Технология производства и критерии качества ПЭТ преформ

Преформы – это заготовки для получения бутылок и банок из полимеров методом выдувного формования. О том, как выдувают бутылки из преформ, не раз освещали научной прессе. Рынок преформ развивается очень бурно. По оценкам специалистов, в 2005г. потребность российского рынка будет составлять 5 млрд. преформ в год. В предлагаемой главным специалистом фирмы "Продвижение" (Москва) статье проанализирована технология производства преформ и изложены требования, предъявляемые к этим изделиям.

Для производства преформ, а следовательно, и бутылок применяют полиэтилентерефталат (ПЭТ) специальных марок. Это продукт поликонденсации терефталивой кислоты. ПЭТ отличают высокая твердость наряду с хорошей ударной вязкостью, высокая размерная точность изделий, хорошая текучесть расплава. Изготовленные из ПЭТ бутылки прозрачны, как стекло. Полимер устойчив к маслам, жирам, спиртам, эфиру, бензину, слабым кислотам, слабым щелочам. Неустойчив к сильным кислотам и щелочам, кетонам. Воспламеняется ПЭТ с трудом и гаснет при удалении пламени.

Определены гарантийные сроки хранения различных жидкостей в ПЭТ-бутылках. Без ущерба для эксплуатационных качеств бутылок в них можно хранить: ацетон в течении 3 лет, моторное масло 5, воду 3-5 лет и т.п. Приведенные данные верны только в том случае, когда используется высококачественная бутылка. При этом доказано, что при производстве бутылки из преформы материал , из которого преформа изготовлена, не претерпевает никаких химических изменений.

Итак, все дело в качестве преформы. С формальных позиций это полуфабрикат, и поэтому на преформу не существует государственного стандарта. Достаточно утверждения фирмы-производителя о соответствии преформы техническим условиям, которые производитель сам себе разрабатывает и сам себе утверждает. Существуют, к счастью, международные стандарты, и, для того чтобы понять, что такое высококачественная преформа, рассмотрим более подробно процесс ее получения.

Преформы производят методом литья под давлением. Температура переработки 280°-300° С. При таких температурах возможна термодеструкция полиэтилентерефталата. Это значит, что ПЭТ теряет свои замечательные механические свойства. Это уже не специальный полимер для производства бутылок. Говоря научным языком, это сырье с пониженной молекулярной массой.

Бутылка, изготовленная из деструктированного ПЭТ, имеет желтоватый оттенок и повышенную хрупкость. Особенно это сказывается при транспортировке: при тряске по российским дорогам у таких бутылок, иногда отваливаются и лопаются донышки. Значительно увеличивается склонность изделий к деструктивному старению под действием кислорода и ультрафиолета – гарантийные сроки хранения сокращаются в десятки раз.

Мало того, при термодеструкции возможно выделение весьма вредных веществ, которые мигрируют в жидкость, налитую в бутылку, а также отравляют рабочих и близко живущих жителей при производстве преформ. Допустимые концентрации вредных веществ, выделяющихся при производстве преформ, представлены в таблице.

Катализатором термодеструкции является вода. Причем при деструкции ПЭТ снова выделяется вода. Доказано, что, для того чтобы избежать термодеструкции, ПЭТ необходимо высушивать до содержания влаги, меньше 0,03-0,04 мас.%. Такое низкое содержание влаги недостижимо при обычных приемах сушки полимеров, например в сушильных шкафах. В России уже давно существует производство ПЭТ-преформ, где сырье сушат с помощью комплексных установок.

Наша фирма предлагает производителю преформ использовать комплексную установку для сушки ПЭТ.
Их устройство показано на странице.

Сырье засасывается из мешка вакуумным загрузчиком, схему подсоединения осушителя см. здесь . Загрузчик имеет собственное дозирующее устройство, с помощью которого гранулы ПЭТ порционно подаются в бункер таким образом, чтобы он всегда был заполнен сырьем. Сырье перемещается в бункер сверху вниз так, чтобы во время пребывания каждой порции в бункере было не менее четырех часов.

Снизу в бункер через выходное сопло подается подогретый нагревателем воздух. Отобрав влагу от сырья, воздух через фильтр и холодильник попадает в адсорбер-осушитель и затем снова в бункер.

Адсорбирующий барабан лежит на плите которая разделена на три части. Во время работы осушителя барабан медленно вращается. В зоне №1 из воздуха отбирается влага, она поглощается барабаном-адсорбером. Барабан выполнен из специально разработанного пористого материала, который свободно пропускает через себя воздух и в то же время способен поглощать влагу из проходящего воздуха. Зона №1 отбирая влагу из воздуха медленно переходит в зону №2. Скорость вращения барабана очень низкая и составляет 1 об/10мин.. В этой зоне барабан-адсорбер разогревается горячим потоком воздуха до +160° - +180°С. В этот момент влага переходит в парообразное состояние и вместе с потоком горячего воздуха выбрасывается наружу. После нагрева барабан поворачиваясь переходит в зону №3. В третьей зоне барабан охлаждается холодным потоком воздуха, температура которого +1° - +10°С. В рабочем контуре датчики непрерывно измеряют степень сухости воздуха - точку росы.

Полиэтилентерефталат – кристаллизирующийся полимер. Преформу при ее производстве следует охлаждать быстро, так, чтобы ПЭТ не успел закристаллизоваться и затвердел, т.е. перешел в стеклообразное состояние, сохранив аморфную, некристаллическую структуру, которую он имел в расплавленном состоянии. С точки зрения физики стекло – та же жидкость, только величина его вязкости столь огромна, что и за сотни лет не удается заметить деформаций стеклообразных сред под действием напряжений. С ростом температуры вязкость падает настолько, что полимер приобретает способность деформироваться за разумные промежутки времени. На этом и основан способ получения бутылок из преформ – достаточно разогреть преформу до температуры порядка ста градусов, чтобы за секунды из нее можно было выдуть бутылку. Но в расплавленном состоянии величина вязкости ПЭТ очень низкая – подвижность очень велика и полимер может успеть частично перейти в термодинамическое более выгодное состояние. Визуально это видно по поведению отдельных участков преформы, особенно в области конца сферической части, у литника. Температура плавления кристаллов ПЭТ около 250°С и при температуре производства бутылок кристаллические участки преформ деформироваться – формироваться в бутылку не могут. В составе оборудования, поставляемого нашей фирмой, – мощный холодильник. Он позволяет охлаждать пресс-формы с максимальной интенсивностью и получать максимальную величину кристалличности в изделии. Поэтому существуют международные стандарты, регламентирующие допустимую величину степени кристалличности в преформе. Диаметр пятна кристалличности в области литника не должен быль более 6 мм.

Общая степень растяжения преформы при производстве бутылок порядка десяти (произведение степеней растяжения вдоль и поперек оси). Это означает, что любой дефект, который имеет преформа (пятно, царапина, облой , в местах стыковой формообразующих частей и т.п.), переходит на бутылку в десятикратном масштабе. Поэтому международные стандарты строго регламентирует требования к качеству поверхности и микродефектам преформ. Не должно быть видимых глазу включений, непроплавов, царапин. Образующийся при литье облой обламывается при укладке преформ и под действием электростатических сил прилипает к поверхности преформы, а затем, подплавляясь при выдуве бутылки, уродует поверхность изделия. Поэтому величина облоя должна быть минимальной. Для того чтобы эти требования выполнить, необходимо изготавливать пресс-формы с высокими размерной точностью и качеством поверхностей.