ПЭТ-преформы

Преформы можно классифицировать по следующим признакам:

1. в зависимости от сферы потребления преформы могут быть предназначены для выдува бутылок под:

• безалкогольные газированные напитки и минеральные воды
• питьевые негазированные воды
• соки и сокосодержащие напитки
• молоко и кисло-молочные изделия
• пиво и слабоалкогольные напитки
• алкогольные напитки (вино, водка)
• холодный чай/кофе
• растительное масло

2. в зависимости от емкости выдуваемой бутылки преформы могут различаться по весу

Вес преформы напрямую влияет на объем бутылки, которую можно получить. Стандартное соотношение между весом преформы и емкостью получаемой бутылки представлено в таблице.

Стандартное соотношение между весом преформы и емкостью получаемой бутылк

 

Вес преформы, граммы
Емкость бутылки, литры
20
0,33
23
0,5
39
1
42-44
1,5
48
2
87
3,5
710-770
19

Масса выбираемой преформы в первую очередь регламентируется объемом формуемой бутылки и требованиями к прочностным и барьерным характеристикам ее стенок. Совершенно очевидно, что при фиксированном весе преформы толщина стенки бутылки будет тем больше, чем меньше ее объем, и наоборот. В зависимости от степени насыщения содержимого бутылки углекислым газом, процент содержания которого в газированных напитках колеблется от 2 до 10 г на 1л, толщину стенок бутылок увеличивают от 0,25мм (для слабогазированных минеральных и фруктовых вод, не предназначенных для длительного хранения) до 0,36-0.38мм (для сильногазированных напитков) [2,3]. Для выдува 2-х литровой бутылки для сильногазированных напитков необходима преформа массой не 48, а 52г.

3. По своей конфигурации преформы делятся на 3 группы: 

• универсальные
• толстостенные
• укороченные 

 Универсальная преформа наиболее распространена. Она характеризуется ровной поверхностью цилиндрического тела без значительных расширений. При массе 42г ее длина составляет 148мм, толщина стенки - 3мм. 

Качество формуемой бутылки в огромной степени зависит от результата разогрева преформы. А прогреть ее бывает тем легче, чем меньше толщина ее стенки. С этой точки зрения, толщина 2,6мм лучше, чем 3,0мм. Однако уменьшение толщины стенки преформы до менее чем 3,0мм связано с большими технологическими трудностями ее изготовления (необходимо существенное увеличение температуры в камере дозирования и на соплах, а также увеличение числа оборотов экструдера на 10-15%). Именно поэтому тонкостенные преформы выпускаются редко, а если и поступают в продажу, то их стоимость гораздо выше универсальных.

Толстостенная преформа (с толщиной стенки до 4,5мм) в изготовлении технологически проще. Однако для качественного формования бутылок такие преформы требуют более длительного нахождения в зонах разогрева, то есть их использование приводит к снижению производительности. А для многих типов машин, прежде всего с печами погружного типа, эти преформы вовсе непригодны, так как длительное нахождение в зонах разогрева (более 15 минут) приводит к тому, что материал наружной поверхности преформы перегревается и теряет прозрачность, а ее внутренняя поверхность остается холодной и недостаточно пластична для беспроблемного выдува бутылок.

С укороченными преформами дело обстоит еще хуже. Они просты в изготовлении и удобны при транспортировке (при прочих равных условиях в упаковочный ящик помещается их на 30-40% больше укороченных преформ, чем универсальных), но пригодны лишь для раздува на мощном оборудовании с давлением воздуха 40бар. Получить качественную бутылку из таких преформ на полуавтоматах можно только ценой значительного снижения производительности, но и в этом случае брак неизбежен.

4. В зависимости от конфигурации горла различают преформы/бутылки со стандартом:

• BPF/PCO (для газированных напитков и минеральной воды, пива)
• Oil (для растительного масла)
• Bericap (для напитков, воды)
• «38» (для соков, молочной продукции)

На рынке напитков в России преимущественно используются два стандарта горловины преформ: BPF (British Plastics Federation) и PCO (Plastic Closures Only).
Стандарт BPF получил наибольшее распространение в северной части Европы, в том числе в восточной ее части и в странах бывшего СССР; PCO - в США. Британская Федерация Пластика – организация, в обязанности которой входит разработка и утверждение тех или иных стандартов, касающихся пластмассовых изделий, в том числе и упаковки. Так в Европе стандарт BPF получил большее распространение, нежели чем PCO. Оба этих стандарта выполняют важную функцию – газоудержание. С точки зрения уровня газоудержания оба стандарта практически идентичны. Но преимущество стандарта PCO состоит в том, что он легче BPF. Экономия ПЭТ при переходе с BPF на PCO составляет от 1 до 2 грамм.
Вопрос выбора той или иной преформы для выдува бутылок решаются применительно к конкретным условиям производства и сбыты готовой продукции, с учетом технических особенностей используемого оборудования.

ПЭТ – пр-преформеформа с формальных позиций – 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. К счастью, существуют международные стандарты, и, для того, чтобы понять, что такое высококачественная преформа, следует более подробно рассмотреть процесс ее получения.

ПЭТ - преформы производят методом литья под давлением. Процесс изготовления преформ включает следующие этапы.

1. подготовка сырья (сушка ПЭТ);
2. процесс гомогенизации (получение однородного расплава ПЭТ);
3. отливка преформ;
4. охлаждение и выгрузка изделий.

Подготовка сырья во многом определяет качество будущей преформы, поэтому может считаться самым важным процессом при производстве преформ. 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 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.
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, этапы работы которых рассмотрены ниже.

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.
Процесс гомогенизации. Когда сырье прошло стадию сушки, оно поступает через бункер в шнек. Конструкция шнека оптимизирована для получения однородного расплава ПЭТ при температуре 280 – 300 С. 

Отливка преформ. Полученная в процессе гомогенизации однородная масса поступает в пресс – форму. Здесь происходит непосредственно изготовление преформ. Пресс-форма представляет собой плиту, состоящую, как правило, из двух частей: горячей холодной. Горячая часть содержит каналы, по которым однородная масса ПЭТ поступает в холодную часть. Холодную часть также можно разделить на две части: подвижная и не подвижная. Неподвижная часть – это гнезда, в которые поступает расплавленный ПЭТ. Подвижная – пальцы, которые входят в гнезда и формируют толщину стенки и длину будущей преформы.

Охлаждение и выгрузка преформ. 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. В противном случае, будет невозможно выдуть бутылку из преформы. С точки зрения технологического процесса, охлаждение преформ происходит в холодной части пресс-формы. После охлаждения преформ, происходит их выгрузка. Выгрузка может производиться по-разному. В первом случае, в составе пресс-формы может быть третья часть, прикрепленная к ней перпендикулярно. Сразу после готовности преформ данный робот автоматически подходит и забирает преформы. Такой подход позволяет значительно сократить время цикла, тем самым повысив производительность оборудования. Однако данная технология запатентована и применяется только на оборудовании фирмы Husky. Второй подход, когда готовые преформы сдувают мощным потоком воздуха в некую емкость.