Выпуск высококачественной полимерной упаковки привлекает инвесторов надежностью и быстрой окупаемостью. На протяжении последних 45 лет эта отрасль развивается более высокими темпами, чем любые другие. Очень динамично развивается и рынок оборудования для выпуска пластиковой упаковки. На что же надо обращать внимание при подборе термопластавтоматов?

В 1950-х гг. в индустриально развитых странах произошла настоящая «пластиковая революция». Рост производства в этот период составлял около 10 % в год, что не имеет прецедентов в любой другой отрасли мировой экономики как в отношении темпов, так и в отношении стабильности. Эта отрасль, как никакая другая, стремительно расширяется, захватывая все новые и новые сферы: космос, авиацию, автомобилестроение, микроэлектронику и медицину, строительство и производство потребительских товаров. Это лишь основные области, где пластмасса постепенно становится одним из основных материалов.

В производстве упаковки пластик используется уже не одно десятилетие и сегодня стремительно вытесняет другие традиционные для этой сферы материалы. Стабильный рост пластикового сектора упаковки вызван незаменимыми потребительскими качествами пластмасс. Многие свойства пластиковой упаковки невозможно получить при использовании других материалов. При этом полимеры обычно имеют невысокую цену, утилизируются просто и экологически безопасно (за некоторыми исключениями). Даже самые первые полимерные материалы обеспечили существенное, а иногда и принципиальное улучшение потребительских качеств широкого спектра изделий. Крупнейшие химические концерны ежегодно выпускают на рынок все новые материалы с уникальными свойствами. В последнее время в полимерной промышленности упорно завоевывает свое место производство уникальных материалов, вытесняющих с, казалось бы, незыблемых позиций стекло, металлы, резину, бумагу, дерево. Уследить за развитием этих и других мировых тенденций в области переработки пластмасс весьма непросто, и особенно в сфере пластиковой упаковки.

Подбор подходящего промышленного оборудования становится все более сложной задачей для российских специалистов, перед которыми открылись широкие возможности для использования самых современных технологий. Очень динамично развивается и сам рынок оборудования для выпуска пластиковой упаковки — термопластавтоматов, экструзионных линий, выдувных машин, линий вспенивания, термо- и вакуумформовки. И в каждой из перечисленных отраслей постоянно рождаются новые, более производительные, энерго-, водо- и материалосберегающие технологии. Даже признанным экспертам весьма непросто дать однозначный совет, на какой машине остановить свой выбор при освоении нового перспективного изделия.

Попробуем справиться с этой задачей на примере термопластавтоматов, которые имеются на большинстве предприятий, работающих в сфере массового производства упаковки.

Как известно, вложения в оборудование в сфере переработки пластмасс при хорошей загруженности окупают себя значительно быстрее любых других — за один год, максимум за полтора-два.

При подборе термопластавтомата основными параметрами являются усилие смыкания (тс ~ kN) и объем впрыска (см3). Однако сейчас можно более «тонко» подбирать машину под вашу производственную программу.

Анализ начинается с самого изделия — мы опускаем вопросы его проектирования. Предположим, ваши специалисты грамотно подобрали материал по всем физико-механическим, прочностным и химическим свойствам, построили математическую модель будущего изделия, проверили ее на проливаемость (течение расплава по каналам формы), оптимальное расположение литников, рассчитали гнездность пресс-формы — т. е. провели полный Mold Flow (анализ детали).

Далее вы определяетесь с пресс-формой: будет она одно- или многоместной, горяче- или холодноканальной, этажной или простой. Эти факторы зависят от объема производства изделия, его сложности, цикла производства. Предположим, что и этот этап обоснован, — вы четко представляете, на какой пресс-форме вам предстоит работать. От размера пресс-формы будет зависеть и расстояние между колоннами ТПА.

Теперь, зная требования к изделию, гнездность и другие характеристики пресс-формы, можно рассчитать необходимое усилие смыкания термопластавтомата.

Для этого, как известно, существует формула:

F = p x S x n,

где F — усилие смыкания ТПА;

p — удельное давление расплава внутри пресс-формы;

S — площадь проекции изделия;

n — количество гнезд пресс-формы.

И если вычислить площадь проекции изделия на плиту пресс-формы большого труда не составит, то давление в пресс-форме, возникающее в процессе литья, — информация менее доступная.

Давление в пресс-форме, возникающее при заполнении формообразующей части инструмента и выдержке под давлением, — это как раз та величина, которую необходимо компенсировать усилием смыкания ТПА.

Удельное давление в пресс-форме зависит от следующих факторов:

1) вид термопласта (температура переработки, вязкость, физические свойства);

2) конфигурация изделия (путь течения расплава, соотношение пути течения расплава к толщине стенки изделия и т. д.);

3) расположение литников и количество гнезд.

Более подробную информацию можно получить, например, в брошюре Мартина Бихлера «Литье под давлением: коротко и ясно», выпускавшейся рядом тиражей компанией Demag. В ней представлены функциональные зависимости удельного давления в пресс-форме от отношения пути течения расплава к толщине стенки изделия для разных ТПА. При больших путях течения или очень малых толщинах стенок изделия (например, при производстве одноразовых стаканчиков и тонкостенных ведер) может понадобиться гидроаккумулятор, что также нужно учесть в комплектации машины.

Усилие смыкания, естественно, должно быть принято с некоторым запасом против рассчитанной силы давления в пресс-форме, как минимум, на 10–15 % выше, чтобы исключить перегрузки гидросистемы ТПА во время эксплуатации.

Кроме того, нужно иметь в виду, что колено-рычажные автоматы, обеспечивают примерно на 10 % большее усилие удержания по сравнению с гидравлическими машинами. Это достигается за счет конструктивной особенности приводов.

Следующим шагом при подборе термопластавтомата будет выбор узла впрыска. Здесь определяющими параметрами являются вес литого изделия (г), объем впрыска (см3) и требуемое давление расплава (бар). При подборе узла впрыска и, прежде всего, шнека необходимо указать материалы, которые предполагается перерабатывать на данном автомате. Какие тонкости следует учитывать в этом случае?

Во-первых, свойства перерабатываемого материала. Если это, к примеру, полиамид, особенно с абразивными наполнителями (стекло и т. п.), то обязателен высоко износоустойчивый, так называемый «бронированный» шнек, а при наполнении материала стеклофазой более 30 % — еще и бронированный цилиндр. Если пренебречь этим, то износ пары «шнек — цилиндр» может проявить себя уже через два-три месяца интенсивной переработки абразивного материала. Это выразится, например, в снижении давления впрыска из-за обратного просачивания расплава и, как следствие, непроливаемости изделия. Особенности переработки поликарбонатов и других высоковязких материалов требуют дооснащения узла пластикации высокомоментным двигателем.

Но, как правило, в области упаковки чаще используются более простые материалы (полиэтилен, полипропилен), не требующие специальной защиты шнека и какого-либо дооснащения. Если все заранее продумать, вышеупомянутых сложностей при эксплуатации машины возникать не должно.

Однако подобные «неожиданные» проблемы опасны прежде всего тем, что их трудно проконтролировать на бывших в употреблении ТПА, в которых, как правило, меняют только внешние, не очень дорогие детали — шланги гидросистемы, кожухи, нагревательные элементы, мундштуки сопла и т. д.

Все эти специальные вопросы нужно также обговаривать с вашим консультантом от продающей фирмы — он обязан знать и учитывать подобные нюансы вашего проекта.

Таким образом, шаг за шагом подбираются параметры основных узлов ТПА:

1) узел смыкания;

2) узел впрыска;

3) тип шнека и его дополнительное оснащение;

4) расстояние между колоннами;

5) дополнительное оснащение ТПА;

6) периферийное оборудование, обеспечивающее подготовку и подачу материала, охлаждение и термостатирование пресс-формы и самой машины, переработку отходов и съем готовых изделий.

Если на проектном этапе заручиться поддержкой квалифицированных партнеров-консультантов и плотно с ними поработать, можно избежать многих проблем в дальнейшей реализации вашего проекта. В представительствах ряда компаний работают квалифицированные менеджеры-консультанты, а также сервис-инженеры. У фирмы Demag в России, например, специально этим занимаются десять инженеров в центральном офисе и несколько специалистов в регионах. Они консультируют представителей заводов по вопросам подбора оборудования, насыщения его необходимыми опциями, помогают в подборе периферии, рекомендуют производителей пресс-форм, периферии, а по желанию клиента помогают и с подбором сырья. 

 

Дмитрий Солоухин