Ротационное формование

Метод ротационного формования применяется при производстве изделий из термопластических материалов. На сегодняшний день метод относится к одному из самых распространённых способов производства полимерной продукции.

Как изготавливаются изделия при ротационном формовании

В закрытую металлическую форму, которая повторяет контуры будущего изделия, помещают сырьё в виде гранул или порошка. Затем форму вращают вокруг двух или более осей, постепенно нагревая её стенки.
Расплавленный материал распределяется равномерным тонким слоем внутри заготовки. На выходе получают изделие из термопластика заданной толщины и конфигурации. После ротационного формования материал охлаждают для фиксации конечной формы изделия.

Для каких изделий применяют ротационное формование

В настоящее время методом ротационного формования изготавливают широкий спектр пластиковых изделий, толщина стенок которых варьируется от 6 до 20 мм. Технология позволяет создавать предметы и детали конструкций буквально любой формы, а вмещаемый объем готовых изделий может достигать 10 000 л.
Методом ротационного формования изготавливают такие изделия как: детали промышленных и бытовых приборов, части корпусной мебели, бочки, контейнеры, лодки и другие предметы.

Используемые материалы

Для изготовления изделий ротационным формованием используют различные термопластичные материалы. Максимальную долю в процессе переработки пластика в готовые изделия занимает полиэтилен (ПЭ). Согласно данным ARM (Международной ассоциации ротационного формования) изделия из ПЭ (полиэтилена) занимают около 85-95% рынка пластмассовых товаров, произведённых методом ротационного формования.

Для изготовления изделий используют ПЭ с различными свойствами, в зависимости от заданных качеств конечного изделия, его прочности. Чаще всего для производства товаров широкого потребления используют полиэтилен низкого давления (ПНД). Для изделий повышенной прочности применяют полиэтилен среднего (ПСД) и высокого давления (ПВД).

Ротоформовка позволяет использовать и другие полимеры. Однако полиэтилен является наиболее доступным по цене, поэтому прочее сырьё занимает лишь 5-15% среди всех произведенных товаров из термопластика. Лидерскую позицию в малой нише применяемых полимеров занимает пластизоль.

Достоинства и недостатки ротационного формования

У любой технологии изготовления есть свои плюсы и минусы. Стоит отметить, что достоинств у производство изделий методом ротационного формования больше, чем недостатков.

Достоинства:   

• простота технологического процесса, если сравнивать с другими методами;
• технология позволяет закладывать конструктивные особенности будущего изделия, например, указывать места для готовых отверстий, задавать разную толщину стенок;
• безотходное производство;
• отсутствует необходимость дополнительной обработки готовых изделий, соответственно, снижаются производственные издержки;
• готовые изделия не имеют сварных швов;
• этап формовки позволяет на выходе получать готовое изделие с гладкой ровной поверхностью, поэтому нет необходимости прибегать к полировке;
• самыми прочными частями готового изделия являются углы и кромки, тогда как при других способах формования эти части относятся к самым уязвимым местам, с точки зрения ударопрочности;

Недостатки:

• у метода довольно длительной производственный цикл, однако этот минус вполне компенсируется достоинствами технологии;
• операция по извлечению готового изделия из формы является самой трудоёмкой.

На основе взвешенного сопоставления минусов и плюсов метода ротационного формования его относят к высокопроизводительным процессам изготовления пластиковых изделий. Метод занимает четвёртое место на рынке формованных изделий, уступая лидерам первой тройки: литью под давлением, выдувному и экструзионному формованию.
Стоит отметить, что в отдельных случаях, когда нужно произвести малую партию изделий, метод ротационного формования будет самым выгодным выбором с экономической точки зрения.

Свойства готовых изделий

Чтобы готовое изделие приобрело дополнительные свойства (прочность, цвет, гибкость и прочие) в процессе ротационного формования используют полимеры, подвергшиеся модификации. Для улучшения качеств конечного продукта используют различные добавки. Чаще всего сырьё окрашивают пигментами и применяют светостабилизаторы. Кроме этого нередко используют антистатики, чтобы готовое изделие не электризовалось. Для особых категорий товаров в сырьё добавляют пламягасители, наполнители из стекловолокна, вспенивающие агенты.

Специально для ротационного формования были разработаны модифицированные марки полиамида, поликарбоната, полипропилена. Кроме того технология позволяет использовать такие материалы, как полиуретан, эпоксидные составы, что даёт возможность получать готовые изделия с особыми качествами.

Последовательность и особенности технологического процесса

Технологический процесс изготовления изделий методом ротационного формования включает в себя 5 этапов:

• На подготовительном этапе используемое сырьё дозируют и загружают в холодную форму. От дозировки зависит толщина будущего изделия.
• На этапе нагрева форму разогревают, при её непрерывном вращении. Для нагрева применяют разные способы, в зависимости от требуемой температуры плавления отдельного взятого сырья. Обогрев может происходить с помощью горячего воздуха (для тонкостенных изделий), инфракрасным излучением (для простых форм), газовым пламенем (для высокотемпературных пластиков), расплавом солей (для наиболее равномерного нагрева модифицированных полимеров).
• На этапе формования происходит вращение формы по двум перпендикулярным осям, благодаря чему достигается равномерное распределение полимера по внутренним стенкам заготовки. При этом нагревание не прекращают, пока весь расплавленный пластик не прилипнет к стенкам сосуда. Далее скорость вращения увеличивают, чтобы получить наиболее монолитную оболочку без дефектов в виде воздушных включений. Форму постепенно охлаждают.
• На этапе охлаждения форма подвергается воздействию холодного воздуха или тонкодисперсной водной струи при продолжении вращения.
• Этап извлечения готового изделия является самым трудоёмким, поскольку для этого нужно разобрать форму, составленную из нескольких частей.

Все этапы изготовления полимерных изделий методом ротационного формования требуют разработки технологической карты для каждого отдельного вида продукции. В настоящее время её составляют экспериментальным путём. 

Чтобы определить, подходит производственное оборудование для ротационного формования той или иной продукции, необходимо знать основные параметры будущего изделия: размер, конфигурация, используемый материал.