Изготовление полимерной тары

Существуют следующие виды полимерной тары: выдувная, литьевая, термоформованная.

Выдувная тара

Получила свое название по способу ее изготовления, заключающемуся в том, что экструзией из полимерного материала формуют трубчатую заготовку, которая поступает в специальную форму, раздувается в объемное изделие, охлаждается и удаляется из формы. Экструзионно-выдувная тара, наряду с общими пре­имуществами, характерными для полимерной упаковки, имеет индивидуальные, присущие только этому виду: возможность изготовления тары практически любой фор­мы и различного объема (от 0,001 до 600 л); высокая формоустойчивость; повышенные прочностные свойства; возможность многократного использования и др. Существуют следующие способы производства выдувной тары: экструзия с раздувом; инжекция с раздувом; формование из трубча­тых заготовок; формование из литьевых заготовок с двухосной ориентацией; инжекционно-экструзионное формование; литьевое погружное формование с разду­вом; экструзионно-погружное формование с разду­вом; литье и экструзия с по­следующей сваркой.

Экструзия с раздувом. Полимерная заготовка (1) из экструдера (2) по­ступает в выдувную форму (3), где происхо­дит раздув и охлаждение изделия (4) (рис. 11).

Инжекция с раздувом. Расплав из сопла литьевой машины (1) поступа­ет в форму, где формуется полимерная за­готовка (2). Заготовка переносится в выдув­ную форму (3), раздувается в выдувное из­делие (4) и охлаждается (рис. 12).

Формование из трубча­тых заготовок. Трубчатую полимерную заготовку (1) помещают между нагревателями (2), переносят в выдув­ную форму (3), раздувают и охлаждают изде­лие (4) (рис. 13).

Формование из литьевых заготовок с двухосной ориентацией. Литьем под давлением изготавливают заго­товку (1), помещают между нагревателями (2), ориентируют в продольном направлении подвижным ниппелем (3), раздувают и охлаж­дают изделие (4) (рис. 14).

Инжекционно-экструзионное формование. Литьем под давлением изготавливают горло­вину изделия (1), которую вводят в выдув­ную форму; экструдируют трубчатую заго­товку (2), которую соединяют с горловиной. После раздува и охлаждения в выдувной форме (3) получают готовое изделие (4) (рис. 15).

Литьевое погружное формование с разду­вом. В расплав термопласта из экструдера (1) погру­жают оправку (2), на поверхности которой образуется заготовка (3). Заготовка отделяет­ся от расплава ножом (4) и переносится в форму (5), где раздувается и охлаждается (рис. 16).

Экструзионно-погружное формование с разду­вом. В литьевую форму (1) впрыскивается расплав полимера и в него погружается оправка (2). Оправка с образовавшейся заготовкой (3) переносится в выдувную форму (4), раздувается в изделие и охлаждается (рис. 17).

Литье и экструзия с по­следующей сваркой. Горловину с резьбой (1) изготавливают литьем под давлением. Экструдируют корпус (2) в виде трубки. Горловину и корпус сваривают между электродами 3 в объемное изделие (4) (рис. 18).

Экструзионно-выдувная полимерная тара занимает ведущее место по объему производства и применению, хотя в экономическом отношении несколько уступает термоформованной и пленочной упаковке. Она широко используется в различных отраслях народного хозяй­ства: в пищевой промышленности - для упаковки растительного масла, безалкогольных напитков, ординарных вин; в парфюмерной - для упаковки кремов, лосьонов, шампуней; в химической - для упаковки химреактивов, товаров бытовой химии; в медицине - для упаковки медпрепаратов и др. К данному виду тары относятся полимерные банки, бутылки, канистры, фляги.

Рис. 11. Экструзия с раздувом

Рис. 12. Инжекция с раздувом

Рис. 13. Формование из трубча­тых заготовок

Рис. 14. Формование из литьевых заготовок с двухосной ориентацией

Рис. 15. Инжекционно-экструзионное формование

Рис. 16. Литьевое погружное формование с разду­вом

Рис. 17. Экструзионно-погружное формование с разду­вом

Рис. 18. Литье и экструзия с по­следующей сваркой

Для изготовления экструзионно-выдувной тары используют гранулированные и порошкообразные термопласты: полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, реже - полистирол. В отдельных случаях применяют по­ликарбонаты, акрилаты, полиформальдегид. Наибольшее распространение получил гранулированный полиэтилен, так как производство тары на его основе относительно просто и не требует специального оборудования. Круп­ногабаритная тара, объемом свыше 10 л, выпускается преимущественно из полиэтилена.

Изготовление тары на основе порошкообразного и гранулированного ПВХ, напротив, требует поддержания точного температурного режима, специального перера­батывающего оборудования и формующего инструмента, периодической чистки рабочих узлов.

Высокая текучесть расплавов полипропилена позво­ляет выпускать тару с минимальной толщиной стенки (до 100-200 мкм), а там, где необходима повышенная прочность тары, применяют поликарбонаты и полиформ­альдегид. Акрилаты обеспечивают производство высо­копрозрачных бесцветных изделий.

Экструзионно-выдувную полимерную тару можно условно разделить по следующим основным признакам: по названию - флаконы, банки, тубы, канистры, бочки; по форме - круглая, коническая, квадратная, плоская, фигурная; по объему - малого объема (до 0,5 л), сред­него объема (от 0,5 до 2,0 л), большого объема (свыше 2,0 л); по материалу тары - полиэтиленовая, поливинил-хлоридная, полистирольная, полипропиленовая, на осно­ве сополимеров, акрилатов и др.; по цвету - белая, про­зрачная, цветная; по диаметру горловины - узкогорлая (внутренний диаметр горловины до 0,01 м), со средним диаметром горловины (от 0,01 до 0,03 м); широкогорлая (внутренний диаметр горловины свыше 0,03 м); по кон­струкции горловины - с резьбовой наружной или внут­ренней частью, с гладкой наружной и внутренней ча­стью, с фасонной наружной частью; по жесткости - жесткая, эластичная; по назначению - тара для упаков­ки жидких, порошкообразных сыпучих и пастообразных продуктов; по токсикологической оценке - для упаковки пищевых продуктов, фармацевтических препаратов и прочих изделий.

Технологический процесс производства экструзионно-выдувной тары состоит из нескольких основных операций: получение расплава и выдавливание трубчатой заготовки на экструзионном агрегате; формование изделий разду­вом в пресс-форме, установленной на выдувном устрой­стве и охлаждение изделий; извлечение изделия из фор­мы с помощью специального механического или пневматического сбрасывателя; окончательная отделка готовых изделий (удаление облоя) как в самой форме, так и пос­ле извлечения из нее.

С развитием экструзионно-выдувной техники, кроме описанного основного способа формования объемной та­ры, появились другие разновидности процесса: формо­вание заготовки литьем под давлением в литьевой форме с последующим раздувом в выдувной форме на форму­ющей машине (литье с раздувом); выдавливание трубчатой заготовки и отливка горловины изделия, соедине­ние горловины с заготовкой и ее раздув; отливка половин, полого изделия в форме на литьевой машине и последующая их сварка.

Для изготовления полимерной тары экструзионно-выдувным способом применяются экструзионно-выдувные агрегаты различной конструкции. Экструзионно-выдувной агрегат в общем случае состоит из трех основных механизмов: экструдера, предназначенного для получения и выдачи расплава полимера; экструзионной головки - для формования и выдачи трубчатой заготовки - и выдувного устройства.

Основные характеристики экструзионно-выдувных агрегатов: максимальный объем изготовляемой тары - оборудование, позволяющее изготавливать тару объемом до 0,5 л (легкий тип), до 20 л (средний тип), от 20 до 200 л и более (тяжелый тип); производительность: малопроизводительное - до 250 шт/ч (10-25 кг/ч), средней производительности - до 800-1200 шт/ч (35-55 кг/ч), высокопроизводительное - 3000 шт/ч (60-100 кг/ч) и более. Обе эти характеристики взаимосвязаны и учи­тываются в каждом конкретном случае, исходя из пот­ребностей производства.

Наиболее универсальным является средний тип тароделательного оборудования средней производительности, который в основном используется для производства «Объемной тары широкого ассортимента непосредственно у потребителя».

При централизованном производстве тары на специализированных предприятиях или при изготовлении однотипной тары для пищевых продуктов на предприятиях с объемом производства до 100-150 млн. изделий в год предпочтение следует отдавать высокопроизводительному тароделательному оборудованию.

Там, где требуются широкое разнообразие ассортимента выпускаемой тары, оперативность при переходе от одних форм и объема к другим, а также при мелкосе­рийном производстве используют малопроизводительное тароделательное оборудование легкого и среднего типа. Экструзионно-выдувные агрегаты можно подразделить по следующим основным признакам:

1) по виду и характеру перерабатываемого материала - экструдеры для переработки только одного вида материала (например, полиэтилена); универсальные экструдеры (как правило, комплектуемые набором шнеков и головок), способные перерабатывать различные мате­риалы; универсальные экструдеры со специальной конст­рукцией загрузочных устройств и рабочих узлов, способ­ные работать на сыпучих и гранулированных материалах различной химической природы;

2) по типу привода экструдера - с механическим приво­дом со ступенчатой или с плавной регулировкой частоты вращения шнека; с электрическим приводом или с гид­роприводом с плавной регулировкой;

3) по типу охлаждения шнека и цилиндра - с жид­костным, воздушным и комбинированным охлаж­дением;

4) по принципу подачи трубчатой заготовки - с периоди­ческой подачей заготовки (с копильником или аксиаль­ным периодическим передвижением шнека); с непре­рывной подачей заготовки;

5) по расположению шнека и формующей экструзионной головки - агрегаты с угловой головкой, горизонтальным расположением шнека и вертикальной подачей заготовки; агрегаты с прямоточной горизонтальной или вертикаль­ной головкой, горизонтальным или вертикальным распо­ложением шнека и горизонтальной или вертикальной подачей заготовки;

6) по наличию механизма регулирования толщины за­готовки - с неподвижными формующими органами (без регулировки); с подвижным дорном или стаканом (руч­ная регулировка во время остановки агрегата); с под­вижными частями формующего инструмента и механиз­мом программного регулирования толщины заготовки в процессе работы агрегата;

7) по количеству формуемых заготовок - одноручьевые и много-ручьевые;

8) по количеству рабочих позиций (выдувных форм) - однопози-ционные и многопозиционные;

9) по способу раздува заготовки - с нижним раздувом; с верхним раздувом; с раздувом с помощью внедряемой иглы (боковым или угловым);

10) по кинематике движения механизмов раздува - с возвратно-поступательным движением; с прерыви­стым (ротационные) или непрерывным (роторные) вра­щением;

11) по типу приводного устройства механизма раздува - с механическим, гидравлическим, пневматическим, ком­бинированным - гидропневматическим;

12) по типу охлаждения пресс-форм - с водяным маги­стральным охлаждением; с водяным охлаждением с при­менением автономной холодильной установки; с газоводяным или смешанным охлаждением в замкнутом цикле с автономной холодильной установкой;

13) по наличию вспомогательных устройств - для уда­ления облоя в форме или вне ее; для ориентированной выдачи готового изделия; для нанесения печати или этикетки в форме; для наполнения тары после раздува.

В отечественной практике для изготовления экструзионно-выдувной тары наибольшее распространение нашли агрегаты типа ЭВА, АВ, ВЭВП-40, «Бузулук», «Бекум», «Каутекс», «АСКО» и др.

Наиболее важные технологические параметры про­цесса изготовления экструзионно-выдувной тары: температура по зонам шнека и формующей головки - для полиэтилена низкой плотности она колеблется от 120 до 170 °С; для полиэтилена высокой плотности - от 130 до 190 °С; для жесткого ПВХ - винипласта - от 140 до 200 °С; для пластифицированного ПВХ - пластика - от 120 до 170 °С;

14) по частоте вращения шнека - может составлять от 1-2 (при наладочных режимах) до 200-250 об/мин; давле­ние воздуха при раздуве (от 200 до 1000 кПа); время одного полного цикла формования может составлять от долей секунды до 30 мин в зависимости от объема, формы и толщины изделия;

15) по расходу и температуре охлаждаемого агента (расход может составлять от 0,2 до 5 м³/ч при емпературе от 5 до 20 °С).

Рис. 19. Схема поточной комплексной линии для упаковки

в полимерную тару жидких продуктов:

1 - экструзионно-выдувной автомат; 2 - транспортер для приема готовой тары; 3 - устройство для сортировки тары; 4 - печатная машина; 5 - автомат ориентации тары в вертикальное положение; 6 - угловая станция; 7 - разливочный и укупоривающий автомат; 8 - устройство для открывания картонных коробок; 9 - автомат для упаковки тары в картонные коробки;

10 - машина для закрывания и обандероливания картонных коробок.

 

Современные экструзионно-выдувные агрегаты снаб­жены автоматической системой управления, которая регулирует работу формующего устройства без вмеша­тельства оператора. Как правило, современный экструзи­онно-выдувной агрегат обслуживается одним оператором-наладчиком, который включает его, следит за режимом и производит предварительный контроль качества выпу­скаемых изделий. Особое внимание при этом обращается на полноту формования резьбовых горловин, охлаждение изделий, прочность сварных швов, отсутствие на изделиях царапин, вмятин, горелых и других посторонних включений. Не допускаются отверстия или трещины любых размеров, а также остатки облоя.

Изготовленная и прошедшая контроль ОТК экструзионно-вы-дувная тара может в дальнейшем поступать на промежуточное хранение перед последующими операциями печати, укупорки и наполнения, если эти операции производятся на месте ее изготовления. В таких случаях тару помещают в легкие металлические контейнеры большого объема (до 5 - 10 м³) или упаковывают небольшими партиями в полимерные мешки, которые) хранят на специальных площадках. Если тара отправляется потребителю, то ее обязательно помещают во вторичную транспортную тару (картонные и деревянные короба или ящики, специальные корзины, пленочные мешки и пакеты, поддоны с усадочной пленкой и др.). Транспортная тара должна обеспечивать полную сохран­ность изделий в процессе их транспортировки, погрузки и разгрузки. Особое внимание уделяется обеспечению сохранности формы тары.

В СНГ превалирует децентрализованный способ изготовления зкструзионно-выдувной тары, когда одно промышленное предприятие изготовляет ее, заполняет продуктом и отправляет в торговую сеть. В последнее время наметилась тенденция к созданию на базе произ­водства экструзионно-выдувной тары поточных механизи­рованных линий, позволяющих выпускать полностью готовую к реализации товарную продукцию, упакованную в объемную тару (рис. 19).

Поточно-механизированные линии применяются для упаковки различных пищевых продуктов, товаров быто­вой химии, парфюмерии и других изделий в пластмассовые бутылки или тубы. Например, фирма «Антон - Олерт» (Германия) комплектует такие линии на базе агрегатов «Каутекс» производительностью до 4500 бутылок объемом до 1 л или тубные линии максимальной производитель­ностью до 5200 туб/ч объемом до 0,15 л. Подобные по­точные линии выпускают фирмы «Бекум» (Германия), «ОМСО» (Италия) и др. Одну такую линию обслужи­вают 5-10 операторов.

Еще одним прогрессивным направлением является создание автоматов, где совмещены процессы изготовле­ния и заполнения экструзионно-выдувной тары. Успешно эксплуатируются автоматы подобного типа фирмы «Боттл-Пак» (Швейцария). На этих автоматах изготов­ляются полиэтиленовые флаконы объемом до 0,5 л, ко­торые одновременно заполняются жидким продуктом (например, жидкими моющими средствами) с последу­ющей заваркой горловины флакона. Остается навинтить колпачок, наклеить этикетку с текстом и упаковать гото­вые флаконы в транспортную тару. Производительность такого автомата до 800 наполненных флаконов в час. Он имеет малые энергоемкость, металлоемкость, габари­ты и обслуживается одним оператором.

Следует отметить еще одну тенденцию в комплекто­вании поточных линий на базе так называемых модулей. Каждый модуль представляет собой экструзионно-вы­дувной автомат среднего типа (объем тары - до 1,5 л) и средней производительности (600-800 шт/ч). Благо­даря унификации узкой передней панели (рабочей ча­сти) из таких модулей могут собираться блоки различной производительности (до 12 тыс. изделий в час). При этом сохраняется централизованная подача полимерного сырья, прием готовых изделий и не увеличивается количество обслуживающего персонала. Преимущества модульных схем заключаются в том, что на одной линии можно производить тару различной конфигурации и объема. Выход из строя одного агрегата-модуля не приводит к остановке всей линии, экономно расходуется производственная площадь, сохраняется однотипность использу­емых агрегатов. Типичная модульная схема показана на рис. 20.

Во всех случаях процесс изготовления экструзионно-выдувной тары неизбежно связан с образованием отхо­дов в виде облоя, дефектных изделий, заготовок и др. При этом доля таких отходов может составлять от 20 до 40 % от массы готового изделия. Большая часть этих отходов может быть подвергнута повторной переработке, что положительно сказывается на экономических пока­зателях производства [3].

Дальнейшее совершенствование технологического процесса производства экструзионно-выдувной тары, снижение стоимости полимерного сырья, обеспечение полной безвредности позволят сделать тару еще более экономичной, расширят область ее применения.

 

Рис. 20. Схема линии для производства экструзионно-выдувной тары с использованием «модулей»:

1 - пневмозагрузчик; 2 - бункер для сырья; 3 - набор модулей; 4 - пресс-формы; 5 - шкаф управления модуля; 6 - транспортер для тары; 7 - транспортер для облоя и бракованных изделий; 8 - пневмотранспорт для готовой тары: 9 - дробилка; 10 — автомат по наполнению и укупорке готовой тары.

Литьевая тара

Получила свое название по способу изготовления, который заключается в том, что полимерный материал размягчается до вязкотекучего состояния и под давлением впрыскивается в закрытую литьевую форму, где затвердевает при охлаждении, приобретая конфигу­рацию внутренней полости формы, и затем удаляется из нее в виде готового изделия. Литьевая тара из полимер­ных материалов отличается высоким качеством, точно­стью размеров и сравнительно малой стоимостью. Про­цесс изготовления литьевой тары, может быть полностью автоматизирован. По объему выпуска литьевая тара не занимает ведущего места в тароупаковочной технике, однако в некоторых областях ее применение является преобладающим.

Различают следующие виды литьевых изделий: объемная тара (пеналы, коробки и банки различной фор­мы); объемная крупногабаритная тара (сырьевые и бутылочные ящики, лотки, поддоны, ведра и др.); укупо­рочные средства для объемной тары (крышки, колпачки, пробки, прокладки и др.); функциональные приспособле­ния для объемной тары (насосы-распылители, держатели, мерники и др.).

Для изготовления тары литьем под давлением приме­няют различные термопласты: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид жесткий и пластифициро­ванный, поликарбонат, полиформальдегид. В некоторых случаях могут использоваться и реактопласты: фенол - формальдегид, полиэфиры, меламино- и мочевино-формальдегид-ные пластики.

Технологический процесс изготовления литьевой тары состоит из следующих основных операций: получение расплава полимера с помощью шнековых экструдеров-пластикаторов; впрыск расплава в закрытую форму через систему литниковых каналов и заполнение полости фор­мы; охлаждение готового изделия в закрытой форме; раскрытие формы и удаление готового изделия; окончательная отделка изделия (удаление литников и облоя).

Для изготовления тары способом литья под давлени­ем применяют литьевые машины, которые в общем слу­чае состоят из трех основных узлов: инжекционного меха­низма с приводом; узла замыкания и размыкания фор­мы и самой литьевой формы.

Все литьевые машины характеризуются двумя основ­ными показателями: максимальным объемом впрыска - литьевые машины с максимальным объемом впрыска до 1,065 мм³ (легкий тип), 0,5 мм³ (средний тип), 5 мм³ и выше (тяжелый тип); максимальным расстоянием между плитами.

Литьевые машины различаются по следующим приз­накам:

1) по назначению - для литья термопластов (термопластавтоматы), реактопластов, резиновых смесей;

2) по виду и характеру перерабатываемого материала - для переработки только одного вида материала (например, полистирола), универсальные (могут комплектоваться набором рабочих узлов), способные перерабатывать различные материалы, универсальные со специальными загрузочными устройствами и рабочими узлами для переработки различных сыпучих и гранулированных материалов;

3) по типу инжекционного механизма - поршневые, одношнековые, многошнековые, с предпластикатором;

4) по расположению инжекционного механизма - горизонтальные, вертикальные, угловые; по типу механизма замыкания формы - гидромеханические рычажные, гидравлические ступенчатые;

5) по количеству изготавливаемых изделий за один цикл - с одноместными и многоместными литьевыми формами;

6) по типу литниковой системы - с холодными и с обогреваемыми литниками.

В отдельную группу принято выделять роторные литьевые машины для литья двух- и многоцветных изделий, выдувные и некоторые другие литьевые машины. В отечественной практике для изготовления литьевой наибольшее распространение нашли агрегаты типа ТП и Д, а также литьевые машины марки «Куасси», «Зоммер» (Германия), «Негри-Босси» (Италия) и др.

Независимо от конструкции литьевой машины, последовательность технологических операций остается всегда постоянной. Наиболее важными технологическими пара­метрами процесса литья являются температура инжекционного цилиндра и головки (до 200-350 °С), частота вращения шнека (до 250-300 об/мин), доза впрыска (2,5 мм³ и более), давление впрыска (до 200 МПа), вре­менные параметры цикла формования (время впрыска, выдержки под давлением, набора материала и др.), усилие замыкания механизма литьевой формы (до 4,5 МН) [3].

Изготовленные литьевые изделия при необходимости подвергаются механической обработке и в дальнейшем в ящиках или контейнерах поступают на склад или на сборку.

В производстве крупногабаритных литьевых изделий объемом свыше 0,6-1,0л наметилась тенденция к приме­нению одного подвижного инжекционного узла для не­скольких узлов замыкания и размыкания формы. В этом случае инжекционный узел, передвигаясь по специаль­ным направляющим, последовательно подходит к кажд­му узлу замыкания и размыкания и производит впрыск в литьевую форму необходимой порции расплава. Такая схема обеспечивает снижение энерго- и металлоемкости и уменьшение используемой полезной площади при од­новременном увеличении производительности.

Процесс изготовления литьевых изделий сопровож­дается, как правило, образованием отходов в виде лит­ников и бракованных изделий. Доля таких отходов со­ставляет до 20 % от массы готового изделия. (Процесс переработки отходов (термопластов) аналогичен ранее описанному). Поэтому во всех случаях целесообразно стремиться, в частности, к снижению веса литников или полному их устранению. Для этого при литье малога­баритных изделий (например, колпачков) в многомест­ных формах применяют обогреваемые литниковые ка­налы, которые позволяют получать готовое изделие без литников, что исключает дальнейшую механическую об­работку изделий и дает возможность более экономно расходовать полимерные материалы.

Способ литья под давлением обеспечивает высокую точность размеров изготовляемых изделий, что обусловливает повсеместное применение литья для производств; укупорочных средств, где особенно важно выдержать точные размеры для надежной герметизации тары. Кроме того, литьем под давлением изготавливаются различные функциональные приспособления, где имеется ряд сопрягаемых деталей с точными размерами.

Литьевые машины тяжелого типа позволяют формовать крупногабаритные изделия сложной формы с перегородками типа сырьевых ящиков или ящиков для бутылок. Масса таких пластмассовых ящиков в 3,8-4 раза меньше, чем деревянных, а срок эксплуатации - в несколько раз больше. Они не гниют, их легко мыть и стерилизовать, штабелировать в пустом виде по типу «один в другой», перевозить автопогрузчиком.

4.3 Термоформованная тара.

Способ изготовления данной тары заключается в том, что листо­вой полимерный материал нагревается до определенной температуры, а затем подвергается вытяжке в форме с последующим охлаждением и высечкой готовых изделий.

Термоформование имеет свои положительные и отрица­тельные стороны. К его преимуществам относятся низкая стоимость формую-щего инструмента и возможность про­изводства легких тонкостенных (толщиной до 100 мкм) изделий из всех имеющихся листовых и рулонных полимерных материалов. Недостатком способа является необходимость предварительного получения листового материала строго определенных толщины и ширины с минимальным допуском по разнотолщинности. Все это усложняет процесс в целом и влияет на себестоимость тары. Процесс высечки готовых изделий требует допол­нительного оборудования и дает много отходов.

В ближайшие годы способ термоформования должен найти самое широкое применение в области упаковки товаров широкого потребления. Это объясняется стремлением снизить расход тароматериалов на единицу изделия, появлением новых тароматериалов, способных легко перерабатываться экст­рузией в лист, созданием высокопроизводительного обо­рудования для термоформования, которое способствует снижению себестоимости тары [3].

Термоформованная тара наиболее широко применя­ется для упаковки молочных продуктов (сыров, сметаны, фруктов, салатов, соков, майонеза, кондитерских изделий, яиц, штучных товаров), технических жидкостей, смазок, химических товаров бытового назначения, культбытизделий, товаров технического назначения, сигарет и т. д.). Изготовляется она почти из всех рулонных и листовых полимерных материалов. Наибольшее распространение получила тара из поливинилхлорида, полистирола, сопо­лимера АБС, полиэтилена, полипропилена. В последнее время появились новые полимерные мате­риалы, пригодные для формования. К ним относятся акриловые сополимеры и биаксиально ориентированная пленка из полистирола, сочетающие в себе требуемые физико-механические свойства и прозрачность. Хорошо формуется пенополистирол. Однако последний имеет специфические области применения и пока широкого распространения не получил из-за рыхлости и хрупкости, затрудняющих транспортировку готовых изделий. Кроме того, тара из пенополистирола экономически невыгодна, так как получаемые при ее формовании отходы не под­лежат повторной переработке.

Из всех полимерных материалов легче всего форму­ется полистирол. Он имеет наименьший цикл переработки. Тара из него обладает рядом ценных качеств (ударопрочность при отрицательных температурах, теплостойкость, нетоксичность, красивый внешний вид и др.). Однако по основным прочностным свойствам тара из полистирола уступает таре из других полимерных мате­риалов.

Предпочтение отдают таре из поливинилхлорида. Для производства тары может быть использован поливинилхлоридный лист толщиной 200-500 мкм, что позволяет получить легкую тару, отличающуюся невысокой стоимостью. Однако поливинилхлорид обладает низкой термостабильностью. В связи с этим лист при формовании необходимо нагревать медленно, что увеличивает общий цикл производства тары по сравнению с циклом ее про­изводства из ударопрочного полистирола.

Сополимер АБС по характеру переработки аналогичен полистиролу, а по ее продолжительности - поливинилхлориду. К особенностям АБС относится высокая гигроскопичность. Поэтому перед термоформованием его необходимо подвергать сушке.

Полиэтилен и полипропилен используются для термоформования в меньшей мере. При их переработке необ­ходимо учитывать эффект прогиба листа в процессе на­грева. Нагрев и охлаждение этих материалов требуют точ­ной регулировки температуры, в связи, с чем цикл их фор­мования более продолжителен по сравнению с циклом формования других полимеров.

Термоформованную тару условно можно разделить по следующим признакам:

1) по назначению - одноразового пользования (кюветы, стаканы, пеналы, флаконы), многократного пользования (коробки, ячейки, лотки, поддоны, вкладыши, прок­ладки);

2) по форме - прямоугольная, квадратная, треугольная, круглая, цилиндрическая, коническая, овальная;

3) по объему -малого объема (до 0,05 л), среднего объема (от 0,05 до 0,5 л), большого объема (свыше 0,5 л);

4) по материалу -поливинилхлоридная, полистирольная, полиэтиленовая, на основе сополимера АБС и т. д.;

5) по цвету - белая прозрачная;

6) по глубине вытяжки, которая определяется высотой получаемого изделия или отношением высоты к наимень­шей ширине или диаметру изделия;

7) по токсикологической оценке - для упаковки пище­вых продуктов, товаров технического назначения, хими­ческих товаров бытового назначения и т. д.

Технологический процесс производства термоформованной тары включает следующие стадии: установка и подача рулонного полимерного материала; нагрев и фор­мование листа; охлаждение и высечка готовых изделий.

С развитием техники процесса термоформования поя­вились другие разновидности процесса: изготовление ру­лонных материалов и формование из них изделий в одном технологическом потоке; формование изделий непосред­ственно из гранул полимера; производство тары для пи­щевых продуктов с одновременной стерилизацией про­дукта, тары и необходимых узлов оборудования [3].

Для изготовления тары способом термоформования применяются агрегаты различной конструкции. Однако для всех агрегатов характерно наличие приспособления для закрепления рулонного или листового материала, нагревательной панели, устройства для формования и высечки изделий.

Оборудование для термоформования можно класси­фицировать по следующим признакам:

1) по принципу формования - вакуумное, пневматиче­ское;

2) по способу формования - позитивное, негативное;

3) по характеру перерабатываемого материала - для пе­реработки только одного материала (ПВХ, ПС, ПЭ); для переработки различных полимерных материалов;

4) по допустимой максимальной глубине вытяжки листа;

5) по допустимым размерам перерабатываемого мате­риала - по ширине и толщине полимерного листа;

6) по производительности (тактов/ч);

7) по способу нагрева и охлаждения полимерных листов.

Принцип вакуумформования тары состоит в том, что закрепленный на раме полимерный лист нагревается до определенной температуры над формующей рабочей поверхностью стола, затем опускается на нее (рис. 14, а). Вследствие создания в форме вакуума размягченный лист притягивается к стенкам формы, приобретая ее контуры. После охлаждения готовое изделие выталкивается из формы сжатым воздухом. Этот способ вакуум-формования изделия на матрице называется негативным. Наряду с этим существуют различные варианты позитивного вакуумформования - изготовление изделий не в матрице, а на пуансоне формы. Нагретый полимерный лист втягивается в вакуум-камеру, после чего в нее вводят пуансон, а вакуум снимают. Предварительно растянутый лист при соприкосновении с холодным пуансоном охлаждается, плотно его обтягивая и образуя изделие требуемой формы и размеров.

Негативный способ вакуумформования широко применяется для получения изделий с небольшой глубиной вытяжки (до 0,06 м), позитивный - изделий с большей глубиной вытяжки.

а б

Рис. 21. Схема изготовления термоформованной тары

способом вакуумформования (а) и пневмоформования (б):

1 - рама; 2 - нагреватель; 3 - пресс-форма; 4 - лист

Для переработки полимерных листов толщиной 001-0,01 м в изделия сложной конфигурации применяют способ пневмоформования (рис. 21, б). В этом случае лист закрепляется на формующей поверхности рабочего стола, предварительно нагретого до необходимой температуры; в пространство над листом (в пневмокамepy) подается сжатый воздух, с помощью которого лист прижимается по контуру пресс-формы, затем охлаждается и извлекается из нее. Температура нагрева листов зависит от свойств полимерного материала и лежит в пределах 100-160 °С; температура нагрева формы - 40-80 ºС; давление воздуха -0,3-,0 Па; способ обогрева - теплорадиационный или контактный.

Лучшим способом разогрева материала является кон­тактный. Из-за плохой теплопроводности термопластов радиационный способ не обеспечивает равномерного прогрева листа до температуры размягчения по всей его площади и толщине.

Для нагрева полимерного листа в основном применяют электрообогрев, газовый обогрев, ИК-лучи. В последнее время в новых агрегатах используют высокоэф­фективные трубчатые нагреватели. Для поддержания постоянной температуры обогрева большинство современных машин снабжаются терморегулирующими устройствами. Для охлаждения после формования обычно используется циркуляционное водяное охлаждение. Время нагрева и охлаждения термопластичных листов прямо пропорционально толщине листа и удельной теплоемкости материала и обратно пропорционально коэффициентам теплопроводности и теплопередачи по­следнего.

Вакуумное формование применимо для массового производства тонкостенных и исключительно прозрачных изделий без каких-либо поверхностных дефектов. Вакуумформование с предварительной вытяжкой листа ис­пользуется для изготовления изделий со стенками раз­личной толщины.

Пневмоформование применяется для получения изде­лий с минимальными допусками по разнотолщинности, для переработки листа, толщиной 1-10 мм. Основные параметры обоих способов приведены в табл. 5.

Для производства термоформованной тары применя­ются как полуавтоматические, так и автоматические ли­нии. Для выпуска небольших объемов тары рациональ­нее использовать полуавтоматические линии. В эти ли­нии входят агрегаты по формованию тары и крышек. Емкости и крышки раздельно поступают к наполнитель­ным и укупорочным устройствам. Достоинством этого способа упаковки является гибкость технологической схемы. Она достигается тем, что агрегаты работают независимо друг от друга. Этим обеспечивается возможность упаковки различных видов продукции. В случае если для укупорки тары применяются не крышки, а пленка - полуавтоматические линии укомплектовывают сварочными агрегатами. Использование автоматических линий целесообразно в крупнотоннажном производстве.