Методи виробництва полімерної тари та упаковки
Технологічні методи виробництва упаковки:
• ливарне (інжекційне) формування;
• екструзійно- та інжекційно-роздувне формування;
• пневмо- та вакуумформування;
• екструзійні технології отримання листових та плівкових матеріалів.
Метод ливарного (інжекційного) формування полягає в тому, що вихідний полімерний матеріал у вигляді гранул або порошку завантажується в бункер ливарної машини, де захоплюється шнеком (черв'яком) і транспортується ним уздовж осі циліндра, що обігрівається, в його соплову частину, переходячи при цьому з твердого стану в стан розплаву. У міру накопичення необхідного обсягу розплаву полімеру, він упорскується за рахунок поступального переміщення шнека через спеціальне сопло в зімкнуту литьову форму, що охолоджується. Розплав полімеру, що заповнив порожнину форми, утримується в ній якийсь час під тиском і остигає. Далі ливарна форма розкривається, готовий виріб видаляється з порожнини, а цикл формування повторюється.
Метод має ряд переваг у порівнянні з іншими методами формування виробів із полімерів: висока продуктивність, високий рівень механізації та автоматизації реалізованого процесу, відсутність етапу отримання заготовки для формування виробів, невелика кількість відходів, можливість формування виробів з практично будь-яким заданим розподілом товщини стінок.
До недоліків слід віднести неможливість формування порожнистих виробів закритого типу (пляшок, каністр тощо) і великогабаритних виробів.
Виробляють ящики, піддони, лотки, закупорювальні засоби та ін.
Метод екструзійно-роздувного формування полягає в тому, що вихідний полімерний матеріал у вигляді гранул або порошку пластицируется шнеком, що обертається, екструдера (черв'ячного преса) в йогоциліндрі, що обігрівається, і продавлюється (екструдується) через формуючий інструмент - кільцеву екструзійну головку, виходячи з нього у вигляді трубчастої (рукавної) заготовки і потрапляючи в простір між розімкненими половинами охолоджуваної роздувної форми, змонтованими на рухомих плитах приймального пристрою. Після досягнення заготівлею певної довжини напівформи стуляються із захопленням заготівлі та її роздуванням стисненим газом, що подаються в порожнину заготівлі через роздувний ніпель. Після охолодження роздувні форми розмикаються, і порожнистий виріб знімається з роздувного ніпеля. Далі цикл формування повторюється.
Переваги: простота технології та можливість повної автоматизації процесу формування, висока продуктивність у поєднанні з можливістю суміщення виробництва тари в одному потоці з виробництвом продукції, що затарюється, її розфасовуванням, закупорюванням, етикетуванням тари тощо, відносно невисока вартість технологічного обладнання та формуючого інструменту ( роздувних форм, екструзійних головок).
Недоліки методу: його реалізація протікає у два етапи (одержання трубчастої заготовки та її подальше роздувне формування у виріб), що потребує наявності двох типів формуючого інструменту (екструзійної головки для одержання заготовки та роздувної форми); одержувані вироби мають значну різнотовщинність (неоднорідність товщини стінок); наявність технологічних відходів.
Виробляють видувні порожнисті вироби (банки, пляшки, каністри) тощо.
Метод инжекционно-раздувного формування у тому, що у першої стадії процесу методом ливарного формування отримують трубчасту заготівлю, звану преформою, яку потім роздмухують у порожній виріб. Цей метод може здійснюватися за двома технологічними схемами.Перша передбачає роздувне формування отриманих заготовок одразу,
після стадії ливарного формування, за другою схемою - стадії отримання заготовок та їх роздувного формування вироби здійснюються окремо один від одного.
Переваги даного методу: високий рівень механізації та автоматизації, продуктивність обладнання. Лінії для роздувного формування порожнистих виробів з інжекційних заготовок, що випускаються фірмами «Сідель» (Франція), «Крупп-Каутекс» (Німеччина) дозволяють виробляти від кількох сотень до кількох десятків тисяч виробів на годину.
Недоліки: висока вартість основного технологічного обладнання та формуючого інструменту, що використовується для його реалізації; промислове використання поки що тільки одного полімерного матеріалу - поліетилентерефталату; різнотовщинність вироблених виробів.
Метод пневмо- та вакуумформування полімерних виробів полягає в тому, що закріплена по контуру в затискному пристрої і встановлена над формою (формуючою матрицею) плоска (листова або плівкова) заготівля розігрівається нагрівальним пристроєм до певної температури, а потім під дією перепаду тиску, що створюється між поверхнями заготівлі, відбувається її формування у виріб. Відомо багато різновидів даного методу, в яких перепад тисків забезпечується різними способами. Найбільшого поширення набули два з них: створення надлишкового пневматичного тиску над заготівлею і вакуумування обсягу порожнини під нею.
Даний метод реалізується на різних типах вакуумформувальних машин, установках для механопневмоформування та різного роду нестандартному обладнанні.
Переваги: можливість виробництва великогабаритних виробів, простота технології відносно невисокавартість основного обладнання та формуючого інструменту.
Недоліки: невисока продуктивність, наявність допоміжних технологічних операцій (розкрій та вирізка заготовок для формування, механічна обробка готових виробів), залежність від наявності вихідних заготовок та досить велика кількість технологічних відходів.
Метод механотермоформування відрізняється від методу пневмо-і вакуумформування тільки тим, що формування виробу з плоскої заготовки здійснюється за рахунок поступального переміщення формуючого пуансона, що витягує заздалегідь нагріту пристроєм заготівлю, закріплену в затискному пристрої.
Метод реалізується на вакуумформувальних машинах, спеціальному штампувальному обладнанні та лініях виробництва тари з рулонних матеріалів.
Переваги: на обладнанні, що застосовується в даному методі, досягається висока швидкість руху рулонного матеріалу - декількох десятків метрів за хвилину; штучна продуктивність - до десятків тисяч виробів на годину. Це забезпечує конкурентоспроможність методу навіть щодо ливарного формування виробів із полімерів.
Недоліки: залежність від наявності листового або рулонного матеріалу, відносно велика кількість відходів та відчутна різнотовщинність виробів, що одержуються.
Виробляють коробки, стаканчики, лотки, корекси та ін;
Наступний метод, що використовується для виробництва полімерних плівок, базується на екструзійних технологіях, реалізація яких має два різновиди: технологія виробництва рукавних плівок та плоскощілинний метод отримання плівок. виробництво останніх пов'язане з великими труднощами як технологічного,і конструктивного характеру.
За кількістю шарів плівки прийнято ділити на одношарові, багатошарові, а за типом матеріалів - на однорідні (з полімерами) та комбіновані (з папером, фольгою, тканиною та ін.).
Залежно від застосовуваного полімеру та обладнання розрізняють технології отримання одношарових, багатошарових та комбінованих плівок такими способами:
• екструзії плоских плівок;
• екструзії рукавних роздувних плівок;
• відливання плівок із розчинів;
Екструзія плоских плівок полягає у видавлюванні розплаву з плоскощелевої головки, при цьому розплав опускається вертикально вниз і направляється у пристрій для охолодження. Охолодження на поверхні полірованих металевих барабанів є найбільш зручним. При використанні цієї технології можна робити як одношарові, так і дубльовані плівки.
Екструзією роздувні плівки одержують після виходу з кільцевої головки. Її роздмухують до необхідного розміру повітрям, яке подається під тиском всередину заготовки. Рукав плівки зазвичай витягують або вгору або вниз, оскільки вісь головки екструдера розташована під кутом 90 ° до осі матеріального циліндра екструдера. Після цього рукав охолоджують до такої температури, коли плівка не злипається, складають між валками, потім намотують як рулону. У ряді випадків плівку спочатку розрізають, а потім намотують. Ширина рукавної плівки становить від 15-20 см до 3 м-коду.
Каландруванням отримують найчастіше полівінілхлоридні плівки або роблять дублювання, або випрасовані плівки.
Відливання плівок з розчинів провадиться тільки в тому випадку, якщо їх не можна виробити іншим способом. Складається з кількох стадій: перша полягає у приготуванні гомогенних розчинів та їх фільтруванні; другапов'язана з нанесенням розчину за допомогою ракельного (ніж з виїмкою) або іншого пристрою. Розчин розподіляють тонким шаром на полірованій металевій стрічці-транспортері, третя стадія - сушіння, у процесі якої розчинник повністю випаровується з розчину, а готову плівку відокремлюють від стрічки-транспортера та змотують у рулони. Це плівки з целофану, ефірів целюлози та ін.
Багатошарові комбіновані плівки з папером та фольгою, картоном, тканинами, плівками та іншими рулонними матеріалами виробляють методами кашування або ламінування.
Ламінування - це з'єднання плівкових матеріалів на валковому устаткуванні. На першу плівку-основу наносять розплавлену плівку і дублюють з другим плівковим матеріалом через вальці або чотири-або п'ятивалковий каландр.
Екструзійне ламінування – з'єднання плівок за допомогою розплаву. Цим методом можна отримувати дво- або тришарові плівки, для цього необхідно використовувати не один, а два екструдери або спеціальні наносні головки.
Дублювання плівок між собою та з іншими матеріалами виробляють також на вальцекаландрових лініях та в пресах.
Кешування - це використання клею (адгезиву) на каширувальних установках. Застосовують два варіанти: мокрий та сухий. У першому випадку після нанесення клейового шару плівки відразу з'єднують, не чекаючи висихання клею. Мокрий спосіб використовують у тому випадку, якщо один із шарів є пористим і газопроникним, тоді частина розчинника легко випаровується шляхом дифузії та проникності в камері сушіння. Як клеї використовують водні розчини, латекси, емульсії. Використання методу нанесення розчинів полімерів на основу з подальшим сушінням застосовують для тих полімерів, які не можуть бути отримані у вигляді плівок через розплав по звичайнимтехнологіям. Сухий спосіб: після нанесення шару клею його спочатку сушать у ламінаторах, а потім склеювані поверхні з'єднують. Клеями в цьому способі зазвичай бувають розчини каучуків або смол полімерних в органічних розчинниках.
Кешуванням плівки з'єднують за допомогою клею-розчину або клею-розплаву, зазвичай термопласту, який наносять (намазують) через спеціальний наносний валик на поверхню основи (тканини, фольги, папери тощо) і з'єднують з плівкою за рахунок притискання валками.
Металізація - більш сучасний варіант фольгованих плівок Шар алюмінієвої фольги часто має мікротріщини, пори та інші дефекти, які погіршують бар'єрні властивості комбінованих плівок. Металізовані плівки одержують термічним розпиленням алюмінію або його сплавів на поверхню полімерної плівки у вакуумній камері. Найбільш високою якістю (міцність, низька усадка) мають плівки, отримані при нанесенні металізованого шару на двовісно-орієнтовані плівки.
Співекструзія — метод, у якому розплав різних за природою полімерів з двох або трьох екструдерів направляють в одну загальну формуючу голівку. Залежно від застосовуваної технологічної схеми та пристрою головки з'єднання шарів відбувається перед входом у формуючу головку, у самій головці або при виході з неї. Цей метод має переваги перед іншими методами, оскільки формування багатошарового матеріалу відбувається безпосередньо з полімерних гранул, минаючи стадії отримання індивідуальних плівок.
Також розрізняють орієнтовану плівку в одному чи двох напрямках. Отримують у результаті витягування у спеціальних пристроях з наступною термофіксацією або без неї. Орієнтація плівки сприяє поліпшенню фізико-механічних властивостей, при цьому підвищується міцністьнапрямі орієнтації, зменшується дефектність, упорядковані структури протистоять розвитку мікротріщин, збільшується стійкість до проколу. Ступінь витяжки, швидкість та температура процесу залежать від природи полімеру. Орієнтована плівка практично нерозтяжна.
Термозбіжна плівка - у процесі технології її отримання реалізована структура витягнутої конформації макромолекулярного ланцюга. Для виготовлення таких плівок використовують поліетилен високої та низької щільності, сополімери етилену з вінілацетатом, поліпропілен, сополімери вініліденхлориду з вінілхлоридом та ін.
Плівка, що розтягується, розтягується під дією розтягуючого зусилля в процесі пакування. Упаковка в таку плівку може виконуватися як вручну, так і з використанням автоматичних пристроїв.
Стретчпленки виготовляють з полімерів, що містять еластомерний компонент, наприклад, сополімери етилену з каучуками, пластифікований ПВХ, лінійний поліетилен низької щільності та ін. Природа плівок забезпечує хорошу адгезію між шарами, тобто відбувається злипання плівок.
Існують плівки з особливими властивостями, такі як полімерна перфорована плівка, з невеликими отворами (перфорацією); водорозчинні плівки, здатні розчинятися у воді у звичайних умовах або за невеликого нагрівання; повітряно-бульбашкова плівка, яка характеризується макропухирцями повітря різного об'єму, запресованими між двома поліетиленовими плівками. Ці властивості лежать в основі використання плівки при упаковці конкретної продукції.
Комбіновані матеріали, що випускаються з використанням полімерів, відносяться до напівжорсткої або м'якої упаковки залежно від жорсткості самого полімеру або жорсткості дубльованого матеріалу. Такі матеріали застосовують длявиробництва полімерної комбінованої тари та елементів упаковки.
Комбіновані плівкові матеріали ділять на три групи:
1) багатошарові плівки, складені лише з полімерів;
2) багатошарові плівки з використанням алюмінієвої фольги або металізовані;