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.

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, 05л), среднего объема (от 0, 05 - 0, 5л), большого объема (свыше 0, 5л);

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. 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.

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

           а                        б

материала и лежит в пределах 100-160 °С; температура нагрева формы - 40-80 º С; 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.

Особенностью способа термоформования является то, что пресс-формы могут изготавливаться из различных материалов. Формы, рассчитанные на длительный срок службы, изготавливаются из алюминиевых сплавов. Для средних сроков службы применяются формы, отлитые из эпоксидных и фенольных смол. Для получения небольших партий тары можно использовать формы из гончарной глины и дерева. Последние часто применяются при вакуумформовании, так как давление на формы в этом случае относительно невелико. При пневмоформовании формы изготавливаются в основном из смол или алюминиевых сплавов. Формы с поднутрениями и обратной конусностыо для этих способов не пригодны.

Таблица 5 Особенности способов вакуум- и пневмоформования

Показатель	Вакуумформование	Пневмоформование
Способ нагрева листа	Радиационный	Контактный
Давление формования	Нагретый размягенный лист прижимается к формующей поверхности под действием создаваемого в форме вакуума	Нагретый размягчен­ный лист прижимается к поверхности формы под действием сжатого воздуха
Высечка готового изделия	Производится на отдельной установке после извлечения изделия из формы	Производится до извлечения изделия из формы
Цикл формования	Продолжительный	Непродолжительный
Воспроизведение конфигурации фор­мующей поверхности	Мелкие детали поверх­ности не воспроизводят­ся	Хорошее
Форма	Простая, недорогая	Сложная, дорогая, ножи для высечки изделий могут быть расположены только на матрице
Стоимость оборудования	Низкая	Высокая

Все формы должны иметь каналы для удаления воздyxa, находящегося между листом и поверхностью формы, каналы для циркуляции воды. Они обычно размещаются в тех местах формы, в которых соприкосновение с листом происходит в последнюю очередь. Каналы необходимо делать как можно меньшего диаметра. Размеры их определяются толщиной перерабатываемого листа и типом полимера.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: