Полимерные ящики и контейнеры (стр. 6 из 8)

Процесс нагревания и формования пластиковых листов был разработан в 1936 г.. когда во Франции для упаковки мяса впервые была использована термоусадочная пленка. В ходе второй мировой войны этот метод применялся для изготовления пластиковых топографических карт. Для упаковки этот метод стал широко использоваться лишь с начала 1960-х гг., когда впервые с помощью термоформования стали изготовляться контейнеры и крышки для молочных продуктов. Позднее при производстве коробок для яиц, мясопродуктов и т. п. стали применяться листы из пенополистирола. В настоящее время в этих целях в мире потребляется более 900 тыс. т листовых пластиков.

Для термоформования можно использовать любые листовые термопласты, однако было замечено, что одни материалы более полно соответствуют нуждам упаковочной промышленности, чем другие (из-за различий в прозрачности, запахе, технологических характеристиках и цене — см. табл. 8.2). Наиболее широко используются (в порядке убывания) ПВХ, ВОПЭ, ПС, ПП, ПЭТФ и ЛПЭНП.

Лидирует в этом списке полужесткий ПВХ, широко применяемый в упаковке пищевых продуктов благодаря своей прозрачности и влагонепроницаемости, которые могут быть дополнительно улучшены путем применения полиэтиленового слоя или материала с лучшими барьерными свойствами (большей кислородоне-

проницаемостью). Этот материал позволяет формовать такие же прочные и защищенные емкости (чашки) и лотки, как и ВОПЭ, а благодаря своей инертности и отсутствию запаха он используется для упаковки и пищевых, и непищевых продуктов. Широко применяется и ПП, используемый для упаковки некоторых пищевых продуктов. Он легко перерабатывается и на него можно наносить глубокую печать. ПЭТФ, противостоящий тепловому воздействию лучше, чем полиолефины, применяется для изготовления двойной упаковки продуктов, разогреваемых в микроволновых печах, и продуктов быстрого приготовления. Блистеры для упаковки твердых изделий — это область применения высокоударопрочного ПС, который благодаря своей прозрачности позволяет видеть упакованный продукт, хорошо перерабатывается, прочен и экономичен. Другие материалы, в частности АБС-сополимеры и ПК, применяются в особых случаях, когда прочность более важна, чем стоимость.

Технология термоформования

Основной способ термоформования представляет собой вытягивание пластикового листа в раме, зажимающей его со всех сторон. Лист разогревается до размягчения, а затем под действием разрежения прижимается к форме. После охлаждения он отстает от формы, вынимается из нее и обрезается. Для опытно-конструкторских работ, когда в качестве материала иногда выбирают ацетат целлюлозы (в данном случае температура может регулироваться не так строго, а прочность материала в размягченном состоянии достаточно велика), применяют несложное оборудование. Нагрев может производиться как с одной, так и с обеих сторон листа, и при ручном управлении размягчение листа заметно по его провисанию. Затем пластик подвергается дальнейшему нагреву до достижения идеально плоской поверхности. В этот момент он уже почти готов к формованию, но обычно до приложения разрежения лучше выдержать его в этом состоянии еще 15-20 с.

Оборудование для крупносерийного производства намного сложнее. Для производства упаковочных контейнеров листовой материал обычно хранят в рулонах и подают в установку с помощью цепного привода с зажимами, захватывающими края листа. Существует и оборудование (обычно роторного типа) для работы с листовым материалом без цепного привода, но оно в основном применяется не в упаковочной индустрии.

Лист пластика разогревается с обеих сторон кварцевыми лампами, трубчатыми стальными стержнями, стеклянными и керамическими пластинами (излучателями). Большое значение имеет расположение нагревателей, так как поверхность пластика должна нагреваться равномерно. Затем разогретая пластиковая лента размещается над формой(ами) и воспроизводит ее полость методом, описанным выше. Некоторые материалы (например, пористые или пеноматериалы) требуют специальных форм, поскольку по мере нагрева материал продолжает расширяться, и для соблюдения требуемой формы требуется четкое соответствие между двумя частями формы (пуансоном и матрицей).

Существуют материалы, которые могут быть нагреты путем присасывания (с помощью вакуума) к пористой горячей пластине так, что края формы вдавливаются в пластик. Такая технология называется «формование с помощью захвата листа». После размягчения пластика прикладывается давление воздуха, и лист прижимается к поверхности формы.

Формование с совместным приложением давления и разрежения происходит намного быстрее, чем просто вакуумное формование, так как последнее для выполнения операции ограничено атмосферным давлением в 0,1 МПа, тогда как давление сжатого воздуха может быть в несколько раз больше. Почти все высокопроизводительные формовочные машины — пневмоформочные. Для ускорения охлаждения после формования изделия в форме оно может обдуваться холодным воздухом (некоторые специалисты считают, что распыление водяного пара эффективнее воздушного охлаждения). Затем изделие удаляется из формы путем продува последней воздухом или с помощью выталкивателей. Рулон остается на зажимах и транспортируется к следующему узлу формования. Изделие отсекается от рулона с помощью специальных устройств. Параметры отрезания должны учитывать последующую усадку, так как изделие все еще разогрето. Затем оставшийся материал наматывается на бобину, а отформованное изделие отправляется на упаковочный автомат или на следующий технологический блок. В фирмах, производящих термоформование, отходы материала обычно сразу же используются повторно, причем эти фирмы обычно принимают отходы на утилизацию и от предприятий, упаковывающих продукцию.

Блистерные упаковки, подобные изготовленным по вышеописанной технологии в специализированных фирмах, зачастую используются упаковщиками для размещения товаров на витринах магазинов (рис.12). Отформованные таким образом емкости применяются для упаковки твердых, вязкоэластичных и жидких продуктов (в основном пищевых), а лотки с ячейками используются для упаковывания инструмента, различных наборов и медицинских товаров. Существует специальное линейное и карусельное оборудование с устройствами подачи, дозирования и укупоривания подобных контейнеров термоклеевыми или обжимными пластиковыми крышками.

Рис. 12. Методы присоединения прозрачного блистера к декорированной подложке включают: а) нанесение буртика из термоклея; б) сгибание подложки с просечкой отверстия для блистера; в) размещение продукта (продукт размещается внутри блистера, который, складываясь, фиксируется на подложке); г) формирование двойного блистера на согнутой подложке (продукт выглядит плавающим в пространстве); д) двойную внутреннюю выточку (выемки в подложке служат частью уплотнения); е) формирование блистера с загнутыми краями, служащими в качестве направляющих для обеспечении скольжения подложки (способствующего более простому открытию упаковки и ее многократному использованию)

Вместе с тем подобная блистерная упаковка может изготовляться непосредственно на формовочно-упаковочных линиях твердых, вязкоэластичных и жидких продуктов, как пищевых, так и непищевых, включая лекарства. Этот тип машин работает, как правило, с узкой рулонной пленкой или листами пластика, ширина которого позволяет формовать от одной до четырех или более упаковок округлой или (чаще) многоугольной формы (что сокращает отходы). Лист пластика разогревают одним из вышеуказанных способов, в отформованные лотки дозируют продукт, после чего они герметизируются пластиковой пленкой. Готовая упаковка с продуктом затем вырубается из пластиковой пленки, отходы которой возвращаются поставщику. Подобное оборудование может быть периодического или непрерывного действия в зависимости от объемов выпуска продукции.

Конструкция форм

Термоформование можно выполнить с помощью выпуклой и вогнутой формы (пуансона и матрицы), пары согласованных форм или матрицы и вспомогательного пуансона, напоминающего по конфигурации пуансон, но обычно не так плотно прилегающий. Вспомогательные пуансоны для промышленного оборудования изготовляют из алюминия, и во избежание охлаждения или коробления пластикового листа их нагревают или охлаждают. Область применения зависит от конструкции изделия, типа полимера и требований к готовому изделию, но в настоящее время во многих термоформовочных машинах применяют и разрежение, и сжатый воздух, и вспомогательные пуансоны совместно (рис.13).

Рис. 13. Оснастка для термоформования: а) выпуклая форма; б) вогнутая форма; в) выпуклая форма для вакуумного формования; г) вогнутая форма со вспомогательным пуансоном; Э) возвратное формование (продавливает расплав полимера в вакуумную камеру, а затем вытягивает ее обратно); е) формование с предварительным раздувом листа (сжатый воздух раздувает лист пластика вверх, а пуансон вдавливает пластик вниз с одновременной откачкой воздуха из-под листа)