Historie a rozvoj vstřikování plastů v ČR

To bylo v roce 1870 (USA patenty č. 91 341 a 105 338). Na zpracování tohoto materiálu postavili bratři Hyattové zařízení, sestávající z parou vytápěného válce s hydraulickým pístem (vertikální poloha) a tryskou, umístěnou kolmo na osu válce a dosedající na dvoudílnou ocelovou formu, která byla uzavírána druhým hydraulickým válcem. Vtok byl veden přímo do dělicí roviny formy (USA patenty č. 133 229 z r. 1872 a č. 202 441 z r. 1878). Toto byl první vstřikovací stroj, na kterém byly vyrobeny první výstřiky: nitrátem celulózy byly obstřikované kovové přezky pro potřebu USA armády a dřevěná jádra štětek na holení.

Historii technologie vstřikování plastů v ČR lze rozčlenit do tří etap, které se od sebe liší v závislosti na politickém uspořádání státu a z něho plynoucí ekonomické potence.

1. etapa: období první republiky (1918-1939)

Úroveň plastikářského a gumárenského průmyslu v ČSR odpovídala situaci ve vyspělých evropských státech. Pozornost byla věnována především gumárenskému průmyslu a rozvoji zpracování reaktoplastů (zejména fenolformaldehydové lisovací hmoty a v menší míře aminoplasty) s použitím technologie přímého lisování a později přetlačování. Výroba a zpracování termoplastů vstřikováním byly v počátečním stadiu.

Do historie rozvoje zpracovatelských strojů se u nás zapsal Ing. Jaroslav Vltavský, který si po desetiletém působení u železářské firmy Linhart založil v Rakovníku svoji vlastní firmu, v níž zpočátku vyráběl sušárny na chmel, později výrobu rozšířil o další strojírenské výrobky (mechanické lisy na cukr, formy na lití homolí, lisovací formy na keramiku, lisy na ovoce, mlýny, pračky aj.). V letech 1919-1920 vyrobila firma Vltavský první hydraulický vulkanizační lis pro firmu Baťa. Po úspěšném ověření byla výroba těchto vulkanizačních lisů rozšířena. Dodávaly se zejména firmám Baťa Zlín a Matador Bratislava.

V roce 1929 bylo započato ve spolupráci s firmou Polák Praha s výrobou hydraulických lisů na lití kovů pod tlakem, které se staly spolu s hydraulickými lisy na plasty stěžejním programem firmy. První lisy byly mechanické, brzy však byly vyvíjeny a vyráběny výhradně stroje hydraulické, a to jak na přímé lisování a přetlačování reaktoplastů, tak později na vstřikování termoplastů. Po skončení 2. světové války dochází ke znárodnění firmy a včlenění do Spojených továren na obráběcí stroje. V r. 1949 po přičlenění závodů Praha-Holešovice, Praha-Vršovice a Lubenec vzniká samostatný podnik TOS se sídlem v Rakovníku.

2. etapa: období budovatelské (1945-1989)

Poválečné období se vyznačovalo likvidací válečných škod, reorganizací národního hospodářství a postupným znárodňováním soukromých firem. V oblasti plastikářské výroby se často využívalo materiálů a technologií převzatých od německých firem (v době okupace i bezprostředně po válce). Technologie vstřikování plastů se postupně začala prosazovat u nově se formujících státních podniků. Jako příklad lze vysledovat vznik n. p. Plastimat v Jablonci nad Nisou v roce 1946 a začátky vstřikování na vstřikovacích strojích Eckert Ziegler, Vltavský (TOS), Izoma aj. K rozšíření výroby převážně spotřebního zboží z termoplastů dochází v r. 1963 a souvisí s výstavbou nového závodu v Liberci a s přesídlením firmy do Liberce. V dalších letech dochází ke značnému zvýšení produkce plastových dílů jednak dalším rozšiřováním libereckého závodu, přičleněním závodu v Libáni, Havlíčkově Brodě, Plzni aj. a výstavbou nového provozu v Tachově (Strojplast).

Druhý zpracovatelský gigant se budoval ve Vrbně pod Pradědem. Utváření podniku Lisovny nových hmot probíhalo téměř deset poválečných let. K původní provozovně Chemy se integrovaly další závody (např. Elektropraga, Kovoplast, Koh-I-Noor). Teprve v r. 1954 byl ustaven podnik LNH v Olomouci. Prakticky po roce přesídlilo vedení do Vrbna pod Pradědem. Po delimitaci kovovýroby se LNH od r. 1965 zabývá výhradně tvářením plastů a výrobou forem. V r. 1965 dochází z rozhodnutí vlády k vytvoření sdružení Pragounion a k vytvoření zpracovatelského monopolu v ČSR.

Rozvoj technologie vstřikování plastů a budování dalších vstřikoven probíhalo též u specializovaných podniků (Tesla, ZPA, Sigma aj.), v oblasti výrobních družstev (např. Plzeňské dílo, Tvar, Obzor a další) a v neposlední řadě u tzv. přidružených výrob JZD.

Vstřikovací stroje

Vývoj a výroba vstřikovacích strojů pokračovala v n. p. TOS Rakovník. Postupně byla opouštěna koncepce pístových strojů (úhlových i horizontálních) a do r. 1970 byl realizován vývoj a výroba šnekových strojů v osmi základních typech s uzavírací silou od 320 do 10 000 kN. V r. 1972 se též změnilo původní označování našich vstřikovacích strojů z CSE na CS (dle EUROMAP). V té době byla technická úroveň strojů CS srovnatelná s konkurenčními zahraničními stroji (Engel, Battenfeld aj.). Vývoj začal proti zahraniční konkurenci zaostávat po nasazení mikropočítačů do nových řídicích systémů a použití proporcionální hydrauliky umožňující dokonalejší řízení a regulaci vstřikovacího procesu. Dalším hrubým zásahem do vývoje vstřikovacích strojů v TOS Rakovník bylo politické rozhodnutí o delimitaci výroby z Rakovníku do s. p. Vihorlat Snina.

Poslední novinkou zbylých pracovníků vývoje n. p. TOS Rakovník byla realizace prototypu vstřikovacího stroje na vstřikování strukturních pěn pomocí nadouvadel (Azoplaston, Genitron). Značnou zásluhu na vývoji a realizaci těchto strojů měli pánové Ing. Vladimír Kos (TOS Rakovník) a Lubomír Kupf (SVÚM Praha). Konkrétní řešení bylo realizováno na stroji CSE, na jehož vstřikovací válec byl napojen adaptér umožňující až trojnásobně zvýšit objem vstřikované taveniny. Zdvojením hydraulického akumulátoru byly zvýšeny parametry stroje tak, že např. na stroji CSE 4000 bylo možné dosáhnout objemu až 34 000 cm³, což umožňuje vstřikovat výstřiky ze strukturně lehčeného PP o objemu do 50 dm³ při rychlosti vstřiku až 15 000 cm³.s^-1 při měrném tlaku 25 MPa. Takto upravené stroje tvořily základní vybavení vstřikovny v k. p. Silon Planá nad Lužnicí, kde se vyráběly rozměrné plastové díly pro čistírny odpadních vod a další velkorozměrové díly o ploše až 1,85 m² a tloušťce do 50 mm.

Periferie

Periferie do vstřikoven byly většinou z vlastních zdrojů, v menší míře nakupované z  kapitalistických států (nedostatek devizových prostředků). Vývoj a výroba probíhaly často v rámci tzv. komplexní socialistické racionalizace. Tak např. v LNH Vrbno byla vyvinuta a vyráběna barvicí zařízení, dopravníky granulátu, nasávače kombinované s předehřevem, temperační zařízení na formy (TERM) a další

Vstřikovací formy

Klasická konstrukce vstřikovacích forem vycházela z dlouholetých zkušeností našich konstruktérů, kteří položili základ velmi dobré úrovně, spolehlivosti a dlouhé životnosti forem pro vstřikování jak spotřebního zboží, tak technických dílů. Mezi avantgardu našich konstruktérů bezpochyby patří pánové J. Kulhánek, J. Fajgl, J. Hošic, J. Hendrych, J. Kolouch, M. Picek z n. p. Plastimat, B. Bogumský, V. Hanák, J. Chytil, J. Čecháček z k. p. LNH Vrbno a další.

Výroba forem probíhala převážně klasickým obráběním, teprve v druhé polovině této etapy byla výroba pozvolna modernizována (elektrojiskrové obrábění, CNC obrábění, řezání drátkem aj.). Po vzoru zahraničních výrobců a dodavatelů normálií byly v podnicích Pragounionu vyvíjeny normálie forem i vlastní konstrukce horkých rozvodů a trysek pro bezodpadové vstřikování. Nelze též nevzpomenout na vývojový závod pro termoplasty v Plzni, kde již ke konci padesátých let byly vyvinuty a používány nové metody výroby tvarových dutin forem do univerzálních rámů: lisování do tekutých kovů (slitiny Zn, Al, Be), galvanický způsob, nástřik kovu na model, použití plněných epoxidových pryskyřic.

Termoplasty pro vstřikování

Sortiment termoplastů pro vstřikování se v této etapě dělil na plasty tuzemské výroby a plasty dovážené. Náhrada plastů dovážených tuzemskými byla v té době předmětem četných výhodných zlepšovacích námětů, mnohdy však s negativním konečným výsledkem. V polovině sedmdesátých let byly u nás k dispozici v omezeném sortimentu tyto termoplasty: PE, PP, PS, SB, ABS, PA 6, PMMA, PVC (v té době na evropském trhu bylo již k dispozici cca 50 druhů). To ale ještě nic neznamená, neboť např. ve vyspělém Švédsku se plasty v té době vůbec nevyráběly. Negativně se projevoval pouze nedostatek devizových prostředků na dovoz zejména konstrukčních plastů. Jedno z mála pozitivních rozhodnutí tehdejší vlády z r. 1970 bylo: vyrobit v r. 1975 více než 500 tisíc tun plastických hmot, tj. zhruba dvojnásobek proti roku 1970 a dosáhnout přitom vysokého podílu termoplastů, zejména PVC, PE a PP na jejich výrobě.

Toto usnesení bylo naplněno a rozvoj výroby základních druhů plastů pokračoval po celou dobu této etapy. Byla realizována výstavba petrochemického závodu v ChZ Litvínov - Chemopetrolu (PE, PP), Slovnaftu Bratislava (PE, PP), výstavba k. p. Kaučuk Kralupy (PS, SB, ABS), rozšířena výroba v k. p. Spolana Neratovice (PA6, PVC), Synthesia Pardubice (PMMA), ChZWP Nováky (PVC), PChZ Žilina (PA6, PMMA) a k. p. Silon Planá nad Lužnicí (PP/M, PP/SV). Podle neověřených statistik se výroba plastů na jednoho obyvatele zvyšovala následovně: r. 1970 - 17 kg, r. 1975 - 33 kg, r. 1978 - 50 kg, r. 1985 - 72 kg, r. 1990 - 75 kg.

Vývoj a výzkum v oblasti vstřikování plastů

Vývoj v této oblasti probíhal v rámci tzv. technického rozvoje u jednotlivých podniků a závodů. Byl obvykle plánován po pětiletkách s každoročním zpřesňováním a vyhodnocováním. Podnikový vývoj byl obvykle finančně motivován přes zlepšovací návrhy, tematické náměty a patentovou činnost hrazenou většinou podnikem, který se stával spoluvlastníkem patentu s právem na realizaci a eventuální prodej. O aktivitě pracovníků vývoje a výzkumu svědčí též množství publikací v odborných časopisech a mnoho knižních publikací.

Výzkum procesu vstřikování plastů se v letech 1980 až 1990 dostal do výběru úkolů základního výzkumu. Řešením byl pověřen kolektiv pracovníků oddělení výzkumu vstřikování SVÚM v Praze. Prováděný výzkum se na konci osmdesátých let dostal do stadia realizace dvou základních programů nazvaných Multiparametrická optimalizace procesu vstřikování plastů z hlediska kvalitativních kritérií a Automatické optimální nastavení technologických parametrů na vstřikovacím stroji. První model (multiparametrická optimalizace) byl prakticky ověřen na různých typech vstřikovacích strojů (Engel, Battenfeld, Arburg, Ferromatik Milacron, CS) a na různých termoplastech a výrobcích. Vypovídající schopnost modelu se ukázala ve všech případech jako velmi dobrá.

3. etapa: období novodobé (po roce 1990)

Během tohoto období došlo k postupnému vyrovnání úrovně s vyspělými zeměmi, a to ve všech oblastech technologie vstřikování: polymerní materiály, vstřikovací stroje a periferie, konstrukce a výroba vstřikovacích forem a realizace nových, modifikovaných způsobů vstřikování. K modernizaci strojového parku přispěl nástup zahraničního kapitálu a rozvoj zakázek pro atraktivní aplikace automobilového průmyslu, elektroniky, telekomunikační techniky a široký sortiment domácích spotřebičů. V popředí zájmu jsou v současné době zahraniční firmy s provozy na území ČR, jako je Magna Exteriors and Interiors (Bohemia), s. r. o.,Liberec (dříve Plastimat, pak Peguform, dále Cadence Inovation), Automotiv Lighting Jihlava, Visteon Autopal Nový Jičín, Mecaplast Žebrák, Robert Bosch České Budějovice, Hella Autotechnik Mohelnice, Faurecia Plazy, Eugen Wexler Rokycany, Koito Žatec, Grupo Antolin Turnov, Hettich Žďár nad Sázavou a další. V silné konkurenci s minimální či žádnou podporou ze strany našich úřadů na regionální či státní úrovni úspěšně podnikají i ryze české vstřikovny, jako např. Kastek Uherský Brod, Zálesí Luhačovice, Plasty Jablonec nad Nisou, Lisovna plastů Velké Meziříčí, Linaset Budišov nad Budišovkou, Knoflíkářský průmysl Žirovnice, Plast Brno, Ing. Petr Gross Milotice, Elis-Plast Chrást, Plzeňské dílo Plzeň, Tvar Pardubice, Plast Form Service I. M. Lysá nad Labem a mnoho dalších. Tyto firmy se musely vyrovnat se svými obchodními partnery především v oblasti kvality zavedením systému jakosti podle norem EN ISO 9001, VDA 6.1., TS 16949.

V oblasti vstřikovacích strojů představil TOS Rakovník v roce 1995 na MSV v Brně vstřikovací stroje nové generace (vystaven byl stroj VS 160 s uzavírací silou 1 600 kN). Záměr vyrábět ucelenou řadu vstřikovacích strojů s uzavírací silou od 500 kN do 3 500 kN však zřejmě z konkurenčních důvodů nevyšel. Tradici výroby vstřikovacích strojů v Rakovníku na konci dvacátého století převzala nově vzniklá firma Invera-Technik (nyní Invera, s. r. o.). V současné době Invera nabízí novou generaci vstřikovacích strojů Intec či Intec Economy (jednodušší verze): horizontální stroje s uzavírací silou až do 30 000 kN, vertikální či kombinované vstřikovací stroje Intec Vertical (různá poloha vstřikovací a uzavírací jednotky), dvou- a tříkomponentní stroje. Stroje jsou plně srovnatelné se zahraniční konkurencí. Od roku 2008 firma zavedla ve spolupráci s firmou Toshiba výrobu plně elektrických a hybridních vstřikovacích strojů. Vyrábí a dodává též vstřikovací stroje na gumu Inrubb V, stroje na vstřikování tekutého silikonu Insil S, LS, stroje na vstřikování reaktoplastů Intec TS a stroje na vstřikování s vypěňováním Inspec. Kromě toho nabízí manipulátory a roboty, periferie a příslušenství Gas Injection a prodej modernizovaných starších vstřikovacích strojů všech značek.

Poslední období (rok 2009) se celosvětová hospodářská krize podepsala i na plastikářském průmyslu v ČR. Zpracovatelé plastů, výrobci strojů a periferií, výrobci a dodavatelé polymerních materiálů se dostávají do velkých finančních problémů, ruší či omezují se výroby plastových dílů, hledají se náhradní programy, pozastavila se modernizace. Rozhodujícím kritériem pro nákup materiálů a strojního vybavení se stává cena, nikoliv kvalita. U většiny firem plastikářského průmyslu se projevil pokles výroby či stagnace. Situace se stává nepřehlednou a vývoj v této oblasti se prakticky nedá odhadnout.

Ing. Emil Neuhäusl

emil.neuhausl@iex.cz