|
|
|
|
|
|
|
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| Экструзионно-выдувное формование: Второе рождение |
| Сабсай
О.
Тара и упаковка, 2000, № 1, с. 28 - 30. |
|
Бутылки из полимеров изготавливают методом выдувного формования двумя разными способами. В первом случае, который называют экструзией с раздувом (ЭР) (рис. 1, а), полимер расплавляют до состояния густого меда в специально подогреваемых шнековых насосах - экструдерах, выдавливают из него полый цилиндр - трубную заготовку (рис. 1, б), которая поступает в форму. Расплавленный полимер раздувается воздухом и остывает на холодных стенках пресс-формы. В другом случае - инжекционно-выдувного формования (ИВ) (рис. 1, в) - сначала методом литья под давлением изготавливают заготовку в виде пробирки - преформу. Преформу нагревают до состояния эластичной резины, помещают в пресс-форму и в резиноподобном состоянии раздувают сжатым воздухом. Далее готовое изделие остывает на холодных стенках пресс-формы. Исторически экструзионно-выдувное формование бутылок возникло раньше второго способа. Однако в последнее десятилетие метод инжекционно-выдувного формования значительно потеснил первый, и даже некоторые крупные фирмы прекратили выпуск оборудования для экструзионно-выдувного формования. Но в самое последнее время, буквально в последние год-два, наблюдается резкий рост интереса к этому методу производства пластмассовых бутылок. Статья представляет собой попытку объяснить, почему это происходит. Каковы особенности и области применения этого метода и каковы тенденции развития производства бутылок из пластмасс методом экструзионно-выдувного формования в России. Введем коэффициент капитальных затрат (ККЗ) - отношение стоимости оборудования к его часовой производительности. При близкой цене сырья и прочих равных условиях оборудование окупается тем быстрее, чем выше его производительность. Десять лет назад полиэтилентерефталат (PET) - полимер, из которого делают подавляющее количество преформ, стоил в 5 раз дороже полиэтилена, полипропилена и других полимеров, и поэтому тогда большинство бутылок из полимеров производили методом экструзионно-выдувного формования. Но именно тогда были удешевлены методы синтеза PET и построены мощные заводы по его производству. Машиностроители отреагировали мгновенно - сразу же началось производство оборудования для литья преформ и выдува бутылок из PET. Эти высокопроизводительные агрегаты способны производить до 40 тыс. преформ в час и выдувать в час до 24 тыс. бутылок. Коэффициент капитальных затрат в случае выдува бутылок из преформ стал ниже, чем ККЗ для экструзионно-выдувного формования. Четыре-пять лет назад началось интенсивное развитие производств ИВ и в России. Построено несколько мощных заводов по производству преформ. Из-за дешевизны рабочей силы в России выгодно поставить пять-шесть очень дешевых полуавтоматов для выдува, чем один дорогостоящий автомат. Поэтому быстро возникли фирмы - производители таких полуавтоматов. Крупнейшая из них - "Продвижение". Но, как правило российский потребитель приобретает один выдувной полуавтомат со средней производительностью выдува 600 бутылок в час. Эта величина соответствует средним показателям производительности экструзионно-выдувных агрегатов. По коэффициенту капитальных затрат оборудование такой мощности для ЭР проигрывает аналогичному оборудованию для ИВ в 1.5 -2 раза, но этот недостаток сторицей окупается благодаря более широким возможностям метода ЭР. Для того, чтобы аргументировать это утверждение, рассмотрим более подробно процесс выдува бутылок методом ЭР в сравнении с методом ИВ (рис. 1). |
|
Рис. 1, а. Схема экструзионно-выдувного формования: 1 - пресс-форма; 2 - трубная головка; 3 - трубная заготовка |
|
|
|
Рис. 1, б. Схема получения трубной заготовки: 1 - тело трубной головки; 2 - мундштук; 3 - дорн; 4 - трубная заготовка |
|
|
|
Рис. 1, в. Схема инжекционно-выдувного формования: 1 - пресс-форма; 2 - преформа; 3 - шток |
|
|
|
Рис. 2. Способы экструзионно-выдувного формования: а - выдув сверху; б - выдув снизу; в - выдув иглой |
|
|
|
Самым
существенным является то, что полимер
при выдуве бутылок разными методами
находится в разных физических состояниях.
При методе ЭР - это жидкость, а при ИВ -
резина. Это означает, что в первом
случае деформация заготовки
пластическая - давление раздува
невелико, и проработка мелких деталей
бутылки - бордюров, логотипов, ребер и т.п.
- очень четкая. Когда бутылку формуют из
преформы деформация заготовки упругая,
для качественного выдува требуется
значительно большее давление, и
проработка деталей затруднена и, как
правило, значительно хуже. Однако
замороженные на холодной поверхности
пресс-формы обратимые упругие
деформации (подобно напряженному
железобетону) делают полимер
значительно прочнее. Метод ИВ
незаменим, если требуется высокая
прочность бутылки, например, при
розливе высокогазированных жидкостей. Инжекционно-выдувное формование бутылок имеет более низкий коэффициент капитальных затрат по сравнению с методом ЭР, если пользователь закупает преформы у фирм, специализирующихся на их производстве. Это очень крупные фирмы, имеющие дорогостоящее специализированное оборудование, каждая единица которого выпускает один определенный тип преформы. Особенности процессов литья преформ и последующего выдува из них бутылок накладывает существенные ограничения на величины толщин стенок заготовки, а следовательно, и бутылки. Между тем регулирование толщины бутылки в методе ЭР достигается очень просто. Рассмотрим получение трубной заготовки (рис. 1, б). Расплавленный полимер 4 выдавливается экструдером в зазор между мундштуком 2 и дорном 3 трубной головки 1. Дорн можно перемещать относительно мундштука, тем самым меняя величину конусного зазора, т.е. толщину заготовки. Более того, представьте себе, что нужно изготовить бутылку в форме гитары - широкую снизу и узкую вверху. Современные экструзионно-выдувные агрегаты имеют специальный привод для программного перемещения дорна в цикле выдавливания рукава при производстве бутылки. В нашем примере дорн сначала поднят - толщина рукава велика, затем дорн опускается и толщина рукава уменьшается. Таким способом можно достичь высокой степени равнотолщинности изделия. А как добиться равнотолщинности при производстве плоской бутылки с большим отношением большой и малой сторон? Преформы всегда симметричны относительно оси штока 3 (рис. 1, в), поэтому методом ИВ поставленная задача не решается. В случае ЭР все гораздо проще: пару дорн - мундштук изготавливают с необходимым зазором эллиптической формы. Замена всего двух простых деталей позволяет изготавливать бутылки плоской формы с любым соотношением большой и малой сторон. Еще одно преимущество: только методом формования из расплава возможно производство бутылок с ручками. Для того, чтобы этого добиться в методе ИВ, Необходимо изготовить бутылку специальной формы, отдельно произвести ручку методом литья под давлением и вставить ручку в бутылку. В этом случае, конечно, и ККЗ, и накладные расходы, значительно выше, чем в методе ЭР. Список достоинств метода экструзионно-выдувного формования по сравнению с методом инжекции с раздувом можно продолжить, но и перечисленного достаточно, чтобы понять - методы дополняют друг друга. До последнего времени в России разливали главным образом газированную и негазированную воду, а также напитки на ее основе. Сейчас стало выгодно разливать и другие жидкости. К нам обращаются представители торговых фирм, которые до сих пор завозили уже расфасованные в бутылки товары из-за рубежа. Стало выгодным развивать собственные химические производства на базе имеющихся и самим фасовать произведенные жидкости в бутылки. Это автомобильная косметика, шампуни, жидкости для мытья посуды и другие товары бытовой химии, соки, лаки, краски и т.п. Новая для России номенклатура продукции требует большого количества и разнообразия тары по объему, форме и материалам, из которых бутылка изготавливается. Это и есть причина, по которой метод экструзионно-выдувного формования емкостей переживает в России второе рождение. Особенно важен выбор материала, из которого изготавливают бутылку. В таблице даны оценки основных технологических и эксплуатационных свойств полимеров, применяемых для изготовления полой тары. Сравнение проведено по пятибалльной системе - от пятерки - отлично, до единицы - очень плохо. Оценка свойств термопластичных полимеров, применяемых при производстве бутылок (баллы) |
| N п/п | Свойство | Полимер | |||||
| Полиэтилен- терефталат (PET) |
Поливинил- хлорид (PVC) |
Поликарбонат (PC) | Полиэтилен высокой плотности (HDPE) | Полиэтилен низкой плотности (LDPE) | Полипро- пилен (PP) |
||
| 1 | Прозрачность | 5 | 5-4 | 5 | 2 | 2 | 2-4 |
| 2 | Прочность (жесткость) | 5-4 | 4-3 | 5 | 3 | 1-2 | 3-4 |
| 3 | Ударная вязкость | 4-5 | 3-4 | 4 | 3 | 2 | 3-4 |
| 4 | Ударная вязкость при низких температурах | 4-5 | 3-4 | 3-4 | 4-5 | 2 | 2-4 |
| 5 | Трещиностойкость | 4-5 | 4-5 | 4-5 | 4-5 | 5 | 4-5 |
| 6 | Барьерные свойства: | ||||||
| по воде | 3-4 | 3 | 3 | 4-5 | 4 | 4-5 | |
| по кислороду | 4 | 4 | 5 | 2 | 4 | 2 | |
| 7 | Устойчивость: | ||||||
| к кислотам | 3-4 | 4-5 | 3-4 | 4-5 | 2 | 4 | |
| спиртам | 4 | 4 | 4 | 4 | 4-5 | 4 | |
| щелочам | 2-3 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4-5 | |
| растворителям | 4 | 5 | 5 | 3-4 | 4 | 4 | |
| хлорсодержащим | 2 | 4 | 3 | 5 | 3-4 | 5-4 | |
| теплоте | 2-3 | 2-3 | 2-3 | 4 | 5 | 4 | |
| холоду | 4 | 3 | 3 | 5 | 3 | 2-4 | |
| ультрафиолету | 4 | 3 | 2-3 | 4 | 4 | 3-4 | |
| 8 | Возможность выдува бутылок из преформ | 5 | 2-3 | 3 | 1 | 1 | 2-4 |
| 9 | Возможность утилизации и вторичной переработки | 3 | 1 | 3 | 5 | 5 | 4 |
|
Конечно,
было бы хорошо выдувать все бутылки из
преформ. Но, к сожалению, устойчивого
резиноподобного состояния в разумно
широком интервале температур удается
достичь далеко не всегда (поз. 8 таблицы).
Оценка "хорошо" для PP относится к
новым специальным маркам, которые
появились на рынке только недавно. В
методе ЭР существуют приемы,
позволяющие приблизиться к условиям
метода ИВ и получить из одного и того же
полимера бутылку более прочную, чем в
обычном методе ЭР. Делается это так: на
стадии "б" (рис. 1, а) зажатую в пресс-форме
заготовку выдерживают некоторое строго
установленное время, за которое она
остывает до состояния, близкого к
резиноподобному, и только затем
раздувают. Таким образом удается из
поливинилхлорида получить бутылку для
газированных напитков. Следует особо
рассмотреть особенности применения
этого полимера. PVC - полимер, имеющий
хорошую прочность и хорошие барьерные
свойства (см. таблицу). В него удается
фасовать даже такие сложные для
хранения продукты, как "живые йогурты",
в которых сохраняются живые полезные
бактерии. Эти бактерии боятся кислорода,
а при их гибели продукт утрачивает свои
полезные свойства. Но поливинилхлорид
чрезвычайно вреден экологически. Его
отходы нельзя сжигать, поскольку при
сжигании PVC выделяются очень вредные
вещества. Поэтому применение этого
полимера в последние годы было
запрещено в большинстве развитых стран,
особенно для упаковки пищевых продуктов.
Запрет стимулировал поиск других
технических решений. Выход был найден в
разработке конструкций агрегатов для
экструзионно-выдувного формования,
позволяющих производить многослойные
бутылки. Эти устройства снабжены не
одним, а двумя или тремя экструдерами,
которые одновременно подают разные
расплавленные полимеры в трубную
головку специальной конструкции так,
чтоб трубная заготовка, а затем и
бутылка получается многослойной.
Снаружи и внутри трубной заготовки -
слои недорогого полимера, который
хорошо формуется в бутылку методом ЭР.
Между ними располагается слой полимера
с хорошими барьерными свойствами.
Пример такой конструкции - бутылка для
фасования высококачественных кетчупов.
Несущие слои в такой бутылке
изготовлены из полипропилена, барьерный
слой - из полиамида. Существует несколько способов выдува бутылок методом ЭР: сверху, снизу и сбоку иглой (рис. 2). Выбор того или иного способа определяется конструкцией бутылки, особенно горлышка, материалом, из которого изготовляется бутылка, особенностями выбранного пользователем выдувного агрегата. Способ выдува определяет, в свою очередь, конструкцию пресс-формы. Лучше всего эту работу проводить вместе со специалистами. Исходными данными для проекта являются: желаемая производительность, фасуемая жидкость, объем бутылки, способ заливки (горячая или холодная). После этого можно разработать дизайн и рабочий чертеж бутылки, а затем выбрать способ раздува и изготовить соответствующую пресс-форму. Следует иметь в виду, что для производства бутылок методом экструзионно-выдувного формования необходим комплекс оборудования, но часто фирмы-продавцы лукавят, называя стоимость только отдельных машин для выдува. Кроме собственно выдувного агрегата необходимы сушилки сырья, холодильник для охлаждения экструдера и пресс-формы, дробилка отходов, устройство для замешивания технологических отходов с первичным сырьем. Итак, метод экструзионно-выдувного формования бутылок переживает в России второе рождение. Это очень хорошо, что страна уже сейчас располагает специалистами в области проектирования, машиностроения и эксплуатации этих процессов, да и, кроме того, специалисты фирмы "Продвижение" всегда готовы помочь. |
|
Перепечатка
допускается только |
(С) Сабсай Отто
Юльевич, 2002-2010 |
|
