กระบวนการหมุนขึ้นรูป (Rotational Molding Process)

การขึ้นรูปแบบหมุน (Rotational Molding Process) คืออะไร

กระบวนการขึ้นรูปแบบหมุน (Rotational molding process) หรือเรียกอีกชื่อว่า "โรโตโมดิ้ง (Rotomolding)" คือวิธีการใช้การหมุนของแม่พิมพ์ในห้องให้ความร้อน (heated chamber) เพื่อให้ชิ้นงานพลาสติกเกิดเป็นรูปร่าง กระบวนการขึ้นรูปแบบนี้จะเหมาะในการผลิตชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่มากๆ กลวงและจะไม่มีรอยเชื่อม เช่ง ถังพลาสติกขนาดใหญ่ ขนาดความจุ 25,000 ลิตร, ลังพลาสติกขนาดใหญ่ แต่อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ก็ได้ใช้ในการผลิตลูกปิงปองซึ่งมีขนาดเล็กด้วยแต่นิยมผลิตของที่มีขนาดใหญ่มากกว่า
กระบวนการขึ้นรูปแบบหมุนจะไม่ใช้ความดัน ดังนั้นแม่พิมพ์จึงมีราคาถูกและทำได้ง่าย อุณหภูมิที่ใช้ในกระบวนการขึ้นรูปแบบนี้จะต่ำกว่าในกระบวนการขึ้นรูปแบบอื่นๆ เพราะ พลาสติกไม่ได้ถูกให้หลอมโดยสมบูรณ์

วิธีการขึ้นรูปแบบหมุน (Rotational Molding Process)

วิธีการขึ้นรูปพลาสติกแบบหมุนประกอบไปด้วย
การใส่พลาสติกในกระบวนการขึ้นรูปแบบหมุน
(a) Charging การใส่พลาสติก
การให้ความร้อนในกระบวนการขึ้นรูปแบบหมุน
(b) Heating การให้ความร้อน
การหล่อเย็นในกระบวนการขึ้นรูปแบบหมุน
(c) Cooling การหล่อเย็น
การนำชิ้นงานออกในกระบวนการขึ้นรูปแบบหมุน
(d) Demolding การนำชิ้นงานออก
รูปที่ 1 ขั้นตอนในกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกแบบหมุน
เครื่องขึ้นรูปแบบหมุนในโรงงานพลาสติก
รูปที่ 2 เครื่องขึ้นรูปแบบหมุนในโรงงานพลาสติก

1. การใส่พลาสติก

ขั้นตอนนี้ทำโดยการชั่งน้ำหนักของวัสดุเริ่มต้น (starting meterial) ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นผงพลาสติกละเอียด (finely ground thermoplastic powder) แม่พิมพ์จะเคลือบด้วย mold releasing agent (Mold release agents คือ น้ำยาถอดแบบ หรือชื่อที่รู้จักกันในวงการอุตสาหกรรม น้ำยาถอดแบบแม่พิมพ์ นิยมเรียกสั้นๆว่า โมลด์รีลิส (Mold release) คุณสมบัติของ น้ำยาถอดแบบแม่พิมพ์ คือเป็นชั้นกั้น (Barrier) ระหว่าง พื้นผิวของชิ้นงานที่ต้องการ (Substance surface) กับ ผิวของแม่พิมพ์ หรือแบบพิมพ์ (Molding surface) ซึ่ง mold releasing agent นี้ไม่จำเป็นต้องทาใหม่หลังจากการผลิตทุกครั้ง) หลังจากใส่วัสดุแล้ว แม่พิมพ์จะปิดโดยกลไกอย่างง่าย เมื่อฝาของแม่พิมพ์ปิดเข้ามา แม่พิมพ์ก็จะเคลื่อนเข้าไปในเตาที่ซึ่งมันจะถูกให้ความร้อน
ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ใช้วัสดุ phenol-formaldehyde resins ในการอัดขึ้นรูป
รูปที่ 3 แสดงการใส่พลาสติกลงในแม่พิมพ์การขึ้นรูปแบบหมุน

2. การให้ความร้อน

ขั้นตอนนี้ทำในเตาซึ่งจะต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะให้แม่พิมพ์ทั้งอันเข้าไปได้ และหมุนได้อย่างอิสระแม่พิมพ์จะหมุนอย่างต่อเนื่องไปเรื่อยๆ ตลอดวงจรการให้ความร้อนและการหล่อเย็น และเนื่องจากวงจรการให้ความร้อนมักจะกินเวลานาน ดังนั้น ปกติจะใช้แม่พิมพ์หลายตัวในการหมุนไปพร้อมๆกัน ระหว่างวงจรการให้ความร้อน การหมุนของแม่พิมพ์จะทำให้ผงพลาสติกกลิ้งไปมาภายในแม่พิมพ์ ผงพลาสติกจะเริ่มร้อนและเหนียวและจะเริ่มติดเข้ากับผนังของแม่พิมพ์จะมารวมกันในลักษณะเป็นมวลต่อเนื่อง (Continuous mass) ที่เราเรียกว่า "fusion" Fusion เกิดได้เพราะอนุภาคของวัสดุอยู่ในสถานะพลังงานต่ำเมื่อจำนวนพื้นที่ผิวลดลงจำนวนพื้นที่ผิวที่น้อยที่สุดที่จะเป็นไปได้ ก็คือ เมื่ออนุภาคของวัสดุรวมเป็นมวลของแข็งเดียวโดยไม่มีพื้นผิวภายใน ดังนั้นสถานะของพลังงงานที่ต้องการจะเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคของวัสดุรวมเข้าด้วยกัน Fusion เป็นกระบวนการซึ่งมีการรวมตัวของวัสดุ ไม่ใช้วัสดุซึ่งหลอมและเปลี่ยนสถานะไปเป็นของเหลวแล้วแข็งตัวใหม่ วัสดุในกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยการหมุนจะไม่เคยหลอมอย่างแท้จริง
ความร้อนในพลาสติกจะเริ่มร้อน
(a) Start
พลาสติกในแม่พิมพ์กระจายตัวในแม่พิมพ์
(b) Tumbling and beginging of coating
พลาสติกที่เคลือบเต็มแม่พิมพ์แต่ยังคงแยกตัวอยู่
(c) Fully coated but still disrete particles
พลาสติกที่เคือบผิวแม่พิมพ์ค่อยๆหลอมละลาย
(d) Fused caoting
รูปที่ 4 วิธีการให้ความร้อนของกระบวนการหมุนขึ้นรูปพลาสติก
เนื่องจาก วงจรการให้ความร้อนจะเป็นส่วนที่ยาวนานที่สุด ดังนั้น จึงเป็นขั้นตอนการกำหนดอัตราความเร็วของกระบวนการขึ้นรูปด้วยการหมุน (rate- determining step) วงจรการทำงานจะยาวขึ้นถ้าชิ้นงานพลาสติกมีความหนาขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของพลาสติกบนแม่พิมพ์จะทำหน้าที่เป็นคล้ายฉนวนกั้นความร้อนจากภายนอก
ในการที่จะให้ความหนาของผนังที่สม่ำเสมอ (Even coating of mold wall) แม่พิมพ์ควรจะต้องหมุนมากว่า 1 แกน เข่น 2 แกน (biaxial) ดังรูปที่ 5
การหมุนแบบ 2 แกน ในการขึ้นรูปพลาสติกแบบหมุน
รูปที่ 5 การหมุนแบบ 2 แกน
แม่พิมพ์ที่มีการหมุนแบบ 2 แกนจะมีการทำงาน ดังนี้
1. การหมุนของทั้ง 2 แกนพร้อมๆ กัน
2. ความเร็วในการหมุนจะต่างกัน โดยทั่วไป ความเร็วในการหมุนของแกนหลักจะมากกว่าแกนรอง โดยมีอัตราส่วนระหว่างแกนหลักกับแกนรอง ดังนี้
สูตรคำนวนความเร็วในการหมุนของแกนหลักและแกนลอง
ตารางที่ 1 อัตราส่วนความเร็วในการหมุนระหว่างแกนหลักกับแกนรองสำหรับวัสดุรูปทรงต่างๆ
Speed Ratio
Shapes
8:1
Oblongs, straight tubes (mounted horizontally)
5:1
Ducts ท่อ
4:1
Cubes, balls, rectangular boxes, most regular 3-D shape
2:1
Ring, tires, mannequins, Flat shapes
1:2
Parts that show thining when run at 2:1
1:3
Flat rectangle, suitcase shapes
1:4
Curved ducts, pipe angles, parts that show thinning at 4:1
1:5
Vertically mounted cylinders
4. ความเร็วในการหมุน ไม่ควรเกิน 60 r.p.m.
5. การให้ความร้อนอากาศภายในแม่พิมพ์ จำทำให้มีการแพร่ขยายของอากาศ และเพื่อหลีกเลี่ยงการเพิ่มขึ้นของความดันภายใน ซึ่งจะไปทำให้แม่พิมพ์เสียรูปร่างได้ จะใช้รูระบายอากาศเจาะเข้าไปภายใน และเพื่อป้องกันไม่ให้เรซินหรือพลาสติกเข้าไปอุดรูระบายอากาศนี้เราจะใช้เส้นใยแก้วจำนวนน้อยๆ ซึ่งจะเห็นรูเล็กๆ ในชิ้นงานอันเกิดเนื่องจากรูระบายอากาศนี้

3. การหล่อเย็น

เกิดขึ้นหลังจากที่พลาสติกเกิด fusion โดยสมบูรณ์แล้วโดยที่ไม่มีการหยุดหมุน แม่พิมพ์จะถูกย้ายไปยังหน่วยหล่อเย็นที่ซึ่งชิ้นงานจะถูกทำให้เย็นตัวลงเร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยไม่ทำใช้ชิ้นงาน หดตัวจากแม่พิมพ์ เพราะถ้ามีการหดตัวเกิดขึ้น จะทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของชิ้นงาน เพราะฉะนั้นอัตราการหล่อเย็นจึงมีความสำคัญ และต้องมีการควบคุม
การหล่อเย็นที่เร็วที่สุดทำได้โดยการสเปรย์ด้วยน้ำเย็นไปบนผิวแม่พิมพ์ ส่วนการหล่อเย็นที่ช้าลงมาทำได้โดยใช้การพรมน้ำธรรมดา (ละอองน้ำ) และช้ากว่านั้นคือ การเป่าลมเย็นบนแม่พิมพ์ แม่พิมพ์จะถูกทำให้เย็นด้วยอากาศแล้วหลังจากนั้น จะทำให้เย็นโดยสมบูรณ์ด้วยการสเปรย์น้ำหลังจากการหล่อเย็นชิ้นงานจะถูกย้ายออกที่หน่วยนำชิ้นงานออก
การหล่อเย็นกระบวนการขึ้นรูปด้วยการหมุนด้วยการสเปรย์ด้วยน้ำเย็น
รูปที่ 6 การหล่อเย็นด้วยการสเปรย์ด้วยน้ำเย็น

4. การนำชิ้นงานออก

เริ่มโดยการเปิดฝาแม่พิมพ์เอาชิ้นงานที่เย็นตัวลงแล้วออกมา

5. ข้อดีและข้อเสียของการขึ้นรูปพลาสติกแบบหมุน

กระบวนการขึ้นรูปพลาสติกแบบหมุนเมื่อเทียบกับกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกแบบอื่นๆ
ข้อดี
ข้อเสีย
ความดันต่ำ
ผลิตได้เฉพาะชิ้นงานที่มีรูปร่างง่ายๆ
ราคาแม่พิมพ์ต่ำ
การควบคุมความแม่นยำในด้านขนาดไม่ค่อยดี
ความหนาที่บริเวณมุมของชิ้นงานมากจึงแข็งแรง
วงจรการผลิตนานกว่า
ผลิตชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่มากได้
สมบัติทางกลไม่ค่อยดี
ชิ้นงานปราศจากความเค้น
จำกัดชนิดของพลาสติกที่ใช้ได้ในกระบวนการนี้
เปลี่ยนสีและชนิดของพลาสติกง่าย
เปลี่ยนแม่พิมพ์ได้ง่าย

6. การเลือกชนิดพลาสติกในการชึ้นรูปด้วยการหมุน

1. มีความเสถียรต่อความร้อน (Thermal stability) สูง
2. อุณหภูมิในการเกิด fusion ไม่ควรสูงมาก เช่น วัสดุวิศวกรรมบางตัวจะมีค่า Tg สูง (ใช้เป็นค่าประมาณอุณหภูมิในการเกิด fusion) จะไม่ดีเนื่องจาก การเกิด fusion ที่มีประสิทธิภาพจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้ภายในประสิทธิภาพของเตาในเครื่องขึ้นรูปแบบหมุน
3. ความสามารถในการบด (Grindability) พลาสติกจะต้องสามารถถูกบดให้เป็นผงละเอียดได้ ถ้าเป็นพลาสติกที่มีอุณหภูมิการหลอมต่ำมาก จะไม่ดีเพราะถ้าบดในเครื่องบดความเร็วสูงแล้วอาจเกิดการหลอมได้
4. การกระจายขนาดอนุภาค (Particle distribution) ควรแคบเพราะถ้ามีอนุภาคที่เล็กมากปนอยู่กับอนุภาคที่ใหญ่จะทำให้การรับความร้อนจะแตกต่างมากและอาจนำไปสู่ ความหนาที่ไม่เท่ากันของชิ้นงาน
5. ความสามารถในการถูกเท (Pourability) ผงพลาสติกจะต้องไหลได้ง่ายโดยปราศจากการให้ความดันภายนอก โดยวัดจากเวลาที่ใช้ในการให้ผงพลาสติกที่มีน้ำหนักจำนวนหนึ่งไหลผ่านกรวยโดยมีอัตราการไหลต่ำสุดประมาณ 185 g/min
6. ความหนาแน่นโดยรวม (Bulk density) ยิ่งสูงยิ่งดี เพราะ อนุภาคจะสามารถอัดติดกันได้ดี
8. ความสามารถในการเกิด fusion (Fusability) ถ้าน้ำหนักโมเลกุลสูงมาก อนุภาคจะต้องใช้พลังงานมากเกินไปในการเคลื่อนที่ไปด้วยกัน ซึ่งอาจต้องใช้อุณหภูมิสูงขึ้นและอาจเป็นเหตุให้เกิดการเสื่อมสภาพ ถ้าน้ำหนักโมเลกุลต่ำมากวัสดุจะหลอมแทนที่จะเกิด fusiion
สำหรับ HDPE ค่าดัชนีการไหลที่ใช้อยู่ช่วง 3-70 ค่าดัชนีการไหลสูงจะใช้กับชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อน เพื่อให้ได้การไหลที่ดี ส่วนค่าดัชนีการไหลต่ำจะใช้ถ้าต้องการความเหนียว ความทนต่อแรงกระแทก
ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ได้จากกระบวนการหมุนขึ้นรูปจะมีลักษณะใหญ่และกลวง
รูปที่ 5 ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ได้จากกระบวนการหมุนขึ้นรูป
โรงงานพลาสติก L.A PLastic
129/20 หมู่4 ซ.เพชรเกษม99 แยก 5
ต.อ้อมน้อย อ. กระทุ่มแบน
จ.สมุทรสาคร 74130 ประเทศไทย

TEL: 081-903-4147

Email: la2plastic@gmail.com
line qr come ติดต่อโรงงานผลิตพลาสติก
LINE ID: @laplastic
https://www.facebook.com/laplastic
Copyright © 2008 by "L.A PLASTIC"  •  All Rights reserved www.laplastic.biz Tel: 081-9034147