Материалы для ротационного формования

14 Мая 2013

Специфика процесса ротационного формования требует использования особой группы материалов, специально синтезированных для этих целей. За последние три десятилетия был разработан целый спектр таких полимерных материалов.

Мало того что материал, используемый для изготовления изделий методом ротационного формования должен быть в порошкообразном виде, к нему предъявляется еще ряд требований, которые в конечном итоге обеспечивают заданное качество структуры и поверхности получаемых изделий, а также максимально улучшают физико-механические свойства готовой продукции.

Полиэтилен: ПЭНП, ПЭСП, ПЭВП

Пожалуй, это наиболее распространенная группа полимерных материалов, используемых в ротационном формовании во всем мире. Доминирование полиэтиленовых марок сырья объясняется целой комбинацией их характеристик, которые идеально укладываются в известные требования процесса: вязкая текучесть, термическая стойкость, широкий диапазон плотности предлагаемого сырья и прекрасная стойкость к химическим воздействиям.
Обычно полиэтилен классифицируют по трем группам плотности: низкая (ПЭНП), средняя (ПЭСП) и высокая (ПЭВП). Соотношение плотности материала (кг/м³), деленной на процент кристаллизации, для каждой из групп следующее:

• ПЭНП — 0,920-0,929 / 45-53%;
• ПЭСП — 0,930-0,939 / 54-59%;
• ПЭВП — 0,940-0,965 / 60-75%.

ПЭНП проявляет хорошие текучие свойства и хорошо противостоит воздействию агрессивных химических сред. Материал сохраняет гибкость и ударовязкость при низких температурах, а также дает очень хорошие показатели в рамках лабораторной оценки ESCR (сопротивляемость излому в агрессивной (щелочной) среде). Правда, сегодня этот материал практически повсеместно вытесняется линейным полиэтиленом низкой плотности (ЛПЭНП).
Более низкая плотность ПЭНП по сравнению с ПЭВП (полиэтилен высокой плотности) объясняется тем, что молекулы ПЭНП имеют сравнительно более протяженные ответвления от основной молекулярной цепи. Это обстоятельство препятствует «слипанию» молекул вместе, как в случае с ПЭВП. ЛПЭНП, наоборот, имеет больше ответвлений от основной молекулярной цепи, но они сравнительно короче, чем у ПЭНП. Все это обеспечивает высокую прочность и жесткость этим материалам по сравнению с ПЭНП, притом, что у них сохраняется такая же прекрасная стойкость при низких температурах. Линейные полиэтилены доказали свою особую пригодность для переработки методом ротационного формования. В настоящее время ЛПЭНП широко используется в производстве различных танков (крупных емкостей), барабанов, бункеров, баков и т. д. Линейность обеспечивается при практически любой плотности полиэтилена.
Отметим, что линейными структурами все в большей степени вытесняются и полиэтилены средней плотности.
ПЭВП прочнее и жестче, чем ПЭНП, однако его ударовязкость (ударопрочность) уже не на высоте при низких температурах. Также этот материал в большей степени подвержен короблению из-за более высокой степени кристаллизации, что делает его более чувствительным к разбросу температур охлаждения в различных сегментах стенки ротоформуемого изделия. Заодно ПЭВП дает большую результирующую усадку, нежели ПЭНП.

Полиэтилен с перекрестной структурой (ПЭПС*)

В семействе полиэтиленов этот материал занимает особое место. В конечном продукте из ПЭПС молекулярные цепи связаны вместе в трехмерную сеть, что обеспечивает высокую прочность, ударовязкость (даже при низких температурах), отличные показатели по ESCR (см. выше). Подобные свойства делают этот материал незаменимым в производстве емкостей для хранения агрессивных химических составов. Перекрещивание молекулярных цепей может произойти во время процесса ротационного формования. Также подобная молекулярная структура может быть получена в результате особой химической реакции в уже отформованном изделии.

Борсен (Воrесеnе)

Компанией Borealis была разработана особая технология синтезирования полиэтилена, которая сформировала третье поколение полиэтиленов для ротоформования, тем более что производители ротоформованной продукции требовали материалов с улучшенными свойствами — и получили борсен.
Следует также отметить, что компания Borealis старалась максимально улучшить свойства ротоформуемых полимеров в части стойкости к воздействию солнечных лучей (ультрафиолета), а также к длительному сохранению цвета — например, борсен сохраняет белизну даже при фотохимических воздействиях.

Вкратце новый материал имеет следующие преимущества:

• улучшенные физико-механические свойства;
• лучшее вязкостное течение;
• меньшую структурную сложность;
• большой задел по меньшей удельной плотности;
• лучшую чистоту поверхности конечного продукта;
• меньшую пузырьковость структуры отформованного полимера;
• лучшее сохранение цвета.

Преимущества при использовании борсена:

• усиленное противодействие ударным воздействиям и улучшенные показатели по ESCR;
• повышение эффективности процесса формования;
• упрощенная схема внедрения материала;
• существенная экономия на сырье;
• улучшенный внешний вид готовых изделий;
• оптимальные показатели по производительности процесса;
• яркие цвета.

Полипропилен (ПП)

Полипропилен получил статус ротоформуемого материала лишь в последние годы. Он более жесток по сравнению с ПЭВП, его плотность меньше, чем даже у ПЭНП. Кроме этого, ПП отличается особой стойкостью к повышенным температурам, и, таким образом, изделия из него могут подвергаться стерилизации паром.

Этиленвинилацетат (ЭВА)

Этот материал отличается большей мягкостью, гибкостью и хорошими физико-механическими свойствами при пониженных температурах. Однако сопротивляемость разламывающим нагрузкам в агрессивной среде (ESCR) не на высоте. Область применения: речные буи.

Этиленбутилакрил (ЭБА)

Также обладает мягкостью, гибкостью, а также ESCR-показателями и стабильностью свойств при пониженных температурах. Используется в автомобильной промышленности для производства бамперов, дорожных барьеров, буев и дорожной разметки.

Поливинилхлорид (ПВХ)

В ротоформовании ПВХ используется в виде пластизолей (сжиженный полимер), также существуют порошкообразные материалы. Пластизоли представляют собой дисперсионный состав на основе пластификаторов, стабилизаторов, наполнителей и пигментов. Основное преимущество ПВХ при ротационном формовании заключается в многообразии свойств в зависимости от состава пластизоля. Используется в производстве мягких игрушек из пластика, а также для отделки внутренних дверных панелей автомобилей.

Полиамиды (нейлоны)

Благодаря улучшенным свойствам вязкостного течения, большей прочности, жесткости и твердости (по сравнению с ПЭ) семейство этих материалов все в большем объеме проникает в область ротационного формования.

НЕЙЛОН 6 (ПА 6). Нейлон 6 хорошо показал себя в плане химической стойкости и низкой пропускной способности и поэтому нашел применение при ротоформовании топливных баков и емкостей для других областей применения. Однако по сравнению с ПЭ этот материал значительно дороже. Следует принимать во внимание и его способность абсорбировать влагу, что в конечном итоге сказывается на показателях геометрической точности готового изделия.

НЕЙЛОН 11 И НЕЙЛОН 12. Эти два образца не обладают такими же физико-химическими свойствами, как нейлон 6, однако имеют лучшую химическую стойкость и в меньшей степени абсорбируют влагу. На их основе легко формуются такие изделия, как крупные емкости, трубопроводы, патрубки и т. д.

РЕАКТО-НЕЙЛОН (RIM NYLON). В ротационном формовании также применяются реакто-нейлоны в жидкой форме. Они требуют меньшей температуры формования (приблизительно 120°С). Кроме того, в случае использования этих материалов отпадает необходимость в охлаждении, так как материал затвердевает в результате химической реакции, в то время как присущая ему твердость позволяет извлекать отформованную заготовку при сравнительно высокой температуре. Чаще всего применяется в производстве паллет и топливных баков.

Фторполимеры

В ротационном формовании также могут быть использованы такие материалы, как фторид поливинилидена (PVDF) и этилен-хлоротрифторэтилен (ECTFE). Несмотря на то, что они дороги, эти материалы демонстрируют прекрасную стойкость к химическим воздействиям и хорошие свойства при высоких температурах, что является особыми свойствами фторполимеров. Их используют при перевозке химических реагентов и в качестве защитного слоя в металлических баках и трубах.

И еще...

Ряд других полимеров пригоден для промышленной переработки методом ротационного формования. Это и поликарбонат, который демонстрирует прекрасные оптические свойства, прочность и твердость. Из него изготавливают колпаки для светильников, вандалозащитные заграждения, шлемы и т. д. Кроме того, ротоформовать можно и термопластичный полиэстр, и термопластичный полиуретан, из которых изготавливают плавучую арматуру (буи, разметка и т. д.), аккумуляторные диафрагмы, медицинские каркасы (лангеты) и т. п.
Другие виды полимеров стоит отнести в категорию сложно ротоформуемых. Это ABS, ацеталь, оргстекло, целлулоид, эпоксидка, фенолы, полибутилены, полистиролы, SAN (сополимер: стиролакрилонитрат), силиконы.

* Crosslinked Polyethylene - XLPE.

Евгений Дряхлов
Журнал «Оборудование: рынок, предложение, цены», № 01 январь 2003 г.