قالب گیری دمشی

قالب گیری دمشی (blow molding) – بخش اول: انواع فرایندها

مقدمه

قالب گیری دمشی یکی از به صرفه ترین و سریع ترین فرایند های تولید انبوه محصولات پلاستیکی است که برای فرایند کردن انواع مختلف پلاستیک ها از جمله پلی اتیلن، پلی اتیلن ترفتالات، پلی وینیل کلراید، پلی پروپیلن، پلی کربنات، نایلون و بسیاری دیگر استفاده می شود. گستره وسیعی از محصولات، از جمله تانک های سوخت، انواع بطری ها، گلدان و چرخ اسباب بازی ها به کمک این فرایند ساخته می شوند. [۴و۵و۶]

کاربرد گسترده قالب گیری دمشی
شکل۱- طیف گسترده محصولات تولید شده با فرایند قالب گیری دمشی

به زبان ساده، قالب گیری دمشی عبارت از فرایند شکل دهی به روده یا pariosn (ماده خام مذاب که به شکل لوله تو خالی درآمده است) ترموپلاستیکی است که طی آن روده در قالب قرار گرفته، هوای تحت فشار در آن دمیده می شود تا به شکل قالب درآید و پس از سرد شدن، از قالب خارج می گردد. فرایندهای قالب گیری دمشیبه سه دسته ی اکستروژن، تزریقی و تزریقی کششی تقسیم می شوند. در ادامه به توضیح آن ها می پردازیم.

۱- قالب گیری دمشی اکستروژن (Extrusion Blow Molding(EBM))

اکستروژن، ساده ترین و رایج ترین فرایند قالب گیری دمشی است. در این فرایند نخست دستگاه اکسترودر، پلاستیک مذاب را اکسترود کرده و روده را تشکیل می دهد، سپس دو نیمۀ قالب دور روده بسته شده و در مرحلۀ بعد هوای تحت فشار به وسیله یک سرنگ یا پین وارد آن شده که باعث می شود متورم شده و به شکل قالب درآید. در نهایت بعد از این که قالب به اندازه کافی سرد شد، باز شده و قطعه خارج می شود. البته نکته ی مهم در این جا این است که قبل از خارج شدن قطعه از قالب، بخش های اضافه آن حذف می شود یا به اصطلاح پلیسه گیری می شود.

مراحل قالب گیری دمشی اکستروژن
شکل۲- مراحل فرایند قالب گیری دمشی اکستروژن؛ ۱- خروج مذاب از اکسترودر و تشکیل روده ۲- بسته شدن قالب دور روده ۳- ورود هوا ۴- خروج قطعه
خط تولید قالب گیری دمشی اکستروژن
شکل۳- خط تولید EBM
دستگاه قالب گیری دمشی اکستروژن
شکل۴- دستگاه فرایند EBM

یکی از قابلیت های این روش، توانایی اکسترود کردن هم زمان چند نوع ماده برای ساخت محصولات چند لایه است. ظروفی که با این تکنیک تولید می شوند خصوصیاتی نظیر مانع بودن در برابر نفوذ بو، رطوبت و اکسیژن دارند.

بطری چند لایه
شکل۵- یک بطری چند لایه

۲- قالب گیری دمشی تزریقی (Injection Blow Molding(IBM))

به طور خلاصه این فرایند بدین صورت است که نخست پریفرم (preform) به روش مرسوم قالب گیری تزریقی ساخته شده، در قالب دیگری قرار گرفته، در آن دمیده می شود و در نهایت خارج می گردد. بیش تر ترموپلاستیک ها می توانند با فرایند قالب گیری دمشی تزریقی ساخته شوند. در استفاده های اولیه از این روش عمدتاً پلی استایرن کریستالی، به خاطر شفافیت خوب، در بسته بندی داروهای سردرد استفاده می شد. امروزه برای ساخت قطعات به کمک این فرایند از رزین های دیگری مانند پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی اتیلن با دانسیته بالا، پلی اتیلن با دانسیته پایین، پلی سولفون، پلی کربنات، استال، نایلون، آکریلیک، پلی آمید و… استفاده می شود. [۳]

فرایند قالب گیری دمشی تزریقی
شکل۶- مراحل فرایند قالب گیری دمشی تزریقی؛ ۱- ساخت پریفرم به روش تزریق ۲- قرارگیری پریفرم در قالب ۳- ورود هوا به آن ۴- خروج محصول
محصولات قالب گیری دمشی تزریقی
شکل۷- محصولات تولید شده با فرایند IBM
دستگاه قالب گیری دمشی تزریقی
شکل۸- دستگاه فرایند IBM

۳- قالب گیری دمشی تزریقی کششی (Injection Stretch Blow Molding(ISBM))

این فرایند، دقیقاً مشابه فرایند قالب گیری دمشی تزریقی است، با این تفاوت که قبل از دمیدن هوا و شکل گیری نهایی قطعه، پریفرم را کمی گرم کرده و در جهت طولی و شعاعی می کشند. در واقع، با این کار زنجیرهای آمورف پلیمر،کشیده و جهت دهی می شوند که منجر به شکل گیری نوع متفاوتی از بلورینگی می گردد. زنجیرها در جهت اعمال تنش، تراز شده، جهت گیری کرده و یک ساختار مرتب شده ی خطی را در سرتاسر منطقه تحت تنش اعمال می کنند. این زنجیر گسترش یافته یا “بلورینگی القایی بر اثر تنش”، باعث استحکام مکانیکی محصول می شود. [۱]

قالب گیری دمشی تزریقی کششی
شکل۹- مراحل فرایند قالب گیری دمشی تزریقی کششی؛ ۱- گرم کردن پریفرم ۲- قرارگرفتن قالب دور پریفرم ۳- کشیدن آن ۴- دمیدن هوا در آن ۵ و ۶- بازشدن قالب و خروج محصول

قالب گیری دمشی تزریقی کششی، با معرفی بطری های نوشیدنی های غیر الکلی شناخته شد. ترموپلاستیک هایی که در این فرایند استفاده می شوند عبارتند از پلی اتیلن ترفتالات(PET)، پلی وینیل کلراید (PVC)، آکریلو نیتریل-متیل آکریلات کوپلیمر(Barex®)، پلی پروپیلن، پلی استایرن کریستالی و پلی آمید (نایلون). در این بین،PET، به سبب ویژگی هایی چون شفافیت بالا، استحکام خوب، قابلیت به کار بردن افزودنی های رنگی، در دسترس بودن و هم چنین پذیرفته شدن در صنعت بسته بندی (از بسته بندی لوازم آرایشی تا نوشیدنی ها، داروها و…)، بیش ترین استفاده و کاربرد را دارد. [۳]

دستگاه قالب گیری دمشی تزریقی کششی
شکل۱۰- دستگاه فرایند ISBM
دستگاه قالب گیری دمشی تزریقی کششی
شک۱۱- دستگاه فرایند ISBM، نمای داخل

گسترده ترین کاربرد فرایندهای قالب گیری دمشی تزریقی و تزریقی کششی در تولید انواع بطری ها(معمولاً از جنس PET) است. مانند بطری های مواد شوینده، نوشابه های گازدار، سس ها، لوازم آرایشی، شامپوها، محصولات دارویی، محصولات مراقبت شخصی، واکس ماشین، ادویه، عسل، سرکه، آب معدنی گازدار و کربناته، شیر، دوغ، روغن خوراکی، آب میوه های معمولی و پالپ دار، چاشنی ها و … . [۷]

bottles
شکل۱۲- انواع بطری های تولید شده با فرایندهای تزریقی و تزریقی کششی

مسأله حائز اهمیت در این باره، استالدهید است. استالدهید، یک شیرین کننده طبیعی است که در همه ی مرکبات وجود دارد و اغلب به عنوان شیرین کننده در نوشیدنی ها استفاده می شود. استالدهید محصول جانبی تولید PET است و اهمیت آن در صنعت PET، مربوط به تولید بطری های آب است. این ماده، البته برای مصرف کننده بی ضرر است، اما باید مقدار آن در حد خیلی ناچیز باشد و کنترل شود تا مزه و طعم به آب وارد نکند. به همین خاطر، در پاره ای از موارد، برای تولید بطری های آب، مواد دارویی، پاک کننده های خانگی و نوشیدنی هایی که به صورت داغ (تا ۹۰ درجه سانتی گراد) پر می شوند، از پلی پروپیلن منظم (Oriented Polypropylene) یا OPP نیز استفاده می شود که بر خلاف PET، هیچ گونه استالدهیدی تولید نمی کند. OPP ، در مقایسه با PET ، نقاط ضعف مهمی نیز مانند نفوذ ناپذیری بسیار ضعیف تر در برابر گازهای O2 و CO2، استحکام تنش-کرنش کم تر و مدت زمان طولانی تر چرخه قالب گیری تزریقی، که موجب افزایش هزینه تولید می شود، دارد. [۱]

جدول ۱- خواص پلیمرهای مناسب فرایند تزریقی کششی

پلیمر دمای ذوب ( C°) دمای کشش ( C°) حداکثر نسبت کشش ( C°)
پلی اتیلن ترفتالات۲۵۰۸۸-۱۱۶۱۶:۱
پلی وینیل کلراید۲۰۰۹۹-۱۱۶۷:۱
پلی پروپیلن۱۷۰۱۲۱-۱۳۶۹:۱
پلی آکریلو نیتریل۲۱۰۱۰۴-۱۲۷۶:۱

منابع:

[۱]. Ottmar Brandau, Stretch Blow Molding, second edition, ELSIVIER

[۲]. Samuel L.Belcher, Practical Extrusion Blow Molding, Marcel Dekker Inc., 1999

[۳]. Samuel L.Belcher, Practical Guide to Injection Blow Molding, CRC publication, 2007

[۴]. https://connectusfund.org/11-advantages-and-disadvantages-of-blow-moulding

[۵]. https://www.oberk.com/packaging-crash-course/what-is-extrusion-blow-molding

[۶]. https://www.milacron.com/mblog/2018/02/28/what-is-blow-molding/

[۷]. https://www.sipasolutions.com/en/catalog/bottle-production-systems/ecs-fx-integrated-systems#13_ppp_description_count

گردآورنده:

حمیدرضا طیاری

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *