рефераты скачать

МЕНЮ


Курсовая работа: Изготовление ПЭТФ-бутылок

Курсовая работа: Изготовление ПЭТФ-бутылок

Московский Государственный Университет Прикладной Биотехнологии

Кафедра Технологии Упаковки и Переработки ВМС

Курсовая работа

на тему:

Изготовление ПЭТФ-бутылок


Москва, 2009.


Содержание:

Введение

1. Физические свойства ПЭТФ

2. Производство ПЭТФ-преформ

2.1 Оборудование и его назначение

2.2 Вспомогательное оборудование и его назначение

2.3 Характеристики и разновидности ПЭТФ-преформ

3. Изготовление ПЭТФ-бутылок

3.1 Станция разогрева ПЭТФ-преформ СП-8/2

3.2 Технологический расчет станции разогрева

3.3 Аппарат выдува СП-8

3.4 Правила эксплуатации оборудования для выдува ПЭТФ-бутылок

3.5 Пресс-форма

3.6 Фирмы-производители оборудования

3.7 Схема агрегата выдува

3.8 Расчет количества сжатого воздуха, требуемого для выдува бутылок

3.9 Компрессоры для выдува и их виды

Заключение

Литературный обзор

Приложение

Пояснительная записка к чертежам


Введение

полиэтилентерефтолатный тара выдув бутылка

Полиэтилентерефталатная (ПЭТФ) тара появилась относительно недавно, примерно в 70-х годах ХХ века. По некоторым данным, первыми, запатентовавшими бутылку, была компания «DuPont»,  это произошло в 1977 году. В настоящее же время, ПЭТФ-тара активно используется в различных отраслях, начиная с пищевой промышленности, заканчивая упаковкой бытовой химии.

Отличительные черты полиэтилентерефтолатной тары, это ее прозрачность, легкость, прочность. Она может иметь самые различные и изысканные формы, от самых простейших, то самых сложных. Оборудование по производству тары из полиэтилентерефталата не занимает большие площади и не требует больших капитальных вложений. Пластиковая тара теснит другие виды упаковки. Использование ПЭТФ-тары рентабельное производство. Для производства достаточно купить оборудование для выдува и преформы – заготовка для выдува бутылок, которые не занимают много места при хранении.

На нашем же рынке, ПЭТФ появился довольно поздно, примерно в начале 90-х годов ХХ века, но уже занимает лидирующие позиции в производстве упаковки. ПЭТФ-бутылки дешевле, чем другие виды упаковке, в среднем на 10-20%. Все больше продуктов упаковывается в ПЭТФ-тару.


1. Физические свойства ПЭТФ

Основные характеристики полиэтилентерефталата <1>:

Ø  Плотность аморфного полиэтилентерефталата: 1,33 г/см3.

Ø  Плотность кристаллического полиэтилентерефталата: 1,45 г/см3.

Ø  Плотность аморфно-кристаллического полиэтилентерефталата: 1,38-1,40 г/см3.

Ø  Коэффициент теплового расширения (расплав): 6,55·10-4.

Ø  Теплопроводность: 0,14 Вт/(м·К).

Ø  Сжимаемость (расплав): 99·106 Мпа.

Ø  Диэлектрическая постоянная при 23 °С и 1 кГц: 3,25.

Ø  Тангенс угла диэлектрических потерь при 1 Мгц: 0,013-0,015.

Ø  Относительное удлинение при разрыве:12-55%.

Ø  Температура стеклования аморфного полиэтилентерефталата: 67°С.

Ø  Температура стеклования кристаллического полиэтилентерефталата: 81 °С.

Ø  Температура плавления: 250-265 °С.

Ø  Температура разложения: 350 °С.

Ø  Показатель преломления (линия Na) аморфного полиэтилентерефталата: 1,576.

Ø  Показатель преломления (линия Na) кристаллического полиэтилентерефталата: 1,640.

Ø  Предел прочности при растяжении: 172 МПа.

Ø  Модуль упругости при растяжении: 1,41·104 Мпа.

Ø  Влагопоглощение: 0,3%.

Ø  Допустимая остаточная влага: 0,02%.

Ø  Морозостойкость: до -60 °С.

Полиэтилентерефталат обладает высокой механической прочностью и ударостойкостью, устойчивостью к истиранию и многократным деформациям при растяжении и изгибе и сохраняет свои высокие ударостойкие и прочностные характеристики в рабочем диапазоне температур от -40 °С до +60 °С, но для долгосрочного применения на улице этому материалу необходима защита от ультрафиолетового излучения. ПЭТФ отличается низким коэффициентом трения и низкой гигроскопичностью. Общий диапазон рабочих температур изделий из полиэтилентерефталата от -60 до 170 °C.

По внешнему виду и по светопропусканию (90%) листы из ПЭТФ аналогичны прозрачному оргстеклу (акрилу) и поликарбонату. Однако по сравнению с оргстеклом у полиэтилентерефталата ударная прочность в 10 раз больше.

ПЭТФ – хороший диэлектрик, электрические свойства полиэтилентерефталата при температурах до 180°С даже в присутствии влаги изменяются незначительно.

По сопротивляемости агрессивным средам ПЭТФ обладает высокой химической стойкостью к кислотам, щелочам, солям, спиртам, парафинам, минеральным маслам, бензину, жирам, эфиру. Имеет повышенную устойчивость к действию водяного пара. В то же время ПЭТФ растворим в ацетоне, бензоле, толуоле, этилацетате, четыреххлористом углероде, хлороформе, метиленхлориде, метилэтилкетоне и, следовательно, листы ПЭТФ могут так же хорошо склеиваться, как оргстекло, полистирол и поликарбонат.

Полиэтилентерефталат характеризуется отличной пластичностью в холодном и нагретом состоянии. Листы из этого полимера имеют незначительные внутренние напряжения, что делает процесс термоформования простым и высокотехнологичным, предварительная сушка листов не требуется, теплоемкость листов из полиэтилентерефталата меньше, чем у полистирола и оргстекла, поэтому нагрев ПЭТФ-листов до температуры формования требует значительно меньшей тепловой энергии и времени. Все это приводит к экономии электроэнергии и снижению трудоемкости, а, следовательно, к снижению себестоимости изготавливаемой продукции. Поэтому полиэтилентерефталат может быть хорошей заменой прозрачному сплошному поликарбонату в различных сооружениях и конструкциях, так как его стоимость значительно ниже.

Термодеструкция полиэтилентерефталата происходит в температурном диапазоне 290-310 °С. Деструкция происходит статистически вдоль полимерной цепи. Основными летучими продуктами являются терефталевая кислота, уксусный альдегид и монооксид углерода. При 900 °С генерируется большое число разнообразных углеводородов. В основном летучие продукты состоят из диоксида углерода, монооксида углерода и метана.

Для повышения термо-, свето-, огнестойкости, для изменения цвета, фрикционных и других свойств в полиэтилентерефталат вводят различные добавки. Используют также методы химического модифицирования различными дикарбоновыми кислотами и гликолями, которые вводят при синтезе ПЭТФ в реакционную смесь.


2. Производство ПЭТФ-преформ

ПЭТФ преформа – это заготовка для изготовления ПЭТФ бутылок или банок из полиэтилентерефталата методом выдувного формования. ПЭТФ преформы производятся на специальном оборудовании (инжекционно-литьевая машина (Термопластавтомат) плюс дополнительное оборудование для подготовки полимерного сырья) методом литья под давлением. Сырьём для производства преформ служит полиэтилентерефталат (ПЭТФ – русское сокращение, РЕТ – английское сокращение). В России, в настоящее время, более 10 предприятий занимаются производством ПЭТФ-преформ, крупнейшими из них являются «Европласт», «Мастер Групп », «РЕТАЛ», «Интера-Цериус», «Мега-Пласт».

Потребительские свойства преформ, определяются не только качеством сырья, но и характеристиками используемого оборудования.

Оборудование для производства преформ условно делится на 2 категории: основное и вспомогательное. Основное – литьевая машина с литьевой пресс-формой для литья под давлением. Вспомогательное – бункерное хранилище гранулянта, пневмотранспорт, установка для сушки гранулянта, охладитель оборудования, осушитель воздуха, компрессор.

2.1 Оборудование и его назначение

В процессе изготовления преформ, шнек экструдера литьевой машины выполняет функции пластицирующего и дозирующего устройства. При предварительной пластикации червяк перемещает гранулянт из бункера в переднюю часть нагревательного цилиндра – в зону дозирования. Материал в цилиндре перемещается из-за разности сил трения на его стенке и на витке червяка. В зависимости от его агрегатного состояния выделяются 3 функциональные зоны пластикатора:

a)  Зона загрузки – материал твердый. Гранулы, уплотняясь, перемещаются в виде эластичной монолитной пробки

b)  Зона сжатия (плавления) – материал твердый и в виде расплава. Нарушается монолитность пробки и механическая энергия червяка переходит в тепловую энергию, что приводит к разогреву материала.

c)  Зона дозировки (гомогенезации) – материал в виде расплава. Происходит смешивание материала и выравнивания температур.

Далее с помощью плунжера доза расплава впрыскивается в сомкнутую форму и происходит выдержка формы под давлением. После этого одновременно происходит выдержка изделия без давления и подготовка новой дозы.

В отличае от изготовления конечного изделия методом литья под давлением, преформа находится в форме меньше времени и охлаждается не до твердого состояния, а до температуры, близкой к температуре перехода из вязкотекучего состояния в высокоэластическое. Тепло от преформы отводится через ее внешнюю поверхность, которая контактирует с формой.В процессе охлаждения преформы на поверхности может образоваться затвердевший слой полимера, что в дальнейшем будет препятствовать роздуву, что этого не произошло, температура формы поддерживается немного выше температуры затвердения полимера.

Литьевая форма при изготовлении преформ – горячеканальная. Обеспечение оптимальной температуры при литье, происходит благодаря ее формы. Обязательным условием получения качественных преформ, является высокая размерная точность и качество поверхностей прессормы, так как любой дефект поверхности пресс-формы, такие как царапины или раковины, перейдет на пресс-форму, и потом, увеличившись в 10 раз при выдуве, перейдет на бутылку.


2.2 Вспомогательное оборудование и его назначение

Помимо основного оборудования, в изготовлении преформ используется, вспомогательное. Оно играет важную роль поцессе производства. Именно вспомогательное оборудование отвечает за качество изделия.

Пневмотранспортная система решает 2 задачи: 1 – наполнение бункера гранулянтом, 2 – доставка гранулянта от бункера до сушилки. В первом случае сжатый воздух, а во втором – вакуум. Таким образом уменьшается пылеобразование.

Бункерные хранилища. Средняя вместимость бункера – 80 т. Они имеются практически на всех заводах, занимающихся изготовлением преформ. Их количество зависит от производительности и числа литьевых машин, частоты поставок гранулянта.

Холодильники используются для охлаждения пресс-формы. Мощность холодильника определяется скоростью работы литьевой машины. Производительность процесса прямо пропорциональна мощности холодильника, так как длительность цикла связана с толщиной стенки преформы, то есть со временем, которое требуется для охлаждения расплава до того состояния, при котором возможно вытолкнуть отливку из формы.

Сушилка – главное звено вспомогательного оборудования, влияющее на качество конечной продукции. ПЭТФ – это гигроскопичный материал, хорошо впитывающий влагу. Если влагу не удалить из материала, то будет брак конечной продукции в виде образовавшихся пузырей. Чаще всего, не достаточная сушка материала приводит к снижению вязкости и повышенному выделению ацетальдегида, что вызовет помутнее материала. Рекомендуется сушить ПЭТФ не менее 5 часов, при температуре 160-1700 С.

Компрессор служит для питания механизмов машины сжатым воздухом. Рекомендуемое давление – 10 бар. Воздух должен быть хорошо отфильтрован и высушен.

Осушитель воздуха  необходим для минимизации енготивного влияния влажности воздуха. Необходимя температура воды в системе охлаждения составляет 70С. При этом, если точка росы воздуха, окружающего пресс форму, выше данной температуры, может происходить конденсация влаги на холодных поверхностях пресс-формы, что може привести к дефектам преформы, а это не допустимо. Существуют 2 способа борьбы: первый – повышение температуры охлаждающей жидкости, но это повлечет за собой снижение производительности, второй – осушать воздух в цеху или в локальном объеме, окружающем пресс-форму.

2.3 Характеристики и разновидности ПЭТФ-преформ.

Ассортимент выпускаемых сейчас ПЭТФ-преформ чрезвычайно велик.

Преформы можно классифицировать по следующим признакам:

ü  В зависимости от сферы потребления преформы могут быть предназначены для выдува бутылок под:

- безалкогольные газированные напитки и минеральные воды

- питьевые негазированные воды

- соки и сокосодержащие напитки

- молоко и кисло

- молочные изделия

- пиво и слабоалкогольные напитки

- алкогольные напитки (вино, водка)

- холодный чай/кофе

- растительное масло

ü  В зависимости от емкости бутылки преформы могут различаться по весу.

Вес преформы напрямую влияет на объем бутылки, которую можно получить. Стандартное соотношение между весом преформы и емкостью получаемой бутылки представлено в таблице.

Стандартное соотношение между весом преформы и емкостью получаемой бутылки

Вес преформы, граммы Емкость бутылки, литры
20 0,33
23 0,5
26 0,7
38 – 39 1
42 – 44 1,5
48 2
87 3 – 5
710 – 770 19

Масса выбираемой преформы в первую очередь регламентируется объемом формуемой бутылки и требованиями к прочностным и барьерным характеристикам ее стенок. Совершенно очевидно, что при фиксированном весе преформы толщина стенки бутылки будет тем больше, чем меньше ее объем, и наоборот. В зависимости от степени насыщения содержимого бутылки углекислым газом, процент содержания которого в газированных напитках колеблется от 2 до 10 г на 1л, толщину стенок бутылок увеличивают от 0,25мм (для слабогазированных минеральных и фруктовых вод, не предназначенных для длительного хранения) до 0,36-0.38мм (для сильногазированных напитков). Для выдува 2-х литровой бутылки для сильногазированных напитков необходима преформа массой не 48, а 52г

ü  По своей конфигурации преформы делятся на 3 группы:

- универсальные

- толстостенные

- укороченные


Универсальная преформа наиболее распространена. Она характеризуется ровной поверхностью цилиндрического тела без значительных расширений. При массе 42г ее длина составляет 148мм, толщина стенки – 3мм.

Качество формуемой бутылки в огромной степени зависит от результата разогрева преформы. А прогреть ее бывает тем легче, чем меньше толщина ее стенки. С этой точки зрения, толщина 2,6мм лучше, чем 3,0мм. Однако уменьшение толщины стенки преформы до менее чем 3,0мм связано с большими технологическими трудностями ее изготовления (необходимо существенное увеличение температуры в камере дозирования и на соплах, а также увеличение числа оборотов экструдера на 10-15%). Именно поэтому тонкостенные преформы выпускаются редко, а если и поступают в продажу, то их стоимость гораздо выше универсальных.

Толстостенная преформа (с толщиной стенки до 4,5мм) в изготовлении технологически проще. Однако для качественного формования бутылок такие преформы требуют более длительного нахождения в зонах разогрева, то есть их использование приводит к снижению производительности. А для многих типов машин, прежде всего с печами погружного типа, эти преформы вовсе непригодны, так как длительное нахождение в зонах разогрева (более 15 минут) приводит к тому, что материал наружной поверхности преформы перегревается и теряет прозрачность, а ее внутренняя поверхность остается холодной и недостаточно пластична для беспроблемного выдува бутылок.

С укороченными преформами дело обстоит еще хуже. Они просты в изготовлении и удобны при транспортировке (при прочих равных условиях в упаковочный ящик помещается их на 30-40% больше укороченных преформ, чем универсальных), но пригодны лишь для раздува на мощном оборудовании с давлением воздуха 30-40бар. Получить качественную бутылку из таких преформ на можно лишь на высококачественных полуавтоматах выдува, либо ценой значительного снижения производительности, но и в этом случае брак неизбежен.

ü  В зависимости от конфигурации горла различают преформы/бутылки со стандартом:

- BPF/PCO (для газированных напитков и минеральной воды, пива)

- Oil (для растительного масла)

- Bericap (для напитков, воды)

- «38» (для соков, молочной продукции)

На рынке напитков в России преимущественно используются два стандарта горловины преформ: BPF (British Plastics Federation) и PCO (Plastic Closures Only).

Стандарт BPF получил наибольшее распространение в северной части Европы, в том числе в восточной ее части и в странах бывшего СССР; PCO – в США. Британская Федерация Пластика – организация, в обязанности которой входит разработка и утверждение тех или иных стандартов, касающихся пластмассовых изделий, в том числе и упаковки. Так в Европе стандарт BPF получил большее распространение, нежели чем PCO. Оба этих стандарта выполняют важную функцию – газоудержание. С точки зрения уровня газоудержания оба стандарта практически идентичны. Но преимущество стандарта PCO состоит в том, что он легче BPF. Экономия ПЭТ при переходе с BPF на PCO составляет от 1 до 2 грамм.

Вопрос выбора той или иной преформы для выдува бутылок решаются индивидуально, применительно к конкретным условиям производства и сбыты готовой продукции, с учетом технических особенностей используемого оборудования.

Схемы остальных конфигураций преформ представлены в таблице:


3. Изготовление ПЭТФ-бутылок

Технологический процесс изготовления бутылок может быть одно- и двухстадийным. В первом случае бутылка изготавливается непосредственно из ПЭТ-гранулята. Во втором, и он более распространенный, на первой стадии из сырья делается преформа, а уже непосредственно на предприятиях розлива из преформ делается бутылка. В любом случае при нагреве заготовки до температур выше температуры стеклования, жесткие связи аморфного состояния полимера ослабеваю и появляется возможность двухосевой ориентации молекулярных цепей путем вытягивания и раздува преформы. Физические и механические свойства получаемой таким образом бутылки зависят не только от толщины стенки сосуда, но также и от равномерности ориентации молекул материала. С увеличением степени растяжения, то есть с увеличением числа ориентированных молекул в аморфной массе, повышается механическая прочность и газонепроницаемость. Но одновременно с этим снижается устойчивость размеров бутылки к воздействию температуры.

Страницы: 1, 2, 3, 4


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.