Выдув ПЭТ: технология производства пластиковой бутылки

Что значит выдув ПЭТ-бутылок

Это технологический метод формования тары из полиэтилентерфталата, который позволяет с высокой скоростью и точностью изготавливать емкости от 0,05 до 30 л, создавать простые и изысканные формы, менять цвет и наносить логотип.

История — кто придумал ПЭТ

Полиэтилентерфталат, также известный под названиями ПЭТФ и РЕТ, изобрели менее чем столетие назад в Англии, в 1941-м году, химики Джон Рекс Уинфилд и Джеймс Теннант Диксон.

А вот его появление в мире пищевой упаковки полностью отражает развитие и рост, которым подвергся мир пластмасс примерно в 1970-х годах. По некоторым данным, американский инженер Натаниэль Уайет стал искать способ производства тары для имбирного эля без использования стекла. И он его нашел, запатентовав новую технологию изготовления пластиковых бутылок в 1977 г. Изобретение и сегодня является стандартом для упаковки воды и безалкогольных напитков.

Плюсы и минусы ПЭТ-тары

Емкости могут быть изготовлены из разных типов полимеров, но чаще всего из полиэтилентерфталата. Эта термопластичная смола сложных полиэфиров с достаточно высокими эксплуатационными свойствами по сравнению с другими пластиками. Он не подвержен деформациям, не боится повторного нагревания, которое его не разрушает, и, как правило, оказывается самым дешевым выдувным полимером.

Характеристики термопласта:

• Прозрачность, как главное рыночное преимущество.
• Небьющийся, долговечный, легкий: вес стандартной бутылки из пластика 20-30 г.
• Широкий диапазон объемов: от 50 мл для воды до 30 л пивной кеги.
• Прочный: выдерживает давление газированных жидкостей без изменения размеров и формы.
• Безопасный: не выделяет токсические вещества, способные проникать в продукты питания во время хранения.
• Стабильный в температурном диапазоне от -40 °С до +60 °С.
• Препятствует проникновению запахов и воздуха.
• Химически стойкий к маслам, жирам, некоторым агрессивным средам.
• 100 % перерабатываемый, подходит для создания новой продукции.

Стадии изготовления пластиковой ПЭТ-бутылки: как и из чего их выдувают

В производстве используются две технологические схемы формования:

1. Из гранулированного полимерного сырья.
2. Из готовых заготовок (преформ).

Первый процесс — моностадийный, который объединяет все операции превращения пластика в емкость в одной машине.

Второй — двухстадийный, тут сначала гранулы перерабатывают в преформы, после их повторно нагревают и растягивают-раздувают, придавая нужный размер и форму. Именно этим способом производится около 80 % ПЭТ-бутылок. При этом на этапе создания предприятия достаточно купить машину только для выдува, а заготовки можно в любом количестве закупать у сторонних поставщиков. Рассмотрим более прицельно производство.

Обзор процесса и технологии выдува ПЭТ-бутылок

• Шаг 1. Создание заготовки (литье преформ)

Тут используется термопластавтомат. Расплавленный полимер впрыскивают в литьевую оснастку, соприкасаясь с ее холодными стенками, он остывает и приобретает конфигурацию, похожую на пробирку без крышки, но с винтовой нарезкой под них. Для обеспечения максимальной безопасности и сохранности они собираются автоматическим роботом и упаковываются. Безусловно, можно привлекать упаковщика, но по времени это дольше.

Заготовка состоит из корпусной части и горловины с опорным кольцом — это уже готовый элемент, который никогда не поддается преобразованиям и остается в исходном состоянии. Поэтому в литье крайне важны точность и повторяемость горлышка.

По сути, каждый полуфабрикат — это бутылка в миниатюре, только у нее толще стенки и высота в разы меньше полноразмерной. Но именно эти параметры обуславливает объем емкости, а также технологию производства.

• Шаг 2. Изготовление тары (выдув преформ)

Выдувное формование включает участок сортировки и отсеивания бракованных заготовок, их приема и закрепления на специальных стержнях конвейера для перемещения в горячую зону, где они приобретают мягкость, необходимую для растягивания и выдува. От тепловых элементов горлышко «спрятано» и отделено кольцом-ограничителем. Работы могут вестись на полуавтоматах и в автоматическом режиме.

Повторный нагрев

Размягчается полуфабрикат под воздействием инфракрасных ламп станции разогрева, тепло которых лучше проникает в PET, одновременно с этим достигаются хорошие результаты энергосбережения. Ключевая задача этапа — подобрать температурный режим в соответствии с размерами преформы, чтобы получать стабильное качество.

Важно равномерно прогреть ее по всей длине и ширине, но не перестараться, иначе изделие выйдет мутным и желтоватым. Это также обеспечит необходимое распределение полимерной массы и заданные свойства емкости на этапе выдува. Вместе с тем обрабатывающие узлы снабжены системами воздушного охлаждения. Это не допускает обгорания внешней стенки и не позволяет повредить горлышко и прилегающую к нему часть. В противном случае при нагревании эта зона просто деформируется и «усаживается», появится явление «кривого горлышка», так что бутылка будет пропускать воздух и уйдет в бракованные отходы.

Уравновешивание

После повторного нагрева обычно температура наружной стенки преформы выше, чем внутренней, что неблагоприятно для формования и вызовет дефекты. Поэтому ее горячей в течение некоторого времени оставляют в естественной среде для коррекции температуры и только затем подают для финальной обработки.

Выдув и вытягивание

Фактическое завершение изготовления нового продукта сводится к следующему. В пресс-форму заготовка ставится чаще горлышком вниз и через него предварительно выдувается сжатым воздухом, но этого недостаточно для растяжения. Применение только высокого давления приведет к неравномерному распределению материала в емкости, потому что пока воздух дойдет до нужной высоты, где-то участок растянется более тонко, а где-то менее. Конечно, продукция приобретет нужную форму, но переменной толщины. И если теоретически наполнить такую тару, то при транспортировке она лопнет.

Чтобы выдуть ровную ПЭТ-бутылку, дополнительно проводят растягивание с помощью металлического штока. Стержень вставляется в горлышко и «подталкивает» заготовку вверх в сторону дна, заставляя ее быстрее удлиняться чисто механически, в то же время через него продолжает подаваться сжатый воздух. Поэтому расширение происходит единовременно в плечевой, основной и донной части. Процесс становится равномерным и синхронным, образуется качественная полая продукция. Шток вынимается, изделие охлаждается, после чего формующие полости размыкаются и выпускают готовую продукцию.

Форма для ПЭТ-бутылки

• Литьевая оснастка

Вес, форма и назначение будущей тары являются факторами, определяющими тип заготовок, а соответственно и пресс-формы для их литья. Еще нужно учитывать, что преформам под разные жидкости соответствует свое горлышко и толщина. Конструкторские решения учитывают прочностные и барьерные характеристики. Например, чем выше степень газации, тем толще стенки должны быть, чтобы выдерживать давление. Поэтому различные по применению бутылки из пластика выдувают из разных заготовок.

Их производят с большим разнообразием диаметров и высоты: с ультракоротким и широким горлышком, для 5-литровок, толстостенные и тонкостенные. В зависимости от гнездности получают до полутора сотен штук за один цикл. При определении количества формующих полостей руководствуются продовольственным планом, но чем больше их, тем больше заготовок получится, затратив меньше времени.

• Выдувная оснастка

В разработке этих пресс-форм следует учитывать различия полуфабрикатов и конструкций бутылок. При этом серийная универсальность первых не ограничивает производителей в дизайне: по сути, из одной и той же заготовки можно получить одинаковую по объему тару, но разной формы и с фирменными рифлениями, эмблемами, надписями. Это делает продукцию всегда узнаваемой и отличает оригинал от подделки.

Перед запуском производства, выдувают пробную партию, чтобы проверить истинную емкость и окончательную форму произведенной бутылки. Любое несовершенство может привести к браку, поэтому важно убедиться, что каждая деталь работает правильно, надежно закреплена и заготовка не болтается в пресс-форме.

Смена форм

Возможность быстрой смены формующих устройств стала стандартным требованием в полимерной отрасли. Безусловно, замена не влияет на производство пластиковой ПЭТ-бутылки, но, чтобы сохранить работоспособность и не нести убытков, необходимо своевременное обслуживание и ремонт, качественная очистка и консервация пресс-форм.

Контроль

Управление ТПА и выдувной машиной производится с помощью контроллеров с сенсорной панелью — все параметры на виду. Не приходится полагаться на мнение оператора, который может обнаружить изменения в качестве после выдувания сотен или даже тысяч изделий, не соответствующих спецификации. Чувствительные датчики считывают все показатели, сигнализируя о сбоях. Это позволяет переработчикам быстро реагировать и уверенно следить за качеством, вовремя запрограммировать лучшие диапазоны рабочих значений. Эффективность процессов, обеспечиваемая системой контроля, делает ее практической необходимостью.

Транспортировочные линии для бутылок

Итак, упаковка выпущена и готова к дальнейшему использованию — розливу. Для транспортировки пустой ПЭТ-тары от выдувной машины до наполнителя ставится конвейер прямой, либо с углом поворота 45 °, 90 ° и 180 ° — такие крутые изгибы призваны оптимизировать площадь линии и позволяют максимально использовать пространство на предприятии.

Транспортные системы для мягких бутылок могут быть разного типа:

• одно- и многоленточными;
• с подъемом/опусканием за горлышко;
• воздушные (пневматические);
• роликовые, ленточные, цепные.

Основная их функция — перемещать легко повреждающуюся пустую тару с весом в несколько граммов. Например, малая масса и связанная с этим неустойчивость не создает проблем, когда конвейерная лента снабжена продольными ограничителями по обе стороны от емкости. Они удерживают ее в вертикальном положении, чтобы плотно «сидела» на несущей линии.

Переработка ПЭТ-бутылок

Отдельно следует сказать, что полиэтилентерефталат перерабатывается лучше и больше всего из пластиков. По сути дела, из старой тары можно получить новую. Существуют технологии и оборудование для переработки отходов, львиную долю которых составляют именно бутылки, выбывшие из употребления.

Процесс включает в себя дробление полимерного мусора в мелкие хлопья. Затем их промывают и очищают от загрязнений, пыли, остатков этикеток, клея. Грануляция дробленки дает более высокую плотность материала, что в конечном итоге повышает качество литья.

Переработанный PET пластик поступает на предприятия упаковочной, пищевой и непищевой промышленности. Направления применения, помимо бутылок, включают изготовление волокон для ковров, синтетических нитей, пленки и лент, отчасти даже для новых преформ и строительных материалов.

Оборудование для производства ПЭТ-тары

Промышленный опыт свидетельствует, что изготовление бутылок из PET-пластика на экструзионно-выдувной машине невозможно. Она не рассчитана на работу со специфичным сырьем. Этот материал очень текучий и из него не получится сформировать рукав, удобный для работы, он сразу начинает капать. Равным образом не получить тонкой стенки. К тому же он довольно быстро нагревается и начинает пригорать, желтеть, что неприемлемо для прозрачной упаковки.

И чтобы этого не происходило для обработки нужны хорошие давление и скорость, качественные лампы нагрева и системы формования.

• Для литья заготовок следует подумать о приобретении ТПА специальной серии PET, который безупречен с точки зрения эффективности обработки этого сырья. Вдобавок машины сервоприводные и экономят электроэнергию на 50-60 % по сравнению с гидравлическими.
• Производят пластиковые бутылки на растягивающе-выдувных машинах серии SB. Это специальные станки для работы на преформах.
• Традиционное оборудование для рециклинга — шнековые экструдеры, дробилки, сито, мойки и сушки, грануляторы.

Что предпринять для старта или сохранения непрерывности и рентабельности производства

1. Производить преформы. Наладить изготовление заготовок как отдельного вида товара и продавать. Главная ценность — глубокая емкость рынка, универсальность и удобство транспортировки. Можно выпускать типовое изделие для 20-30 потребителей, а уже каждый из них у себя изготовит желаемую тару.
2. Приобрести и установить линию на своих площадях. Перестроить цепочки производства, соединяя в непрерывный поток оборудования для литья преформ и выдувания из них ПЭТ-бутылок с автоматизированной линией розлива. Это дает независимость от ценовой политики и регулярности поставок подрядчиков, снижает затраты на себестоимость и логистику, оптимизирует контроль качества и позволяет изменять габариты тары, чтобы лучше реагировать на меняющиеся потребности и тенденции рынка.

Маркировка ПЭТ-тары

Полиэтилентерефталат обычно перерабатывается и имеет идентификационный код пластика под цифрой 1. Это означает, что в качестве основного сырья предприятия могут использовать как первичный гранулят, так и вторичную полимерную гранулу.

Подведем итоги

ПЭТ-емкости безопасны, удобны, повторно закрываются и перерабатываются, что в точности соответствует потребностям потребителей. Их можно свободно формовать для создания привлекательного имиджа бренда, придавая различные формы и начертания.

Если перед вами стоит задача подобрать оборудование для производства пластмассовых бутылок, даже самых маленьких или больших, мы поможем вам организовать моно- или двухстадийный процесс. Вместо привычных ТПА и РВ-машины можно поставить одну инжекционно-выдувную с продолжительностью цикла 8 секунд вместо 1 минуты и разместиться на небольших площадях с минимальными энергетическими затратами, либо оптимизировать двухстадийную линию, которая более гибкая при переходе на тару с другими формами и размерами — достаточно сменить пресс-форму и «подтянуть» рабочие параметры под изделие.