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
|