مواد پلاستیکی: انواع، مزایا و تولید - بخش پنجم
فرآیندهای ساخت پلاستیک
همان طور که گفته شد به لطف شکل پذیری عالی پلاستیکها، روشهای ساخت مختلفی برای آنها توسعه یافته است. آنها را میتوان به راحتی قالب گیری، ریخته گری، اکسترود، کشش یا ریسندگی کرد و معمولا بدون نیاز به گرما یا فشار شدید، برای مطابقت با پروفیل قالب یا قالب، جریان مییابند. پس از فرآیندهای ساخت اولیه، پلاستیکها همچنین میتوانند مانند فلزات، تحت عملیات ثانویه مانند برش، پانچ، چسباندن و جوشکاری قرار گیرند.
1. قالب گیری تزریقی
قالب گیری تزریقی روشی پرکاربرد برای شکل دهی پلاستیکها است. این روش شامل تزریق پلاستیک مذاب به داخل یک قالب یا محفظه بسته است. این فرآیند شامل چهار عملیات اصلی است: گرم کردن و آسیاب کردن پلاستیک تا زمانی که تحت فشار جاری شود؛ تزریق پلاستیک داخل قالب؛ خنک کردن پلاستیک قالب گیری شده؛ باز کردن قالب برای بیرون آوردن محصول. قالب گیری تزریقی معمولً برای ساخت قطعات پلاستیکی که از یک طرف باز هستند استفاده میشود. این روش برای تولید اقلام بسته و توخالی مانند بطریهای پلاستیکی به تنهایی ایدهآل نیست. برای تولید چنین محصولاتی، یک گاز بی اثر به داخل قالب وارد میشود که تا حدی با پلاستیک مذاب پر شده است. این گاز، پلاستیک را مجبور میکند تا به سطح قالب بچسبد و یک ساختار توخالی تشکیل دهد. این تکنیک، قالب گیری تزریقی با کمک گاز نامیده میشود.
2. ریخته گری
ریخته گری یک تکنیک اساسی است که در آن پلاستیک مایع بدون اعمال فشار در قالب ریخته میشود. این روش هم برای پلاستیکهای ترموست و هم برای ترموپلاستیکها قابل استفاده است. فرآیند ریختهگری شامل مایع کردن و مخلوط کردن رزین (بعضی از رزینها از قبل به شکل مایع هستند، اگرچه برای پلاستیکهای جامد یا چسبناک، گرما اعمال میشود)؛ ریختن رزین مایع در قالب؛ خارج کردن حبابهای هوای محبوس شده با استفاده از وکیوم؛ سخت شدن و خنک کردن پلاستیک قالب گیری شده (برای سخت شدن ترموستها، عملآوری لازم است)؛ باز کردن قالب و بیرون آوردن محصول است. برخلاف قالب گیری تزریقی، ریخته گری برای ساخت قطعات توخالی ایدهآل نیست. این روش اساسا برای ساخت اشکال ساده و توپر استفاده میشود.
3. قالب گیری بادی
قالب گیری بادی با انبساط یک ماده پلاستیکی گرم شده در قالب، قطعات پلاستیکی توخالی ایجاد میکند. مراحل اصلی قالب گیری بادی شامل گرم کردن پلاستیک و تبدیل آن به لولهای به نام پریزون یا پیش ساز؛ محصور کردن و بستن پیش فرم بین دو قالب؛ باد کردن پریفرم؛ خنک کردن و بیرون آوردن محصول است. قالب گیری بادی به دو دسته اصلی تقسیم میشود: قالب گیری بادی اکستروژن و قالب گیری بادی تزریقی. در قالبگیری بادی اکستروژن، پلاستیک به صورت یک لوله توخالی با یک سر باز اکسترود میشود. برعکس، قالب گیری بادی تزریقی شامل تزریق پلاستیک به داخل یک قالب مرکزی برای تشکیل پیش سازه است که سپس با استفاده از هوا منبسط میشود تا با قالب مطابقت پیدا کند. هر دو روش از فشار هوا برای شکل دادن به پیشسازه در داخل قالب استفاده میکنند.
4. قالب گیری چرخشی
قالب گیری چرخشی، که اغلب با نام "قالب گیری روتو" شناخته میشود، روشی است که برای ایجاد قطعات پلاستیکی توخالی و بدون درز استفاده میشود. برخلاف فرآیندهایی که شامل فشار بالا برای اکستروژن یا تزریق هستند، قالب گیری روتو با توزیع پلاستیک ذوب شده روی سطوح داخلی قالب از طریق چرخش، محصول را شکل میدهد. این فرآیند شامل ریختن پودر رزین پلاستیکی در قالب؛ گرم کردن و ذوب کردن پلاستیک همزمان با چرخش قالب؛ خنک کردن پلاستیک قالب گیری شده؛ دمونتاژ و بیرون آوردن محصول میشود. از آنجا که قالب گیری چرخشی به فشارهای بالا نیاز ندارد، قالبهای مورد استفاده نسبتا کم هزینه هستند. این امر امکان تولید قطعات بزرگتر را با سرمایه گذاری کمتر فراهم میکند. علاوه براین، قالبگیری چرخشی میتواند اجزای دوجداره را بدون نیاز به پردازش بیشتر تولید کند.
5. قالب گیری فشاری
قالب گیری فشاری با اعمال فشار بین دو قالب، رزین پلاستیکی را تشکیل میدهد. این تکنیک به ویژه برای ایجاد محصولات بزرگ از پلاستیکهای ترموست مناسب است. این فرایند شامل قرار دادن یک بار پلاستیکی مرکب با جرم از پیش تعیین شده روی قالب پایینی؛ فشرده سازی پلاستیک با پایین آوردن قالب بالایی؛ پخت رزین پلاستیکی؛ خنک کردن و خارج کردن محصول از قالب است. پرسهای فشاری معمولا طوری طراحی میشوند که به سمت پایین بسته شوند، اگرچه مدلهای بسته شونده به سمت بالا نیز موجود هستند. قالب مجهز به المنتهای گرمایشی داخلی است که بار پلاستیکی را نرم میکند و آن را قادر میسازد تا با شکل قالب مطابقت یابد. علاوه براین، گرما فرآیند پخت پلاستیک را تسهیل میکند. در طول پخت، ممکن است گازهایی از پلاستیک آزاد شوند که از طریق فرآیندی به نام گاززدایی حذف میشوند.
6. اکسترود کردن
اکستروژن پلاستیک فرآیندی است که در آن پلاستیک مذاب با فشار از میان یک قالب عبور داده میشود و محصولی با شکل پیوسته تولید میشود. این یک روش رایج برای تولید فیلم، ورق، میله و لوله است. اکستروژن همچنین با فرآیندهای دیگری مانند قالب گیری بادی ترکیب میشود که در آن ابتدا پلاستیک توسط یک اکسترودر پردازش و تغذیه شده و پس از آن فرآیند قالب گیری انجام میشود. فرایند اکسترود شامل تغذیه رزین پلاستیکی پودری یا دانهای به داخل اکسترودر؛ گرم کردن، ورز دادن، ترکیب کردن، انتقال و تحت فشار قرار دادن رزین هنگام عبور از اکسترودر؛ وارد کردن پلاستیک مذاب تحت فشار به قالب؛ عمل آوری و خنک سازی محصول نهایی است.
7. کلندرینگ
کلندرینگ یک تکنیک تولیدی است که مواد پلاستیکی را گرم کرده و به صورت فیلم، ورق یا پوششهای چندلایه درمیآورد. این روش که در ابتدا برای پردازش لاستیک محبوب بود، به طور فزایندهای برای ترموپلاستیکها نیز مورد استفاده قرار میگیرد. این فرآیند به طور کلی شامل گرم کردن توده پلاستیکی؛ فشردن جرم از طریق مجموعهای اولیه از رولها، تشکیل یک ورق پیوسته؛ نورد پیشرونده برای تولید ضخامت و کیفیت سطح مورد نظر؛ انتقال ورقهای پلاستیکی به رولهای خنک کننده و دستگاه ضخامت سنج برای بررسی ابعاد نهایی میشود. کلندرینگ به ویژه برای تولید محصولات چندلایه مؤثر است. موادی مانند پارچه یا کاغذ را میتوان در مراحل نهایی نورد در کنار ورق یا فیلم پلاستیکی قرار داد. این روش محصولی دولایه تولید میکند که دوام ماده پایه را با خواص سطحی و مانع پلاستیک ادغام میکند.
8. ترموفرمینگ
ترموفرمینگ شامل گرم کردن ورقهای نازک پلاستیکی تا دمای مطلوب شکل گیری و سپس کشیدن آنها روی قالب است. این فرآیند شکل دهی ثانویه از رزین پلاستیکی خام استفاده نمیکند بلکه از ورقها یا فیلمهایی استفاده میکند که از طریق فرآیندهای قبلی مانند اکستروژن یا کلندرینگ تولید شدهاند. این روش معمولا شامل گرم کردن ورق پلاستیکی؛ شکل دهی ورق پلاستیکی با استفاده از عمل مکانیکی یا پنوماتیکی برای ایجاد شکل سه بعدی؛ برش قسمت تشکیل شده از بقیه ورق است. ترموفرمینگ عموما به تولید قطعاتی با دیوارههای نسبتاً نازک محدود میشود. علاوه براین، این فرآیند میتواند منجر به بروز عیوبی مانند ضخامت ناهموار، تار و پود شدن و تاب خوردگی شود.
9. ریسندگی
در ساخت پلاستیک، ریسندگی تکنیکی است که برای پیچاندن و کشش رشتههای کوتاه پلاستیک به الیاف پیوسته استفاده میشود. سپس از این الیاف برای تولید منسوجات مصنوعی، طناب و کابل استفاده میشود. فرآیند ریسندگی معمولی دارای چندین مرحله است از مایع کردن رزینهای پلاستیکی جامد و پمپاژ پلیمر مذاب یا محلول پلیمری گرفته تا فیلتر کردن و ریسیدن پلیمر به الیاف و همچنین جامدسازی و خنک سازی الیاف. مراحل ذکر شده عملیات کلی ریسندگی الیاف پلاستیکی هستند. ریسندگی را میتوان به سه نوع اصلی دیگر تقسیم کرد: ریسندگی مذاب، ریسندگی خشک و ریسندگی تر. این فرآیندها در نحوه دستیابی به پایداری ابعادی الیاف متفاوت هستند.
