PL230270B1 - Forma do termoforowania - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest forma do termoformowania wyrobów z tworzyw sztucznych, zwłaszcza spienionego polistyrenu.

Termoformowanie to proces polegający na równomiernym nagrzaniu, powyżej temperatury mięknienia T_m lub temperatury topnienia krystalitów Tt, arkusza z tworzywa termoplastycznego zamocowanego w ramie napinającej, a następnie na nadaniu mu kształtu w formie i utrwaleniu tego kształtu w wyniku zestalenia tworzywa poprzez chłodzenie. Ze względu na budowę formy rozróżnia się dwa rodzaje termoformowania: negatywowe (matrycowe) i pozytywowe (stemplowe).

Podczas klasycznego termoformowania negatywowego wykorzystuje się wklęsłą formę (matrycę) z kanałami powietrznymi oraz ramę napinającą. Tworzywo termoplastyczne umieszcza się na formie i dociska ramą poprzez gumową uszczelkę. Następnie tworzywo podgrzewa się, a powietrze z formy wysysa, w skutek czego materiał termoformowany jest wtłaczany do wnętrza formy i przybiera pożądany kształt gotowego wyrobu.

Formowanie metodą negatywową z mechanicznym rozciąganiem polega na ogrzaniu arkusza tworzywa termoplastycznego do odpowiedniej temperatury, a następnie wykorzystaniu stempla do wciśnięcia rozgrzanego arkusza tworzywa do formy. Po tym, jak stempel osiągnie najniższe możliwe położenie, z formy wysysa się powietrze, w skutek czego materiał osiada na wewnętrznych krawędziach formy przybierając pożądany kształt. Formowanie metodą negatywową z mechanicznym rozciąganiem stosuje się w formach wielokrotnych, gdy głębokość formowania przekracza połowę średnicy formy.

Z kolei formowanie negatywowe z dwukierunkowym nadmuchem powietrza z wnętrza formy oraz ze stempla stosuje się do głębokiego formowania przedmiotów o stosunkowo małym promieniu krawędzi. Arkusz tworzywa termoplastycznego umieszcza się na ramie napinającej oraz nagrzewa. Następnie ramę z przymocowanym arkuszem tworzywa opuszcza się poniżej górnej krawędzi formy i wprowadza do niej sprężone powietrze, rozpoczynając rozciąganie tworzywa termoplastycznego. Prawie jednocześnie na tworzywo termoplastyczne opuszcza się rozgrzany stempel wydmuchujący na jego powierzchnię ciepłe powietrze. W ten sposób formowany wyrób wciska się do wnętrza formy. Gdy stempel osiągnie najniższe możliwe położenie, z formy wysysa się powietrze w skutek czego materiał osiada na wewnętrznych krawędziach formy i przybiera pożądany kształt.

Formowanie pozytywowe może być przeprowadzane bez rozciągania mechanicznego, jak i z rozciąganiem mechanicznym tworzywa termoplastycznego. Zarówno w jednej jak i w drugiej odmianie formowania pozytywowego wykorzystuje się formę wklęsłą z gniazdem formującym, a powietrze wysysa się z wnętrza formy powodując ukształtowanie tworzywa termoplastycznego.

W procesach przemysłowych w celu zwiększenia wydajności produkcji stosuje się formy złożone, zawierające wiele elementów kształtujących.

Z literatury patentowej znane są różne konstrukcje form do termoformowania wyrobów z tworzyw sztucznych.

Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US3260781 znana jest konstrukcja formy do termoformowania spienionego polistyrenu oraz laminatów warstwowych zawierających warstwę rdzeniową wykonaną ze spienionego polistyrenu i warstwy zewnętrzne wykonane z tworzywa nie-spienionego. Forma składa się z części męskiej w postaci stempla formującego oraz części żeńskiej z matrycą w postaci wgłębienia. Część żeńska formy zawiera kanały próżniowe wraz z otworami próżniowymi w podstawie oraz ściankach bocznych formy. Natomiast część męska może zawierać kanał ciśnieniowy oraz wiele otworów doprowadzających powietrze do gniazda formy.

Z kolei z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US4359160 znana jest forma do termoformowania arkuszy wykonanych z spienionego polistyrenu, a zwłaszcza kubków. Forma zawiera część męską wyposażoną w ruchomy stempel dociskowy za pomocą którego arkusz dociska się w stronę żeńskiej części formy oraz część żeńską wyposażoną w kanał próżniowy umożliwiający wytworzenie odpowiedniego podciśnienia w formie oraz dociśnięcie uplastycznionego arkusza tworzywa do gniazda formy. Ponadto forma ma klamry zaciskowe pozwalające na mocowanie arkusza tworzywa w trakcie procesu termoformowania.

Ponadto, amerykańskie zgłoszenie patentowe US5641524 ujawnia układ formujący do termoformowania pojemników z różnych tworzyw sztucznych. Układ do termoformowania zawiera część żeńską z gniazdem formy oraz część męską w postaci stempla. Stempel zawiera otwory powietrzne uformowane we wklęsłej części stempla poprzez które powietrze może być zarówno wprowadzane jak i wyprowa

PL 230 270 Β1 dzane z gniazda formy. Z kolei część żeńska z gniazdem formującym zawiera kanał powietrzny połączony z wieloma otworami za pomocą których powietrze może być również wprowadzane lub wyprowadzane z gniazda formy.

Dalej, amerykańskie zgłoszenie patentowe LJS2990581 ujawnia formę do termoformowania różnych tworzyw sztucznych zawierającą stempel z otworem powietrznym oraz gniazdo formujące z otworami próżniowymi ukształtowanymi w dnie gniazda formy połączone wspólnym kanałem powietrznym.

Ponadto, formę do termoformowania artykułów z tworzyw sztucznych ujawnia również amerykańskie zgłoszenie patentowe LJS3814784. Forma według zgłoszenia zawiera element męski w postaci stempla oraz element żeński z gniazdem formującym w którym znajdują się otwory połączone z kanałem powietrznym. Otwory powietrzne umożliwiają wprowadzanie powietrza do gniazda formy oraz wyprowadzanie powietrza z gniazda formy.

W nowoczesnych procesach produkcyjnych kładzie się nacisk nie tylko na skuteczne kształtowanie formowanych wyrobów, lecz również nadawanie im dodatkowych właściwości, zwiększających ich przydatność użytkową.

Jednym z wyrobów, jakie mogą być produkowane w procesie termoformowania, są pojemniki na żywność wilgotną. Pojemniki tego typu często stosuje się z wkładkami absorbującymi wilgoć, które umożliwiają przedłużenie czasu przechowywania wilgotnego produktu w pojemniku. Możliwe jest również zastosowanie pojemników ze spienionego polistyrenu z nakłutymi ściankami, które mogłyby absorbować wilgoć w ściance pojemnika.

Celowym byłoby opracowanie formy do termoformowania, która umożliwiłby skuteczne formownie wyrobów z tworzyw sztucznych, zwłaszcza spienionego polistyrenu, o zwiększonych właściwościach absorpcyjnych, przy jednoczesnym zapewnieniu korzystnych parametrów procesu termoformowania.

Przedmiotem wynalazku jest forma do termoformowania wyrobów z tworzyw sztucznych, zwłaszcza spienionego polistyrenu, zawierająca część męską ze stemplami i część żeńską z matrycami, przy czym po zamknięciu formy przestrzenie pomiędzy stemplami i matrycami stanowią gniazda formujące, przy czym korpusy stempli mają przelotowe kanały boczne i przelotowe kanały czołowe dla powietrza, charakteryzująca się tym, że każdy ze stempli zawiera wkładkę nakłuwającą zawierającą: płytkę czołową i płytkę tylną rozdzielone sprężynami dystansującymi; przy czym płytka tylna ma igły skierowane prostopadle względem płytki tylnej w kierunku płytki czołowej; a płytka czołowa ma przelotowe kanały czołowe o rozmieszczeniu odpowiadającym rozmieszczeniu igieł i średnicy większej od średnicy igieł; przy czym płytka czołowa jest ruchoma względem płytki tylnej pomiędzy pierwszą pozycją, w której wierzchołki igieł znajdują się wewnątrz wkładki nakłuwającej, a drugą pozycją, w której wierzchołki igieł wystają poza płaszczyznę zewnętrzną płytki czołowej; a ponadto igły mają średnicę mniejszą od średnicy przelotowych kanałów czołowych w płytce czołowej i w drugiej pozycji występuje prześwit pomiędzy igłami a kanałami czołowymi; przy czym wkładka nakłuwająca jest umieszczona we wnęce czołowej w korpusie stempla, w którym od strony płytki tylnej wkładki nakłuwającej znajduje się przelotowy otwór na siłownik do dociskania płytki czołowej do płytki tylnej.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia przykład zastosowania stempla według wynalazku w części męskiej formy do termoformowania;

Fig. 2A przedstawia stempel według wynalazku z wkładką nakłuwającą w widoku perspektywicznym;

Fig. 2B przedstawia stempel bez wkładki nakłuwającej w widoku z góry;

Fig. 2C przedstawia schematycznie stempel bez wkładki nakłuwającej w przekroju;

Fig. 3 przedstawia wkładkę nakłuwającą w przekroju;

Fig. 4 przedstawia schematycznie zastosowanie stempla w formie.

Na Fig. 1 przedstawiono przykład zastosowania elementu kształtującego według wynalazku w części męskiej formy do termoformowania, w widoku perspektywicznym. Część męska 100 formy zawiera zespół 110 stempli 120, które są przymocowane do płyty środkowej 140 z kanałami grzewczymi i chłodzącymi wypełnianymi cieczą. Ponadto, część męska formy zawiera osłony boczne 150 i płytę dolną 160 otaczającą płytę środkową 140. Forma zawiera ponadto część żeńską 200 (nie pokazaną na Fig. 1, widoczną częściowo na Fig. 4), zawierającą matryce dostosowane kształtem do stempli 120 tak, że po zamknięciu formy pomiędzy stemplami 120 a matrycami 200 tworzą się gniazda formujące.

Na Fig. 2A-2C przedstawiono stempel 120 formy według wynalazku.

PL 230 270 Β1

Stempel 120 ma w ściankach bocznych przelotowe kanały boczne 121, do odsysania powietrza z wnętrza formy lub wprowadzania powietrza do wnętrza formy w miejscu ścianek bocznych formowanego elementu przez stempel 120. Kanały boczne 121 mają średnicę od 2 do 3 mm, korzystnie 2 mm. Kanały boczne 121 o tak małej średnicy skutecznie wysysają powietrze z wnętrza formy i wprowadzają powietrze do wnętrza formy, a zatem poprawiają się parametry procesu termoformowania zarówno podczas doprowadzania powietrza jak i odsysania powietrza.

Stempel 120 według wynalazku ma czołową wkładkę nakłuwającą 130, umieszczoną we wnęce 122 w korpusie stempla 120 i połączoną z korpusem stempla 120 za pomocą śrub mocujących 131.

W tylnej części korpusu stempla 120, naprzeciwko czołowej wkładki nakłuwającej 130, znajduje się otwór przelotowy 123 na siłownik pneumatyczny 125. Wokół otworu 123 na siłownik w korpusie stempla znajdują się kanały powietrzne 124, które służą do doprowadzania lub wysysania powietrza z formy przez otwory 136 we wkładce nakłuwającej w trakcie procesu termoformowania.

Na Fig. 3 przedstawiono czołową wkładkę nakłuwającą 130 w widoku w przekroju. Wkładka nakłuwająca 130 zawiera dwie płytki: płytkę czołową 133 i płytkę tylną 134, które są oddzielone od siebie sprężynami dystansującymi 132, które odpychają płytki 133,134 od siebie. Płytka tylna 134 ma igły 135 skierowane prostopadle względem płytki tylnej 134 w kierunku płytki czołowej 133. Płytka czołowa 133 ma przelotowe otwory 136 rozmieszczone w miejscach igieł 135 w pierwszej płytce 134. Igły 135 są przeznaczone do nakłuwania formowanego wyrobu. Otwory 136 mają średnicę od 2 do 3 mm, korzystnie 3 mm. Igły 135 mają średnicę mniejszą od średnicy otworów 136, tak aby po umieszczeniu igieł 135 w otworze pozostawał prześwit pomiędzy igłą 135 a otworem, umożliwiający przepływ powietrza przez otwory 136. Płytka czołowa 133 jest ruchoma względem płytki tylnej 134 pomiędzy pierwszą pozycją (pokazaną na Fig. 3), w której wierzchołki igieł 135 znajdują się wewnątrz wkładki nakłuwającej 130, a drugą pozycją, w której wierzchołki igieł 135 wystają poza płaszczyznę zewnętrzną płytki czołowej 133. W tym celu wysokość h igieł 135 powinna być większa od sumy minimalnego dystansu d pomiędzy płytką tylną 134 a płytką czołową 133 po ich dociśnięciu do siebie i grubości g płytki czołowej 133.

Zastosowanie igieł 135 umożliwia wykonywanie otworów w wyrobie bezpośrednio w trakcie jego termoformowania. Głębokość otworów jest zależna od wysokości igieł 135. Rozmieszczenie igieł 135 może być dobrane zależnie od pożądanych właściwości termoformowanego wyrobu, przykładowo igły mogą być rozmieszczone równomiernie, tak aby całe dno termoformowanego pojemnika było pokryte otworami. We wnęce 122 można mocować śrubami 131 różnego rodzaju wkładki nakłuwające 130, tym samym dobierając rozmieszczenie otworów do pożądanych właściwości termoformowanego wyrobu, bez konieczności wymiany całego stempla 120.

Zastosowanie stempla według wynalazku w formie do termoformowania przedstawia schematycznie Fig. 4 (w której wkładka jest przedstawiona w położeniu przejściowym pomiędzy pierwszą a drugą pozycją). Formowany materiał (nie pokazany na rysunku), przykładowo arkusz ze spienionego polistyrenu, umieszcza się na matrycy 200 i podgrzewa się do odpowiedniej temperatury, przy wykorzystaniu cieczy wypełniającej kanały grzewcze płyty środkowej 140 formy. Następnie formowany materiał dociska się stemplem 120 do matrycy, formując wstępnie formowany materiał. Za pomocą otworów 121 i 136 wprowadza się a następnie odsysa się z formy powietrze, dociskając formowany materiał do ścianek bocznych i płytki czołowej stempla. Po takim ukształtowaniu aktywuje się siłownik 125, który dociska płytkę tylną 134 wkładki nakłuwającej 130 w kierunku płytki przedniej 133, powodując przejście igieł 135 przez otwory 136. Igły 136 wbijają się w uformowany materiał, kształtując w nim otwory. Następnie formowany materiał chłodzi się przy wykorzystaniu cieczy wypełniającej kanały płyty środkowej 140 w celu jego zestalenia. Tak przygotowany wyrób może następnie zostać wyjęty z formy.

Claims (1)

1. Forma do termoformowania wyrobów z tworzyw sztucznych, zwłaszcza spienionego polistyrenu, zawierająca część męską ze stemplami i część żeńską z matrycami, przy czym po zamknięciu formy przestrzenie pomiędzy stemplami i matrycami stanowią gniazda formujące, przy czym korpusy stempli mają przelotowe kanały boczne i przelotowe kanały czołowe dla powietrza, znamienna tym, że

- każdy ze stempli (120) zawiera wkładkę nakłuwającą (130) zawierającą:

- płytkę czołową (133) i płytkę tylną (134) rozdzielone sprężynami dystansującymi (132);

PL 230 270 Β1

- przy czym płytka tylna (134) ma igły (135) skierowane prostopadle względem płytki tylnej (134) w kierunku płytki czołowej (133);

- a płytka czołowa (133) ma przelotowe kanały czołowe (136) o rozmieszczeniu odpowiadającym rozmieszczeniu igieł (135) i średnicy większej od średnicy igieł (135);

- przy czym płytka czołowa (133) jest ruchoma względem płytki tylnej (134) pomiędzy pierwszą pozycją, w której wierzchołki igieł (135) znajdują się wewnątrz wkładki nakłuwającej (130), a drugą pozycją, w której wierzchołki igieł (135) wystają poza płaszczyznę zewnętrzną płytki czołowej (133);

- a ponadto igły (135) mają średnicę mniejszą od średnicy przelotowych kanałów czołowych (136) w płytce czołowej (133) i w drugiej pozycji występuje prześwit pomiędzy igłami (135) a kanałami czołowymi (136);

- przy czym wkładka nakłuwająca (120) jest umieszczona we wnęce czołowej (122) w korpusie stempla (120), w którym od strony płytki tylnej (134) wkładki nakłuwającej (130) znajduje się przelotowy otwór (123) na siłownik (125) do dociskania płytki czołowej (133) do płytki tylnej (134).