Экструзионная машина для термоформования листов ПП для одноразовых пищевых контейнеров

Одноразовые контейнеры для пищевых продуктов из полипропилена встречаются повсюду — от прозрачных крышек супа на вынос до разделенных на отделения коробок для бенто в гастрономах супермаркетов. Чего большинство потребителей никогда не видят, так это экструзионной линии, которая производит лист еще до того, как он попадет в термоформовочную машину. Потратив большую часть своей карьеры на оптимизацию соединения между экструзией листов и термоформованием, я могу сказать вам, что экструзионная машина для термоформования листов ПП — это не просто стандартная линия по производству листов с другой этикеткой. Это система, специально разработанная для производства листов, которые формируются чисто, стабильно и на высокой скорости. Позвольте мне рассказать вам, в чем его отличие и как добиться наилучших результатов.

Почему полипропилен для одноразовых пищевых контейнеров

Полипропилен доминирует на рынке одноразовых пищевых контейнеров по нескольким веским причинам. Он безопасен при контакте с пищевыми продуктами, пригоден для использования в микроволновой печи, доступен по разумной цене и доступен в кристально чистом виде (статистический сополимер ПП) или непрозрачном белом цвете (гомополимер или сорта с наполнителем). Контейнеры из ПП могут выдерживать температуры от хранения в холодильнике (4°C) до разогрева в микроволновой печи при 120°C без деформации — диапазон, с которым не могут сравниться ПС и ПВХ.

С точки зрения экструзии ПП более щаден по сравнению со многими конструкционными пластиками. Он не требует сушки. Он имеет широкое окно обработки. Он может переносить значительный переизмельченный контент. Но требования термоформования добавляют ограничения, которые переводят процесс экструзии в более точный рабочий режим.

Чего требует термоформование от экструдированного листа

Основное требование таково: экструдированный лист должен хорошо термоформоваться. Это звучит очевидно, но последствия носят технический характер и их стоит объяснить.

Равномерная толщина стенки после формовки

Когда лист нагревается и втягивается в форму, материал становится тоньше по мере растяжения. Степень утонения зависит от распределения температуры листа, его внутреннего напряженного состояния и прочности расплава при температуре формования. Если экструдированный лист имеет неравномерную толщину, неравномерное внутреннее напряжение или непостоянные тепловые свойства по ширине, сформированный контейнер будет иметь тонкие стенки в некоторых областях и толстые стенки в других.

Для одноразовых пищевых контейнеров однородность толщины стенок напрямую связана с структурной целостностью, эффективностью штабелирования и стоимостью материала. Контейнер со слишком тонкими стенками выходит из строя при транспортировке. Слишком толстые стены представляют собой отходы и снижают размер прибыли на единицу продукции.

Низкое остаточное напряжение

Остаточные напряжения в экструдированном листе приводят к его деформации при повторном нагреве для термоформования. Напряженный лист сжимается неравномерно, что приводит к деформации контейнеров, которые не герметично закрываются и не складываются аккуратно. Поэтому минимизация остаточного напряжения во время экструзии является основной целью.

Стабильный температурный отклик

Лист должен нагреваться равномерно в печи термоформования. Если экструдированный лист имеет различную кристалличность или термическую историю по ширине (что происходит при неравномерном охлаждении), разные зоны нагреваются с разной скоростью. Результатом является непостоянное поведение при формовании, которое оператор термоформовочной машины не может исправить, просто регулируя настройки печи.

Конфигурация оборудования для термоформования полипропиленовых листов

Экструдер и шнек

Для листов, пригодных для термоформования, шнек экструдера должен производить высокооднородный расплав. Любые нерасплавленные частицы, температурные градиенты или изменения состава расплава непосредственно приводят к образованию дефектов.

Для любой линии по производству листов термоформования я указываю шнеки как минимум с одной специальной секцией смешивания — либо смесительной головкой типа Мэддока, либо штифтовой зоной смешивания. Секция смешивания разрушает температурные и композиционные градиенты, обеспечивая получение расплава, однородного как по температуре, так и по вязкости по всему поперечному сечению.

Стабильность скорости шнека является еще одним важным фактором. Насос расплава устраняет большинство колебаний давления, но если скорость шнека экструдера меняется — из-за проблем с управлением двигателем, проблем с коробкой передач или нестабильной подачи — давление на входе насоса расплава изменяется, что может повлиять на консистенцию манометра. Инвестируйте в высококачественный инверторный привод переменного тока с хорошей регулировкой скорости (точность установившегося режима лучше 0,5%).

Контроль матрицы и калибра

Для одноразовых пищевых контейнеров допуск на толщину листов обычно составляет плюс-минус 3% для средних толщин (0,4–0,8 мм). Автоматическое управление датчиком — сканирующий датчик с обратной связью с моторизованными болтами — является наиболее надежным способом достижения этой цели. Ручная регулировка штампа может дать аналогичные результаты в умелых руках, но она требует постоянного внимания и подвержена утомлению оператора во время длительных производственных циклов.

Конструкция стека калибратора

В калибраторе в первую очередь определяется остаточное напряжение. Для термоформовочного полипропиленового листа я рекомендую:

• Вертикальный штабель из трех валков для большинства применений с индивидуальным контролем температуры для каждого рулона.

• Температура валков установлена ​​таким образом, чтобы обеспечить постепенное контролируемое охлаждение. Для рандом-сополимера ПП, используемого в прозрачных пищевых контейнерах, я обычно устанавливаю верхний валок на температуру 25–30°C, средний валок на 20–25°C и нижний валок на 25–35°C. Небольшая разница температур между валками контролирует скорость охлаждения каждой поверхности, что влияет на внутренние напряжения.

• Давление зажима откалибровано так, чтобы обеспечить гладкую поверхность без чрезмерного сжатия листа. Чрезмерное давление зажима увеличивает остаточное напряжение; недостаточное давление позволяет сохранить неровности поверхности.

Охлаждение и снятие стресса

Помимо калибратора, некоторые высокопроизводительные линии включают в себя секцию отжига для снятия напряжений — по существу, нагретый конвейер или роликовую секцию, которая удерживает лист при температуре 80–100 ° C в течение 10–30 секунд перед окончательным охлаждением. Этот этап отжига позволяет молекулам ПП расслабиться, что значительно снижает остаточное напряжение. Не каждая линия нуждается в этом, но для переработчиков, использующих контейнеры глубокой вытяжки со строгими требованиями к короблению, это имеет измеримое значение.

Параметры производства для распространенных сортов тары

Прозрачные контейнеры (рандом-сополимер ПП)

Статистический сополимер ПП с содержанием этилена 2–5% позволяет получить прозрачный лист, подходящий для изготовления прозрачных крышек и контейнеров. Параметры обработки:

Непрозрачные белые контейнеры (гомополимер ПП)

Белый гомополимер ПП с пигментом TiO2 является стандартным материалом для изготовления непрозрачных пищевых контейнеров, чашек и подносов. Наполнитель несколько увеличивает вязкость расплава и требует большей мощности двигателя:

Контейнеры повышенной жесткости (ПП, наполненный тальком)

Добавление 10–20% талька увеличивает жесткость, снижает стоимость и улучшает стабильность размеров, но затрудняет термоформование. Лист, наполненный тальком, имеет меньшую прочность расплава и более склонен к разрыву при глубокой вытяжке. Экструдер должен подавать высокооднородный расплав, чтобы избежать образования агломератов талька, которые действуют как концентраторы напряжений во время формования.

Связь с последующим формованием

Экструзионная линия и термоформовочная машина не являются самостоятельными машинами — это связанные элементы единой производственной системы. Я всегда говорю клиентам, что лучшая в мире термоформовочная машина не сможет компенсировать плохое качество листов. И наоборот, качественный лист значительно облегчает работу термоформовщика.

Ключевые взаимодействия между экструзией и термоформованием включают:

Постоянство калибра влияет на время цикла. Области с большей толщиной, чем запланировано, требуют большего времени нагрева, что удлиняет цикл термоформования. Единая калибровка позволяет оператору выполнять максимально быстрый цикл.

Допуск на ширину листа влияет на выход материала. Если экструдированный лист уже, чем указано в спецификации, термоформовочная машина производит меньше контейнеров на лист, что увеличивает количество отходов. Лист шире, чем указано в спецификации, образует края, которые необходимо переработать.

Качество поверхности влияет на внешний вид. На готовом контейнере появляются царапины, следы прокатки или помутнение на экструдированном листе. Для прозрачных пищевых контейнеров оптическое качество является основным преимуществом.

Конструкция барабана влияет на автоматическую подачу. Большинство высокоскоростных термоформовочных машин используют автоматическую загрузку листов. Если экструдированные рулоны наматываются с неравномерным натяжением, автоматический загрузчик застревает или нарушает подачу, что приводит к простою.

Переработчикам, производящим одноразовую тару в больших объемах, следует учитывать Линия экструзии листов одноразовых пищевых контейнеров , которая оптимизирует весь рабочий процесс от смолы до готового контейнера.

Рыночные приложения

Листы для термоформования из полипропилена предназначены для широкого спектра применений одноразовых контейнеров:

• Контейнеры для еды на вынос из ресторана — как прозрачные крышки, так и непрозрачные основания для супов с лапшой, блюд из риса и салатов.

• Контейнеры для гастрономов и выпечки в супермаркетах — кристально прозрачные контейнеры для готовых блюд, мясных нарезок и выпечки.

• Чашки и сосуды для питья — от одноразовых стаканчиков для воды до изолированных контейнеров для горячих напитков.

• Подносы с отсеками — контейнеры в стиле бэнто с несколькими секциями для школьных обедов и обедов в самолетах.

• Контейнеры для фруктов и продуктов — вентилируемые контейнеры с противозапотевающей обработкой поверхности для демонстрации свежих продуктов.

Для каждого применения предъявляются особые требования к прозрачности, жесткости, термостойкости и глубине формования. Параметры экструзии листа должны быть настроены соответствующим образом. Упаковка пищевых продуктов в целом подпадает под Категория экструзионных машин для производства листовой упаковки для пищевых продуктов , но к контейнерам для термоформования предъявляются уникальные требования, выходящие за рамки обычных листов, контактирующих с пищевыми продуктами.

Советы по оптимизации с мест

Перед оценкой качества листа запустите экструдер в стабильных условиях не менее чем на 30 минут. Для стабилизации переходных процессов температуры и давления при запуске требуется время. Быстрые решения во время разминки приводят к ненужным корректировкам матрицы, которые создают больше проблем, чем решают.

Сопоставьте данные о качестве листа с производительностью термоформования. Ведите журнал, связывающий параметры экструзии с результатами последующего формования. Со временем эти данные покажут, какие параметры экструзии наиболее важны для вашей конкретной продукции, и помогут вам разработать надежные стандартные рабочие процедуры.

Обратите внимание на качество заточки. Обрезка термоформованного контейнера является основным источником повторного измельчения, и качество этого измельчения зависит от того, как с обрезками обращаются. Загрязненный или испорченный измельченный материал разрушает экструдированный лист и, в конечном итоге, формованный контейнер. Используйте специальные грануляторы с ситами подходящего размера и храните хранилище для измельченного материала в чистоте и сухости.

Рассмотрите встроенную ориентацию. Некоторые усовершенствованные линии включают в себя устройство натяжения между калибратором и намоточным устройством, которое ориентирует лист в направлении машины. Листы из ориентированного полипропилена обладают улучшенной жесткостью и прозрачностью, что выгодно для прозрачных контейнеров тонкой толщины.

Полный обзор технологии экструзии листов см. в нашем руководстве по экструзионной машине для листов жесткого ПВХ.

Узнайте больше о Поставщик экструзионного оборудования для пластиковых листов .

Узнайте больше о нестабильной толщине экструзионной машины для листов.

Часто задаваемые вопросы

Какой сорт полипропилена лучше всего подходит для прозрачных одноразовых пищевых контейнеров? Статистический сополимер ПП с содержанием сомономера этилена 2–5% обеспечивает наилучшее сочетание прозрачности, ударопрочности и термоформируемости для прозрачных пищевых контейнеров.

Может ли лист ПП для термоформования содержать измельченный материал? Да. Чистый перемол из термоформованной обрезки обычно повторно добавляют на уровне 15–25% без значительной потери качества. Более высокая степень перемола может снизить прозрачность и ударную вязкость прозрачных сортов.

Что вызывает неравномерную толщину стенок контейнеров из термоформованного полипропилена? Наиболее распространенными причинами являются неравномерность толщины листа из экструдера, неравномерный нагрев в термоформовочной машине и неправильная конструкция пресс-формы. Прежде чем настраивать термоформовочную машину, начните с проверки однородности толщины листа.

Какой толщины должен быть лист ПП для одноразовых пищевых контейнеров? Типичная толщина варьируется от 0,3 мм для легких крышек чашек до 1,0 мм для прочных оснований контейнеров на вынос. Конкретная толщина зависит от размера контейнера, требуемой жесткости и целевых затрат.

Может ли одна и та же экструзионная линия производить как прозрачные, так и непрозрачные листы ПП? Да, но переключение между прозрачным статистическим сополимером и непрозрачным гомополимером требует полного цикла продувки для предотвращения загрязнения. Для изменения цвета требуется более тщательная очистка — запланируйте время перехода на 30–60 минут плюс отходы.