СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИПРОПИЛЕНА Российский патент 2004 года по МПК B29C49/64 B29C49/02 B29C49/06 B29C49/08 B29C43/02 B65D1/00 

Изобретение относится к переработке термопластичных материалов, а именно к производству полых изделий из полипропилена (ПП), преимущественно тары - бутылок, банок и т.п.

Широко известен способ изготовления изделий из ПП методом экструзионно-выдувного формования, при котором трубчатая заготовка (преформа), выдавливаемая экструдером, поступает в смыкающуюся выдувную форму, где под воздействием давления воздуха, подаваемого во внутреннюю полость трубчатой заготовки, последняя раздувается до требуемого профиля производимого изделия.

Несмотря на широкое распространение данного способа, он имеет ряд существенных недостатков, основными из которых являются низкая производительность при относительно высокой энергоемкости, высокая материалоемкость изделий, низкие физико-технические (в основном прочностные) свойства изделий, относительно низкий уровень их барьерных качеств (т.е. качеств газового барьера) и др.

Данные недостатки частично устраняются в известном способе изготовления ориентированных полых изделий из термопластичного материала путем экструзии непрерывной заготовки (преформы), ориентации ее в осевом направлении, термообработки ее при температуре, обеспечивающей ориентацию в процессе окончательного раздува и поперечной ориентации [1].

Использование двухосной ориентации полимерных материалов при изготовлении изделий данным способом позволяет существенно снизить материалоемкость изделий и их прочность, а также повысить барьерные качества изделий.

В то же время, указанный способ не обеспечивает изготовления качественных изделий, так как при продольной ориентации заготовки (преформы), нижний конец которой зажимается элементами формы, заготовка (преформа) сильно вытягивается, в результате чего образуется изделие, днище и преддонная часть которого тоньше боковых стенок.

Кроме того, данный способ является лишь модернизацией одностадийного способа экструзионно-выдувного формования изделия, при котором две операции - изготовление трубчатой заготовки и выдув из нее изделий, осуществляются последовательно и непрерывно с использованием специально предназначенного для этого одноименного оборудования, которое, в силу необходимости последовательного исполнения вышеназванных операций, характеризуется, как упоминалось выше, низкой производительностью при относительно высокой энергоемкости.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления полых изделий из полипропилена, взятый за прототип, при котором предварительно изготовленные заготовки (преформы), поступающие с места хранения, разогреваются в печи или нагревательной секции, после чего вытягиваются в осевом направлении, а затем раздуваются, при этом указанные заготовки (преформы) сначала доставляются в секцию предварительного разогрева, имеющую температуру чуть ниже температуры вытяжки, и выдерживаются при этой температуре, потом они захватываются и переносятся в приспособление вытяжки, где они дополнительно нагреваются до температуры вытяжки, вытягиваются, а затем раздуваются.

Дополнительной особенностью данного способа является то, что время предварительного нагрева заготовок (преформ) в 3-5 раз больше времени выдержки при этой температуре, а период выдержки при температуре предварительного нагрева в 4-6 раз длительнее времени окончательного нагрева [2].

Данный способ характеризуется двухстадийностью процесса производства изделий, который определяется двумя раздельными этапами их изготовления, между которыми - получением предварительной заготовки и выдувом из нее изделия, могут иметь место периоды временного или длительного хранения заготовок, а также их транспортирование с места одного вида производства на другое.

Одним из важнейших преимуществ двухстадийного производства перед одностадийным является обеспечение существенного (в несколько раз) повышения производительности за счет возможности использования на обоих технологических этапах (для изготовления заготовок и готовых изделий) специализированного высокопроизводительного оборудования (литьевого и выдувного), что определяет высокую рентабельность производства, а также позволяет существенно улучшить качественные параметры готовых изделий, включая равнотолщинность стенок и донной части тары, ее минимальную материалоемкость, при повышенных барьерных качествах и физико-механических характеристиках, в том числе прочности и жесткости.

Однако заложенный в данном известном способе принцип многоэтапного разогрева полипропиленовых заготовок приводит к повышению энергозатрат на эту операцию, увеличению времени производственного цикла при раздуве изделий, а также к усложнению производственного оборудования и оснастки.

Техническим результатом решаемой предлагаемым изобретением задачи является снижение энергозатрат и уменьшение времени общего производственного цикла изготовления полых изделий из ПП при сохранении качества изделий, а также повышение технологичности производственного цикла за счет возможности использования более простого оборудования и оснастки.

Решаемая задача достигается тем, что предварительно изготовленные преформы, поступающие с места хранения, разогревают в печи или нагревательной секции, после чего вытягивают в осевом направлении, а затем раздувают. Преформы разогревают непрерывно со скоростью 33-60°С/мин, не допуская оплавления их поверхностей, до температуры в диапазоне величин 0,55-0,99 температуры точки плавления полипропилена, при этом конкретное значение скорости и температуры разогрева преформ определяют в зависимости от марки полипропилена.

Предпочтительно используют марки полипропилена и его сополимеров с высоким показателем текучести расплава.

Данный способ производства полых изделий из ПП осуществляется двухстадийно и его сущность заключается в следующем. На первой стадии производства методом литья под давлением с использованием термопластавтоматов или литьевых линий, оснащенных пресс-формами, изготавливаются заготовки в виде преформ, представляющих собой предварительную емкость со сформированной горловой частью, утолщенными стенками и донной частью, выполненной, как правило, в виде полусферы.

Для изготовления преформ из полипропилена возможно использование самого широкого спектра литьевого оборудования как отдельных термопластавтоматов, таких фирм, как "Triuizi" (Италия), "Arburg" (Германия), "Krauss-Maffei" (Германия), "Engel" (Германия), "KuASY" (Германия) "MIR" (Италия), "LG" (Ю.Корея), ПО "Термопластавтомат" (Украина, г.Хмельницк) и многих других, так и автоматизированных линий - высокопроизводительных термопластавтоматов, оснащенных устройствами автоматизированной загрузки сырья в зону литья и готовой продукции в тару, роботами изъятия преформ из зоны литья, компрессорами и высокоэффективными системами охлаждения и т.п., таких фирм, как "Demag" (Германия), НРМ "Hemscheidt" (США), "General Plastics" (США), "ВМ Biragi" (Италия), "Nissey" (Япония) и др.

Преформы отливаются в пресс-формах, где происходит их предварительное охлаждение и первичная стабилизация. Окончательное охлаждение и полная стабилизация осуществляются на месте временного хранения или в транспортировочной упаковке при климатических условиях окружающей среды.

После временного хранения или транспортирования преформы поступают на место выдува (на выдувную машину), где реализуется вторая стадия производства изделий из ПП.

Выдувные машины (автоматические и полуавтоматические) состоят из двух основных составных частей - устройства разогрева преформ (как правило, ячеистого или туннельного типа) и устройства раздува подготовленных для этого преформ.

Автоматические выдувные машины дополнительно комплектуются механизмами подачи преформ из накопительного бункера в зону их разогрева, механизмами автоматической подачи разогретых преформ в устройство раздува изделий и, как правило, устройством транспортирования готовых изделий из зоны раздува преформ на линию упаковки или линию заполнения изделий продукцией пищевого или технического назначения.

Для производства полых изделий из ПП (бутылок, банок и т.п.) по предлагаемому способу возможно использование как серийно выпускаемых выдувных машин - автоматических (известных фирм "Sidel" (Франция), "Krupp (SIG) Corpoplast" (Германия), и др.) или полуавтоматических (таких фирм, как ЗАО "ВИСМА" (Россия), "Awaplast" (Польша), "Steca" (Франция), "QCS" (Китай) и мн.др.), предназначенных для раздува преформ из широко применяемого для этих целей полиэтилентерефталата (ПЭТ), так и специальных выдувных машин, предназначенных для работы с преформами из ПП (изготовлены опытные образцы).

При этом выдувное оборудование, предназначенное для работы с ПЭТ, должно быть переналажено под режимы разогрева преформ (заготовок) из ПП.

Основными режимами разогрева преформ перед их раздувом являются температура и интенсивность разогрева. Последняя характеризуется скоростью разогрева, определяющей время, за которое заготовка (преформа) разогревается от температуры окружающей среды до температуры ее возможной трансформации в готовую тару.

Исходя из многообразия отечественных и импортных марок ПП, большинство из которых могут быть использованы для изготовления двухосно-ориентированных изделий, получаемых двухстадийным способом, диапазон температур, при которых может быть осуществлен раздув преформ, составляет 150-270°С, что соответствует диапазону величин, равных 0,55-0,99 температуры точки плавления ПП, а интенсивность разогрева преформ соответствует временному диапазону, составляющему 3-7 мин. Для того, чтобы достичь такой интенсивности, скорость разогрева должна соответствовать 30-60 град/мин.

Высокая интенсивность разогрева (но не выше 60 град./мин) при относительно низкой температуре (не выше 270 град.) не допускает подплавление преформ, что положительно отражается на качестве изделий.

Одноэтапный разогрев преформ при оптимальном соотношении интенсивности и температуры разогрева позволяет также снизить энергозатраты и время общего производственного цикла изготовления изделий из ПП.

Конкретные значения температуры и времени разогрева преформ определяются в зависимости от физико-механических свойств исходного сырья (той или иной марки ПП), а также наличия - отсутствия различного вида добавок и красителей, и процентного содержания последних в общей массе сырья для производства преформ.

Одним из наиболее основных параметров, входящих в состав физико-механических свойств ПП, на основании которого определяются температура и время разогрева преформ, является показатель (индекс) текучести расплава. Чем он выше, тем больше температура и время разогрева преформ.

На практике, основываясь на показателе текучести расплава, а также процентном содержании и свойствах добавок и красителей, определение вышеуказанных оптимальных параметров разогрева преформ осуществляется эмпирическим путем.

Опыт производства выдувной тары из ПП, на основании данного способа подтвердил правомерность предложенных параметров и зависимостей. При этом при работе с различными марками отечественного и импортного ПП, добавками и красителями было выявлено, что при наименьших затратах наиболее качественная тара из ПП (банки, бутылки и т.п.), изготавливаемая двухстадийным способом, получается при использовании марок ПП с высоким показателем (индексом) текучести расплава, составляющим значения 23-28 г/10 мин, несмотря на то, что основная применяемость указанных марок - при производстве нетканых волокон, текстурированных и нетекстурированных изделий, игрушек, а также изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, изготавливаемых методом скоростного литья под давлением.

Использование указанных марок ПП позволяет за счет высокой текучести расплава при изготовлении преформ упростить процесс литья под давлением и использовать серийно выпускаемое недорогое литьевое оборудование и оснастку (в том числе - пресс-формы).

Пример.

Преформы для банок разогревают в туннельной печи со скоростью 35,5°С/мин в течение 4,5 мин при температуре от 20 до 180°С, состовляющей около 72% (или 0,72) от температуры точки плавления указанной марки ПП с нуклеатом, равной 250°С. Роздув банок из разогретых преформ производился в 000 “Руский механик” на полуавтоматах, серийно выпускаемых ОАО “Кропоткинский завод МиССП-Совпласт”, в которых преформы помещают в пресс-форму, где они вытягиваются в осевом направлении и раздуваются.

Источники информации

1. Патент США № 3539670, кл. 264-99, 1970.

2. Европейский патент ЕР 0500028 В1, кл. В 29 С 49/64, 1996.

Способ касается переработки термопластичных материалов, а именно производства полых изделий из полипропилена, преимущественно тары, например бутылок, банок. Предварительно изготовленные преформы, поступающие с места хранения, разогревают в печи или нагревательной секции непрерывно со скоростью 33-60°С/мин, не допуская оплавления их поверхностей, до температуры точки плавления полипропилена. При этом конкретное значение скорости и температуры разогрева преформ определяют в зависимости от марки полипропилена. После чего преформы вытягивают в осевом направлении, а затем раздувают. Предпочтительно используют марки полипропилена и его сополимеров с высоким показателем текучести расплава. Предложенный способ позволяет снизить энергозатраты и уменьшить время общего производственного цикла изготовления полых изделий из полипропилена при сохранении качества изделий, а также повысить технологичность производственного цикла за счет возможности использования более простого оборудования и оснастки. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления полых изделий из полипропилена, при котором предварительно изготовленные преформы, поступающие с места хранения, разогревают в печи или нагревательной секции, после чего вытягивают в осевом направлении, а затем раздувают, отличающийся тем, что преформы разогревают непрерывно со скоростью 33-60°С/мин, не допуская оплавления их поверхностей, до температуры в диапазоне величин 0,55-0,99 температуры точки плавления полипропилена, при этом конкретное значение скорости и температуры разогрева преформ определяют в зависимости от марки полипропилена.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предпочтительно используют марки полипропилена и его сополимеров с высоким показателем текучести расплава.