ТПА – инжекционно-литьевая машина для изготовления пластиковых изделий путем литья под давлением. Казалось бы, такой способ получения продукции из пластика довольно простой, удобный и эффективный. Всего-то и нужно, что расплавить пластиковые гранулы и залить расплав в пресс-форму. После нескольких секунд охлаждения пластик затвердевает, и готовое изделие выталкивается из формы. Однако, технология литья пластиков на термопластавтоматах постоянно совершенствуется.
Первый в мире пластик
Самый первый пластик в истории человечества был создан бельгийцем Л. Х. Бакеландом из синтетического полимера. Несколько лет экспериментов прошли в попытке получить материал с однородной структурой и гладкой поверхностью. В 1912 году попытки увенчались успехом, и в мире появился первый синтетический полимер, названный «Бакелит» в честь разработчика материала.
Первые технологии и машины для производства пластика
Предыстория изготовления пластиковых изделий началась в 1865 году, когда компания Phelan&Collendar по производству бильярдных шаров объявила о предоставлении вознаграждения в 10 тысяч долларов тому, кто предложит новый материал взамен слоновой кости. Не столько приз, сколько сама идея привлекла Джона Хайта, который решил использовать нитроцеллюлозу и в процессе работы смог получить материал нужного качества и свойств. Хайт не стал передавать свои разработки в чужие руки и вместе со своим братом Исайей основал компанию Albany Billiard Ball, которая и стала первым в мире предприятием по промышленному производству пластмасс.
На основе патента на изготовление металлических отливок, который получили в 1870 году Джон Смит и Джесс Лок, братьями Хайт была разработана и в 1872 году запатентована машина для литья пластмасс под давлением. Эта машина и стала прототипом термопластавтомата.
В последующие 50 лет для литья под давлением использовался исключительно целлулоид (пластик на основе нитрата целлюлозы) и никакие новшества в технологию введены не были. В 1904 году технология литья под давлением была запатентована англичанином Э. Л. Гейлордом, а в 1919 году немец А. Эйхенгрюн разработал технологические условия для получения целлулоидных изделий сложных форм.
На протяжении 30-х и 40-х годов 20-го века несколько американских и европейских компаний обеспечивали мировой рынок термопластавтоматами. Важнейшее усовершенствование ТПА было сделано в 1932 году, когда Г. Гастровым была впервые использована торпеда в зоне плавления литьевой машины. Задействование торпеды ускоряло процесс заполнения формы расплавом, что значительно повышало производительность оборудования. Однако, термопластавтоматы с торпедой оснащались впускными литниками большого диаметра, поэтому могли воспроизводить только толстостенные изделия.
Для производства тонкостенных изделий в 1948 году Jackson and Church был создан ТПА с двухступенчатым силовым контуром, что обеспечивало высокую скорость и давление впрыска. Конструкция содержала шнековый пластификатор и поршневой узел впрыска. В 1943 году Х. Бек, специалист предприятия I.G. Farbenindustrie, предложил использовать пластицирующий шнек как впрыскивающий поршень – технология была запатентована в 1952 году.
Как шнек совершил революцию в технологии литья
Технология литься пластиков под давлением оставалась неизменной до момента завершения Второй мировой войны. Однако, после разрухи спрос на недорогие пластмассовые изделия очень возрос, что привело к необходимости усовершенствовать процесс литья, чтобы повысить производительность термопластавтомата.
До 50-х годов 20-го века для возможности расплава пластика в литьевой машине нагревалась только внешняя поверхность цилиндра, внутри которого движется плунжер (по типу шпица). Однако, из-за плохой теплопроводности пластика, внутри цилиндра было невозможно поддерживать равномерную температуру. Так, в центральной части гранулам недоставало тепла, и они расплавлялись не полностью, на крайних участках температура была слишком высокой и пластик просто сжигался. Решением проблемы стало внедрение в термопластавтомат шнека, совершающего возвратно-поступательные движения.
Первая литьевая машина со шнеком была сконструирована Джеймсом Хендри и оснащена шнеком, диаметр которого увеличивался вдоль винта, что уменьшало расстояние между деталью и стенкой цилиндра. Теперь в центральном секторе цилиндра стал формироваться более тонкий и равномерно прогретый слой расплава, из которого был выдавлен воздух, что позволило исключить риск пузырей и пережогов на отливках.
В процессе вращения шнек сдвигает пластиковые гранулы вперед и прижимает их к стволу. Во время сдвигов возникает трение, которое и высвобождает тепло, которого на 60-90% достаточно для плавления гранул. Недостающее тепло передается от ленточных нагревателей цилиндра.
О самой большой литьевой машине
Самый большой термопластавтомат был спроектирован и создан в 2013 году американской компанией Infiltrator Systems. Машина высокой мощности выпускала детали для септиков и содержала пресс-форму весом 190 508 кг, способна была производить полипропиленовую половину бака весом 110 кг.
Перспективы применения ТПА в бизнесе
Термопластавтоматы (https://haitian.ru/termoplastavtomaty/) широко используются малым и средним бизнесом, так как при всей компактности обладают высокой производительностью, способны работать с различным сырьем, удобны в эксплуатации и обслуживании. При выборе литьевой машины учитывается объем впрыска и характерные особенности узла смыкания формы.
Наиболее востребованы ТПА для производства небольших партий штучных пластиковых изделий. Все чаще термопластавтомат заменяет собой оборудование для производства дорогостоящих металлических форм. Современные ТПА позволяют производителям минимизировать штат сотрудников, что значительно снижает производственные расходы.
