Аркабаева З.Р.

Международная Образовательная Корпорация

Казахская головная архитектурно-строительная академия, Казахстан

Вакуумные мембранные прессы

В 1937 г. в Германии был запатентован мембранный вакуумный пресс. в массовое производство технология мембранного пресса стала востребованной в конце XX века [1].

В деревообработке первый промышленный мембранный пресс на базе однопролетного гидравлического пресса появился в 1978 г. Пик производства этих прессов происходил на 90-е гг. XX века [2].

Развитие технологий объемного фрезерования на станках с программным управлением упростило изготовление рельефных компонентов из MDF и клееного щита из массивной древесины [3]. Однако существующие технологии отделки рельефных поверхностей имеют определенные недостатки. Лак наносился неравномерно, со временем мутнеет и трескается, эмали выцветают, а покрытия были недолговечны.

Одним из решение этой проблемы является отделка рельефных поверхностей термопластичными пленками.

Современные полимерные пленки долговечны, а имитация текстуры дерева на их поверхности была усовершенствована. Использование таких мембран устраняет необходимость шлифовании поверхности, нанесение лаков и другие технологии.

Прессы условно делятся на вакуумные и мембранные. В обеих случаях для прижима пленки к детали чаще используется вакуумный насос, создающий разрежение воздуха под облицовочной пленкой [4].

Применение пленки расширяет технологические возможности пресса.

Для облицовки в основном используются пленки на основе ПВХ толщина которых составляет от 0,2 до 0,55 мм [5]. Температура нагрева в пленочном прессе достигает 140–160°C, ширина мембраны составляет 1300 мм. Поскольку шпон негерметичен, облицовка заготовок производится только мембранным способом.

Нагревание пленки до 100°C сопровождается усаживанием, в результате чего образуется эффект памяти.

При нагревании листа ПВХ до 100°C усаживается на 0,5% до нанесения на панель, а нанесенный на панель усаживается на 50%. Это объясняется тем, что во время термической обработки лист поливинилхлорида подвергается сильному расширению и растягиванию, толщина листа уменьшается с 0,4 до 0,2 мм. Для того, чтоб не срабатывал этот эффект при повторном повышении температуры, нужно подобрать подходящее параметры (давление, температуру и длительность прессования).

На качество производства влияют параметры используемого клея: способ нанесения, продолжительность и условия отверждения, параметры грунтовки внутреннего покрытия синтетических пленок и внешние климатические условия, а также расход и долговечность. Чаще всего используются дисперсионные полиуретановые клеи, например, Jowapur 150.51. На поверхность заготовки клеи могут наноситься как напылением в несколько слоев, так и приспособлением с эластичным валиком, если поверхность заготовки не имеет глубокого рельефа.

Вакуумный прижим используется как правило, для прижатия облицовки к деталям. Под воздействием давления атмосферного воздуха и воздуха в вакуумном мешке эластичный материал прижимает к детали облицовку. в случае расположении подушки над деталью с облицовкой, а сверху и снизу установить неподвижные плиты может обеспечиваться прижим, за счет избыточного давления воздуха, воды под мембраной.

На плоскости стола на специальных подложках заготовки с предварительно нанесенным и просушенным термоактивным слоем клея равномерно размещаются, над всей плоскостью стола укладывается и фиксируется прижимной рамкой термопластичная пленка. Для равномерного прогрева мембраны до необходимой температуры заготовка поступает в рабочую зону пресса. После нагрева начинается этап прессования. В результате атмосферное давление до 9 т/м², равномерно прижимает к поверхности заготовок разогретую мембрану, а высокая температура активирует слой клея. После выдержки под давлением в течение 2-3 минут процесс останавливают, и заготовки обрезаются по контуру детали.

Мембранные прессы используются для склеивания гнутых заготовок, например, дверей мебельных гарнитуров. На стол пресса устанавливается криволинейный матрица, на который укладывается пакет листов шпона с нанесенным на них клеем, толщина которая составляет 0,6–0,8 мм. После технологической выдержки заготовка поступает на механическую обработку.

Вакуумные прессы по принципу действия делятся на следующие четыре типа: однокамерные, двухкамерные, трехкамерные и двухмембранные.

В однокамерных прижим пленки осуществляется атмосферным давлением. В двухкамерных прессах первая камера образуется между столом пресса и облицовочной пленкой, а вторая образуется между пленкой и мембраной. Третья камера в трехкамерных прессах формируется между нагревательным элементом и мембраной. Двухмембранные камеры предназначены для двусторонней облицовки.

Давление в простых вакуумных прессах не превышает 0,95 кг/см², в более сложных моделях достигает 8,5 кг/см². Для облицовки деталей со сложным профилем или при использовании натурального шпона требуется давление около 5–8 кг/см².

В разных моделях вакуумных прессов смыкание стола и нагревателя происходит по-разному. В одних подвижным является стол, в других – нагреватель. Существуют конструкции без подвижных элементов, которые работают за счет направленного движения нагретого воздушного потока.

Станки также делятся по принципу прогрева пленки. При контактном способе пленка непосредственно соприкасается с нагревателем, при бесконтактном – прогревается с помощью инфракрасных ламп или термоэлектрических нагревателей, компрессоров или вентиляторов (конвективный метод).

Прессы подразделяются на односторонние и двусторонние. Прессы двустороннего действия используются при облицовке сборных дверей, фигарейных филенок и других изделий. Некоторые прессы способны облицовывать L-образные детали [6].

Существуют прессы, в которых загрузка и выгрузка происходят в автоматическом режиме – программное устройство синхронизирует весь процесс от загрузки пакета с переднего стола с приводным конвейером до выгрузки готового изделия на задний приемный роликовый стол.

В большинстве прессов мембрана устанавливается на специальной раме с герметичным уплотнением по верхнему и нижнему периметру. Эта рама может быстро сниматься, превращая при необходимости двухкамерный пресс в однокамерный, а трехкамерный – в двухкамерный. Подобное решение позволяет тонко управлять процессом облицовки и выбирать режим прессования, подходящий технологии компании.

При мембранном прессовании в камере между мембраной и пленкой создается вакуум, обеспечивающий их контакт, а в камеру над мембраной подается горячий воздух, который обеспечивает необходимое для прессования давление.

Мембрана решает несколько задач. Во-первых, она равномернее прогревает пленку, чем просто горячий воздух. Во-вторых, мембрана служит своеобразным каркасом. Она противодействует разрывам пленки и не допускает проникновения воздуха под мембрану. Это исключает брак в облицовке, если герметичность пленки нарушена. В-третьих, она равномернее передает тепло к торцевым поверхностям заготовки.

После прижатия давление в верхней и средней камере выравнивается. При этом воздух, поступающий в среднюю камеру, отделяет пленку от мембраны, и облицовка происходит подобно безмембранному методу, с той лишь разницей, что пленка оказывается равномерно прогретой. По завершении прессового цикла в нижнюю камеру под давлением подается холодный воздух для предварительного охлаждения заготовки. Это позволяет избежать отслаивания пленки с детали при снятии с пресса, когда деталь еще не остыла.

Мембрана является расходным материалом и при соблюдении правил эксплуатации выдерживает около 3000 рабочих циклов. Средний срок ее службы не превышает двух месяцев.

Литература

1. D.E. Walsh, Do It Yourself Vacuum Forming for the Hobbyist, Workshop Publishing, Lake Orion, MI, 2002.

2. Soroka, W, "Fundamentals of Packaging Technology", IoPP, 2002.

3. Yam, K. L., "Encyclopedia of Packaging Technology", John Wiley & Sons, 2009.

4. N.A. Elsayed, M.A. Barrufet, M.M. El-Halwagi An integrated approach for incorporating thermal membrane distillation in treating water in heavy oil recovery using SAGD // J. Unconv. Oil Gas Res., 12 (2015), pp. 6–14.

5. H. Kiai, M.C. García-Payo, A. Hafidi, M. Khayet Application of membrane distillation technology in the treatment of table olive wastewaters for phenolic compounds concentration and high quality water production // Chem. Eng. Process.: Process Intensification, 86 (2014), pp. 153–161.

6. M.A.E. Abu-Zeid, Y. Zhang, H. Dong, L. Zhang, H. Chen, L. Hou A comprehensive review of vacuum membrane distillation technique // Desalination, 356 (2015), pp. 1–14.