Выдувное формование — это технологический процесс получения полых изделий из термопластичных полимеров, при котором материал сначала подвергается термической обработке до пластического состояния, а затем формуется под действием внутреннего давления газа. Основная цель метода — придание полимеру заданной полой формы с контролируемой толщиной стенки. Процесс широко применяется для производства бутылок, канистр, ёмкостей, ёмкостей для химической и пищевой промышленности, а также сложных технических деталей.
Основные стадии процесса:
Подготовка преформы или трубки (parison): Преформа представляет собой предварительно отформованную заготовку, имеющую вид цилиндрической трубки или заготовки бутылки. В зависимости от метода выдувного формования, преформа может быть изготовлена методом инжекционного литья или экструдирована.
Нагрев до пластического состояния: Полимерная преформа нагревается до температуры, при которой материал приобретает достаточную пластичность для растяжения под давлением воздуха, но не теряет структурной целостности. Температура зависит от типа полимера: для полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) она обычно составляет 120–130 °C, для полиэтилена низкой плотности (ПЭНД) — 110–120 °C, для ПЭТ — 90–110 °C.
Формование давлением газа: В нагретую преформу вводится газ (обычно сжатый воздух), который равномерно распределяет внутреннее давление, растягивая полимер к стенкам формы. Одновременно осуществляется осевое растяжение, особенно при производстве бутылок из ПЭТ, что способствует ориентированию молекул и увеличению механической прочности изделия.
Охлаждение и стабилизация формы: После формирования полимер охлаждается до температуры стеклования или кристаллизации, что фиксирует заданную форму и предотвращает усадку. В ряде случаев используется активное охлаждение формы водой или воздухом для ускорения процесса.
1. Экструзионное выдувное формование: Основа — экструдированная трубка полимера, которую выдувают в форму. Применяется преимущественно для изготовления бутылок большой ёмкости, баков, канистр, технических ёмкостей.
2. Инжекционно-выдувное формование: Сначала производится инжекционная преформа, которая затем нагревается и выдувается в форму. Преимущество метода — высокая точность размеров и возможность получения изделий сложной формы с узким горлышком.
3. Одностадийное инжекционно-выдувное формование: Позволяет объединить инжекционное формование преформы и выдув в одном цикле, что повышает производительность и снижает трудоёмкость процесса.
4. Многослойное выдувное формование: Используется для создания изделий с барьерными свойствами, когда внутренняя и внешняя оболочка имеют разные полимеры. Например, ПЭТ/ПЭВП или ПЭТ/PA конструкции, устойчивые к газо- и влагопроницанию.
Кристаллическая структура: Кристаллические полимеры, такие как ПЭВП и ПЭНД, требуют более высокой температуры нагрева и времени выдержки для равномерного растяжения, так как кристаллические области ограничивают подвижность молекул.
Молекулярная масса и распределение по ней: Полимеры с высокой молекулярной массой обеспечивают большую механическую прочность и устойчивость к растяжению, но затрудняют экструзию и выдув. Широкое распределение по молекулярной массе позволяет улучшить формуемость и равномерность толщины стенки.
Ориентация молекул: При выдувном формовании происходит biaxial-ориентация молекул (осевая и радиальная), что значительно увеличивает прочность, ударную вязкость и барьерные свойства изделий. Этот эффект особенно выражен для ПЭТ-изделий.
Выдувное формование является универсальным методом для получения полых изделий с высокой механической прочностью, низкой массой и возможностью контроля толщины стенок, что делает его ключевым в химической, пищевой и технической промышленности.