Предисловие

Ротационное формование - это процесс изготовления полых деталей путем добавления пластикового порошка в форму, похожую на оболочку, и вращения формы вокруг двух осей при одновременном нагревании ее и порошка. Во время вращения порошок прилипает к внутренней поверхности формы, образуя жидкий слой без пузырьков. Затем полимер охлаждают до температуры, близкой к комнатной, и полученную полую деталь удаляют. Затем циклический процесс повторяется. Хотя концепции ротационного формования более 150 лет, производству полых пластиковых деталей для таких разнообразных применений, как оборудование для детских площадок на открытом воздухе, резервуары для хранения жидкостей, мебель и транспортные средства, около 50 лет. С появлением средств контроля технологических процессов и усовершенствованных полимеров объем рынка США в 2000 году превысил миллиард фунтов, или 450 000 кг. Объем мирового производства, по оценкам, более чем в два раза превышает объем рынка США. На протяжении большей части 1990-х годов индустрия ротационного формования росла на 10-15% в год.

С развитием ротационного формования возрос интерес к сложным техническим аспектам этого процесса. Как подробно показано на этом монографическом рисунке, процесс нагрева включает медленное вращение относительно мелких частиц порошков в металлической форме, нагрев этих порошков до тех пор, пока они не начнут плавиться и прилипать к металлической форме, коалесценцию порошка за счет образования мостиков между порошками, расплавление частиц порошка до состояния уплотненной жидкости и, наконец, растворение пузырьков воздуха. Процесс охлаждения включает изменение температуры в слое жидкости по отношению к поверхности формы, охлаждение и кристаллизацию полимера в твердое состояние, а также контролируемое высвобождение полимера с поверхности формы для минимизации деформации детали. Также включены вспомогательные аспекты процесса ротационного формования, включая шлифование, изготовление пресс-формы и подготовку поверхности пресс-формы, а также чистовую обработку деталей. Подробно описаны характеристики полимеров, формуемых ротационным способом, включая стандартные тесты, такие как индекс расплавления и плотность поперечных сшивок. Также обсуждается жидкостное ротационное формование, старейшая форма ротационного формования.

Цель этой монографии - прояснить и количественно оценить некоторые технические взаимодействия в процессе. Монография в значительной степени опирается на технологии из других дисциплин, таких как механика порошков, теплопередача и механика грунта. Хотя она следует другим трактатам по ротационному формованию, в первую очередь:

• Glenn L. Beall, Rotational Molding: Design, Materials, Tooling and Processing, Hanser Publishers, Munich, 1998.
• R.J. Crawford, Editor, Rotational Moulding of Plastics, 2nd ed., Research Studies Press, Taunton, Somerset England, 1996.
• P.F. Bruins, Editor, Basic Principles of Rotational Molding, Gordon and Breach, New York, 1971.

он отличается от них тем, что подходит к техническим аспектам предмета единым подходом. Нашей целью было не повторять материал, найденный в других трактатах, а, вместо этого, расширить технологические аспекты отрасли. Авторы по возможности отсылают читателя к соответствующей литературе для дальнейшего ознакомления. Авторы надеются, что эта монография представляет собой целостный рассказ о передовых аспектах процесса ротационного формования.

Монография состоит из семи глав: 

Глава 1. Введение в ротационное формование. За кратким описанием общих характеристик процесса и некоторых исторических аспектов следует краткий обзор типичных деталей, формуемых вращательным способом, и сравнение процесса с другими способами изготовления полых деталей, такими как промышленное выдувное формование и термоформование из двух листов. Ниже приводится краткое описание важности измерения при ротационном формовании. 

Глава 2. Полимеры ротационного формования. Полиолефины являются основным классом полимеров ротационного формования, при этом полиэтилены составляют более 80% всех полимеров ротационного формования. За краткими описаниями характеристик полимеров этого класса следуют описания винилов, нейлоновых волокон и жидких полимеров, таких как пластизоли ПВХ, силиконы и термореактивные полимеры. 

Глава 3. Измельчение и окраска. При ротационном формовании используются твердые полимерные порошки с размерами частиц от -35 меш или 500 микрон до +200 меш или 60 микрон. Порошки обычно получают из гранул поставщиков путем измельчения. В этой главе основное внимание уделяется размеру частиц, гранулометрическому составу, методам анализа размера частиц и оптимальной форме частиц. Кроме того, подробно рассматриваются пигменты и усилители свойств. 

Глава 4. Ротационные формовочные машины. Дается краткий обзор множества типов коммерческих ротационных формовочных машин, включая рок-н-ролльные машины, челночные машины, грейферные машины, стационарные револьверные машины и машины с независимыми рычагами. Обсуждается важность конструкции духовки и холодильной камеры, а также вопросы энергосбережения и эффективности. 

Глава 5. Конструкция пресс-формы. Материалы пресс-формы, такие как сталь, алюминий и электроформованный никель, сравниваются с точки зрения их характерных прочностных характеристик и тепловой эффективности. Обсуждаются технические аспекты конструкции пресс-формы и рассматриваются различные типы выпусков пресс-форм.

Глава 6. Обработка. С технической точки зрения рассматриваются поведение потока порошка во вращающейся форме, адгезия частиц к частицам и уплотнение. Обсуждается механизм удаления пузырьков и рассматривается обоснование продолжительности цикла печи. Рассматриваются эффекты инверсии теплового профиля и рекристаллизации при охлаждении, а также коробление и усадка, а также влияние повышения давления. Механизм вспенивания и уникальные характеристики образования пены в процессе низкого давления завершают главу.

Глава 7. Конструкция механической детали. В главе представлен обзор тех технических аспектов процесса, которые влияют на конструкцию детали, включая подачу порошка под острыми углами и из них, а также влияние обработки на свойства и характеристики полимера. Включены другие аспекты проектирования деталей, такие как качество поверхности, механические характеристики и конструктивные свойства пенопластов.

В монографию также включено краткое руководство по устранению неполадок, которое связывает проблемы обработки с техническими аспектами процесса, и таблица пересчета единиц измерения.

В 1976 году несколько компаний, занимающихся ротационным формованием, образовали Ассоциацию ротационных формовщиков с заявленной целью распространения общих знаний в этой области обработки. В течение последней четверти века ARM предоставляла своим членам деловые и технические рекомендации посредством конференций и выставок. В 2000 году Общество инженеров по пластмассам учредило подразделение ротационного формования, чтобы обеспечить форум для людей, интересующихся техническими аспектами отрасли. Авторы этой монографии принимали активное участие в продвижении технологий в обеих этих организациях. Мы считаем, что эта монография может послужить основой для дальнейшего технического развития этой быстрорастущей отрасли.

Сентябрь 2000 г.

Рой Дж. Кроуфорд, доктор философии. Проректор по исследованиям и разработкам Королевского университета Белфаста, Белфаст, Северная Ирландия

Джеймс Л. Трон, доктор философии, президент Sherwood Technologies, Inc. Хинкли, О

Об авторах

Roy J. Crawford, FREng, B.Sc, Ph.D., D.Sc., FIMech E., FIM. Профессор Рой Кроуфорд получил диплом инженера-механика первого класса с отличием в Королевском университете Белфаста, Северная Ирландия, в 1970 году. Затем он получил степень доктора философии и D.Sc . степени за исследовательскую работу по пластмассам. За последние 30 лет он сосредоточился на исследованиях технологических процессов и механических свойств пластмасс. За это время он опубликовал более 200 статей в научных журналах и на конференциях. Его также приглашали выступить с основными докладами на конференциях по всему миру. Он является автором пяти учебников по пластмассам и инженерным материалам.

Доктор Кроуфорд в настоящее время является проректором по исследованиям и разработкам в Королевском университете Белфаста. Ранее он занимал должности профессора машиностроения в Университете Окленда, Новая Зеландия, и профессора инженерных материалов и директора школы машиностроения и технологических процессов в Королевском университете Белфаста. Он также был директором исследовательского центра по переработке полимеров и исследовательского центра ротационного формования при Королевском университете. Он проводил исследовательскую работу по большинству методов переработки пластмасс. Особое значение имеет работа, проделанная в области ротационного формования, результатом которой стал ряд запатентованных технологий для регистрации температур во время процесса и повышения качества формованных деталей.

Профессор Кроуфорд является членом Института инженеров-механиков и Института материалов. В 1997 году он был избран членом Королевской инженерной академии. Он был удостоен ряда премий за высокое качество своей исследовательской работы, в том числе престижной медали Netlon от Института материалов за инновационный вклад в формование пластмасс.

James L. Throne. Джим Трон - президент Sherwood Technologies, Inc., консалтинговой фирмы по переработке полимеров, которую он основал в 1985 году. STi специализируется на передовой обработке порошков, термоформовании и термопластичных пенопластах. Джим имеет более чем двадцатилетний опыт работы на производстве в области пластмасс и десять лет преподавал в университетах. В 1968 году в American Standard он возглавлял техническую команду, которая успешно формовала сиденья для унитазов из АБС с использованием никелевых форм для гальванопластики. Трон имеет ученые степени в области химической инженерии в Технологическом институте Кейса и Университете Делавэра. Он является членом Института материалов и Общества инженеров по пластмассам. Он опубликовал около двухсот технических работ и имеет девять патентов. Это его восьмая книга по переработке полимеров.