Термоформование листа из переработанного/первичного ПЭТ

ПЭТ (также известный как APET, RPET, PETE или полиэфир) представляет собой пластиковую смолу, химически полученную путем объединения терефталевой кислоты с этиленгликолем. Пластмассы состоят из углеводородов — основных строительных блоков, обычно получаемых из природного газа или нефти. Эти углеводородные мономеры связаны в длинные цепи, называемые полимерами или пластиковыми смолами. Различные комбинации мономеров позволяют получить смолы со специальными характеристиками и свойствами. Подобно различным металлам, таким как медь, серебро и алюминий, обладающим уникальными свойствами, которые приводят к различному использованию, пластмассы очень универсальны и демонстрируют различные свойства и характеристики, что приводит к широкому спектру применений.

Хотя ПЭТ-упаковка в основном используется в бутылках для газированных напитков, при соответствующих условиях ПЭТ медленно кристаллизуется, образуя высокотемпературный полукристаллический пластик. С помощью некоторых экструзионных машин и оборудования экструдированный ПЭТ можно охладить достаточно быстро, чтобы предотвратить существенную кристаллизацию, и в результате получается прозрачный лист, используемый при термоформовании.

Свойства ПЭТ, которые делают его желательным, включают:

• Четкость и блеск
• Прочность
• Легкий вес
• Хороший газовый барьер
• Устойчивость к растворителям/коррозии
• Хорошее соотношение цены и качества.
• Прочный, трудно сломать
• Прочные свойства шарниров
• Пригодны для вторичной переработки и измельчения.

На протяжении многих лет устойчивый рост использования ПЭТ привел к снижению использования алюминия, стекла и других традиционных упаковочных материалов. Круглосуточные магазины теперь заполнены рядами охлажденных ПЭТ-бутылок из-под газировки, воды, молока и соков, а найти стеклянную бутылку стало редкостью. Даже пивные бутылки на спортивных мероприятиях в последнее время стали использовать пластик. Тенденция к росту использования ПЭТ-бутылок привела к увеличению использования ПЭТ в других целях, включая термоформование ПЭТ-листов. Местные продуктовые и хозяйственные магазины представляют собой галерею разнообразных вариантов использования ПЭТ-листа: от контейнеров для фруктов до пластиковых лотков и упаковок с гайками и болтами. Учитывая эту перспективу, крайне важно оценить текущие способы использования, методы, свойства и характеристики термоформования и высечки листов из переработанного и первичного ПЭТ.

В отрасли появилось несколько сокращений, обозначающих конкретные возможности конечного использования ПЭТ. Например, при использовании в кристаллическом состоянии для противней, пригодных для запекания, ПЭТ обозначается как КПЕТ; когда ее используют в качестве ориентированной пленки, чтобы использовать ее свойства прочности, высокой температуры и химической стойкости, ее называют OPET; при использовании для экструзионно-выдувного формования контейнеров он называется EPET; а когда для минимизации хрупкости и преждевременного старения добавляются модификаторы гликоля, это называется PETG. Аббревиатура APET обозначает ПЭТ в виде прозрачного аморфного листа для термоформованной упаковки и сопутствующих товаров. А RPET означает лист из переработанного ПЭТ, который имеет те же свойства, что и первичный ПЭТ или APET. Для всех целей и задач APET, ПЭТ, RPET, полиэстер и ПЭТ — это одно и то же: полиэтилентерефталат.
CPET может во время обработки образовывать очень быстрые кристаллы. Эти кристаллы позволяют ему выдерживать более высокие температуры, чего не может сделать обычный APET. Хотя это затрудняет термоформование, термостойкость CPET позволяет использовать его в микроволновых печах и микроволновых печах. Особенностью APET является простота переработки. Переработанный ПЭТ или RPET, получаемый из переизмельченной обрезки или отходов APET, а также переработки ПЭТ-бутылок для напитков, обеспечивает длительное использование без истощения ресурсов и увеличения отходов. Переработанный материал часто комбинируют с первичным ПЭТ при его повторной экструзии, создавая стабильную и пригодную к использованию смесь. Единственным реальным ограничением RPET является использование в упаковке пищевых продуктов, но он по-прежнему широко используется в других отраслях промышленности, демонстрируя очень схожие свойства с первичным листом APET.

ПЭТ очень чувствителен к влаге. В других полимерах влага появляется в виде пузырьков, но влага в ПЭТ напрямую воздействует на его химическую основу, разрушая ее. Это называется гидролитической деградацией (или нарушением характеристической вязкости) и имеет тенденцию приводить к чрезмерному провисанию при нагревании и труднообнаружимой потере свойств. ПЭТ-хлопья или смолу необходимо высушить до «уровня влажности 0,005% или менее» (TRS-106B) перед экструзией листов или литьем бутылок под давлением, в противном случае произойдет снижение физических свойств, включая ударную вязкость. Ударная вязкость – это способность листа выдерживать прокол. Хотя ПЭТ можно правильно высушить несколькими способами, стоит повторить, что хлопья ПЭТ не должны быть влажными перед процессами, включая экструзию и литье под давлением. Лист ПЭТ не требует специальной сушки перед термоформованием, но не должен подвергаться воздействию дождя или воды. См. Приложение VIII для получения информации о сухих условиях других полимеров.

ПЭТ более прочный, чем другие пластиковые полимеры. Эта прочность является одной из положительных причин роста применения листов ПЭТ. В частности, лист ПЭТ демонстрирует выдающиеся прочные свойства шарниров, что делает возможным изготовление упаковок с более длительным сроком службы, таких как ПЭТ-картоны для яиц и упаковки из гаек и болтов. Пакеты из полистирола (OPS или HIPS) подходят для упаковок с коротким сроком службы, таких как упаковки для хлебобулочных изделий, но не обладают той прочностью или прочными шарнирными свойствами, которые необходимы для упаковок с более длительным сроком службы. Даже лист ПВХ не обладает такими прочными шарнирными свойствами, как лист ПЭТ. Такая прочность ПЭТ-листа позволяет создавать очень прочные и долговечные упаковки, но также создает трудности при резке и обрезке.

Термоформование — это нагрев листа до температуры ниже точки плавления, до стекловидного или мягкого состояния, а затем растягивание его по контурам формы. Характеристики листов ПЭТ аналогичны характеристикам других аморфных листов, поэтому методы термоформования также сопоставимы, особенно с ПВХ. Основные моменты, которые следует учитывать при использовании ПЭТ-листа, — сохранять его очень сухим и не перегревать; в противном случае в ПЭТ происходят существенные изменения, ослабляющие его свойства. ПЭТ — прочный материал, что приводит к самой большой проблеме, с которой сталкиваются термоформовщики: высечке. Хотя другие материалы разрушаются только после частичного разрезания, лист ПЭТ необходимо разрезать полностью, чтобы он сломался.

Когда полимер нагревают от низкой температуры, он переходит из стеклообразного состояния в эластичное состояние. Температура, при которой происходит этот переход, обычно называется «температурой стеклования» (сокращенно Tg), а диапазон температур, в котором полимер достаточно податлив для растяжения и придания желаемой формы, называется «окном термоформования». Термоформование — это общая категория процессов нагревания полимерного листа до эластичного состояния с последующим использованием одного из нескольких методов для придания нагретому листу желаемой формы. После охлаждения и затвердевания края обрезаются с помощью процедуры, называемой высечкой, и остается готовое изделие. Хотя этот процесс может показаться простым, многочисленные факторы диктуют и управляют незначительной степенью совершенства, необходимой для создания идеального продукта. Необходимо учитывать не только физические свойства охлажденного вещества, но и рассчитывать свойства полимера при его нагревании. Полиэтилентерефталат или чаще всего ПЭТ представляет собой полимер, полученный путем объединения терефталевой кислоты или диметилтерефталатной кислоты с этиленгликолем. Эта химическая комбинация открывает широкий спектр применений и применений термопластов для ПЭТ и его аддитивных продуктов. ПЭТ является чрезвычайно универсальным материалом, поскольку его свойства и характеристики обеспечивают относительно простоту использования и универсальность. Соответствие листов Virgin PET требованиям Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) позволило использовать их в различных пищевых продуктах, включая такие упаковочные материалы, как раскладушки, лотки, контейнеры и корзины для фруктов и овощей. А переработанный ПЭТ (RPET) путем повторного измельчения и добавления первичного сырья позволил компаниям создать необходимую продукцию, а также решить многие экологические проблемы завтрашнего дня.

При экструзии, в отличие от термоформования, необработанный ПЭТ необходимо нагреть от температуры стеклования 70 °C (158 °F) до температуры плавления 255 °C (490 °F). При этой температуре ПЭТ находится в жидком состоянии, при котором экструзия продолжается. (Базовое сравнение температур перехода термоформуемых полимеров см. в Приложении II.) Основной процесс экструзии заключается в следующем: 1. Гранулы или хлопья ПЭТ сушат в влагопоглотительной сушилке, загружают в бункер и помещают на верхнюю часть бочки. 2. Цилиндр экструдера содержит вращающийся шнек, который транспортирует, плавит и перекачивает расплавленную смолу в плоский лист. 3. Каландровые валки регулируют толщину листа. 4. Экструдированный лист ПЭТ сворачивается в прозрачный рулон или материал и обрезается до необходимой ширины. Этот отделочный лист можно использовать в различных операциях термоформования для создания желаемого продукта.

При термоформовании листов ПЭТ и большинства термоформованных полимеров одним из наиболее важных факторов является нагрев. Нагрев составляет значительную часть конечной стоимости формованного изделия. Недостаточный нагрев приведет к невозможности формирования контуров формы. Перегрев приводит к многочисленным проблемам, включая низкое качество и некачественную конечную продукцию. Перегрев приведет к кристаллизации ПЭТ-листа, что приведет к чрезмерному провисанию и видимому помутнению. Это увеличивает хрупкость и затрудняет термоформование. Из-за более толстого листа и более длительных циклов нагрева кристалличность и мутность становятся более серьезными проблемами. Если появляется кристаллическая мутность, устранить ее можно только путем повторной экструзии этого материала. Проще говоря, крайне важно поддерживать правильную температуру формования ПЭТ (300°F или 149°C).
Существует три основных метода нагрева листа: кондуктивный, конвенционный и радиационный. Проводимость – это передача тепла посредством прямого контакта между листом и нагретой областью. Независимо от того, какой метод нагрева используется, проводимость является основным способом перемещения энергии через пластиковый лист. Скорость и тепло, необходимые для передачи тепла от поверхности ко всему листу, являются решающими факторами, особенно для более толстых листов. Конвекция – это передача тепла при контакте жидкой среды с твердым телом. Например, более холодный лист встретится с более теплым воздухом, и обмен энергией и теплом согреет лист. В движущемся воздухе также происходит более быстрая и эффективная передача по сравнению с неподвижным или застойным воздухом. Излучение – это передача тепла посредством обмена электромагнитной энергией между холодными и горячими поверхностями.
Проводимость гораздо более энергетически эффективна, чем конвекционный нагрев, но склонность ПЭТ прилипать к горячему металлу требует нагревательных пластин с тефлоновым покрытием. Часто используются гибридные методы с комбинацией каждого из них. Независимо от того, какой метод нагрева используется, очень важно поддерживать равномерную температуру по всему листу. Воздушные потоки и резкие изменения температуры окружающей среды должны быть сведены к минимуму. Устройство измерения температуры также значительно улучшит результаты при термоформовании.
Наряду с температурой при нагревании следует учитывать и время. «Чтобы предотвратить чрезмерное провисание и возможную кристаллизацию листа, цикл нагрева должен быть как можно более коротким, при условии достижения надлежащей температуры листа». (ТРС-111). Время нагрева листа будет контролировать машинный цикл, а также определять общее время, необходимое для термоформования. Одним из преимуществ ПЭТ по сравнению с ПВХ является более быстрое время цикла, но все же следует отметить важность согласованности с термоформованием.

Одним из основных преимуществ термоформованного листа ПЭТ является его универсальность, а также прочность, долговечность и разумная стоимость. Существует множество вариантов термоформования; можно использовать вспомогательную пробку или формовать драпировку; можно использовать вакуумную формовку или формовку под давлением; можно использовать подходящую форму; вариантов и адаптаций множество.

Также следует отметить следующие критерии:
1. Температура пресс-формы ниже 27° C (80° F) может привести к «замерзанию» листа, неравномерности рисунка и напряжению деталей; однако температура формы является ключом к более быстрым циклам. При температуре выше 60°C (140°F) может потребоваться более длительный производственный цикл и может произойти деформация детали.
2. При температурах, немного превышающих Tg, составляющую 80°C (176°F), ПЭТ можно ориентировать, но для этого требуются силы формовки, намного большие, чем те, которые доступны при вакуумной формовке. Когда температура листа APET приближается к 149° C (300° F), его вязкость снижается до такой степени, что он становится легко формуемым под действием давления и вакуума. Следует еще раз подчеркнуть, что слишком холодный лист может привести к напряжению и хрупкости деталей.

Для достижения контролируемых, стабильных и надежных результатов при термоформовании листов ПЭТ следует учитывать несколько основных правил:

Делать
1. Используйте умеренные настройки нагрева на оборудовании для термоформования, чтобы обеспечить температуру листа от 140 до 165 °C (от 280 до 325 °F).
2. Используйте температуру формы в диапазоне от 40°C до 60°C (от 100°F до 140°F).
3. Контролируйте температуру
4. Используйте более короткие циклы формования и более низкие температуры, чем те, которые используются при термоформовании других листов, таких как ПВХ. 5. Используйте лист с силиконовым покрытием для оптимального вскрытия волдырей.

Не
1. Перегрев листа. Кристаллизация произойдет, если лист перегреется, что приведет к побелению и охрупчиванию листа. Также может произойти чрезмерное провисание, приводящее к образованию лямок.
2. Используйте холодные формы. Температура пресс-формы от 20°C до 25°C (от 70°F до 80°F) может привести к «замерзанию» пленки и неравномерному рисунку, особенно при использовании охватываемых форм.
3. Используйте температуру листа ниже 140° C (280° F). Из-за замораживания внутренних напряжений в детали холодная штамповка может вызвать охрупчивание.