z rozdmuchiwaniem w formie jest cykliczny. Może on być przeprowadzony jako proces jedno- lub dwuetapowy.

W odmianie jednoetapowej głowicę wytłaczarską opuszcza wytłoczyna w formie rury w stanie plastycznym, która jest wprowadzana do otwartego gniazda formy rozdmuchowej, ta zaś następnie jest zamykana. W obszarze szyjki i dna pojemnika odcinek wytłoczyny jest zgrzewany i odcinany, a po zamknięciu formy – rozdmuchiwany do kształtu i wymiarów gniazda formującego, odpowiadających kształtowi i wymiarom pojemnika. Następnie tworzywo zostaje w formie ochłodzone, po czym formę się otwiera, a gotowy pojemnik usuwa z gniazda.

Podczas rozdmuchiwania wytłoczyny następuje przede wszystkim rozciąganie jej w kierunku poprzecznym oraz, w mniejszym stopniu, w kierunku wzdłużnym, głównie pod wpływem ciężaru własnego tworzywa w gnieździe. W przypadku mniejszych pojemników trzpień rozdmuchujący wprowadzany jest do formy rozdmuchowej z góry, natomiast przy wytwarzaniu pojemników większych trzpień znajduje się na dole formy.

W celu zapewnienia jednakowej grubości ścianki pojemnika sama wytłoczyna powinna mieć ścianki o różnej grubości – grubszą tam, gdzie następuje większe rozciąganie w kierunku poprzecznym. Wykonanie wytłoczyny o zmiennej grubości ścianki wymaga stosowania głowicy wytłaczarskiej z regulowaną szczeliną.

Odmiana dwuetapowa eliminuje wady jednoetapowej dzięki temu, że podczas formowania wstępnego (pierwszy etap) wykonywana jest kształtka wstępna zwana prepojemnikiem, o mniejszych wymiarach i grubszej ściance, natomiast w etapie drugim następuje formowanie zasadnicze, w którym po ustaleniu temperatury prepojemnika jest on rozdmuchiwany w gnieździe formy z ewentualnym zastosowaniem wzdłużnego rozciągania mechanicznego w celu otrzymania gotowego pojemnika.

Do zalet dwuetapowego wytłaczania z rozdmuchiwaniem w formie w porównaniu z jednoetapowym należą: zmniejszenie masy porównywalnego pojemnika, zwiększenie odporności na uderzenia, zwiększenie odporności na podciśnienie oraz wytrzymałości zmęczeniowej, a także polepszenie właściwości barierowych.

Otrzymywane metodą wytłaczania z rozdmuchiwaniem w formie pojemniki z tworzyw termoplastycznych charakteryzują się zróżnicowanym kształtem i wymiarami. Mają one stosunkowo grube ścianki (które z założenia nie mogą znacznie różnić się grubością), a w obszarze szyjki na dnie pojemnika występuje widoczny szew po zgrzewaniu, co wpływa niekorzystnie na estetykę wykonania. Występują też problemy z wykonaniem dokładnego gwintu na szyjce. Podobnie jak w przypadku wytłaczania z rozdmuchiwaniem folii można tu stosować technologię wielowarstwową, co ma istotne znaczenie szczególnie przy wykonywaniu pojemników, od których wymaga się bardzo dobrych właściwości barierowych, np. zbiorników paliwowych.

Wtryskiwanie z rozdmuchiwaniem

Ten cykliczny proces służy do wykonywania pojemników z tworzyw termoplastycznych. Wyróżnia się dwie odmiany wtryskiwania z rozdmuchiwaniem: bezpośrednie i sekwencyjne.

W odmianie bezpośredniej w formie wtryskowej otrzymuje się wypraskę wtryskową, która stanowi kształtkę wstępną. Po ochłodzeniu zostaje ona z formy wtryskowej niezwłocznie przeniesiona, za pomocą rdzenia, do formy rozdmuchowej. Tu po osiągnięciu właściwej temperatury uplastyczniania poddawana jest rozdmuchiwaniu i osiąga kształt oraz wymiary pojemnika właściwego. W formie rozdmuchowej ulega zestaleniu, forma zostaje otwarta, a gotowy pojemnik usunięty z gniazda.

W trakcie rozdmuchiwania następuje głównie rozciąganie w kierunku poprzecznym, natomiast w kierunku wzdłużnym jest ono niewielkie. Stanowiska do wtryskiwania z rozdmuchiwaniem w  formie występują w  kilku wersjach technologicznych. Mogą mieć oddzielne formy do wtryskiwania prepojemnika i jego rozdmuchiwania bądź też jedną formę z trzpieniem obrotowym i oddzielnymi gniazdami do wtryskiwania prepojemnika i rozdmuchiwania. Może też występować jedna forma wielogniazdowa z odpowiednimi gniazdami do wtryskiwania i rozdmuchiwania z trzpieniem obrotowym wyposażonym w zestaw odpowiedniej liczby rdzeni, które przenoszą gotowe prepojemniki do gniazd, gdzie są rozdmuchiwane.

W odmianie sekwencyjnej wtryskiwania z rozdmuchiwaniem na etapie wstępnym wykonywana jest wypraska, którą ochładza się do temperatury otoczenia bądź tylko rozdmuchuje wstępnie, a następnie stabilizuje cieplnie. Taki prepojemnik ma na gotowo wykonaną szyjkę z  dokładnym gwintem i grubość ścianki właściwą dla późniejszego procesu rozdmuchiwania, który jest prowadzony na innej maszynie technologicznej. Podczas rozdmuchiwania ogrzewana jest tylko ta część prepojemnika, która będzie poddana rozdmuchiwaniu, podczas gdy szyjka z gwintem nie ulega nagrzewaniu.

Wykonane prepojemniki mogą być półfabrykatem do wytwarzania właściwych pojemników różniących się kształtem i wymia rami części rozdmuchiwanej. W przypadku rozdmuchiwania prepojemników wtryskiwanych często stosuje się dodatkowe rozciąganie wzdłużne za pomocą trzpienia, wspomagające równomierne rozciąganie wzdłuż osi w przypadku pojemników o długości znacznie różniącej się od średnicy, np. butelek na napoje. Powoduje to także korzystny efekt poprawy wytrzymałości mechanicznej ścianek rozdmuchiwanego pojemnika.

Coraz popularniejsze

Wtryskiwanie i wytłaczanie wykorzystujące proces rozdmuchiwania zaczęły dominować w produkcji określonych grup produktów z tworzyw sztucznych. Metodą wytłaczania z rozdmuchiwaniem folii wytwarza się więcej folii ogólnego przeznaczenia niż metodą wylewania czy kalandrowania. Pojemniki średniej wielkości o stosunkowo dużej grubości ścianki i niewygórowanych wymaganiach co do jakości powierzchni kojarzą się jednoznacznie z metodą wytłaczania z rozdmuchiwaniem w formie. Tam zaś, gdzie potrzebne są precyzyjnie wykonane opakowania o znacznym zróżnicowaniu grubości ścianki (gruba szyjka z  dokładnym gwintem i cienka, równomierna i gładka ścianka pojemnika), zastosowanie znajduje metoda wtryskiwania z rozdmuchem.

Możliwości technologiczne omówionych procesów w połączeniu ze specjalnymi właściwościami nowych tworzyw sprawiają, że uzyskuje się przedmioty z tworzyw o coraz lepszych – lub całkowicie nowych – cechach użytkowych: tańsze, lżejsze, bardziej wytrzymałe, nieprzepuszczalne dla cieczy i gazów oraz bezpieczniejsze w użytkowaniu.