[SHipinsky_V.G.]_Oborudovanie_i_osnastka_upakovoch2(z-lib.org)

пуансонов 6 и 7 с выталкивателем 8, и производит прессование материала в изделие 9, а также на специализированных прессах, где замыкание установленной на плите 1 (рис.13.8в) пресс-формы 2 производится верхним плунжером 3 пресса, а нагнетание в нее пластифицированной массы, формирующей изделие 5, – нижним поршнем 4 пресса. Применением для пластикации материала червячных машин можно значительно повысить производительность процесса и улучшить качество получаемых изделий. Применяется литьевое прессование для формования тары и деталей упаковки сложной конфигурации и с тонкими стенками, а также имеющих различную толщину стенок.

Прессы, применяемые для изготовления изделий из пластмасс, классифицируются следующим образом:

по технологическим признакам – на прессы для компрессионного и трансферного прессования;

по степени автоматизации – на прессы с ручным, полуавтоматическим и автоматическим управлением;

по типу привода – на прессы с групповым и индивидуальным приводом;

по конструктивному исполнению – на прессы колонные и рамные с вертикальным и горизонтальным расположением станины;

по расположению главных (рабочих) цилиндров – на прессы с верхним или нижним цилиндром, вертикальные и угловые, с двумя рабочими цилиндрами;

по количеству плит – на одноэтажные, двухэтажные и многоэтажные прессы;

по количеству позиций формования и кинематической связи между формующим инструментом и оборудованием – на однопозиционные, многопозиционные, карусельные и роторные прессы.

Основным параметром применяемых прессов, определяющим их возможности, является усилие прессования. К другим важным характеристикам относятся: площадь прессования и максимальное расстояние между плитами пресса; скорость движения плит; усилие выталкивания и ход выталкивателя полученных изделий; мощность привода и нагревателей; габаритные размеры и масса машины.

Внастоящее время широкое распространение получили прессы с индивидуальным гидравлическим приводом. Эти прессы имеют рамную (рис.13.9а) либо колонную конструкцию станины и верхнее или нижнее расположение главного (прессующего) гидроцилиндра, а сама гидростанция обычно располагается при этом сзади или сбоку от пресса. Индивидуальный гидропривод включает в себя закрепленные на станине пресса 1 (рис.13.9б) главный 2 и выталкивающий 3 гидроцилиндры, которые соединяются с гидросистемой, содержащей распределители 4 и 5, циркуляционные клапаны высокого 6 и низкого 7 давления, масляные насосы высокого 8 и низкого 9 давления, а также бак 10 с маслом.

С приведенным индивидуальным гидроприводом выполнен, например, полуавтоматический пресс, состоящий из сварной станины 1 (рис.13.9а), главного 2 и выталкивающего 3 гидроцилиндров с дифференциальными

111

плунжерами 4 и 5 соответственно, а также нижнего стола 6, подвижной плиты 7 и направляющих призм 8.

Рис.13.9. Гидравлический рамный пресс с индивидуальным приводом

Сама гидростанция располагается при этом сзади пресса, а электроаппаратура управления прессом и обогревом пресс-формы находится в нижних нишах стоек его станины, герметично закрытых панелями 9. В верхней же нише левой стойки пресса установлены регулируемые по высоте кулачки и три взаимодействующих с ними конечных выключателя 10. Еще два таких же конечных выключателя 10 располагаются в нижней части станины, где сблокированы с выталкивателем. На передней панели станины пресса располагаются пульт управления 11, арматура местного освещения 12, манометр 13 с дроссельным вентилем и терморегулятор 14. Второй терморегулятор 15, задающий температуру пуансона пресс-формы, во избежание излишних перегибов капиллярной трубки, закреплен на подвижной плите 7. Для уменьшения нагрева плит пресса нижнюю и верхнюю части пресс-формы крепят к ним через теплоизоляционные прокладки, выполненные из асбоцемента.

Технологический процесс производства литьевой и прессованной тары состоит из подготовительных операций (окрашивание, сушка материала,

112

приготовление исходной смеси), основных операций по формообразованию изделий и заключительных операций (удаление литников и грата, механическая обработка, переработка отходов во вторичное сырье). В таком производстве наряду с основным технологическим оборудованием соответственно используется и разнообразное вспомогательное оборудование, обеспечивающее например, приготовление сырья, его сушку и дозирование; таблетирование и предварительный нагрев материала; загрузку материала в пресс-формы; удаление литников, грата и механическую обработку изделий; а также переработку отходов.

14. ПРОИЗВОДСТВО ТАРЫ ИЗ ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ ПЛАСТМАСС (ПЕНОПЛАСТОВ)

Пенопласты – легкие газонаполненные полимерные материалы, представляющие собой гетерогенные системы, состоящие из твердой или упруго-эластичной фазы (полимера, смеси нескольких полимеров, смеси полимеров и наполнителей) и газовой фазы. Это особый вид материалов, отличающихся явно выраженной физической неоднородностью напоминающей структуру застывшей пены.

Упаковка из пенопластов обладает высокими виброгасящими и термоизоляционными свойствами, малым удельным весом, эстетичным внешним видом, негигроскопична, химически инертна, выдерживает без остаточных деформаций относительно высокую ударную нагрузку, не оказывает повреждающего воздействия на поверхность упакованных изделий. В настоящее время пенопласты широко применяются для упаковывания электронных приборов, хрупких изделий, например, из хрусталя, стекла и фарфора, многих других видов продукции, а также для производства изотермической упаковки. Из пенопластов и комбинированных материалов на их основе изготавливают ящики, футляры, лотки и другие виды тары, различные вкладыши и ложементы в деревянную, картонную и полимерную тару, рулонные и листовые упаковочные материалы, а также заливочные смеси (пены).

В зависимости от полимерной основы различают пенопласты термопластичные (на основе полистирола, полиэтилена, поливинилхлорида и т. д.) и термореактивные (на основе полиэфиризоцианатных композиций, фенолоформальдегидных, эпоксидных, кремнийорганических и других смол). Для производства пенопластовой тары и элементов упаковки сложной конфигурации наиболее широко применяется вспенивающийся полистирол различных марок, представляющий собой продукт полимеризации стирола в присутствии порообразователя (изопентана), составляющего от 4,4 до 6 % массы гранул, имеющих размеры от 0,4 до 2,5 мм. На втором месте по применению находится полиуретан, из которого можно изготовлять жесткие, полуэластичные и эластичные элементы упаковки, в зависимости от структуры исходных олигоэфиров и содержания гидроксильных групп. Полиуретан специальных марок применяется и для напыления на поверхность упаковываемых изделий, при этом он имеет хорошую адгезию к металлам, дереву, бумаге и другим материалам. Реже для упаковки применяются

113

пенопласты на основе поливинилхлорида, а также на основе мочевиноформальдегидных смол. Достаточно широко применяются также заливочные пенофенопласты марок ФРП-1, ФЛ-1, ФЛ-3, а пеноэпоксидные композиции марки ПЭ-1, ПЭ-2 и ПЭ-7 используются, главным образом, для термоизоляции контейнеров и рефрижераторов.

Упаковка из пенопластов может изготовляться различными методами, зависящими от способа получения пеноматериала и вида используемого полимера. Наиболее распространенными методами являются:

литье под давлением;

беспрессовый метод;

смешение компонентов заливочных компаундов;

экструзия листовых упаковочных материалов.

14.1. Метод литья под давлением

Процесс изготовления тары из пенопластов методом литья под давлением имеет ряд особенностей по сравнению с классической технологией литья термопластов. Различия эти обуславливаются наличием в гранулах полимера порообразователя, температура кипения или разложения которого значительно ниже температуры переработки полимера. Вследствие этого гранулированный материал при пластикации в герметично закрытом объеме материального цилиндра литьевой машины не вспенивается, а насыщается газом испаряющегося порообразователя, создающим в цилиндре давлением порядка 1,7 – 3,5 МПа. Так как этот расплав при снятии давления мгновенно расширяется, то его впрыск в форму из материального цилиндра литьевой машины должен производиться с максимальной скоростью, обеспечивая при этом ее частичное заполнение. Дальнейшее заполнение всего внутреннего объема формы осуществляется в результате вспенивания впрыснутой порции полимера растворенным в ней газом. Из-за пористой структуры пенопласты обладают очень низкой теплопроводностью, поэтому для их охлаждения в литьевой форме до достижения краевой зоны механической прочности требуется более длительное время. После же извлечения изготовленного изделия из формы, его дальнейшее охлаждение осуществляется в водяной ванне.

Для изготовления тары и других элементов упаковки этим методом можно применять инжекционные и интрузионные литьевые машины, а также экструзионные агрегаты и прессы.

14.2. Беспрессовый метод

Наиболее широкое распространение для изготовления пенополистирольной тары и элементов упаковки сложной конфигурации получил беспрессовый метод, включающий в себя такие основные операции, как:

предварительное вспенивание гранулированного полистирола;

созревание вспененных гранул;

формование изделий;

вылеживание и сушка отформованных изделий.

114

Предварительное вспенивание представляет собой самопроизвольное расширение гранул при температуре, превышающей температуру стеклования полимера (85 – 95 оС) в потоке теплоносителя, в качестве которого используются кипящая вода, пар или горячий воздух. В результате такого нагрева полимер гранул переходит в вязкотекучее состояние, а испаряющийся по всему его объему порообразователь образует элементарные ячейки с избыточным давлением газа, вызывающего растяжение размягченного полимера и увеличение гранул в объеме от 8 до 20 раз. Причем за счет порообразователя гранулы увеличиваются в объеме только на 50 %, а остальное расширение происходит вследствие проникновения в ячейки водяного пара или горячего воздуха. Время теплового воздействия выбирается в соответствии с требуемым насыпным весом вспененных гранул и находится в пределах от 2 до 8 минут. Чаще всего в качестве теплоносителя используется пар, который не только нагревает гранулы, но при этом и проникает в образующиеся поры, создавая дополнительное давление внутри них и способствуя тем самым увеличению степени вспенивания гранул. В воде же процесс вспенивания протекает медленнее, поэтому легче получить материал с требуемыми значениями насыпного веса. При последующем охлаждении предварительно вспененных гранул водяной пар и порообразователь конденсируются внутри воздушных ячеек, создавая в них вакуум. Чтобы обеспечить дальнейшее расширение этих гранул при формовании изделия, необходимо чтобы давление внутри их пор выровнялось с атмосферным. Следует также отметить, что сразу после вспенивания гранулы эластичны и очень чувствительны к повреждению и оседанию, что устраняется их подсушиванием.

При созревании предварительно вспененных гранул происходит их подсушивание и насыщение воздухом. Для этого гранулы помещаются в бункер созревания, где при перемешивании они обдуваются воздухом. Время созревания обычно длится от 12 до 24 часов и зависит от насыпного веса вспененного полистирола; чем он меньше, тем больше время созревания. При использовании подогретого до температуры 32 – 38оС воздуха, время созревания гранул может быть уменьшено.

При формовании изделий заданной формы и размеров вспененные гранулы засыпаются в специальные перфорированные формы и нагреваются подаваемым в них теплоносителем (паром, кипящей водой или токами высокой частоты). В процессе такого нагрева гранулы окончательно вспениваются, увеличиваясь в размерах и, плотно прижимаясь друг к другу в закрытом объёме формы, соединяются между собой (спекаются) в изделие. Наиболее широко для нагрева применяется пар, подаваемый непосредственно в рубашку формы. Формование также может осуществляться погружением формы в ванну с кипящей водой. При нагреве же токами высокой частоты (ТВЧ) интенсивность выделяемого тепла зависит от коэффициента поглощения энергии К (К = ε·tgδ,

где ε – диэлектрическая проницаемость нагреваемого материала, а tgδ – тангенс угла его диэлектрических потерь) нагреваемым диэлектрическим материалом, а также частоты и напряженности воздействующего электрического поля. Так как гранулы полистирола имеют очень низкий коэффициент поглощения энергии и не нагреваются в поле ТВЧ, то для этого при формовании их смачивают жидкостями с достаточно высоким

115

коэффициентом поглощения энергии. Наилучшие результаты получены при использовании в качестве смачивающей жидкости 0,5-процентной водномыльной эмульсии, которой требуется 5 – 7 см3 на 1 дм3 гранул. Такая эмульсия, покрывающая гранулы, в поле ТВЧ быстро нагревается и превращается в пар, разогревающий в свою очередь гранулы. Продолжительность нагрева составляет при этом 20 – 60 с, что является одним из преимуществ этого метода. После прекращения нагрева изготовляемое изделие охлаждают в форме для перевода вспененного материала из эластичного состояния в твердое и снятия остаточного давления. Время охлаждение составляет от 2 до 10 минут в зависимости от толщины стенок формуемого изделия.

Так как изделия из формы после формования извлекаются влажными, то после этого они подвергаются вылёживанию и сушке при температуре 18 – 25 С в течение 2 – 3 суток или при температуре 50 – 60 С в течение 2 – 3 часов.

Технологическое оборудование для производства пеностирольной тары и элементов упаковки этим методом серийно изготавливается рядом зарубежных фирм. В частности автоматизированные комплексы модели «Styromat» производятся фирмой «Buckau-Wolf» (ФРГ), а машины формования модели НЕ860 выпускаются фирмой «EAHEITZ» (ФРГ). В нашей стране аналогичный автоматизированный комплекс модели КМУ (АПН7.034) создан в Специальном конструкторско-технологическом бюро (СКТБ) «Техноприбор», г. Гомель, а серийное производство их освоено Гомельским станкостроительным заводом им. С. М. Кирова.

Состоит автоматизированный комплекс модели КМУ из установки предварительного вспенивания гранул полистирола, бункера созревания вспененных гранул и машины формования изделий.

Установка предварительного вспенивания гранул полистирола данного комплекса содержит основание 1 (рис.14.1), на котором располагаются: бункер 2 для гранулированного материала; пневмотранспортер 3 с эжектором 4; шнековый питатель 5, приводимый во вращение от электропривода 6; камера вспенивания 7, с эжекторным устройством 8, удаляющим отработавший пар, и мешалкой 9, приводимой во вращение через коническую зубчатую передачу 10 от электропривода 11; бункер 12 для вспененных гранул, соединенный с камерой через окно 13 и содержащий разгрузочный люк 14; а также пульт управления 15, пневмосистема 16 и паропровод 17.

Для загрузки в бункер 1 из тары 18 гранулированного материала в нее опускают шланг пневмотранспортера 3 и включают подачу сжатого воздуха из пневмосистемы 16 через эжектор 4, создающий в шланге разрежение, засасывающее в него гранулы вместе с атмосферным воздухом. Далее в смесительной камере эжектора 4 эти гранулы захватываются потоком сжатого воздуха и перемещаются им по напорному участку трубопровода транспортера

вбункер 1. Затем в камеру вспенивания 7 по паропроводу 17 подаётся пар с температурой 110 – 115 С и после ее прогрева установка включается в работу. При этом от электропривода 6 начинает вращаться шнек питателя 5, подающий

вкамеру 7 гранулированный полистирол из бункера 1, а от электропривода 11 –

мешалка 9. В камере же 7 под воздействием паровоздушной смеси поступающие гранулы полистирола нагреваются, вспениваются и в процессе

116

перемешивания выдавливаются вверх поступающим снизу более плотным материалом.

Рис.14.1. Схема установки предварительного вспенивания гранул

Далее через верхнее окно 13 камеры они пересыпаются в бункер 12, а оттуда соответствующим пневмотранспортером через разгрузочный люк 14 подаются в бункер вылёживания комплекса. Эжекторное же устройство 8 удаляет в процессе работы из камеры 7 отработавший влажный пар, из-за чего одновременно со вспениванием происходит и частичное подсушивание гранул. Требуемый насыпной вес получаемого вспененного материала регулируется скоростью подачи в камеру 7 шнековым питателем 5 гранул полистирола из бункера 2, а также температурой пара, подаваемого по паропроводу 17. Производительность установки составляет 100 кг гранул в час. Ее габаритные размеры 1240 880 1800 мм. Масса 360 кг.

Бункер созревания вспененных гранул (рис.14.2) содержит две емкости, в

сужающемся дне которых имеются разгрузочные люки, перекрываемые шиберами. В процессе работы одна его емкость заполняется гранулированным материалом, поступающим из установки предварительного вспенивания, а со второй емкости в это время созревшие гранулы полистирола через разгрузочный люк подаются в машину формования изделий.

Рис.14.2. Бункер созревания вспененных гранул
Процесс же созревания заключается в том, что	предварительно

вспененные гранулы, находящиеся в емкостях, насыщаются и подсушиваются постоянно обдувающим их воздухом в течение от 12 до 24 часов, в зависимости

117

от их насыпного веса; чем он меньше, тем больше время созревания. Общий рабочий объём бункера составляет 8 м3. Его габаритные размеры

2000 1300 3500 мм. Масса 300 кг.

Машина формования изделий состоит из сварной станины 1 (рис.14.3) на которой установлены две неподвижные параллельные плиты 2 и 3 механизма запирания, а также располагающаяся между ними подвижная плита 4, перемещающаяся по направляющим колонам 5 от штока гидроцилиндра 6, закрепленного на неподвижной плите 3; на сопрягающихся же поверхностях плит 2 и 4 соосно крепятся при этом смыкающиеся полуформы 7 технологической оснастки. На станине также располагаются: бункер 8, соединяющийся трубопроводами 9 с восемью пневмонаполнителями 10, обеспечивающими загрузку из него гранул в сомкнутую форму 7; механический съемник 11, приводимый в действие через тяги 12 с опорными шайбами 13 от подвижной плиты 4; гидростанция 14, соединяющаяся шлангами с гидроцилиндром 6; шкаф 15 с электрооборудованием, содержащий пульт управления с микропроцессорным контроллером 16; пневмосистема 17, обеспечивающая подачу сжатого воздуха в пневмонаполнители 10 и оснастку 7; паропровод 18, подающий пар в оснастку 7, и водопровод 19 со сливным коллектором 20, по которым охлаждающая вода поступает в оснастку 7. После загрузки бункера 8 предварительно вспененным гранулированным материалом и закрепления на плитах 2 и 4 полуформ 7 технологической оснастки работа машины осуществляется в автоматическом режиме по следующему циклу. Вначале перемещением подвижной плиты 4 по направляющим колонам 5 от штока гидроцилиндра 6, полуформы 7 смыкаются, и из бункера 8 по трубопроводам 9 через пневмонаполнители 10 полость формы заполняется гранулированным пенополистиролом.

Рис.14.3. Схема машины формования пенопластовых изделий

После этого в рубашки формы из паропровода 18 поступает пар, проходящий через сеть мелких отверстий в ее формообразующую полость. Под воздействием пара гранулы в форме разогреваются, окончательно вспениваются и, увеличиваясь в объеме, соединяются (спекаются) в изделие. Затем подача пара прекращается, и форма 7 охлаждается проходящей по её каналам

118

проточной водой, поступающей из водопровода 19 и сливаемой в коллектор 20. После охлаждения изделия до достижения материалом механической прочности, форма 7 раскрывается обратным перемещением подвижной плиты 4, при этом в момент начала движения из пневмосистемы 17 в рубашки полуформ подается сжатый воздух, который, проходя через сеть мелких отверстий, отделяет от стенок ее формующей полости изготовленное изделие. После прохождения заданного участка пути плита 4 через опорные шайбы 13 и тяги 12 тянет за собой механический съемник 11, при этом его стержневые выталкиватели входят в формообразующую полость неподвижной полуформы и окончательно удаляют из нее изготовленное изделие в накопитель. При обратном же движении плиты 4 в следующем цикле через тяги 12 и второй комплект опорных шайб 13 она толкает перед собой съемник 11, и его стержневые выталкиватели выводятся при этом из полуформы 7. Продолжительность цикла формования составляет от 2 до 8 минут и зависит от температуры теплоносителя, а также размеров изготовляемых изделий; определяется из условия, что на 1 см толщины стенки формуемого изделия приходится 1,5 минуты продолжительности цикла. В машине можно одновременно формовать до 8 изделий высотой до 350 мм и суммарной площадью в плане не превышающей максимального изделия длиной 940 мм и шириной 630 мм. Усилие смыкания формы составляет 110 кН. Габаритные размеры машины 4070 1560 2430 мм. Масса 2500 кг.

После формования изготовленные изделия укладываются на подвижные тележки или в стеллажи и подвергаются в отдельном помещении вылеживанию и сушке при температуре 18 – 25 С в течение 2 – 3 суток или при температуре 50 – 60 С в течение 2 – 3 часов.

Поточная механизированная линия применяется для одновременного изготовления разнообразной пенопластовой тары (коробок, лотков, ящиков, футляров) и других изделий беспрессовым методом в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства. В эту линию входят следующие устройства и механизмы, располагающиеся в последовательности выполнения операций технологического процесса (рис.14.4):

ванна 1 с горячей водой, в которой размещаются корзины 2 с гранулированным материалом для его предварительного вспенивания;

центрифуга 3, удаляющая воду из предварительно вспененных гранул;

многоярусные стеллажи 4 с противнями 5, на которых производится подсушивание и созревание гранул;

цепной конвейер 6, непрерывно перемещающий подвешенные с определенным шагом люльки 7 с формами 8;

стол 9, для сборки форм с их заполнением предварительно вспененным материалом;

ванна 10 с горячей водой, в которой производится окончательное вспенивание в формах 8 гранулированного материала и формирование изделий;

ванна 11 с холодной водой, в которой производится охлаждение форм 8 с изготовляемыми изделиями;

стол 12, на котором осуществляется разборка форм 8 и удаление из них готовых изделий на подвижные тележки 13.

119

Рис.14.4. Функциональная схема поточной механизированной линии

При работе гранулированный материал засыпают в корзины 2, которые затем погружаются в ванну 1, наполненную горячей водой с температурой 90 – 95 С. Здесь гранулы полистирола нагреваются и вспениваются в течение времени, необходимого для достижения ими требуемой насыпного веса. При этом в воде процесс вспенивания протекает медленнее, чем при нагреве паром, поэтому и легче получить материал с заданными значениями насыпного веса. Далее корзины поочередно извлекаются из ванны 1 и гранулированный пенополистирол пересыпается из них в центрифугу 3, где под воздействием центробежных сил вода отделяется от вспененных гранул, после чего они перегружаются на противни 5, устанавливаемые в многоярусные стеллажи 4. Здесь происходит созревание и подсушивание вспененных гранул в течение времени от 12 до 24 часов, при их постоянном обдуве воздухом. Далее противни с созревшим материалом подаются к столу 6, где вспененными гранулами наполняют собираемые формы 8, поочередно устанавливаемые в подвесные люльки 7 цепного конвейера 6. В процессе дальнейшего непрерывного движения конвейера эти люльки вначале опускаются в ванну 10 с горячей водой, где гранулированный материал в формах 8 нагревается, окончательно вспенивается и, увеличиваясь в объеме, соединяется (спекается) в изделие, а затем в ванну 11, где формы охлаждаются холодной водой. Далее конвейером люльки 7 поочередно подводятся к столу 12, где формы 8 снимаются с них и разбираются, при этом изготовленные изделия удаляются из формы и укладываются на полки подвижной тележки 13. Разобранные же формы обратно кладут в свои люльки и они конвейером 6 возвращаются на исходную позицию к столу 6, где в процессе сборки снова заполняются гранулированным пенополистиролом и далее цикл повторяется. Изготовленные же изделия на подвижных тележках перевозятся в отдельное помещение, где производится их вылеживание и сушка. Данная линия рассчитана на изготовление пенопластовых изделий размерами до 400 мм с производительностью 700 штук в час.

Для массового производства беспрессовым методом малогабаритных изделий применяются разнообразные специализированные роторные автоматы,

120