A Wytłaczarka arkuszowa CPET jest podstawą każdego zakładu produkującego tacki z krystalizowanego PET do pakowania dań gotowych. W przeciwieństwie do standardowych linii do amorficznego PET, sprzęt ten musi napędzać kontrolowaną krystalizację w linii, aby gotowy arkusz przetrwał temperatury do 220 stopni Celsjusza w piekarnikach konwencjonalnych i mikrofalowych. W JWELL spędziliśmy ponad dwie dekady na budowie i modernizacji tych linii dla przetwórców opakowań do żywności w ponad trzydziestu krajach. W tym przewodniku omówiono kwestie istotne przy określaniu i uruchamianiu linii do produkcji blach do pieczenia.
Co to jest maszyna do wytłaczania arkuszy CPET?
Maszyna do wytłaczania arkuszy CPET pobiera żywicę PET – zazwyczaj dziewiczy lub recyklingowany chip butelkowy o lepkości granicznej około 0,80 do 0,84 dL/g – topi ją, tworzy płaski arkusz, a następnie poddaje arkusz obróbce cieplnej, tak aby łańcuchy polimerowe ułożyły się w strukturę krystaliczną. Docelowa krystaliczność mieści się w przedziale od 30 do 45 procent. Poniżej blacha odkształca się w piekarniku. Powyżej blacha staje się krucha i pęka podczas termoformowania.
Przód linii nie różni się radykalnie od standardowej maszyny do wytłaczania arkuszy PET. Nadal masz lej suszący, wytłaczarkę jednoślimakową lub dwuślimakową, matrycę T, kalandr trójwalcowy i nawijarkę. To, co oddziela linię CPET, to wszystko po kalandrze: piec krystalizacyjny, sekcja odpuszczania i ścisłe strefy temperaturowe, które popychają polimer poza jego zeszklenie, nie pozwalając mu na ponowne stopienie ani wypaczenie.
Jeśli operowałeś A wcześniej maszyna do wytłaczania arkuszy termoformujących , krzywa uczenia się jest łatwa do opanowania. Dyscyplina opiera się na profilu termicznym, a nie na konfiguracji mechanicznej.
Dlaczego krystalizowany PET wymaga dedykowanej linii
Amorficzny arkusz PET – przezroczysty rodzaj stosowany do pojemników z klapką – mięknie w temperaturze około 70 stopni Celsjusza. Włóż do piekarnika i się zapadnie. Skrystalizowany PET blokuje łańcuchy na miejscu, podnosząc praktyczną temperaturę pracy do około 200 do 220 stopni. Na tym polega różnica między tacą, która roztapia się w lasagne klienta, a tacą, która wychodzi czysta.
Nie można osiągnąć tej krystaliczności, po prostu przepuszczając zwykły arkusz PET przez cieplejszy piekarnik. Szybkość krystalizacji PET jest powolna w temperaturze pokojowej i osiąga szczyt w wąskim oknie pomiędzy 140 a 190 stopniami. Jeśli przejdziesz przez to okno zbyt szybko, krystaliczność pozostanie niska. Pozostawienie zbyt długie spowoduje przyklejenie się arkusza do wałków lub powstanie zmętnienie. Specjalnie zbudowana linia kontroluje czas przebywania w tym oknie z dokładnością do kilku sekund.
Treść pochodząca z recyklingu dodaje kolejną zmarszczkę. rPET krystalizuje szybciej niż pierwotna żywica, ponieważ resztkowe oligomery działają jako miejsca zarodkowania. Linia dostrojona do 100% dziewiczego chipa ulegnie nadmiernej krystalizacji po przejściu na mieszankę 50/50. Linie JWELL obejmują regulowane wartości zadane stref pieca i współczynniki prędkości taśmy, dzięki czemu operatorzy mogą zmieniać receptury bez zmiany sprzętu.
Podstawowe elementy maszyny do wytłaczania arkuszy CPET
Rozbicie linii na bloki funkcjonalne:
System suszenia żywicy. PET jest higroskopijny. Wilgoć powyżej 50 ppm powoduje degradację hydrolityczną podczas wytłaczania, co powoduje spadek IV i pogarsza wytrzymałość mechaniczną. JWELL łączy osuszającą suszarkę zasypową z obiegiem powietrza w zamkniętej pętli, utrzymującym żywicę w temperaturze od 150 do 170 stopni przez cztery do sześciu godzin. Punkt rosy powinien wynosić poniżej minus 40 stopni.
Wytłaczarka. Większość linii CPET wykorzystuje wytłaczarkę jednoślimakową o stosunku L/D wynoszącym 30:1 lub 33:1. Sekcja dozowania o niskim ścinaniu zapobiega przegrzaniu stopu, podczas gdy strefa mieszania homogenizuje przedmieszkę barwną lub środek zarodkujący. Warianty dwuślimakowe radzą sobie z ciężkim przemiałem lub mieszaniem na linii, ale są droższe i trudniej je zrównoważyć termicznie.
Kalander T-die i trójwalcowy. Szczelina wargi matrycy określa grubość blachy. W przypadku blachy do pieczenia w piekarniku o grubości 600 mikronów zazwyczaj wytłacza się z prędkością 650 do 700 mikronów, aby uwzględnić rozciągnięcie podczas termoformowania. Rolki kalandra pracują w temperaturze od 40 do 60 stopni — celowo chłodzą — dzięki czemu arkusz staje się amorficzny i przezroczysty. Krystalizacja następuje później.
Piec krystalizacyjny. To jest serce linii. Arkusz przechodzi przez wielostrefowy piec na podczerwień lub na gorące powietrze, przechodząc przez okno krystalizacji o temperaturze od 140 do 190 stopni. Prędkość taśmy i temperatura w strefie to dwie zmienne, które operatorzy modyfikują najczęściej. Piece JWELL wykorzystują niezależnie sterowane górne i dolne zespoły grzejne, dzięki czemu blacha krystalizuje równomiernie, bez zwijania się.
Hartowanie i nawijarka. Po wypaleniu blacha jest gorąca, przyciemniona i półsztywna. Rolka odpuszczająca przywraca go do temperatury roboczej, a nawijarka nawija go na rdzenie dla zakładu termoformowania.
Środki zarodkujące i kinetyka krystalizacji
Pozostawiony sam PET krystalizuje powoli. Środek zarodkujący przyspiesza proces, nadając łańcuchom polimeru powierzchnię do uporządkowania. Powszechnie stosowane produkty obejmują benzoesan sodu, talk i zastrzeżone przedmieszki na bazie jonomerów w dawkach od 0,2 do 1,0%.
Kompromisem jest przejrzystość kontra szybkość. Więcej środka zarodkującego oznacza szybszą krystalizację i większą wydajność pieca, ale zwiększa również zamglenie. W przypadku czarnych tacek – dominującego koloru w opakowaniach dań gotowych – zamglenie nie ma znaczenia. W przypadku tac bursztynowych lub białych przeznaczonych do sprzedaży detalicznej premium może być konieczne zmniejszenie ładunku środka zarodkującego i spowolnienie linii.
Wilgotność otoczenia, zmienność partii żywicy i stosunek mieszanki rPET przesuwają krzywą krystalizacji w ciągu roku. Wydajna linia zapewnia operatorom wystarczająco szerokie okno pieca, aby kompensować braki bez zatrzymywania produkcji.
Możliwość podwójnego piekarnika oznacza, że gotową blachę można używać zarówno w kuchence mikrofalowej, jak i w konwencjonalnych piekarnikach termicznych. Odporność na działanie mikrofal oznacza stabilność wymiarową pod wpływem pary i ciepła powierzchniowego. Konwencjonalny piekarnik jest trudniejszy — wymuszony obieg powietrza o temperaturze 200 stopni i ciepło promieniowania.
Sama krystaliczność nie gwarantuje możliwości podwójnego pieczenia w piekarniku. Grubość ścianki, geometria tacy i gradienty krystaliczności odgrywają rolę. Arkusz skrystalizowany tylko na powierzchni będzie się rozwarstwiał lub wyginał, gdy rdzeń zmięknie.
Wytyczne procesowe JWELL — opracowane w wyniku setek prób liniowych — mają na celu jednolitą krystaliczność na całej grubości. Piec musi nagrzewać arkusz z obu stron z jednakową szybkością, przy czasie przebywania wystarczająco długim, aby dyfuzja ciepła dotarła do rdzenia. Na arkuszu o grubości 700 mikronów dyfuzja w strefie szczytowej trwa około 8 do 12 sekund.
Przepustowość, szerokość arkusza i integracja z dalszym procesem
Większość kupujących zadaje to samo pierwsze pytanie: ile kilogramów na godzinę? Odpowiedź zależy od szerokości, grubości i docelowej krystaliczności arkusza.
Linia JWELL średniej klasy z matrycą 1200 mm zazwyczaj pracuje z prędkością od 500 do 700 kg/h na czarnym CPET o grubości od 600 do 800 mikronów. Szersze linie — od 1500 do 1800 mm — zapewniają prędkość od 900 do 1200 kg/h, ale wymagają większej powierzchni, większej wydajności suszenia i szerszego piekarnika.
Szerokość arkusza jest określana przez termoformierkę, a nie wytłaczarkę. Jeśli Twoja późniejsza termoformierka obsługuje arkusze o szerokości 730 mm, nie ma sensu kupować linii o szerokości 1500 mm i przycinać krawędzie. Złom pocięty na CPET jest trudniejszy do recyklingu w linii, ponieważ krystaliczność przemiału różni się od krystaliczności pierwotnej.
A maszyna do wytłaczania arkuszy opakowań żywności powinna również integrować się z termoformowaniem inline. Niektóre konwertery wytłaczają i termoformują na jednej ciągłej linii; inni wysyłają bułki do osobnego zakładu. Ciągłe podejście oszczędza energię, ale wymaga większej dyscypliny – smuga miernika staje się tacą odrzutową 30 sekund później.
Typowe wady i sposoby ich zapobiegania
Wijący się. Arkusz podnosi się z taśmy piekarnika lub zwija w tubę. Przyczyna: nierówne ogrzewanie od góry do dołu. Poprawka: zrównoważ nastawy zestawu grzejników i sprawdź, czy nie jest zablokowana dysza lub uszkodzony element IR.
Zamglenie lub biały kwiat. Przyczyna: nadmierna krystalizacja lub nadmiar środka zarodkującego. Poprawka: skróć czas przebywania w piekarniku lub obniż dawkę o 0,1 do 0,2 procent.
Zmiana miernika. Przyczyna: niewspółosiowość krawędzi matrycy lub nierówny posuw przemiału. Naprawa: ponownie wypoziomuj matrycę i ustabilizuj współczynnik przemiału.
Pęcherzyki lub srebrne smugi. Przyczyna: wilgoć w żywicy lub zapowietrzenie. Poprawka: sprawdź punkt rosy, czas schnięcia i wydajność wentylacji. Dryf punktu rosy od minus 45 do minus 30 stopni w ciągu godziny wypłynie na powierzchnię w postaci bąbelków.
Planowanie inwestycji i zwrot z inwestycji dla producentów tac
Kompletna linia maszyn do wytłaczania arkuszy CPET — suszenie, wytłaczanie, matryca, kalandrowanie, piec do krystalizacji, odpuszczanie, nawijanie — zwykle kosztuje od 1,2 mln do 2,8 mln USD w zależności od szerokości, przepustowości i poziomu automatyzacji. Dodaj 15 do 20 procent na instalację i uruchomienie.
Zwrot zależy od trzech liczb: kosztu żywicy, czasu pracy linii i ceny sprzedaży za kilogram gotowej tacki. Czarne tace CPET są droższe od tacek z amorficznego PET ze względu na możliwość pieczenia w piekarniku. Przetwornice pracujące na jednej linii o przepustowości 700 kg/h przy 85% czasie pracy na trzech zmianach produkują około 4900 ton arkuszy rocznie. W porównaniu z typową marżą brutto na gotowych tacach wynoszącą 15–25 procent, zwrot kosztów w przypadku większości linii wynosi od 18 do 36 miesięcy.
Tam, gdzie kupujący tracą pieniądze, nie jest to cena maszyny. Dotyczy to nieplanowanych przestojów spowodowanych awarią elementów pieca, zmianami grubości, które wymuszają przycinanie, oraz odpadami żywicy podczas zmian receptury. JWELL rozwiązuje ten problem poprzez segmentowe sterowanie piekarnikiem, automatyczne skanowanie wskaźników i bibliotekę receptur, która pozwala operatorom przełączać się między produktami czarnymi, bursztynowymi i mieszanką rPET w ciągu 20 minut.
Kiedy dryfuje krystaliczność, potrzebny jest inżynier, który potrafi odczytać termogram DSC, a nie tylko mechanik. JWELL wspiera każdą linię zdalnym wsparciem procesu i inżynierami ds. uruchomień na miejscu, którzy rozumieją produkcję arkuszy opakowań do żywności.
Często zadawane pytania
Czy mogę uruchomić CPET i amorficzny PET na tej samej linii?
Tak, z zastrzeżeniami. Omijasz piec krystalizacyjny dla arkusza amorficznego i podnosisz temperaturę kalandra. Linia musi być od początku zaprojektowana z przenośnikiem obejściowym pieca. Późniejsza modernizacja jest kosztowna.
Jaka powinna być lepkość istotna żywicy?
Celuj w zakresie od 0,80 do 0,84 dL/g dla dziewiczego chipa. Poniżej 0,78 tace tracą odporność na uderzenia. Suszenie i wytłaczanie obniży IV o 0,02 do 0,04, więc zacznij od górnej granicy zakresu.
Ile rPET mogę zużyć?
Większość klientów JWELL wykorzystuje 30 do 50 procent rPET w warstwie rdzeniowej struktury A/B/A. Powyżej 70 procent może być widoczna szybsza krystalizacja i kruchość. Przed rozpoczęciem pełnej zmiany przetestuj każde źródło rPET.
Jaka jest typowa długość piekarnika?
W przypadku arkusza o grubości 600 mikronów przy prędkości 500 kg/h należy oczekiwać pieca krystalizacyjnego o długości od 6 do 9 metrów. Większa przepustowość lub grubsza blacha wymaga od 10 do 14 metrów.
Czy potrzebuję pomieszczenia czystego?
Standardową praktyką jest nie pełne pomieszczenie czyste, ale strefa kontrolowanego zanieczyszczenia wokół matrycy i kalandra. Tace CPET mają kontakt z żywnością, a czarna blacha ukrywa obce cząstki. JWELL oferuje opcjonalnie obudowy matryc nadciśnieniowych.
Jak długo trwa uruchomienie?
Od pierwszego nagrzania do pierwszego nadającego się do sprzedaży arkusza, zwykle od czterech do ośmiu tygodni. Opracowanie receptury krystalizacji to najdłuższa faza – dla każdego głównego gatunku produktu należy poczekać co najmniej dwa tygodnie.
