А Экструзионная машина для производства листов CPET является основой любого завода по производству лотков из кристаллического ПЭТ для упаковки готовых блюд. В отличие от стандартных линий по производству аморфного ПЭТ, это оборудование должно обеспечивать контролируемую кристаллизацию, чтобы готовый лист выдерживал температуру до 220 градусов Цельсия в обычных и микроволновых печах. В JWELL мы потратили более двух десятилетий на создание и модернизацию этих линий для переработчиков пищевой упаковки в более чем тридцати странах. В этом руководстве рассказывается о том, что важно при выборе и вводе в эксплуатацию линии по производству противней для запекания.
Что такое экструзионная машина для производства листов CPET?
Экструзионная машина для производства листов из CPET берет смолу ПЭТ (обычно первичную или переработанную крошку бутылочного качества с характеристической вязкостью от 0,80 до 0,84 дл/г) и плавит ее, образует плоский лист, а затем подвергает этот лист термической обработке, чтобы полимерные цепи перестраивались в кристаллическую структуру. Целевой показатель кристалличности составляет от 30 до 45 процентов. Ниже этого противень деформируется в духовке. Над ним лист становится хрупким и разрушается при термоформовании.
Передняя часть линии радикально не отличается от стандартной машины для экструзии листов ПЭТ. У вас все еще есть сушильный бункер, одношнековый или двухшнековый экструдер, Т-образная матрица, трехвалковый каландр и намоточное устройство. Что отличает линию CPET, так это все, что находится за каландром: печь кристаллизации, секция отпуска и жесткое температурное зонирование, которое подталкивает полимер к стеклованию, не позволяя ему повторно плавиться или деформироваться.
Если вы эксплуатировали экструзионная машина для термоформования листов раньше, кривая обучения является управляемой. Дисциплина связана с тепловым профилем, а не с механической установкой.
Почему кристаллизованный ПЭТ требует выделенной линии
Аморфный лист ПЭТ — прозрачный вид, используемый для изготовления контейнеров-раскладушек — размягчается при температуре около 70 градусов по Цельсию. Поместите его в духовку, и он рухнет. Кристаллизованный ПЭТ фиксирует цепи на месте, повышая практическую рабочую температуру примерно до 200–220 градусов. В этом разница между подносом, который тает в лазанье покупателя, и подносом, который выходит чистым.
Вы не сможете добиться такой кристалличности, просто пропустив обычный лист ПЭТ через более горячую печь. Скорость кристаллизации ПЭТ медленная при комнатной температуре и достигает максимума в узком окне между 140 и 190 градусами. Если пройти через это окно слишком быстро, кристалличность останется низкой. Если задержаться слишком долго, лист прилипнет к роликам или помутнеет. Специально построенная линия контролирует время пребывания в этом окне с точностью до нескольких секунд.
Переработанный контент добавляет еще одну морщинку. rPET кристаллизуется быстрее, чем первичная смола, поскольку остаточные олигомеры действуют как центры зародышеобразования. Линия, настроенная на использование 100-процентной первичной стружки, будет перекристаллизована, когда вы переключитесь на смесь 50/50. Линии JWELL включают регулируемые заданные значения зоны печи и соотношения скоростей ленты, поэтому операторы могут менять рецепты без замены оборудования.
Основные компоненты экструзионной машины для листов CPET
Разбиение линии на функциональные блоки:
Система сушки смолы. ПЭТ гигроскопичен. Влажность выше 50 частей на миллион вызывает гидролитическую деградацию во время экструзии, что снижает IV и снижает механическую прочность. JWELL сочетает в себе осушающую бункерную сушилку с воздушным контуром с замкнутым контуром, удерживая смолу при температуре от 150 до 170 градусов в течение четырех-шести часов. Точка росы должна быть ниже минус 40 градусов.
Экструдер. На большинстве линий CPET используются одношнековые экструдеры с соотношением L/D 30:1 или 33:1. Секция дозирования с низким сдвиговым усилием позволяет избежать перегрева расплава, а зона смешивания гомогенизирует цветную маточную смесь или зародышеобразователь. Двухшнековые варианты подходят для тяжелого переизмельчения или поточного компаундирования, но стоят дороже и их сложнее термически сбалансировать.
Т-образная матрица и трехвалковый каландр. Зазор кромки матрицы определяет толщину листа. Для противня толщиной 600 микрон вы обычно выдавливаете от 650 до 700 микрон, чтобы учесть растяжение во время термоформования. Каландровые валки работают под температурой от 40 до 60 градусов (намеренно прохладно), поэтому лист получается аморфным и прозрачным. Кристаллизация происходит позже.
Кристаллизационная печь. Это сердце линии. Лист проходит через многозонную инфракрасную печь или печь с горячим воздухом, проходя через окно кристаллизации от 140 до 190 градусов. Скорость ленты и температура зоны — две переменные, которые операторы настраивают больше всего. В духовках JWELL используются верхние и нижние нагревательные блоки с независимым управлением, поэтому лист кристаллизуется равномерно, не скручиваясь.
Закалка и намотка. После печи лист горячий, потемневший и полужесткий. Темперирующий валок возвращает его к рабочей температуре, а намоточное устройство наматывает его на стержни для установки термоформования.
Зародышеобразователи и кинетика кристаллизации
Оставшись в покое, ПЭТ медленно кристаллизуется. Зародышеобразователь ускоряет процесс, предоставляя полимерным цепям поверхность для организации. Обычный выбор включает бензоат натрия, тальк и запатентованные маточные смеси на основе иономеров в дозах от 0,2 до 1,0 процента.
Компромисс — ясность и скорость. Большее количество зародышеобразователя означает более быструю кристаллизацию и более высокую производительность печи, но также увеличивает мутность. Для черных лотков — доминирующего цвета в упаковке готовых блюд — матовость не имеет значения. Для лотков янтарного или белого цвета, предназначенных для розничной торговли премиум-класса, вам может потребоваться сократить загрузку зародышеобразователя и замедлить работу линии.
Влажность окружающей среды, изменение партий смолы и соотношение компонентов смеси rPET — все это смещает кривую кристаллизации в течение года. Мощная линия дает операторам достаточно широкое окно печи, чтобы компенсировать это без остановки производства.
Двойная возможность запекания означает, что готовый противень можно использовать как в микроволновой печи, так и в обычных термических печах. Устойчивость к микроволновому излучению связана с стабильностью размеров при воздействии пара и поверхностного тепла. Обычная духовка сопротивляется сложнее — принудительный воздух при температуре 200 градусов плюс лучистое тепло.
Сама по себе кристалличность не гарантирует двойную пригодность для приготовления в печи. Толщина стенок, геометрия лотка и градиенты кристалличности — все это играет роль. Лист, кристаллизованный только на поверхности, расслаивается или деформируется при размягчении сердцевины.
Руководство по процессу JWELL, разработанное в ходе сотен линейных испытаний, направлено на достижение равномерной кристалличности по толщине. Печь должна нагревать лист с обеих сторон с одинаковой скоростью, при этом время пребывания должно быть достаточным для того, чтобы термодиффузия достигла сердцевины. На листе толщиной 700 микрон диффузия в пиковой зоне занимает примерно 8–12 секунд.
Пропускная способность, ширина листа и нисходящая интеграция
Большинство покупателей первым делом задаются одним и тем же вопросом: сколько килограммов в час? Ответ зависит от ширины, толщины листа и целевой степени кристалличности.
Линия JWELL среднего класса с головкой диаметром 1200 мм обычно работает с производительностью от 500 до 700 кг/ч на черном CPET толщиной от 600 до 800 микрон. Более широкие линии — от 1500 до 1800 мм — обеспечивают производительность от 900 до 1200 кг/ч, но требуют большей занимаемой площади, большей мощности сушки и более широкой печи.
Ширина листа определяется термоформером, а не экструдером. Если ваша следующая термоформовочная машина работает с листом шириной 730 мм, нет смысла покупать линию шириной 1500 мм и обрезать края. Обрезной лом CPET труднее перерабатывать в процессе переработки, поскольку степень кристалличности измельченной стружки отличается от исходной стружки.
А Экструзионная машина для производства листов для упаковки пищевых продуктов также должна четко интегрироваться с поточным термоформованием. Некоторые конвертеры экструдируют и термоформуют на одной непрерывной линии; другие отправляют рулоны на отдельный завод. Непрерывный подход экономит энергию, но требует более строгой дисциплины — полоса калибра через 30 секунд превращается в лоток для брака.
Распространенные дефекты и способы их предотвращения
Вьющийся. Лист отрывается от ленты печи или сворачивается в трубку. Причина: неравномерный нагрев сверху вниз. Исправление: сбалансируйте настройки группы нагревателей и проверьте, не засорилось ли сопло или не вышел из строя ИК-элемент.
Дымка или белый налет. Причина: чрезмерная кристаллизация или избыток зародышеобразователя. Решение: сократите время пребывания в печи или уменьшите дозу на 0,1–0,2 процента.
Вариация калибра. Причина: несоосность кромки матрицы или неравномерная подача при переточке. Исправление: повторно выровняйте матрицу и стабилизируйте коэффициент переточки.
Пузырьки или серебряные полосы. Причина: влага в смоле или воздухововлечение. Исправление: проверьте точку росы, время высыхания и производительность вентиляции. Дрейф точки росы от минус 45 до минус 30 градусов в течение часа появится в виде пузырьков.
Планирование инвестиций и рентабельность инвестиций для производителей лотков
Полная линия для экструзии листов из CPET — сушка, экструзия, матрица, каландр, печь для кристаллизации, отпуск, намотка — обычно стоит от 1,2 до 2,8 миллионов долларов США в зависимости от ширины, производительности и уровня автоматизации. Добавьте от 15 до 20 процентов на установку и пуско-наладку.
Окупаемость зависит от трех показателей: стоимости смолы, времени безотказной работы линии и цены продажи за килограмм готового лотка. Черные противни из CPET продаются дороже, чем раскладушки из аморфного ПЭТ, из-за их пригодности для использования в духовке. Конвертеры, работающие на одной линии производительностью 700 кг/ч при бесперебойной работе 85 процентов и в три смены, производят примерно 4900 тонн листов в год. При типичной валовой прибыли от 15 до 25 процентов от готовых лотков большинство линий окупаются через 18–36 месяцев.
Покупатели теряют деньги не на цене машины. Это происходит из-за незапланированных простоев из-за поломок элементов печи, отклонений в толщине, что приводит к обрезке, и отходов смолы во время изменения рецепта. JWELL решает эту проблему с помощью сегментированного управления печью, автоматического сканирования датчиков и библиотеки рецептов, которая позволяет операторам переключаться между черными, янтарными продуктами и продуктами из смеси rPET в течение 20 минут.
Когда кристалличность меняется, вам нужен инженер, который может прочитать термограмму ДСК, а не только механик. JWELL обеспечивает каждую линию удаленной поддержкой процесса и инженерами по вводу в эксплуатацию на месте, которые разбираются в производстве листов для упаковки пищевых продуктов.
Часто задаваемые вопросы
Могу ли я использовать CPET и аморфный ПЭТ на одной линии?
Да, с оговорками. Вы обходите печь кристаллизации аморфного листа и повышаете температуру каландра. Линия с самого начала должна быть спроектирована с обводным конвейером печи. Модернизация одного позже обходится дорого.
Какая характеристическая вязкость должна быть у смолы?
Стремитесь к значению от 0,80 до 0,84 дл/г для первичного чипа. Ниже 0,78 лотки теряют прочность при падении. Сушка и экструзия снизят IV на 0,02–0,04, поэтому начните с верхней границы диапазона.
Сколько rPET я могу использовать?
Большинство клиентов JWELL используют от 30 до 50 процентов rPET на базовом уровне структуры A/B/A. При содержании выше 70 процентов наблюдается более быстрая кристаллизация и хрупкость. Проверьте каждый источник rPET перед началом полной смены.
Какова типичная длина духовки?
Для листа толщиной 600 микрон при скорости 500 кг/ч ожидайте, что печь для кристаллизации будет иметь длину от 6 до 9 метров. Для более высокой пропускной способности или более толстого листа требуется от 10 до 14 метров.
Нужна ли мне чистая комната?
Стандартной практикой является не полностью чистая комната, а зона с контролируемым загрязнением вокруг матрицы и каландра. Лотки из CPET контактируют с пищевыми продуктами, а черный лист скрывает посторонние частицы. JWELL предлагает в качестве опции корпуса штампов положительного давления.
Сколько времени занимает ввод в эксплуатацию?
От первого нагрева до первого готового к продаже листа обычно проходит от четырех до восьми недель. Разработка рецептуры кристаллизации — самый длительный этап: для каждого основного сорта продукта требуется не менее двух недель.
