123679 (717257), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Первыми материалами для ротационного формования были поливинилхлоридные пластизоли, позднее стали применяться полиуретаны. В настоящее время в основном используют ПЭ, хотя применяются и другие термопласты — ПЭТФ, ПП, ПВХ, ПК и полиамиды.
По такой технологии дозированное количество хорошо измельченного в порошок полимера вручную помещается в форму, которая установлена на валу, с помощью которого она помещается в печь. В печи она разогревается горячим воздухом до 260 "С, причем форма вращается в двух плоскостях так, что ее внутренняя поверхность покрывается тонким равномерным слоем расплавленного полимера (рис.6).
По возможности форму следует располагать как можно ближе к осям вращения, чтобы центробежные силы не вызвали слишком большого изменения толщины слоя расплава. Скорость вращения формы составляет около 12 об./мин вокруг большой оси и около 3 об./мин — вокруг малой. Более высокие скорости обычно используются для того, чтобы расплав мог заполнить небольшие углубления формы. Как правило, для разогрева полимера внутри формы требуется только 10 мин, при этом расплав равномерно покрывает стенки; затем форма перемещается в камеру охлаждения, где она охлаждается путем орошения холодной водой, и полимер затвердевает. Может также использоваться холодный воздух в сочетании с орошением водой (или без него).
Формы снабжены вентиляционными каналами, чтобы во время формования в них не повышалось давление, хотя небольшое давление иногда необходимо для обеспечения контакта полимера с поверхностью формы. По мере охлаждения плоские поверхности имеют тенденцию отставать от формы, чего следует избегать. Такая усадка часто наблюдается, если форма охлаждается слишком быстро, вследствие чего возникает коробление и увеличивается хрупкость изделия.
Оборудование для ротационного формования весьма разнообразно — от простых устройств типа стаканов с одной осью вращения, служащих, как правило для изготовления емкостей с открытой горловиной из смесей жидкости и порошка, до карусельных систем с большим количеством форм, служащих для изготовления небольших изделий, или челночного оборудования для изготовления крупногабаритных изделий. Некоторое оборудование, как показано на рис.6, оснащено встроенными циркуляционными системами масляного разогрева и охлаждения форм, снабженных терморубашкой, так что отпадает необходимость в печи. Сами формы изготовляют из стали, но для получения небольших изделий иногда применяют алюминиевые или медно-никелевые формы.
Последние разработки позволили применять предварительно окрашенные полимеры, которые могут быть использованы в качестве декоративных слоев для вторичных пластмасс и пены. Впрыск полимерной пены между твердыми стенками придает крупногабаритным изделиям прочность и жесткость. Различные декоративные элементы типа этикеток, получаемые непосредственно в процессе формования, могут создать элементы отделки, устойчивые к истиранию и износу.
1.3 Раздувное формование
История раздувного формования ведет свое начало с 1930-х гг., когда с помощью этой технологии изготовлялись детские погремушки, куклы и шарики для пинг-понга. Если же заглянуть в глубь веков, то мы обнаружим, что еще в Древнем Египте раздувом изготавливали изделия из древесной смолы, которая, затвердевая, превращалась в янтарь.
Практическое применение формования раздувом началось с тех пор, как в 1937 г. Фернгрен и Копитке соединили экструзию с формованием раздувом и продали свою идею Hartford Етpire Сотрапу. Для дальнейшего совершенствования этой технологии была создана корпорация Plах под руководством Джеймса Бэйли. Во время второй мировой войны на рынке появился ПЭНП, который оказался пригоден и для этой технологии. Вскоре ее стали применять и другие фирмы, разрабатывая свое оборудование и формуя мягкие бутылки. Такое оборудование долгое время являлось коммерческой тайной, и только в начале 1958 г. оно стало доступным на рынке. Одним из первых видов тары для продаваемых в розничной торговле продуктов стала мягкая бутылочка для дезодоранта Stopette; появившись на рынке в начале 1947 г., эта упаковка пользовалась большой популярностью.
В 1957 г. внимание производителей бутылок было привлечено к технологии производства ПЭВП при низком давлении. В 1959 г. уже пять фирм стали производить из него бутылки для моющих средств. В настоящее время более 350 фирм-изготовителей ежегодно выпускают более 9 млрд единиц пластиковой тары методом выдувного формования.
Наиболее широко используемый материал для бутылок — это ПЭВП, стоимость которого по сравнению с ПЭНП незначительно колеблется в обе стороны и зависит от его доступности на рынке, но он отличается большей жесткостью и меньшей влагопроницаемостью. Благодаря своей жесткости ПЭВП позволяет делать стенки бутылок более тонкими, что уменьшает цену изделия. ПЭНП используется там, где требуется повышенная прозрачность и мягкость бутылки.
ПЭТФ — это наиболее быстро прогрессирующий на рынке материал для изготовления пластиковых бутылок (прежде всего для безалкогольных напитков и питьевой воды, особенно объемом более 1,5 л). Изготовление таких емкостей потребовало разработки специальной технологии для достижения требуемой жесткости и ударопрочности. При этой технологии преформу (заготовку) экструдируют или формуют с применением литья под давлением, затем охлаждают до температуры вытяжки, находящейся в диапазоне от температуры стеклования (68,2 °С) до температуры плавления (218,3 °С). Формовочный стержень формы вытягивает преформу в продольном направлении, а давление воздуха раздувает заготовку в поперечном направлении до контакта со стеками полости формы. В зависимости от размера бутылки и требований рынка стоимость ПЭТФ может быть несколько дороже стекла, но фактор безопасности и меньшей массы дает пластику немалые преимущества, особенно у бутылок больших размеров. В ПЭТФ-бутылки фасуют и другие продукты — растительное масло, салатные дрессинги и т. п.
Следующий по важности материал для выдувного формования — это ПП, характеризующийся высокой стойкостью к растрескиванию и который, следовательно, может использоваться в контакте с агрессивными жидкостями, разрушающими упаковку из ПЭВП. Около двух третей общего объема выпуска этого полимера используется для упаковки потребительских товаров; из них около половины используется для фармацевтических изделий, где наибольшее количество приходится на изготовление небольших контейнеров методом экструзии с раздувом. Высокая прочность позволяет ПП использоваться для изготовления более крупных контейнеров емкостью до нескольких галлонов. Для раздувного формования чаще всего применяют статистические сополимеры, поскольку они увеличивают его ударопрочность при низких температурах. В ходе модернизированного метода раздувного формования ПП (так называемого Orbet-процесса, разработанного в Phillips Petroleum Со.) полимер по мере раздува двухосно ориентируется, что обеспечивает отличную прозрачность, существенно повышает предел прочности на разрыв и ударопрочность, а также придает ему лучшие барьерные свойства по сравнению с неориентированным ПП. Растущей доле ПП на рынке способствуют также осветляющие добавки.
Несмотря на выступления защитников окружающей среды, третье место среди пластиков для изготовления бутылок удерживает ПВХ. У него хорошая ударопрочность, он относительно дешев и может быть совершенно прозрачным и бесцветным. По сравнению с ПЭВП кислородопроницаемость ПВХ составляет лишь одну пятнадцатую, что позволяет применять ПВХ для упаковки косметических товаров и шампуней, чувствительных к окислению.
ПВХ устойчив к маслам и большинству органических растворителей. Стойкость к действию нефтепродуктов у него высока, что делает этот материал подходящим для упаковки бытовых чистящих средств. С ПВХ совместимы даже жидкости для заправки зажигалок. По сравнению с ПЭ он не так хорош для упаковки материалов, содержащих воду, так как потери влаги могут составлять от 2 до 20% в год, а из-за того, что ПВХ имеет глянцевую поверхность, царапины на нем более заметны, чем на другом бутылочном пластике.
Прежде ПВХ было трудно перерабатывать на литьевых машинах из-за его деструкции при нагревании. По этой причине должна соблюдаться идеальная чистота, а само оборудование следует проектировать «без карманов», в которых полимер мог бы задерживаться. Между критической температурой термодеструкции в 238 °С и температурой переработки в 204 °С разница невелика. Рекомендуется, чтобы после того как бутылки простоят сутки заполненными соответствующим продуктом, они были подвергнуты вибротесту и испытанию на сбрасывание. Кроме того, из-за повышения хрупкости при низких температурах желательно, чтобы испытание на сбрасывание проводилось и при температуре в минус 17,8 °С, и при нормальной температуре окружающей среды. Усадка три низких температурах у ПВХ невелика, однако этот материал обладает эффектом памяти на деформацию, и стенки упаковки могут сжиматься, если изделие не было тщательно охлаждено перед извлечением из формы.
Коммерческое применение других материалов не настолько обширно, но они могут использоваться в специальных целях. ПК, например, обладают большой прочностью, отличной прозрачностью и хорошей стойкостью к маслам, отсутствием запаха или вкуса, изделия из него можно стерилизовать паром. Некоторые виды ПК одобрены FDA для контакта с пищевыми продуктами. Самый большой его недостаток — это довольно высокая стоимость, но если бутылки из ПК являются возвратными или тара должна быть особо прочной, то ПК вполне могут оказаться незаменимым материалом.
При переработке ПК следует особо тщательно контролировать температуру, так как от нее существенно зависит вязкость расплава. Бутылки из ПК могут быть повреждены щелочными моющими растворами, и для них необходимы специальные моющие средства.
Еще одним пластиком, используемым в небольших количествах для изготовления бутылок, является ПС. Очень прозрачный и жесткий, он очень напоминает стекло. Этот полимер очень хрупок, но при применении для его получения металлоценовых катализаторов его можно упрочнить. ПС-преформы могут быть изготовлены с помощью литья под давлением и отформованы в бутылки с помощью сжатого воздуха при практически безотходном производстве. Данный материал характеризуется удовлетворительными барьерными свойствами относительно водяного пара и газов, но он растворяется сложными эфирами и кетонами, содержащимися в эфирных маслах. Перед использованием этого материала для изготовления бутылок настоятельно рекомендуется проводить тщательные испытания.
1.4 Экструзионно-раздувное формование
Из трех методов раздувного формования, применяемых для изготовления упаковки, наиболее широко используется метод, называемый «экструзионное формование с раздувом». Он заключается в экструзии трубки, называемой «преформа», в нижнем направлении. Когда она достигает нужной длины, разведенные половинки пресс-формы, окружающие заготовку, смыкаются, обрезая и замыкая дно, и остается только канал вверху для подвода сжатого воздуха, с помощью которого в дальнейшем и формуется изделие (рис. 7).
Рис 7. При формовании раздувом полуформы смыкаются вокруг преформы; при движении вниз в разогретую и пластичную заготовку подается воздух, выдувая изделие, которое после формования извлекается из формы; последняя снова перемещается вверх и захватывает новую преформу.
При такой технологии форма для получения последовательно экструдируемых иреформ может быть стационарной, а процесс раздува может происходить на одном блоке. Возможна и непрерывная экструзия преформ, если форма при подъеме захватывает преформу, а затем опускается для формования раздувом. Непрерывно экст-рудируемые преформы могут также захватываться формами, смонтированными сбоку, челнок которых, совершая возвратно-поступательные движения, захватывает преформу, которая затем выдувается, и готовое изделие извлекается практически без остановки. Этот скоростной процесс особенно подходит для изготовления изделий из ПВХ, причем его температура должна жестко контролироваться во избежание разложения и изменения цвета материала (рис. 8).
Для увеличения выпуска продукции при использовании непрерывной экструзии преформ существует специальное оборудование, в котором на карусели установлено множество форм, непрерывно вращающихся под расположенным наверху экструде-ром, формуя и сбрасывая готовые изделия в процессе вращения карусели с формами. Поскольку для подобных систем требуется много форм, а для их смены необходимо время, такое оборудование целесообразно использовать для изготовления больших серий изделий одинакового размера (в частности, для крупномасштабного производства пластиковых бутылок). В оборудовании подобного типа пластиковые бутылки обычно отделяются от непрерывных преформ после охлаждения и раскрытия форм.
Для получения преформ, из которых изготовляют изделия методом раздува, используются два типа шнековых машин, аналогичных применяемым для литья под давлением. Для изготовления небольших контейнеров используют машины со шнеками возвратно-поступательного действия и двухшнековые машины (рис. 9). Они снабжены вторичным накопителем и поршнем для порционного выдавливания преформ. Экструдеры с накапливающей головкой и плунжерной подачей применяются для изготовления больших контейнеров, включая пластиковые бочки.
Все головки экструдеров могут быть оснащены устройствами программирования преформ. В обычных головках расположение дорна внутри головки экструдера для получения одинаковой структуры стенок преформы фиксируется. В программируемых головках для регулирования толщины стенок преформы положение дорна может регулироваться (рис.10). Это позволяет изменять толщину стенки заготовки по длине — больше в основании изделия (для прочности), больше в тех местах, где материал должен раздуваться сильнее, и меньше там, где тонкие и небольшие участки не требуют большого количества материала. В реальном процессе формования теплый мягкий пластик растягивается под действием сжатого воздуха и принимает форму готового изделия (см. рис. 7).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
