در  شکل  دهی  پلیمرها،  هر  فرآیندی  مقتضیات  خود  را  دارد  که  متناسب  با  آن،  باید  ماده  اولیه  مناسب  انتخاب  شود.  فرآیند  قالبگیری  دورانی  نیز  از  این  قاعده  مستثنی  نیست. 

قالب‌گیری دورانی چیست؟

قالبگیری دورانی یکی از روش‌های شکل‌دهی پلاستیک‌هاست که حدود 2500 شرکت در سراسر جهان از آن استفاده می‌‌کنند و تقریبا 7/0 درصد حجم کل تولید پلاستیک دنیا به این صنعت اختصاص دارد. این قالب‌گیری در اواخر دهۀ 1950 میلادی و با قالب‌گیری پی‌وی‌سی مایع آغاز شد و در ادامه حجم مصرف پلی‌اتیلن بیشتر شد که تا به امروز پرمصرف‌ترین پلیمر این صنعت است.

با وجود سهم نسبتا کم آن در بازار پلاستیک‌‌ها، رشد آن از میانگین صنایع مشابه بالاتر است. انعطاف‌پذیری در طراحی و حجم محصولات که از مخزن پلی‌اتیلنی تا قطعات پیچیده با کاربردی‌هایی در صنایع خودروسازی، پزشکی و هوافضا را در بر می‌گیرد، سبب توجه روزافزون به این روش شکل‌دهی شده است؛ به طوری که روش فرآیند برای شکل‌دهی حباب پیپت با کاربری پزشکی دقیقا مشابه با شکل‌دهی قایق‌های بزرگ هفت‌متری است.

به دلیل این مزایا، اقبال مهندسان و طراحان برای تولید قطعات پیچیده مانند مخازن سوخت و مجراهای مربوط هواپیما روز به روز بیشتر شده است. همچنین توجه روزافزون به این فرآیند شکل‌دهی، نظر تأمین‌کنندگان مواد اولیه را نیز جلب کرده که در توسعۀ هرچه بیشتر این صنعت نقش موثری دارند.

 

قالبگیری دورانی فرآیندی‌ست که در دمای بالا، فشار پائین و به صورت قالب‌باز، با استفاده از حرارت و چرخش دومحوره جهت شکل‌دهی قطعات پلاستیکی توخالی و یکپارچه به کار می‌رود. از این مدل قلب گیری در تولید انواع مخزن مانند مخزن عمودی استفاده میشود.

 

سادگی ظاهری فرآیند قالبگیری چرخشی سبب شده که بعضی صرفاً به آن نگاهی فنی داشته باشند و از جنبه‌های علمی‌تر آن غافل شوند. با این حال، ساخت قطعات پیچیده‌تر و با خواص بهتر و همچنین کوتاه‌تر کردن زمان چرخۀ تولید برای افزایش بهره‌وری، نیازمند توجه ویژه و علمی‌تر به این صنعت است.

در پشت ظاهر سادۀ مراحل فرآیند قالبگیری دورانی، برهم‌کنش‌های پیچیدۀ انتقال حرارت و توزیع مواد که در حین فرآیند درون قالب اتفاق می‌افتد، پنهان شده است. تا همین اواخر، اطلاعات ما در مورد اتفاقات درون قالب بعد از ورود به کوره، ذوب شدن پودر و متعاقباً خنک شدنش به منظور تشکیل قطعه محدود می‌شد.

اما امروزه، اندازه‌گیری دمای درون قالب حین چرخه، اسکن پیوستۀ سطح قالب به منظور خواندن دما و حتی قرار دادن یک دوربین درون قالب به منظور رصد تشکیل قطعه، میسر شده است. قالبگیری دورانی از آن جهت که تمامی مراحل گرمادهی، شکل گیری و خنک‌کاری قطعه، درون قالب و بدون استفاده از فشار انجام می‌شود، در میان روش‌های شکل‌دهی پلاستیک‌ها منحصربه‌فرد است.

 

کاربردهای محصولات تولید شده با روش قالبگیری دورانی

محصولات تولید شده با روش قالبگیری دورانی کاربری گسترده‌ای دارند که از جملۀ آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • کشاورزی (مخازن ذخیره‌سازی، مخازن سمپاش)
  • خودروسازی (پنل‌های داخلی، مخازن سوخت، سامانه‌های ورودی هوا)
  • ساختمان‌سازی و راه‌سازی (مخازن آب، سپتیک تانک، موانع ترافیکی)
  • لوازم خانگی (قطعات جاروبرقی، میز و صندلی)
  • صنعتی (مخازن مواد شیمیایی، محفظه‌ها، قطعات کنترل آلودگی و خوردگی)
  • باغبانی (حفاظ و مخزن سوخت ماشین چمن‌زنی)
  • صنایع دریایی (سکوهای شناور، بویه‌ها، مخازن سوخت)

بیشتر بخوانید: منبع انبساط چیست؟

تاریخچۀ قالبگیری دورانی در ایران

شروع این صنعت در ایران از 1353 بود. در سال 1371 اولین ماشین قالبگیری دورانی با سیستم حرارتی الکتریکی، توسط آقای مهندس محمدعلی گلستانی در ایران ساخته شد. دو سال بعد ایشان اولین ماشین قالبگیری دورانی با سوخت فسیلی را طراحی نمودند و به سبب بیش از 25 سال تلاش در راه توسعۀ این صنعت در ایران، از ایشان به عنوان پدر صنعت روتومولدینگ ایران یاد می‌شود.

سال 1377 اولین خط تولید این شرکت راه‌اندازی و در سال 1385 یک ماشین قالب‌گیری دورانی بسیار پیشرفته توسط مجتمع پلاستیک طبرستان وارد ایران شد. سه سال بعد، اولین ماشین قالبگیری چرخشی با سیستم کنترل اتوماتیک و کورۀ متحرک طراحی و به عنوان اولین اختراع در حوزۀ ساخت ماشین‌آلات قالبگیری دورانی در ایران ثبت گردید. در سال 1389 نیز پلی‌اتیلن شبکه‌ای شده برای اولین بار در ایران در مجتمع پلاستیک طبرستان در خط تولید قرار گرفت و به عنوان نخستین اختراع در حوزۀ تولید محصولات قالبگیری دورانی در ایران ثبت شد.

در سال 1390 مدیران این مجموعه، شرکت فراصنعت طبرستان را با هدف ساخت انواع ماشین‌آلات قالبگیری دورانی، قالب‌ها و کلیۀ لوازم جانبی این صنعت احداث نمودند.

ویژگی‌های مواد اولیۀ مورد مصرف در قالبگیری دورانی

 

در شکل‌دهی پلیمرها، هر فرآیندی مقتضیات خود را دارد که متناسب با آن، باید مادۀ اولیۀ مناسب انتخاب شود. فرآیند قالبگیری دورانی نیز از این قاعده مستثنی نیست. برای انتخاب پلیمر مناسب برای تانکر آب پلاستیکی که قابلیت استفاده در فرآیند قالبگیری دورانی را داشته باشد، باید به نکات زیر توجه کرد:

 

  1. مادۀ مورد استفاده باید از پایداری حرارتی (thermal stability) مناسبی برخوردار باشد تا خواص آن حین فرآیند اختلاط مذاب (melt compounding)، آسیاب کردن و همچنین زمان طولانی فرآیند قالبگیری دورانی افت نکند. بیشتر مواد مورد استفاده در این فرآیند با آنتی اکسیدان (antioxidant) پایدارسازی می‌شوند تا چرخه های حرارت‌دهی طولانی مدت حین قالبگیری دورانی روی خواص محصول تاثیر منفی نگذارد و محصولات از عمر بالایی (خصوصا در مورد کاربری در فضای آزاد) برخوردار باشند.

 

  1. برای پودرها، ویسکوزیتۀ مذاب در تنش پایین (low-shear melt viscosity) باید به اندازه‌ای پایین باشد که هم قابلیت ترکنندگی سطح داخلی قالب را داشته باشد و هم بتواند به صورت همگن درآید. معیار متداول برای ارزیابی این ویژگی شاخص جریان مذاب (melt flow index) یا MFI است که به صورت g/10 min گزارش می‌شود. شاخص جریان مذاب بیشتر پلی‌اتیلن‌های تجاری متداول در قالب گیری دورانی بین 2 g/10 min و 8 g/10 min ( با وزن kg 15 و در دمای °C 190 است. برای قطعات پیچیده‌تر ممکن است نیاز به پلیمرهایی با شاخص مذاب بالاتر باشد.

 

  1. استحکام ضربه (impact strength) مناسب عموما برای کاربری در دماهای پایین اهمیت حیاتی دارد، اما برای بیشتر کاربری‌های عمومی نیز با اهمیت است. عموما این انتظار می‌رود که مواد تا دمای °C 40- عملکرد ضربۀ مناسبی داشته باشند.
  2. مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش محیطی (environmental stress crack resistance) یا ESCR توانایی مقاومت ماده در شرایطی است که به صورت طولانی‌مدت در معرض عوامل ترک‌زا قرار بگیرد. موادی با مقدار ESCR بالای 1000 ساعت عموما در بازۀ مورد قبول قرار می‌گیرند.

 

  1. استحکام خمشی و کششی (flexural and tensile strength) باید برای کاربری نهایی قطعه ساخته شده از این مواد مناسب باشد. استحکام مواد ساخته شده از پلاستیک های مهندسی مانند پلی آمید و پلی کربنات عموما نسبت به پلیمرهای با کاربری عمومی بالاتر است.

 

  1. ازدیاد طول تا پارگی (elongation to failure) برای بیشتر کاربری‌ها باید بالا باشد.

 

  1. جریان آزادانه پودر و خواص انتقال حرارتی مناسب تا ماده بتواند به صورت یکنواخت و با سرعت مناسب در حین چرخۀ حرارت‌دهی در قالب، توزیع شود. جریان نامناسب پودر روی ظاهر نهایی و ضخامت قطعه اثرگذار خواهد بود.