Кратка историја бризгања пластике: иновације и прекретнице

Бризгање пластике почело је крајем 19. века као начин за брзу и ефикасну израду прецизних пластичних делова. Овај процес је створио индустрију пластике и променио начин на који су се правили предмети за свакодневну употребу попут играчака, контејнера и делова за аутомобиле.

У овом блогу ћете сазнати о историји бризгања пластике, што вам помаже да разумете како она обликује свет око вас и зашто се тако широко користи.

Пионири и рани иноватори

Рани рад у индустрији бризгања пластике обликовао је будућност пластичних материјала. Кључне особе и промене у индустрији довеле су до нових машина, бољих материјала и све веће употребе у производима.

Изум Џона и Исаије Хајата

Бризгање пластике датира још из времена када Џон Весли Хајат и његов брат Исаија Хајат изумео је прву машину за обликовање 1872. године. Њихова машина је користила клип за угурати врући целулоид у калупОво је био први пут да су се пластични делови могли производити у великим количинама на дневној бази.

Браћа Хајат добијају ангажман од произвођача билијарских кугли који тражи алтернативу слоновачој кости, јер је смањење популације слонова повећавало трошкове производа од слоноваче. Иако њихове целулоидне билијарске кугле нису биле савршен наследник, јер су имале тенденцију да експлодирају уз гласан пуцањ при јаком удару, оне су ипак показале потенцијал синтетичких материјала.

Прва машина браће била је релативно једноставна. Састојала се од загрејаног цилиндра, клипа који се често покретао ручицом и стезаљке која је држала дводелни калуп затвореним. Процес је био радно интензиван, а загревање неравномерно, али је био револуционарни почетак. Затим су прешли на израду дугмади, чешљева и других ситних предмета. Машина Хајатових поставила је стандард за рани процес производње пластике.

Напредак од стране Хајат Брадерс

Препознајући ограничења свог почетног дизајна, Џон Весли Хајат је наставио са иновацијама. Развио је и патентирао калуп са више шупљина, што је омогућило истовремену производњу више идентичних делова у једном циклусу, драстично побољшавајући производњу. Такође је експериментисао са различитим методама хлађења како би смањио време циклуса. Ова револуционарна побољшања била су кључна за убеђивање произвођача у комерцијалну исплативост бризгања.

Компанија браће Хајат је напредовала, производећи не само билијарске кугле већ и широк спектар целулоидних производа, од стоматолошких плочица и дирки за клавир до крагни и манжетни за кошуље, које су биле познате по томе што су запаљиве, али изузетно популарне.

Развој у индустрији производње пластике

Крајем 19. и почетком 20. века, други проналазачи и компаније су почели да користе и унапређују машину браће Хајат. Индустрије су виделе предности пластичних делова, попут ниске цене и могућности стварања нових облика.

Преломни тренутак догодио се 1909. године изумом Бакелит од стране Лео БекеландОво је била прва права синтетичка пластика која не садржи молекуле који се налазе у природи. Бакелит је био термореактивни материјал, што значи да се трајно стврдњавао када се загрева, и поседовао је одличну електричну непроводљивост и отпорност на топлоту. Бекеланд је такође изумео посебну машину за бризгање пластике за обраду свог новог материјала. Патент за његову машину „Бакелизер“ и сам материјал отворили су потпуно нова тржишта, посебно у брзо растућој електротехничкој и аутомобилској индустрији за компоненте попут поклопаца разводника, радио кућишта и кућишта телефона.

Двадесетих и тридесетих година 20. века дошло је до развоја нових термопластичних материјала, као што су полистирен и поливинилхлорид (ПВЦ), који се могао више пута топити и преобликовати. Ово је омогућило рециклажу отпадне пластике директно у фабрици. Отприлике у исто време, растворљиви облици целулозног ацетата за бризгање пластике, као што су Виолончело и виолончело, развили су Артур Ајхенгрин 1903. и 1939. године, нудећи мање запаљив и бризгањем обликован прашкасти облик пластике.

Током овог периода, немачки хемичари у BASF-у су такође почели да буду пионири у употреби шрафни екструдери за пластификовање материјала, концепт који ће касније бити кључан за процес производње шприцањем. Док су машине за убризгавање остале доминантне, постављала се сцена за велики технолошки скок. Потражња за јефтином, масовно произведеном робом широке потрошње током међуратног периода подстакла је конструкцију већих, аутоматизованијих машина за убризгавање, иако су се оне и даље бориле са контролом температуре убризгавања и конзистенције растопљене пластике.

Како је технологија напредовала, машине су могле да производе веће делове са већом прецизношћу. То је омогућило потрошачима да пронађу пластичне производе на више места, од аутомобила до електронике. Ширење бризгања пластике учинило је производњу пластике и услуге бризгања пластике много уобичајенијим до средине 1900-их.

Експанзија током Другог светског рата

Током Другог светског рата, бризгање пластике је брзо постало неопходан процес. Можемо видети велики напредак у материјалима и методама производње који подржавају рат.

Материјалне иновације за масовну производњу

Ратни напори су значајно повећали потражњу за новим материјалима са специфичним својствима. Најлон, изумен непосредно пре рата, брзо је преусмерен са своје намене у чарапама на кључни материјал за падобрани, конопци и лежајеви. Акрилне боје под условом отпорна на ломљење алтернатива стаклу за поклопце авиона. полиетилен, који су случајно открили британски хемичари 1930-их, постао је неопходан као изолациони материјал за радарске каблове, дајући савезничким снагама значајну технолошку предност.

Процес бризгања је био савршено прилагођен масовној производњи хиљада ових есенцијалних компоненти са потребном конзистентношћу и брзином. Овај период је довео до невиђеног убрзања у полимерној науци и брзог ширења производње пластике.

Прецизност делова израђених бризгањем показала се кључном за сложену војну опрему. На пример, близински осигурачи у артиљеријским гранатама захтевали су ситне, савршено обликоване пластичне компоненте за смештај њихових крхких електронских механизама. Конзистентност коју је нудило калуповање била је много боља од других метода производње попут машинске обраде или компресионог калуповања. Ова ера је учврстила везу између војно-индустријског комплекса и индустрије пластике, партнерство које ће наставити да покреће иновације деценијама које долазе.

Улога у производној индустрији

Рат је такође довео до значајног напретка у техникама израде калупа. Потреба за брзом производњом нових делова захтевала је брже и трајније стварање калупа. Ово је подстакло употребу бољих алатних челика и прецизнијих процеса обраде. Штавише, због интензивне потражње за пластичним деловима, концепт „дизајна за производност“ постао је кључан; инжењери су морали да пројектују делове који се могу ефикасно и поуздано производити на машинама за бризгање, узимајући у обзир факторе попут дебљине зида, дизајна ребара и положаја капије. Овај начин размишљања постао је стални део индустријског инжењерства.

Такође, постојао је јасан прелазак са метала на пластику како је несташица челика расла. Произвођачи се ослањају на процес калуповања како би направили делове који одговарају малим толеранцијама и имају уједначен квалитет. Ово је од виталног значаја за ствари попут комуникационе опреме и медицинских уређаја.

Са завршетком рата, огромни индустријски капацитети изграђени за производњу пластике преусмерени су ка роби широке потрошње. Произвођачи који су усавршили уметност израде робусних, поузданих пластичних делова за војску сада су то стручно знање применили на стварање приступачних производа за домаћинство. То је довело до „Пластично доба“ 1950-их и 60-их, где су предмети од пластике добијени бризгањем – од Тапервер посуда и играчака до кућних апарата и намештаја – постали симболи модерног живота.

Модерна историја бризгања пластике

Машине за бризгање пластике су се временом много промениле. Рани модели су користили једноставне дизајне, али касније машине су донеле нову технологију која је производњу учинила бржом и ефикаснијом.

Од клипних до машина за бризгање екструзионим вијцима

Прве машине за бризгање, изумљене крајем 19. века, користиле су систем клипа. Пластичне пелете су се загревале док не омекшају, а затим је клип гурао растопљену пластику у калуп. Ове машине су биле једноставне, али су имале неке проблеме.

Основни проблем са клипом био је његов немогућност хомогенизације растопаПластика најближа загрејаним зидовима цилиндра често би се прегревала и деградирала током процеса убризгавања, док материјал у центру можда није био потпуно истопљен. То је довело до делова са видљивим траговима распршивања, слабим структурним интегритетом и варијацијама у боји. Да би се ово делимично решило, неке машине су у цилиндар уградиле „торпедо“ или „распршивач“, што је помогло да се ток пластике усмери ка загрејаним зидовима, али то је било несавршено решење. Ограничења машине са клипом била су главно уско грло за постизање квалитетнијих и сложенијих делова.

Значајно побољшање дошло је са увођењем машине за бризгање шрафом. Изум клипни вијак се широко приписује америчким проналазачима Х. Г. Де Матија и Џејмс Вотсон Хендри, који је направио прве прототипове 1940-их и 50-их. Хендријев рад је био посебно утицајан. Његов дизајн је омогућио да завртањ обавља две функције: прво, ротирао би се да би доводио, топио и хомогенизовао пластичну смолу на предњем делу цеви (процес који се назива пластификација). Затим би се цео завртањ кретао напред попут клипа да би убризгао припремљену растопљену масу у шупљину калупа. Ова реципрочна акција је променила правила игре. Обезбедила је много конзистентнију и уједначенију растопљену масу, што се директно претворило у виши квалитет делова и мање дефеката.

Машине за бризгање шрафова омогућиле су израду сложенијих пластичних компоненти са већа прецизност и мање отпада. Такође бисте могли да користите шири избор пластике.

Наслеђе Џејмса Вотсона Хендрија

Џејмс Вотсон Хендри није се зауставио на клипном завртњу, заправо, задржао је замах и на крају постао једна од водећих личности у индустрији пластичног пресовања. Седамдесетих година прошлог века наставио је да развија први процес бризгања помоћу гаса, што је омогућило стварање сложених, шупљих делова са минималним скупљањем и искривљавањем. До тренутка када је преминуо у 94. години 2014. године, поседовао је преко 80 патената у технологијама обраде пластике.

Ова иновација је истакла како је еволуција машина омогућила потпуно нове дизајне производа. Штавише, усвајање система управљања затворене петље у другој половини 20. века донело је невиђену прецизност процесу. Сензори су сада могли да прате притисак и температуру у реалном времену, вршећи микро подешавања хидраулике и грејача машине како би се одржала савршена конзистентност током производног циклуса.

Још једна велика промена био је развој потпуно електричне машине за бризгање пластеникаДок су традиционалне машине користиле хидрауличну снагу, која је била снажна, али склона цурењу, енергетској неефикасности и варијацијама температуре уља, потпуно електричне машине су користиле серво моторе за контролу сваког покрета. Ове електричне машине, које су постале комерцијално исплативе 1980-их и 90-их, нудиле су већу прецизност, тиши рад, чистије производно окружење (без хидрауличног уља) и значајне уштеде енергије – често користећи и до 60% мање енергије. Ово их је учинило идеалним за високопрецизне индустрије попут производње медицинских уређаја.

Будућност бризгања пластике

Данас, граница машина за бризгање пластеника лежи у интеграцији Принципи Индустрије 4.0Модерне машине су опремљене софистицираним системима за праћење који прикупљају огромне количине података о сваком пуцању. Ови подаци се могу користити за предиктивно одржавање, осигурање квалитета и оптимизацију ефикасности производње. Будућност указује на потпуно повезане „паметне фабрике“ где машине за бризгање аутономно подешавају своје параметре како би компензовале варијације материјала или промене у окружењу, обезбеђујући савршен квалитет делова уз минималну људску интервенцију.

Често постављана питања

Можете ли описати различите врсте техника бризгања пластике?

Наћи ћете неколико главне врсте бризганог ливења. Традиционално бризгано ливење је најчешћа метода и користи калуп са једном шупљином за производњу идентичних делова.

Прековање комбинује два или више материјала током процеса обликовања. Ова метода је корисна за израду производа са меким рукохватом или више слојева.

Уметање у калуп додаје метал или друге компоненте у калуп пре него што се око њих убризга пластика. Овај поступак је уобичајен за израду електронских делова и навојних уметака.

Микробризгање производи веома мале, прецизне компоненте, често за електронику или медицинске уређаје. Структурно обликовање пене користи средство за надувавање да би се створили делови са чврстом љуском и језгром од пене.

Које су неке од кључних иновација које су обликовале модерну индустрију бризгања?

Рачунарски потпомогнуто пројектовање (CAD) и рачунарски потпомогнута производња (CAM) су направили израда калупа прецизнији. Сада можете да креирате калупе брже и са мање грешака.

Системи топлог канала заменили су хладне канале у многим фабрикама. Ова промена смањује отпад тако што пластику одржава растопљеном и спремном за следећи део.

Електричне машине за бризгање пластике замениле су неке традиционалне хидрауличне машине. Ове електричне машине троше мање енергије и нуде већу контролу над процесом ливења.

Побољшани сензори и технологија праћења процеса вам омогућавају да прецизније контролишете притисак и температуру. Ово помаже у повећању квалитета и смањењу стопе кварова.