Год назад портал POLY&PRO представил вниманию своих читателей обзор по итогам выставки RUPLASTICA 2024, посвященной представленному на отраслевом мероприятии литьевого оборудованию из дружественных стран. Прочитав данную статью, вы сможете оценить изменения в раскладе сил и актуальный состав игроков на этом рынке.

Говоря об общей динамике поставок оборудования для переработки полимеров, приведем статистику, озвученную Михаилом Кацевманом, президентом Союза переработчиков пластмасс в своем выступлении в рамках деловой программы POLYMER PLAZA на выставке RUPLASTICA 2025.

По итогам первого полугодия 2024 года объем импорта перерабатывающего оборудования, включая литьевые машины, составил 241,5 млн долларов, что на 31% меньше такого же периода 2023 года. Импорт машин для переработки пластмасс и каучука из Китая сократился за первое полугодие 2024 года на 19,8% (до 157,3 млн долларов), и сейчас доля Китайского оборудования на российском рынке составляет 65%. Второе место с долей 12,2% впервые заняла Турция (29,4 млн долларов), обогнавшая-таки европейцев – Германию и Италию.

Такой расклад отразился и на составе экспонентов RUPLASTICA 2025 – на ней практически полностью отсутствовали производители западноевропейского и американского оборудования для литья термопластов под давлением. Если рассматривать только ТПА, то здесь, как и в прошлом году, сохранилась тенденция все большего насыщения экспонатами из Китая. Естественно, она же прослеживается и в динамике импорта литьевого оборудованием в Россию.

Приведем данные портала Plastinfo по рейтингам компаний – поставщиков ТПА в Россию за последние годы.

Надо отдать должное китайской промышленности, которая смогла нарастить объемы выпуска широкой гаммы ТПА как для внутреннего рынка, так и для поставки на экспорт. Достаточно сказать, что начиная с 2005 года, китайская компания HAITIAN, сменившая с прошлого года свой бренд на CRONPLEX, стала мировым лидером по числу производимых ТПА. Сейчас в России работают около 6000 литьевых машин этой компании и, как видно из таблицы, она намного опережает любую другую на протяжении многих лет по продажам машин в нашей стране. Судя по динамике продаж, интенсивно наращивает свое присутствие на российском рынке компания BORCHE, и я не удивлюсь, если через 3-4 года она сравняется с нынешним лидером.

В числе успешно работающих на российском рынке можно отметить CyberTech, Siger, Tederic, Chen Hsong, Welltec. У всех перечисленных фирм ТПА примерно одинаковы по конструкции и цене. Многие из них создали на территории России центры по продажам и технической поддержке с учебными центрами. У каждой из названных компаний на выставке демонстрировались 1-3 работающих машины, хотя линейки машин по усилию смыкания и объему впрыска как правило имеют от 7 до 17 типоразмеров.

Так CRONPLEX выпускает все типы машин: гидравлические, гибридные, электрические, горизонтальные, вертикальные, двухцветные, скоростные, двух- и трехплитные, бесколонные машины с усилием смыкания от 40 до 4000 т и объемом впрыска от 12 до 60168 куб. см. куб.(!). Компания BORCHE производит линейку машин с усилием от 90 до 9000 т(!).

Chen Hsong выпускает самый крупный на азиатском континенте бесколонный агрегат, годовой выпуск по всем моделям составляет 20000 шт.

В прошлогоднем обзоре были подробно описаны линейки ТПА девяти компаний из ТОП-10 из Китая, Тайваня, Турции. Практически все компании – производители предлагают высокоэффективные машины с сервоприводом, позволяющие на 20-30% экономить электроэнергию.

Из турецких производителей на российском рынке выделяется компания Hurmak c линейкой машин по усилию смыкания от 75 до 2700 т и объемом впрыска от 46 до 30000 куб. см. Вертикальные машины фирмы в 2 раза дешевле аналогичных агрегатов западных компаний.

Учитывая рост качества как самого литьевого оборудования из Китая и Турции, так и уровня сервисных услуг – помимо высокой ключевой ставки и логистических сложностей с ввозом литьевого оборудования из Европы, – можно констатировать факт, что пока у производителей из недружественных стран остается все меньше шансов конкурировать на рынке РФ с коллегами из Азии и Юго-Восточной Европы.

На XVI Международный Полимерный симпозиум, организованный компанией «Межотраслевой научно-производственный центр» (МНПЦ) в партнерстве с Ассоциацией инструментальщиков АИР и при поддержке ПАО «КуйбышевАзот», собралось 120 участников из разных регионов страны, а также из Республики Беларусь.

Подводя итоги отраслевого форума, портал POLY&PRO, рассказывал о том, как прошли три насыщенных дня, какие вопросы были рассмотрены и задачи решены за это время. В данном обзоре более подробно пойдет речь о программе первого дня 16-го Полимерного симпозиума.

В первый день, посвященный теме науки и инноваций, прозвучали 14 докладов в секциях «Новые материалы», «Новые изделия», «Технологии переработки».

После приветственных слов организаторов и партнеров Симпозиума пленарное заседание открыл доклад президента Союза переработчиков пластмасс М.Л. Кацевмана на тему «Стратегия инновационного развития полимерной индустрии на базе современных научных достижений. Вызовы и реалии». После обзора текущего состоянии переработки пластмасс в России докладчик с озабоченностью и горечью привел данные о расходах на прикладные исследования и разработки на одного исследователя в 10 странах мира, Россия занимает по этому показателю 10-е место в мире, в 2,9 раз меньше, чем в Китае и в 3 раза меньше, чем в США. В заключение докладчик выделил ряд проблем отрасли переработки пластмасс на нынешнем этапе:

• дефицит квалифицированных кадров у 70% предприятий,
• отсутствие отечественного оборудования по переработке пластмасс,
• не соответствующая современному уровню производительность труда на отечественных предприятиях,
• сильная зависимость от зарубежных марок полимеров, катализаторов и др. добавок.

Далее участники Симпозиума посмотрели видео-выступление Джироламо Дагостино (Италия), менеджера по окружающей среде и устойчивому развитию Совета директоров международных ассоциаций пластмасс (CIPAD). В его докладе был представлен обзор Европейских правил и директив по применению пластика в ближайшие 10 лет и на перспективу до 2050 года с учетом концепции замкнутого цикла для уменьшения вредного влияния полимеров и полимерных отходов на экологию и здоровье человека.

Доклад генерального директора ООО «ИТЕКМА» А.В. Кепмана был посвящен опыту АО «ИНУМиТ» по разработке и внедрению полимерных композиционных материалов для авиакосмической промышленности. Специалисты компании решали задачи по производству углеволокна, по связующему, раскладке волокна и углеткани, технологии вакуумной пропитки при производстве крыла самолета МС 21, в теплонапряженных деталях авиадвигателей и деталях космических аппаратов. Данная тематика непосредственно связана с технологическим суверенитетом России в области авиакосмической отрасли.

Доклад профессора Р.Я. Дебердеева из КНИТУ был посвящен разработке способа твердофазного синтеза стеаратов цинка и кальция с использованием планетарного экструдера. Предложена технологическая схема производственной установки, прошедшая опытно-промышленную эксплуатацию. В законченности этой разработки с последующим выходом на промышленное применение заключается ее высокая практическая ценность.

Доклад профессора В.В. Мясоедовой из АО «ГК «Титан» посвящен современным технологиям создания компаундов на основе порошковой целлюлозы и наноцеллюлозы, которые являются самым распространенным на земле органическими полимерами. Композиционные материалы ГК «Титан» применяются в различных отраслях: в авиа- и судостроении, в автомобильной и железнодорожной, в химической, фармацевтической и др. отраслях.

В докладе генерального директора НПО «Энергогаз» Н. Любимова рассмотрены перспективы использования сверхмолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) в производстве труб, предназначенных для перекачки пластовых сред в нефтегазодобыче, благодаря эксплуатационным свойствам материала. СВМПЭ имеет низкий коэффициент трения, молекулярный вес 5-8 млн, степень кристалличности порядка 70 %, плотность 0,93 - 0,94 г/см3. Для его переработки в изделия традиционные для термопластов методы переработки не применимы, как правило, используются прессование и спекание.

С двумя докладами выступили молодые сотрудники МИПП НПО «Пластик» – о модификации полиимидных пленок дисперсными наполнителями рассказал Е. Бородин, о газопроницаемости многослойных полимерных пленок – А. Щепелев. Исследованные начинающими исследователями полимерные пленки используются в основном в аэрокосмической отрасли, для производства аэростатов, в электронике, т.е. в самых наукоемких областях.

Сообщение И. Фокина из компании «ЛАДА-ЛИСТ» было посвящено собственным разработкам компании в сфере производства полимерных листов из различных марок полимеров толщиной 2-20 мм и шириной до 2100 мм. Объем их производства – до 45 тыс. т/год. Продукция выпускается для разных сфер промышленности, в докладе речь шла о листах из трудногорючего ПП и электропроводящего ПЭ, которые используются в различных областях, где возникает статическое электричество или при вакуум формовании транспортной техники (например, деталей тракторов, квадроциклов и др.).

Познакомиться с производством «ЛАДА-ЛИСТ» участники симпозиума смогли в третий день мероприятия в рамках экскурсий на предприятия.

В секции «Технология переработки» в докладе Ю. Ложечко был представлен опыт разработки технологии литья под давлением крупногабаритных пластмассовых изделий на термопластавтоматах (ТПА) с усилием смыкания в 10-15 раз меньшим, чем при традиционном литье. Разработанная схема смыкания формы использует механические замыкающие элементы на форме, которые противостоят усилию распирания и удерживают форму в сомкнутом состоянии до конца цикла формования. Кроме технической новизны предложенный метод смыкания дает значительные экономические преимущества: капзатраты на ТПА снижаются в десяток раз, энергопотребление снижается в 5-7 раз при эквивалентной производительности и качестве изделий.

Доклад С. Баженова из компании «БИМ Инжиниринг» касался современных способов видеоконтроля процесса литья, которые обеспечивают контроль качества каждой отливки, предотвращают брак при литье, помогают защитить форму от повреждений.

Видео-доклад, представленный Кабардино-Балкарским ГУ им. Х.М. Бербекова был посвящен получению и свойствам ПЭТФ в зависимости от вида термостабилизатора и кратности переработки при экструзии.

Доклад В. Титова из Самарского государственного технического университета был представлен опыт исследования композиционных материалов с наполнителями из абразивных материалов на основе алмазов детонационного синтеза и полимерных (бакелитовых) связующих. В результате получены данные по зависимости концентрации наполнителя на прочность композиции.

Доклад Н. Спиридонова из Тольяттинского государственного университета был посвящен успешному опыту внедрения в массовое производство ультразвуковой технологии сварки стекло-наполненных полимерных изделий. Центром ультразвуковых технологий «ГибридТех» проведены лабораторные исследования, спроектировано и изготовлено сварочное оборудование, которое успешно работает на «АвтоВАЗе», обеспечивая с августа текущего года сборочное производство сварными деталями для обивки дверей и панели приборов.

По прошедшему Полимерному симпозиуму можно заключить, что, несмотря на сложности, отечественная отрасль переработки пластмасс неуклонно растет. Успехи отрасли переработки пластмасс были бы более значимыми, если финансирование науки со стороны промышленности и государства было бы больше, например, на уровне 3,3% от ВВП, как в 1988 году.

В рамках прошедшего в Санкт-Петербурге 28-29 мая 2024 года 12-го Международного полимерного технологического форума (IPTF), собравшего более 400 участников, были представлены 47 докладов по различным направлениям деятельности в области оборудования и технологии переработки пластмасс, включая полимеры и добавки к ним. Наряду с пленарными заседаниями, работали несколько секций по отдельным направлениям – таким, как сырьевое обеспечение отечественной переработки пластмасс и новые решения в сфере добавок, наполнителей, компаундов, современные решения для сектора экструзии и литье под давлением, управление бизнес-процессами и организация полимерной лаборатории, и др.

В данном обзоре будут рассмотрены доклады секции «Литье под давлением: оборудование и технологии», с точки зрения не только их содержания, но и актуальности.

Автоматизация и логистика
Доклад И. Кузьменко «Европартнер» посвящен особенностям автоматизации съема двухкомпонентных литьевых изделий. Наглядно продемонстрировано оригинальное техническое решение по съему из многогнездной формы двухкомпонентных деталей из полиамида. При литье используются горячеканальные формы высокой производительности. Оно успешно проверено на производственной практике – компания располагает современными ТПА фирмы ENGEL, собственной проектной и инструментальной базой, а ассортимент крепежных изделий составляет не одну сотню наименований.

Выступление С. Алексеевой из московской компании «Система» показало особенности работы по поставке импортных комплектующих литьевых форм – таких, как колонки, втулки, БРС и др. общей номенклатурой более 200 тысяч наименований (!) от ведущих компаний в условиях санкционных, логистических и финансовых ограничений. Налаживание связей с зарубежными изготовителями по поставке необходимых комплектующих для форм в условиях санкций – довольно трудная область деятельности, но «Система» сумела освоить весьма сложные логистические цепочки.

По словам докладчика, из года в год наблюдается рост заказов как по номенклатуре, так и по стоимости, что свидетельствует о росте производства форм российскими предприятиями, и это не может не радовать. Использование стандартных комплектующих для форм повышает их качество, т.к. изготовление деталей производится специализированными компаниями из лучших сталей и сплавов, а также снижается стоимость оснастки и уменьшаются сроки ее изготовления.

И снова – ТПА из Китая
В опубликованном ранее обзоре с выставки RUPLASTICA 2024, были рассмотрены литьевые машины из КНР, постепенно занимающие на российском рынке нишу, освободившуюся после ухода западноевропейских производителей. Поскольку тенденция набирает обороты, на IPTF 2024 были представлены новые компании.

Так, доклады И. Литвина («Интерпласт») и Д. Болотова (Eastplast) были посвящены особенностям вертикальных литьевых машин китайской компании TAYU. Компания выпускает до 4000 вертикальных ТПА в год различных модификаций и мощности. Она имеет производственные мощности в трех городах Китая и центры сервисной поддержки по всему миру, включая Россию. В программе TAYU 14 серий литьевых машин: стандартная серия с поворотным и выдвижным столом, с челночным столом, бесколонные машины с вертикальным и горизонтальным узлами впрыска, двухцветные, с заниженным столом, для литья реактопластов и жидкого силикона. В зависимости от модификации объем впрыска машин от 5 до 3000 см3 и усилием смыкания от 12 до 2500 т. Вертикальные машины особенно подходят для электротехнических деталей с металлическими закладными элементами. В отечественной промышленности, связанном с литьем, роль и возможности вертикальных ТПА явно недооценена. Информация о вертикальных машинах ведущей китайской компании восполняет пробел, и, я уверен, даст импульс применению их в отечественной промышленности.

Выступление И. Ганюшина («Формотроник») было посвящено особенностям ТПА китайской фирмы BOLE. Вопреки сложившейся практике в раздаточном пакете форума дополнительных материалов о машинах BOLE не оказалось.

За «электричками» – будущее
М. Рубцов из компании «Промтехнологии» посвятил доклад преимуществам и областям применения электрических ТПА китайской фирмы Tederic. Эти машины имеют усилие смыкания от 60 до 1400 т и объем впрыска от 30 до 6100 см3. Узел смыкания электрических ТПА позволяет добиться КПД 80-90% по сравнению с КПД гидравлических машин 45-80%. Это достигается конструктивными особенностями – только два элемента преобразования энергии от серводвигателя до подвижной плиты: механизм синхронизации и шарико-винтовой пары (ШВП) вместо пяти элементов в гидравлической машине. Кроме того, цикл литья на электрической машине короче за счет больших скоростей пластикации и больших скоростей движения элементов узла смыкания и подвижной плиты, а также за счет запараллеливания ряда этапов, которые на гидравлических машина выполняются всегда последовательно. Электрические машины отличаются более высоким позиционированием двигающихся элементов машины и стабильностью технологических параметров.

Я уверен, что будущее – за электрическими машинами и российским переработчикам нужно догонять ведущие страны по насыщению своего парка машин именно «электричками» – несмотря на то, что пока они дороже гидравлических.

Например, при литье кабельных стяжек (ремешков) в 100 гнездной литьевой форме за год на электрической машине производится на 91908 стяжек больше, чем на гидравлической машине, с одновременной экономией 17893 кВт*ч электроэнергии. В настоящее время компания Tederic производит четвертое поколение электрических машин и позиционируется как самая высокотехнологичная в ряду китайских производителей ТПА, что достигнуто в т.ч. с помощью немецких специалистов.

Cronplex VS БОРЧЕ Машинери?
Литьевого оборудования этих компаний, занимающих два первых места в рейтинге компаний по продаже литьевых машин в России, мы также уже касались в обзоре с RUPLASTICA 2024.

Доклад И. Мукконена из компании БОРЧЕ Машинери был посвящен особенностям ТПА, выпускаемых этой китайской компанией. В настоящий момент БОРЧЕ Машинери Рус располагает двумя центрами продажи машин, совмещенными с сервисными центрами, в Подмосковье и в Республике Татарстан. За последние годы компания активизировала свою деятельность и уверено вышла на второе место по продажам литьевых машин в России. Я думаю, в ближайшие 2-3 года благодаря высокому качеству, разумной стоимости, активному маркетингу и хорошей сервисной поддержке БОРЧЕ может сравняться с Cronplex по числу продаваемых в Россию ТПА.

Выступление М. Калина было посвящено ТПА и периферии китайской компании Cronplex (бывшая «Хайтиан СНГ»), имеющей в течение ряда лет самый большой объем продаж машин в России – до 600 шт./год. Cronplex до сих пор производит самое большое количество машин в год во всем мире. В Россию, начиная с 1993 года, продано более 6000 ТПА различных модификаций и мощности под брендами HAITIAN и Cronplex.

Думаю, в ближайшие годы между двумя китайскими компаниями-производителями литьевых машин – БОРЧЕ Машинери и Cronplex развернется соревнование за первенство на российском рынке, пока на первом месте Cronplex, поживем – увидим.

Оптимистичные выводы
В целом IPTF 2024 в отношении оборудования для литья пластмасс под давлением продемонстрировал ту же тенденцию, которая наблюдалась на выставке RUPLASTICA 2024. В условиях санкций западноевропейские компании перестали поставлять свое оборудование на российский рынок и их с успехом заменили юго-восточные производители, прежде всего китайские.

Динамика продаж ТПА на российском рынке свидетельствует о росте российской промышленности переработки пластмасс в последние годы: по итогам 2022 года отечественные предприятия приобрели около 1500 машин, произведенных за рубежом, в 2023 году – более 2200.

В проходившей в Москве с 23 по 26 января Международной специализированной выставке пластмасс и каучуков RUPLASTICA 2024 приняли участие более 1100 компаний, из них практически половина – зарубежные. Подавляющее количество зарубежных экспонентов были из Азии: Китая, Турции, Тайваня, Узбекистана, Кореи, Казахстана при практически полном отсутствии западноевропейских (кроме итальянских).

При подготовке настоящего обзора было интересно углубиться в особенности представленного оборудования и опосредованно сравнить с западноевропейским, которое присутствовало на выставке еще пару лет тому назад.

Тенденция в отрасли переработки пластмасс – к росту

Сначала обратимся к статистике. В 2023 году по предварительной оценке суммарный импорт перерабатывающего оборудования для пластмасс превысил 833 млн долл., при этом импорт из Китая вырос за три квартала на 55% (!) до 300,5 млн долл. Наибольший рост у турецких компаний составил 135% – до 42,1 млн долл. Импорт оборудования для литья под давлением (по данным Plastinfo) с января по сентябрь 2023 года составил 58,1 млрд руб., что на 63,2% больше, чем за тот же период 2022 года.

Импорт ТПА за три квартала 2023 года составил 1803 шт., и на конец года число поставленных литьевых машин превысило 2000 шт. (в 2021г. – 1183 шт., в 2022 г. – 1449 шт.).

Это свидетельствует о тенденции к росту подотрасли переработки пластмасс по России в течении трех последних лет и, надеюсь, в 2024 году эта тенденция сохранится.

Азиатские ТПА на RUPLASTICA 2024

За два – три последних года произошли изменения в рейтинге компаний по продаже литьевых машин в России. По-прежнему ТПА компании HAITIAN являются самыми продаваемыми: в 2021 г. – 622 шт. (следующая по рейтингу компания – 114 шт.), в 2022 г.- 482 шт. (следующая по рейтингу – 120 шт.). На выставке RUPLASTICA 2024 эта фирма выставлялась под новым брендом CRONPLEX при сохранении всей линейки машин.

Второй по рейтингу стала китайская компания BORCHE, активно продающая свою продукцию в России благодаря широкой линейке и оптимальному сочетанию цена-качество. Следующими по рейтингу стоят ТПА Siger, CML Group, Chen Hsong Group из Китая, тайваньские СYBERTECH, снова китайские Yizumi и Tederic, а также Hurmak (Турция).

Как обычно, экспоненты представляли на выставке от одной до трех ТПА. При этом у них в программе по 20-30 типоразмеров машин и каждая компания имеет намерение продать все типы машин, а не только представленные на выставке. По этой причине мы проанализируем технические характеристики ТПА, представленных не только на выставке, но и в каталогах.

Читатели данного обзора смогут сопоставить возможности компаний-изготовителей на основании двух главных параметров – усилия смыкания и объема впрыска.

CRONPLEX
• Mars V – усилие смыкания 60-1200 т, объем впрыска 49-5767 см3;
• Mars MA/G11 – усилие смыкания 86-1000 т, объем впрыска 120-6371 см3;
• Jupiter – усилие смыкания 450-1200 т, объем впрыска 848-8466 см3;
• Ju/SE – двухплитные сервогидравлические машины с усилием смыкания 450-4000 т и объемом впрыска 1068-60168 см3 (!);
• Venus – усилие смыкания 40-450 т, объем впрыска 12 - 2353 см3;
• ZERE-S – усилие смыкания 40-450 т, объем впрыска 12 -2353 см3;
• MA/F – скоростные машины 270-550 т, объем впрыск 471-1068 см3.

BORCHE (Китай)
• BD – электрические скоростные, усилие смыкания 90-460 т;
• Bi-M/Servo max – сервогидравлические ТПА с усилием смыкания 90-500 т;
• Bi-/Innovo Servo – сервогидравлические ТПА с усилием смыкания 90-500 т;
• Bu/Ultra Maxima – двухплитные ТПА с усилием смыкания 500-9000 т (!);
• BE/Еlectric Absolute – гибридные ТПА с усилием смыкания 120-500 т;
• BV/Speed Vector (BH-V) – с усилием смыкания 120-500 т;
• BM/Multi Shot – ТПА для многокомпонентного литья, усилие смыкания 120-2200 т;
• BS/Servo Superior – для массового литья с усилием смыкания 500-1800 т.

CYBERTECH (Тайвань)
• Вертикальные и горизонтальные ТПА с усилием смыкания 80-2300 т;
• Высокоскоростные машины для тонкостенных изделий;
• Для крупногабаритного литья усилием до 2300 т, впрыск до 20347 см3;
• Двухкомпонентные машины;
• Электрические машины различной мощности.

TEDERIC (Китай)
• Двухплитные ТПА с усилием 550-1700 т и объемом впрыска 1785-11292 см3;
• Электрические машины усилием 60-1400 т, объем впрыска 30-6104 см3;
• Горизонтальные машины с поворотным столом для многокомпонентного литья с усилием смыкания 170-850 т и объемом впрыска 62-1161 см3.

TAIWAN UNION PLASTIC GROUP
• HD – с усилием смыкания 160-3000 т и объемом впрыска 63-2925 см3;
• Двухкомпонентные машины средней мощности;
• Двухплитные ТПА с усилием 450-6600 (!), впрыск 1161-113 097 см3(!)

TOPSTAR (Китай)
• ТЕ 11 – ТПА с усилием смыкания 90-460 т (приводы – электрические, гибридные, гидравлические);
• ТН – двухплитные с усилием 130-2800 т;
• ТМ 11 – с усилием 90-460 т.

HURMAK (Турция)
• Коленно-рычажные ТПА с усилием смыкания 75-750 т;
• Двухплитные с усилием смыкания 110-2700 т и объемом впрыска до 30 000 см3;
• ТПА для многокомпонентного литья и литья с этикеткой;
• Вертикальные ТПА с различным усилием смыкания (стоимостью в 2 раза ниже, чем аналогичные западные).

HMD (Китай)
• EM – электрические с усилием 100-300 т, впрыск 46-862 см3;
• DP – двухкомпонентные машины с поворотным столом, с усилием смыкания 160-850 т и объемом впрыска 93-806 см3;
• SPV – высокоскоростные с усилием смыкания 270-530 т и объемом впрыска 530-987 см3;

TONGJIA (Китай)
ТПА с усилием смыкания 90 – 6000 т (!), объем впрыска 88,7 – 67 905 см3 (!)
Вес ТПА с усилием 6000 т – 230 т, вес формы до 88 т (!)

ТПА – тяжеловесы

Отдельный вопрос – крупные машины по усилию смыкания и объему впрыска. Среди экспонентов выставки четыре компании производят машины для крупногабаритного литья c усилием смыкания от 4000 до 9000 т: CRONPLEX, BORCHE, Taiwan Union Plastic Group, TONGJIA.

Самую большую по усилию смыкания литьевую машину в Азии производит и предлагает BORCHE (9000 т), вторую – Taiwan Union Plastic Group (6600 т), третью – TONGJIA (6000 т).

Эти машины сами имеют внушительный вес – более 300-400 т (!), а вес литьевых форм для них – до 90 т. По этим показателям азиатские машины нисколько не уступают западноевропейским и канадским компаниям.

По объему впрыска самую большую машину производит Taiwan Union Plastic Group (113097 см3), следующие по этому параметру – BORCHE, CRONPLEX и TONGJIA (более 60000 cм3). По моим данным, подобных крупных машин у российских предприятий пока нет.

Привод ТПА – дешево или эффективно?

За последние 25 лет изменился тип привода ТПА во всем мире. Приведем сравнительный анализ по энергоэффективности ТПА в зависимости от типа привода на примере литья полипропилена:

1. с насосом постоянной производительности – 9,92 квт.час/кг;
2. с мультисекционным насосом – 7,49 квт.час/кг;
3. с гидронасосом переменной производительности – 5,34 квт.час/кг;
4. с сервоприводом – 3,04 квт.час/кг

Потенциальному российскому покупателю литьевых машин предлагается выбор: купить более дешевую машину с устаревшим энергоприводом, или более дорогую модель, имеющую экономичный сервопривод, который окупался бы за 2-3 года.

Восток VS Запад?

Если сравнить восточноазиатские и турецкие ТПА с западноевропейскими, то, по моей экспертной оценке, на начало 2024 года уровень восточноазиатских литьевых машин по техническому совершенству и надежности составляет 80% от уровня западноевропейских,

а по стоимости в среднем – 60-65%. При этом по своей компоновке, типу привода, системе управления и технологическим возможностям азиатские машины соответствуют западным.

При течении расплава полимера в литьевой форме наблюдается ориентация полимерных цепей вдоль направления течения от литника к периферии, в результате чего прочность на растяжение вдоль направления литья выше прочности исходного материала и примерно в 2 раза превышает прочность в поперечном (тангенциальном) направлении. Такое свойство при литье называется анизотропией. Известно, что в трубах и трубчатых изделиях, работающих под внутренним давлением наибольшие растягивающие напряжения возникают в тангенциальном направлении, поэтому возникла идея попытаться при литье создать условия для тангенциальной ориентации макромолекул и тем самым увеличить тангенциальную прочность, как бы при помощи самоармирования сильными химическими связями.

Распределение скоростей течения полимеров по толщине трубчатого изделия со впуском расплава вдоль оси показано на рис. 1. При этом ориентация происходит в большей степени в местах максимальных градиентов скорости течения, вызывающих наибольшие напряжения сдвига и приводящие к ориентации и замораживанию. Типичная картина распределения степени замороженной высокоэластичной ориентации по сечению отливки показана на рис. 2. Максимальная ориентация наблюдается в пристенном слое (65 %), минимальная, менее 20%, – во внутренних слоях отливки. Таким образом, в отливке за продольную прочность при растяжении в основном отвечают наружные слои.

Примером технологии получения высокоориентированных высокопрочных литьевых изделий является литье с циклическим прокачиванием расплава в форме PPIM (Push-Pull Injection Molding), показанное схематически на рис. 3.

В результате реверсного прокачивания расплава от двух узлов впрыска через захоложенную форму толщина высокоориентированного полимера постепенно нарастает от стенок формы к середине, и итоговая продольная прочность отливки становится в несколько раз больше прочности исходного изотропного материала.

Повышение прочности вдоль ориентации полимерных цепей и снижение поперечной прочности поясним на молекулярном уровне. В высокополимерах на молекулярном уровне наблюдаются два вида взаимодействий — сильных химических С-С связей основной полимерной цепи и относительно слабых (вандервальсовых связей) между молекулами. Есть третий вид связей – водородные связи, которые ответственны в большей части за адгезионные эффекты. Если рассмотреть в виде примера карбоцепные высокополимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид и др.), то при их растяжении выявлена зависимость энергии активации при разрыве химических Кх и межмолекулярных связей Км (рис. 4). Прочность химических связей в 105 раз выше межмолекулярных связей. Именно сильные связи в первую очередь отвечают за разрывную прочность полимеров. В момент литья происходит перестройка структуры с увеличением концентрации сильных ковалентных связей вдоль ориентации и снижением концентрации сильных химических связей в перпендикулярном направлении.

При реализации поставленной задачи требуется стандартная литьевая машина, литьевая форма с системой охлаждения и вращающимся пуансоном. Экспериментальное опробование разработанной технологии проводилось на литьевой машине с усилием смыкания 100 т, материал полистирол, литьевая форма была оснащена вращающимся пуансоном диаметром 30 мм с подачей и отводом охлаждающей воды. Длина отливки 110 мм с центральным литником по оси изделия, толщина отливки 3 мм; температура литья 230 градусов, давление литья 500 бар, температура формы 40 градусов, время впрыска 4 сек., время выдержки под давлением 8 сек, время выдержки на охлаждение 35 сек., скорость вращения пуансона 80 об./мин. Схема литья показана на рис. 5. На схеме показан вектор скорости по оси (Vx) и вектор окружной скорости (Vy), а также результирующий скоростной вектор (Vсум.), который задает линию ориентации сильных химических связей макромолекул.

Отлитые по новой технологии с вращением и традиционные отливки были испытаны на гидравлическом стенде при 20 градусах с повышением давления с темпом 10 бар/мин. до растрескивания образцов. Традиционные отливки разрушились при давлении 66 бар, образцы с вращением – при давлении 93 бар; разница составила 41%.

Заключение:
1. Разработана новая технология литья под давлением с тангенциальным упрочнением цилиндрических изделий от вращения пуансона со скоростью 60 -100 об/мин.
2. Прочность цилиндрических деталей с тангенциальной ориентацией по сравнению с традиционными отливками оказалась на 41 % выше по результатам максимальных разрушающих давлений при 20 градусах.
3. При вращении пуансона можно отливать детали эквивалентной тангенциальной прочности при меньшей толщине отливки с соответствующей экономией полимерного сырья и уменьшением цикла литья.
4. При дальнейшей проработке данной технологии можно совместить технологию упрочнения с вращением и компаундирование стекловолокном.

Юрий Петрович ЛОЖЕЧКО, к.т.н., заместитель директора МНПЦ по науке.

В XIV Симпозиуме «Полимерная индустрия; Инновации. Эффективность. Ресурсосбережение», проходившем в Нижнекамске, нефтехимической столице Республики Татарстан, приняли участие не только представители более 60 российских и зарубежных компаний полимерной отрасли, но и представители Минпромторга, Союза переработчиков пластмасс России, Союза химиков России, Ассоциации инструментальщиков России, НИИ и конструкторских бюро, вузов и научно-технических центров.

В рамках Симпозиума в течение двух дней были заслушаны 25 докладов по проблемам крупно- и малотоннажной полимерной химии, а также по состоянию и проблемам переработки пластмасс в отечественной индустрии, включая оборудование и оснастку.

Мы постарались проанализировать выступления с точки зрения темы импортозамещения в ситуации санкционных ограничений и логистических сложностей.

Почему отрасль переработки пластмасс России – импортозависима

Общую картину, сложившуюся в отрасли производства полимерных материалов в России, обрисовал в обзорном докладе Президент НО Союз переработчиков пластмасс России Михаил Кацевман. По представленным им сведениям, в России в 2021 году:

- Произведено всех полимеров 7,19 млн т, из них 3,4 млн т отправлено на экспорт (44,5%), 3,99 млн т – на внутренний рынок (55,5%).
- Произведено всех пластмассовых изделий 5,1 млн т, в т.ч. из импортного сырья 1,05 млн т (20%).
- Реализовано в России 6,52 млн т пластмассовых изделий, в т.ч. импортных 1.42 млн т (20%).

Также в докладе обобщены сведения об импортных поставках для подотрасли переработки пластмасс:

- Основного и вспомогательного оборудования, включая запчасти, ПО и испытательное оборудование, – 80-90%.
- Оснастки и периферийного оборудования – 60-80%.
- Полимеров импортных – 20%, добавки импортные – 30-70%.

На отечественном рынке медицинских полимерных изделий общим объемом 156 тыс. т импортные изделия составили 74%, отечественные – только 26%, в т.ч.:

- шприцы импортные 10 тыс. т/год,
- отечественные – 4 тыс. т/год;
- лабораторные пробирки и контейнеры импортные 74%, отечественные – 26%.

Во второй части доклада Михаилом Львовичем дан анализ и сформулированы причины столь неудовлетворительного состояния в отечественной подотрасли переработки пластмасс за последние 8-10 лет и предложены меры для уменьшения импортозависимости от зарубежных стран по различным сегментам. Многие из этих предложений вошли в принятое Симпозиумом обращение к Минпромторгу и Правительству РФ.

Важный тезис, прозвучавший в докладе, актуальный для полимерной отрасли России взят из выступления Президента РФ: «…полное импортозамещение не нужно и невозможно». То есть на данном этапе целесообразно проводить выборочное импортозамещение, цель которого вдумчивое, системное движение к технологическому суверенитету.

Институт пластмасс развивает малотоннажное производство

В докладе д.т.н. Татьяны Ивановны Андреевой (АО Институт пластмасс, Москва) «Термопласты конструкционного и специального назначения. Проблемы. Перспективы» представлены как выпускаемые отечественные конструкционные полимеры, так и новые разработки, намеченные к масштабированию, включая импортозамещающие полимеры.

Так, на ПАО «Казаньоргсинтез» освоены несколько марок поликарбоната. Этот термопласт не горюч, имеет кислородный индекс 37-40%, коэффициент светопропускания 86-89%, модуль упругости 2250 МПа. ПТР 5-ти промышленных марок 2,5-6,5-10,3-22-30 г/10 мин.

Другая группа полимеров – полисульфоны, которые ввиду высокой теплостойкости и прочности используются в основном в специальных областях. Полиарилсульфоны применяются при выпуске препрегов и стеклопластиков с армирующей кварцевой тканью, а также для поверхностной защиты оптических волокон и кабелей. Отдельные марки полиарилсульфонов используются для производства ультрафильтрационных мембран и полых волокон при фильтрации воды и крови.

В институте пластмасс организовано малотоннажное производство ПЭЭК (полиэфирэфиркетон), ПСФ (полисульфон) и целое семейство полиимидов разного состава и областей применения. Знакомство с докладом Татьяны Андреевой дает представление о высоком уровне разработок института в непростых условиях, не уступающем разработкам и материалам ведущих зарубежных компаний.

К сожалению, за последние 30 лет значительно снизился объем финансирования прикладной науки, в том числе в области синтеза и переработки полимеров, в связи с чем пострадали некогда головные (ведущие) научно-исследовательские учреждения такие как НПО «Пластполимер»(С-Пб), ВНИИСС (Владимир), Институт им. Каргина (Дзержинск), НПО «Пластик» (Москва) и др. Это отрицательно сказывается на технологическом суверенитете по крайней в области полимеров и переработки пластмасс в изделия.

НПП «ПОЛИПЛАСТИК» борется с дефицитом малых добавок

В докладе Сергея Гуляева (НПП «ПОЛИПЛАСТИК», Москва) «Сырьевое обеспечение марочного ассортимента компаундов для ведущих отраслей промышленности РФ в современных условиях» приводятся данные о российском рынке композиционных полимерных материалов, на котором компания занимает 1-е место (27%). Так, в 2021 году произведено 90 тыс. т (полная мощность компании 135 тыс. т/год). Ассортимент охватывает более 400 марок и ежегодно расширяется.

Сырьевая база – на 80% российские компоненты, поставки из дружественных стран – более 10%, из недружественных – менее 10%. Как и все компаундирующие компании НПП «ПОЛИПЛАСТИК» работает в условиях профицита российских полимерных марок, примерного баланса российских базовых марок наполнителей и отсутствия малотоннажных марок полимеров, наполнителей и добавок.

Анализируя причину невозможности полного замещения импортных поставок сырья, докладчик называет 3 главные причины: нехватка компетенций (!), отсутствие исходного сырья и отсутствие необходимых технологий (!).

В этих условиях специалисты компании используют несколько приемов импортозамещения:

- омологация российского сырья,
- поиск аналогов и увеличение закупок в дружественных странах и компаниях,
- изменение рецептур с исключением сырья из недружественных стран при сохранении свойств композиции,
- закупка сырья из недружественных стран через третьи страны.

В настоящий момент компания, по данным докладчика, закупает из недружественных стран полимеры 9 наименований (43%), наполнители, в т.ч. тальк 5 наименований на 24%, малые добавки (антипирены, стабилизаторы, красители, сополимеры и др.) 129-ти наименований.

Доклад Сергея Гуляева дает представление о современных довольно непростых бизнес-процедурах в области производства отечественных композиционных полимерных материалов. Хочется пожелать НПП «ПОЛИПЛАСТИК» и дальше поставлять на отечественный рынок так необходимые пластики.

СИБУР продолжает развивать полиолефиновый портфель

Надим Шайдуллин, ведущий инженер-технолог исследовательской лаборатории полиолефинов «Нижнекамскнефтехима» (входит в СИБУР) рассказал о работе предприятия по развитию продуктового портфеля полиолефинов в условиях импортозамещения. В последние полгода на СИБУРе сокращены сроки тестирования и омологации российских катализаторов, малых добавок и новых партий полимеров. В настоящее время объединенная компания СИБУР имеет в своем портфеле 26 марок полипропилена, в т.ч. 4 новые марки. Весь ассортимент полипропилена разбит на 6 групп: рафия – 3 , волокна – 3, литьевые – 7, трубные – 7, плоские пленки – 3, БОПП пленки – 4. Диапазон ПТР – от 0,3 до 55 г/10 мин.

Ассортимент сополимерных марок полипропилена составляют 25 марок, разбитых на 4 группы: статистические (рандом) сополимеры – 7 марок, блоксополимеры – 18 марок, в т.ч. для контейнеров и ТНП – 5, автомобильные и тонкостенные изделия – 3,упаковка для заморозки – 2, для емкостей – 1.

Марочный ассортимент полиэтилена СИБУРА насчитывает 34 марки, разделенных на 7 групп: раздувные пленки – 6, плоские пленки – 5, пленки высокой плотности – 4, выдувное формование – 4, ротационное формование – 2, литье под давлением – 8,трубы – 5.

В связи с импортозамещением СИБУР выпустил 5 марок полипропилена и 4 марки полиэтилена, до конца 2022 года запланировано выпустить еще 5 новых марок. Итого по группе полиолефинов в 2021-2022 гг. освоены 14 новых марок. Результаты СИБУРА по импортозамещению впечатляют, включая материалы разработанные и выпускаемые совместно с партнерами.

Как государство поддерживает полимерщиков

Игорь Ляшков (ФГУП НТЦ «Химвест» Минпромторга РФ) рассказал о текущей ситуации в отрасли химической промышленности и мерах государственной поддержки.

Законодательством РФ предусмотрена возможность получения финансирования путем заключения Специальных Контрактов на создание, модернизацию и освоение производства ПРОМЫШЛЕННОЙ ПРОДУКЦИИ (СПИК 1.0).

Разработку и внедрение современных ТЕХНОЛОГИЙ можно проводить через заключение Специальных Контрактов (СПИК 2.0). Определена процедура заключения СПИК, объемы финансирования, сроки реализации и др. условия.

Кроме перечисленных СПИК 1.0 и СПИК 2.0 разрабатываются и реализуются КОРПОРАТИВНЫЕ ПРОГРАММЫ ПОВЫШЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ (КППК), которые касаются федеральных или региональных компаний.

При включении предприятий химической направленности в Перечень, для этих предприятий Российским фондом развития предприятий (РФРП) предусматриваются льготные условия займа 1-3%, обнуление таможенных пошлин, налоговые льготы и др. преференции.

Общий объем государственной поддержки организаций химического комплекса в 2021 году составил 13,9 млрд рублей, в т.ч. на КППК – 29 шт., на льготную транспортировку товаров – 4 5 шт., по новым инвестиционным проектам – 13 шт. В 2021 году на реализацию 31 проекта по НИОКР предоставлено 990 млн руб. В январе-мае 2022 г. объем гос. поддержки организациям химического комплекса составил 1,24 млрд руб. Объем выделенных заемных средств из РФРП составил 995,5 млн руб., на расходы по НИОКР – 244,8 млн руб.

На 2023-2024 гг. предусмотрено выделение по СПИК 2.0 дополнительно 5,5 млрд руб., на НИОКР — 3 млрд руб.

В докладе также приведена оценка доли импорта в 2021 г. в объеме 30,7 млрд. долларов, в т.ч. из дружественных стран – 37%, из недружественных – 63% (!). Из 79 химических продуктов подпавшим под ограничение в 6-м пакете санкций ЕС не обеспечена внутренним производством 41 позиция (!).

Доклад Игоря Ляшкова дает представление о государственных мерах поддержки предприятий химического комплекса в современных условиях, включая меры по импортозамещению и повышению технологического суверенитета.

Материалы докладов Симпозиума, с одной стороны, являются как бы инвентаризацией дефицитных позиций в обеспечении промышленности отечественными марками полимеров, малых добавок, перерабатывающего оборудования и технологической оснастки, с другой стороны, дают позитивное представление о результатах деятельности отечественных компаний по импортозамещению и масштабной поддержке отечественного полимерного кластера со стороны государства через национальные и региональные программы развития, через финансовые институты с помощью льгот по налогообложению, низкие ставки кредитования, преференции по снижению транспортных издержек и через другие преференции. Несмотря на текущие сложности полимерная отрасль работает устойчиво и нет сомнения, что планы увеличения производства будут воплощены в полном объеме.

В первой части настоящей публикации были даны определения терминов используемых для описания остаточно-напряженного состояния отливок из пластмасс.

Часть 2. Методы определения остаточных напряжений и степени ориентации литьевых пластмассовых изделий

Методы определения упругих остаточных напряжений и степени ориентации высокоэластического характера имеют свои особенности. Остаточные напряжения измеряются в итоге в размерностях кг/см2 или МПа/см2, а степень ориентации материала отливок измеряется в %, которая не может преобразовываться в размерность напряжений.

Все прямые методы определения остаточных напряжений основаны на измерении деформации детали после удаления небольшой ее части, например, расточкой, шлифовкой с последующим пересчетом деформации на напряжения в удаленном слое. Кроме измеренной деформации для расчета напряжения необходимо использовать модуль упругости и коэффициент Пуассона. Формула пересчета упругой деформации в напряжение выбирается в зависимости от формы детали и использованного метода.

Так, при определении напряжений по методу Г. Закса последовательное удаление слоев материала цилиндрической детали может производиться точением снаружи или изнутри, как показано на рис. 3. После снятия каждого слоя проводятся измерения длины и наружного диаметра рассчитываются остаточные напряжения в каждом слое и строятся эпюры осевых, тангенциальных и радиальных остаточных напряжений по сечению.

В случае прямоугольной плоской детали схема разметки образца и последовательного удаления слоев показана на рис. 4. В этом случае ведутся замеры прогиба f на базе 100 мм после снятия каждого слоя и расчетно-графическим способом строится эпюра осевых остаточных напряжений по сечению.

Измерение деформаций детали после удаления каждого слоя требуется проводить в условиях жесткого термостатирования как пластмассовой детали, так и средств измерения во избежание температурных погрешностей. Использование контактных средств измерения размеров приводит к большим погрешностям и не дает надежных результатов.

Ряд исследователей для оценки и сравнения уровня остаточных напряжений используют косвенные методы (табл.1). Однако косвенные методы не позволяют измерить именно напряжения и получают численные результаты в размерностях далеких от размерности напряжений, что снижает их ценность по сравнению с прямыми методами.

Распределение ориентации макромолекул по сечению качественно сходно для всех литьевых изделий из термопластов. Количественно степень ориентации зависит от марки полимера, толщины изделия и технологических параметров литья. Максимальная степень ориентации наблюдается в приповерхностных слоях , минимальная — в срединной зоне, как показано на рисунках 2 и 5.

Метод тепловой усадки является наиболее информативным для определения степени ориентации по слоям детали или литьевого изделия в целом. При этом температура, продолжительность и среда, в которой проводится прогрев, подбираются в каждом конкретном случае. Поскольку величина полной тепловой усадки измеряется десятками процентов, то методически и аппаратурно подобные замеры намного проще , чем для остаточных напряжений.

 

Косвенные методы, представленные в таблице 2, не являются доказательными на 100%, т.к. в большинстве случаев связь подобных методов со степенью ориентации неявная и основана на предположениях тем более, что результаты редко выражаются в процентах (%), как при прямом методе тепловой полной усадке.

Отдельно следует отметить, что поляризационно-оптический метод и метод растрескивания в ПАВ используются как для оценки остаточных напряжений, так и для оценки степени ориентации. При этом невозможно выделить эффект от напряжений и от ориентации, поэтому такая смешанная картина скорее запутывает, а не проясняет суть. К тому же по некоторым данным влияние ориентации на поляризационную картину в сотню раз сильнее влияния упругих напряжений.

В любом случае следует отдавать предпочтение прямым методам исследования по сравнением с косвенными.

Упругие остаточные напряжения по сечению отливки взаимно уравновешены — всегда сжимающие в поверхностных областях и растягивающие в срединных слоях. Более опасны в период эксплуатации остаточные растягивающие напряжения, т.к. на их величину снижаются напряжения от эксплуатационных нагрузок и деталь преждевременно разрушается.

Замороженная ориентация макромолекул полимера имеет как положительные, так и отрицательные последствия. Вдоль течения и ориентации прочность на растяжение в деталях-отливках увеличивается, но поперек течения прочность на растяжение уменьшается — это явление, так называемая анизотропия свойств, должна учитываться конструкторами деталей, конструкторами оснастки, пользователями деталей. Разница разрывной прочности деталей-отливок вдоль и поперек литья может достигать 2-3 раз, хотя в исходном изотропном полимере механические свойства одинаковы в любом направлении. Анизотропия проявляется и в усадке, и в ударной прочности, и в других свойствах.

Настоящая публикация посвящается методическим аспектам остаточно-напряженного состояния отливок из пластмасс — терминологии и методам определения упругой и высокоэластической составляющих. В дальнейшем планируется познакомить читателей последовательно с материальными, конструктивными и технологическими вопросами, влияющими на регулирование составляющих остаточно-напряженного состояния отливок в нужном направлении.

Остаточно-напряженное состояние отливок характеризуется двумя составляющими: упругой и высокоэластической деформациями полимера. Пластическая деформация, которой полимер подвергается при пластикации в цилиндре и при течении расплава в форме у готовой детали отсутствует и остаточной деформацией не является.

Упругая остаточная деформация возникает и фиксируется в объеме детали по мере полного заполнения формы на стадиях выдержки под давлением и выдержки на охлаждение и связана с неравномерным распределением температуры по толщине отливки при застывании полимера.

Остаточные напряжения (residual stresses – англ.) — этот термин наиболее точно отражает наблюдающееся состояние полимера в отливке. Сжимающие (знак –) и растягивающие (знак +) остаточные напряжения взаимоуравновешены по объему литьевой детали и при удалении части детали происходит перераспределение напряжений, приводящее к новому состоянию равновесия. Происходящая и измеренная при этом упругая деформация основной части детали после умножения на модуль упругости Е позволяет количественно определить величину и знак остаточных напряжений в удаленном слое.

В технической литературе и на практике часто используется термин термические напряжения, подразумевающий явление, более точно характеризуемое термином остаточные термические напряжения или сокращенно остаточные напряжения, причиной которых является неравномерность температурного поля по толщине по мере охлаждения. Не все термические напряжения являются остаточными. Термические напряжения в широком плане могут быть временными (исчезающие после выравнивания температуры по объему) и остаточными. При этом слово термические указывает на причину, а слово остаточные — на следствие.

Представляется, что термин внутренние напряжения (internal stresses – англ., innere Spanungen – нем.) сейчас используется не совсем обосновано. Это словосочетание по итогам научно-технической дискуссии еще в 50-х годах признано Комитетом по терминологии АН СССР нерекомендуемым к использованию, рекомендовав использовать термин остаточные напряжения.

Высокоэластическая остаточная деформация возникает на этапе впрыска расплава под действием напряжений сдвига, вызывающих ориентацию макромолекул полимера, которая замораживается в результате неизотермического течения. В практике литья при описании этого явления используется термин ориентация (в %) или степень ориентации (в %).

Ориентационные напряжения — часто используемое словосочетание рассматривается мной как неточное и даже ошибочное, т.к. в размерности напряжений (кг/см2 или МПа/см2), так называемые «ориентационные напряжения» не используются. Все оценки в этом случае производятся в %, пересчета высокоэластических ориентационных деформаций на напряжения не существует.

При изготовлении литьевых деталей с закладными металлическими элементами возникают остаточные напряжения армирования, механизм формирования которых отличается в виду существенно различающихся коэффициентов линейного термического расширения металла и полимера, а не из-за неравномерного температурного поля. Частный случай остаточных напряжений армирования это микронапряжения в литьевых изделиях из стеклонаполненных пластмасс.

Для краткости — остаточно-напряженное состояние литьевых пластмассовых изделий характеризуется двумя составляющими (терминами): остаточные напряжения (кг/см2 или МПа/см2) и ориентация (%); допустимо использование термина термические напряжения, термин ориентационные напряжения по сути ошибочен.

Продолжение: Часть 2.Методы определения остаточных напряжений и степени ориентации литьевых пластмассовых изделий

На заставка фото с сайта erturkkalip.com.tr.

Типичная структура литьевой детали по технологии MuCell представлена на рис.1. Как правило, размер газовых ячеек колеблется от 1 до 50 мкм. В поверхностном слое отливки ввиду быстрого отверждения расплав не успевает вспениться и образуется не вспененная корка.

Физической основой получения микроячеистой структуры является вспенивание расплава полимера с предварительно растворенным в нем под давлением газом при впрыске в форму. На практике используются наиболее доступные газы азот и углекислый газ, которые вводятся в пластикационный цилиндр в последней трети его длины в зоне смешения ближе к мундштуку.

Схема узла впрыска литьевой машины по технологии MuCell показана на рис.2. Чаще всего в качестве вспенивающего агента используется азот, получаемый из воздуха с помощью генератора азота. На схеме показана система преобразования газообразного азота в сверхкритическую жидкость (SCF - super critical fluid), которая через инжектор под давлением насоса и по определенной программе периодически подается в зону смешения шнека. Шнек оснащен двумя обратными клапанами, как правило, кольцевого типа. Передний обратный клапан стандартный, как для обычного литья, задний запирает зону смешения с растворенным в расплаве газом от утечек газа назад к загрузочной зоне. Длина шнека увеличена до L/D = 22- 25. Блок замера состояния расплава расположенный до зоны введения SCF, позволяет корректировать параметры SCF по давлению и температуре применительно к конкретному полимеру и параметрам расплава. При литье по технологии MuCell обязательно использование запираемого сопла, а в зоне на расстоянии 3-5 диаметров от конца шнека располагаются смесительные элементы той или иной конструкции. Процессор ТПА, воспринимая показания блока замера, дает корректировку на вводимый SCF по давлению и температуре с учетом цикличности процесса литья. Смесь полимера и SCF после интенсивного смешения становится однородной (гомогенной).

На диаграмме фазового состояния азота (рис.3) представлены различные состояния азота в координатах давление-температура: твердое, жидкое, газообразное и SCF. Критическая точка для азота по давлению 3,4 МПа, по температуре (минус) -147 °С. Выше этих значений азот находится в состоянии сверхкритической жидкости (SCF). На диаграмме показана область параметров SCF азота, используемых при литье под давлением по технологии MuCell. Для двуокиси углерода критическая точка по давлению 7,4 МПа, по температуре + 31,6 °С. Степень насыщения расплава полимера при литье зависит от типа полимера и для азота составляет в среднем около 1,5 %, для углекислого газа - около 6 %. При использовании азота образуется более мелкоячеистая структура.

 

При технологии MuCell на этапе пластикации в цилиндре действие SCF напоминает введение в полимер низкомолекулярного пластификатора, поэтому требуется температура и давление литья ниже, чем при традиционном литье тех же полимеров. На рис.4 представлены диаграммы давления в форме за цикл при традиционном литье и при MuCell на примере стеклонаполненного ПА 66. Видно, что требуемое давление примерно в 3 раза ниже, что позволяет использовать ТПА с меньшим усилием смыкания и меньших габаритов. Кроме того снижается и время цикла.

При литье MuCell происходит снижение усадки и утяжин за счет вспенивающего агента, а не за счет увеличения давления литья. Коробление отливки намного меньше или вообще отсутствует. Снижение веса отливок составляет 5-40 %, производительность выше на 15-30 %, что сказывается на снижении себестоимости. К негативным особенностям литья по технологии MuCell относится более сложное устройство литьевого оборудования с необходимыми дополнительными элементами и программным обеспечением, которые невозможно реализовать на стандартной литьевой машине.

О других разновидностях технологии литья под давление читайте в моём обзоре: Разновидности технологии литья под давлением термопластов

Компании-экспоненты были представлены в следующих областях: полимерное сырье – 839, полупродукты и пластмассовые изделия – 342, машины и оборудование – 1975, услуги и исследования – 174 компании. Для меня, как переработчика, наибольший интерес представляли павильоны с литьевым и экструзионно-пленочным оборудованием. Наиболее содержательные павильоны, как и раньше, были по экструзионному оборудованию, по литьевому оборудованию, по периферийному оборудованию, по технологической оснастке. Стенды сырьевиков были по обыкновению менее наглядны и, как правило, оформлены в виде пространств для переговоров со столиками и креслами без экспонатов – полимеров или добавок.

Литьё под давлением

Как всегда, в сфере литьевых машин все ведущие компании-производители термопластавтоматов представили свои новинки, большинство из которых в период выставки отливали различные изделия, тут же находившие своих потребителей из числа посетителей. Крупные по площади и количеству машин стенды были представлены у «Енгеля», «Краус Маффай», «Сумитомо-Демаг», «Витман-Баттенфельд», «Хайтиан», «Бой», LG, JSW, Arburg, «Фанук» и др.

Сегодняшняя тенденция в области литьевого оборудования – разработка и поставка не отдельных ТПА, а сложных робототехнических комплексов, включая периферию, технологическую оснастку, роботов. Многие компании продемонстрировали литьевые агрегаты с инновационными технологиями литья, такими как: MuCell, литье с газом, литье с жидкостью, многоцветное литье с использованием «револьверных форм» и форм «вращающийся куб», вариотермическое литье, литье компаундов с длинноволокнистым наполнителем, робототехнические литьевые агрегаты, реализующие концепцию «Индустрия 4.0». Прогресс литьевых машин за последние 15-20 лет обусловлен применением новых электроприводов, использованием управления на базе компьютеров (процессоров), внедрения новых разновидностей литья, новых видов литьевых форм, что наглядно продемонстрировала выставка К 2019.

В рамках выставки, как нам стало известно, проведен очередной раунд переговоров с фирмой «Хурмак Макина» (Турция) по организации сборки 50 литьевых машин на российском ПАО «Атлант». Интересной была беседа с профессором Хельмаром Францем – вице президентом китайской компании «Хайтиан», производящей самое большое количество литьевых машин в мире. Он поделился особенностями подхода компании к развитию бизнеса и некоторым перспективным направлениям в конструкции ТПА, в том числе в разработке принципиально новых способов пластикации полимера при литье. «Хайтиан» в течение нескольких последних лет удерживает первое место в России по числу проданных машин благодаря их высокому техническому уровню, продуманной сервисной поддержке и, что немаловажно, – умеренным ценам на оборудование.

Хочу напомнить, что Х. Франц закончил Московский институт химического машиностроения, он прекрасно говорит по-русски, ему присвоено звание профессора, он долгое время работал в Германии на фирме «Демаг», в том числе в должности генерального директора. Российские коллеги в период выставки в дружеской атмосфере поздравили профессора Франца с днем рождения и пожелали ему здоровья и дальнейших профессиональных успехов.

 

Экструзия

В павильонах с пленочными агрегатами демонстрировались в работе линии для получения многослойных пленок (до 9 слоев) с 5-7 питающими экструдерами. Наиболее впечатляющим было оборудование фирм «Райфенхойзер», «Хосокава Альпине», «Маччи», «Виндмюллер и Хельшер», «Карневали», «Амут». Эти линии были, пожалуй, самыми крупногабаритными экспонатами выставки. Российская фирма «Алеко» из Ростова на Дону презентовала пленочную линию для производства биоразлагаемых пленок. Головки для многослойных пленок по технической сложности и прецизионности часто превосходят сами линии.

Встречи и мероприятия

В период выставки не без труда удалось взять интервью у генерального директора фирмы «Райфенхойзер Гмбх» Ульриха Райфенхойзера – председателя Консультативного Совета участников выставки, который сообщил, что сейчас ведутся переговоры с СИБУРОМ о совместных проектах на ближайшие годы.

Представляется, что под влиянием общественного мнения все больше компаний – как сырьевых, так и машиностроительных, предлагают технические решения по снижению отходов, повышению экологической безвредности процессов и оборудования, повышению энергоэффективности. Если лозунгом предыдущей выставки было «Даешь Индустрию 4.0», то лозунг выставки 2019 года я бы сформулировал как «Даешь экономику замкнутого цикла». В русле этого подхода при решении задач в индустрии пластмасс в период выставки состоялась выездная конференция, проведенная Минпромторгом РФ при участии СИБУРА и др. химических компаний «Зеленая химия и техническое регулирование безопасности химической продукции».

Особый интерес у зарубежных, да и у российских посетителей вызвал «День Российского стенда» организованном на коллективном стенде семи российских компаний, организованном МНПЦ. Репортаж об этом мероприятии ранее был размещен на портале POLY&PRO c фото и видео. Наш стенд с ознакомительной целью и приветствием посетила делегация во главе с Министром промышленности Татарстана, руководитель выставочного комитета К 2019, руководитель департамента станкостроения Минпромторга РФ и др. лица.

Российские специалисты могут в какой-то мере ощутить выставочную атмосферу и познакомиться с новинками индустрии пластмасс на наиболее представительной отечественной выставке Интерпластика 2020, которая пройдёт с 28 по 31 января 2020 года в Москве ВК «Экспоцентр» на Красной Пресне. Я же рекомендую всем, кто работает в индустрии пластмасс, обязательно посетить очередную выставку К в Дюссельдорфе, которая состоится 19-26 октября 2022 года – не пожалеете!