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

Затем стол поворачивается на 90о и этот стакан оказывается на второй укупорочной позиции, при этом стол позиционируется и фиксируется механизмом 4, а сблокированная с ним кнопка включает в работу пневмоцилиндр 6. Далее опускающимся штоком пневмоцилиндра 6 контактный электронагреватель 9 подводится к карусельному столу и, прижимая своей рабочей поверхностью платинку к отбортовке стакана, совместно нагревает их до температуры активации термоклеевого покрытия, находящегося на контактирующей поверхности платинки, обеспечивая тем самым их герметичное соединение. По истечении заданного интервала времени нагрева, отсчитываемого таймером 14, электронагреватель 9 штоком пневмоцилиндра 6 возвращается в исходное верхнее положение, а карусельный стол выполняет следующий цикловой поворот на 90о. В результате укупоренный стакан перемещается на третью позицию, предназначенную для охлаждения его соединительного шва, а на вторую укупорочную позицию при этом вводится следующий наполненный стакан и цикл повторяется. Затем после очередного поворота карусельного стола готовая упаковочная единица оказывается на четвертой позиции, где удаляется оператором из отверстия стола и укладывается в транспортную или технологическую тару. Основные технические характеристики у этого устройства следующие:

Производительность, упаковок/час. …………………………. до 600; Диаметр укупориваемых стаканов у отбортовки, мм: ………….. 75; Время нагрева укупоривающего соединения, с…………….. 1 – 1,5; Температура контактного нагревателя, оС ……………….. 180 – 250; Питание: переменный ток: частотой, Гц …………………………..50;

напряжением, В ………………………………. 220;

потребляемая мощность, кВт, не более……..... 0,7; сжатый воздух под давлением, мПа…………..0, 6;

Габаритные размеры, мм ……………………............. 380 х 500 х 410; Масса, кг, не более …………………………………………............ 25.

Более простым конструктивным исполнением и низкой стоимостью характеризуется термоукупоривающее устройство модели АДНК 19У11,

имеющее аналогичное назначение. Это упрощение достигается за счет применения для вертикального перемещения электронагревателя 9 ручного рычажного привода, а также исключением с пульта управления лампочки 13 световой индикации наличия напряжения и реле времени (таймера) 14.

12. ПРОИЗВОДСТВО ВЫДУВНОЙ ПЛАСТМАССОВОЙ ТАРЫ

Свое название этот вид тары получил по способу изготовления, заключающемуся в том, что из полимерного термопластичного материала вначале формуется полая заготовка, которая затем в разогретом виде помещается в специальную форму и там сжатым воздухом раздувается в объемное изделие требуемой конфигурации. Этим способом изготовляют как потребительскую пластмассовую тару, например, бутылки, флаконы, банки, тубы, колбы, ампулы, так и крупногабаритную транспортную тару, такую как канистры, фляги, бутыли, баллоны, барабаны, бочки и баки вместимостью до

71

5 м3 и более. Широкое применение такой тары предопределено возможностью использования для ее изготовления практически всех термопластов, простой технологией и приемлемой производительностью применяемого технологического оборудования, а также не вызывающей затруднений комплексной механизацией и автоматизацией производственных процессов. Характерные достоинства выдувной тары заключаются в ее разнообразных эстетичных формах и цветовых тонах, включая высокопрозрачные изделия; в высокой формоустойчивости при большой вместимости и минимальной массе тары; в возможностях ее многократного использования и герметичного закрывания всеми видами укупорочных средств; в удобстве сбора и переработки использованной упаковки во вторичное сырье. Сегодня по объемам производства выдувная тара занимает третье место после пленочной и термоформованной упаковки.

12.1. Способы изготовления

Для изготовления выдувной пластмассовой тары применяются следующие способы.

Экструзия с раздувом, сущность которой заключается в том, что полимерная пластифицированная трубчатая заготовка 1 (рис.12.1а) из головки 2 экструдера поступает в разомкнутую раздувную форму 3 и при этом своим нижним концом находит на соосно-расположенный ниппель 4. Затем форма 3 смыкается (рис.12.1б), сдавливая и перерезая верхний конец заготовки и формуя на ниппеле 4 горловину тары.

Рис. 12.1. Схема экструзии с раздувом

После этого производится раздув тары 5 подаваемым через ниппель 4 внутрь заготовки сжатым воздухом, а после охлаждения ее ниппель 4 соединяется с атмосферой, форма 3 раскрывается (рис. 1.1в) и готовая тара 5 удаляется из нее. Далее ножом 6 от головки 2 отрезается передавленный остывший конец 7 заготовки и цикл повторяется. Этим универсальным способом, хорошо поддающимся автоматизации, можно изготовлять емкости вместимостью от 0,01 дм3 до 5 м3 и более. Недостатки его заключаются в наличии на изделии соединительного шва и облоя в месте сдавливания и перерезания верхнего конца трубчатой заготовки, а также в невозможности получения на изделии калиброванной горловины (с высокоточными размерами).

Инжекция с раздувом, сущность которой заключается в том, что через сопло 1 (рис.12.2а) литьевой машины расплав полимера подается в разъемную пресс-форму 2, где на оправке 3 отливается трубчатая заготовка 4. Далее после охлаждения заготовки до пластичного состояния форма 2 раскрывается и

72

оправка 3 вместе с заготовкой перемещается в смыкающуюся раздувную форму 5 (рис.12.2б). Здесь сжатым воздухом, подаваемым через отверстия в оправке 3, заготовка раздувается в тару 6, а после охлаждения и снятия избыточного давления изготовленная тара (рис.12.2в) удаляется из раскрывающейся формы. Этим способом изготавливают тару вместимостью от 0,01 до 0,5 дм3, при этом она получается с калиброванной горловиной и равнотолщинным корпусом, не содержащим соединительного шва и облоя.

Рис. 12.2. Схема инжекции с раздувом

Раздув из литых трубчатых заготовок (преформ) заключается в том,

что изготовленная литьем под давлением калиброванная трубчатая заготовка 1 (рис.12.3а), вначале надевается на оправку 2 и разогревается нагревателями 3 до пластичного состояния, а затем на этой же оправке перемещается в смыкающуюся раздувную форму 4 (рис.12.3б). Здесь сжатым воздухом, подаваемым через отверстия в оправке 2, преформа раздувается в тару 5, а после ее охлаждения и снятия избыточного давления форма раскрывается и изготовленная тара на оправке 2 (рис.12.3в) удаляется из нее. Затем тара 5 снимается с оправки 2 и цикл повторяется. Этим способом изготовляют тару вместимостью от 0,1 до 2 дм3, при этом она получается с калиброванной горловиной и равнотолщинным корпусом, не содержащим соединительного шва и облоя. Недостаток этого способа заключается в необходимости повторного разогрева преформы.

Рис. 12.3. Схема раздува тары из преформ

Раздув из преформ с двухосной ориентацией заключается в том, что преформа 1 (рис.12.4а) вначале аналогичным образом надевается на раздвижную оправку 2 и разогревается нагревателями 3 до пластичного состояния, а затем на этой же оправке перемещается в смыкающуюся раздувную форму 4 (рис.12.4б). Здесь преформа выдвигающимся штоком оправки 2 вначале механически вытягивается в продольном направлении, а затем сжатым воздухом, подаваемым через отверстия в оправке, раздувается в тару 5, которая после охлаждения и снятия избыточного давления удаляется на оправке 2 из раскрывающейся формы. Затем тара 5 (рис.12.4в) снимается с

73

оправки 2 и цикл повторяется. Этим способом изготовляют тару вместимостью от 0,1 до 2 дм3, при этом она получается с калиброванной горловиной, более прочным и прозрачным корпусом, что обеспечивается двухосным растяжением материала, а также равнотолщинной, без соединительного шва и облоя.

Рис. 12.4. Схема раздува тары из преформ с двухосной ориентацией

Недостатки этого способа заключаются в ограниченной номенклатуре перерабатываемых термопластов, необходимости повторного разогрева преформы и более сложном конструктивном исполнении технологического оборудования.

Инжекционно-экструзионный раздув, сущность которого заключается в том, что изготовленную литьем под давлением калиброванную горловину 1 (рис.12.5а) тары помещают на ниппель 2 разомкнутой раздувной формы 3, а затем из головки 4 к ней экструдируют пластифицированную трубчатую заготовка 5, сваривающуюся нижним концом с горловиной 1. Далее форма 3 (рис.12.5б) смыкается и производится раздув тары 6 подаваемым через ниппель 2 внутрь заготовки сжатым воздухом. После охлаждения тары 6 ниппель 2 соединяется с атмосферой, форма 3 раскрывается (рис.12.5в) и готовое изделие удаляется из нее. Далее на ниппель 2 помещается следующая горловина 1, затем ножом 7 от головки 4 экструдера отрезается передавленный остывший конец 8 заготовки и цикл повторяется.

Рис. 12.5. Схема инжекционно-экструзионного раздува тары

Этим способом изготовляют бутылки вместимостью до 1 дм3 и тубы, при этом тара получается с калиброванной горловиной и равнотолщинным корпусом. Недостатки же этого способа заключаются в наличии на изделии соединительных швов в области горловины и дна, а также в более сложном конструктивном исполнении формы 3 и низкой производительности процесса.

Погружное формование с раздувом, сущность которого заключается в том, что емкость 1 (рис.12.6а) заполняют расплавом 2 полимера, поступающим из сопла 3 литьевой машины или экструдера. Затем в расплав погружается оправка 4, на поверхности которой формируется пластичная заготовка 5

74

(рис.12.6б), отделяемая от излишков расплава при извлечении оправки ножом 6. Далее оправка 4 вместе с заготовкой 5 перемещается в смыкающуюся раздувную форму 7 (рис.12.6в). Здесь сжатым воздухом, подаваемым через отверстия в оправке 4, заготовка раздувается в тару 8, которая после охлаждения и снятия избыточного давления удаляется из раскрывающейся формы 7 (рис.12.6г).

Рис. 12.6. Схема погружного формования с раздувом

Этим способом изготавливают тару вместимостью от 0,01 до 0,5 дм3, при этом она получается с некалиброванной горловиной и некоторой разнотолщинностью стенок корпуса. Недостатки этого способа заключаются также в ограниченной номенклатуре перерабатываемых термопластов, низкой производительности и сложности процесса.

Для изготовления выдувной пластмассовой тары наиболее широко применяются такие способы, как экструзия с раздувом, инжекция с раздувом и раздув из литых трубчатых заготовок (преформ) без или с двухосной ориентацией (биориентацией). При этом тара должна выполняться с учетом возможностей применяемого технологического оборудования. В частности, конфигурация тары должна обеспечивать свободный разъем раздувной формы и извлечение изделия, быть по возможности симметричной относительно плоскости или линии разъема, а также приближаться к форме заготовки, используемой для раздува. Линия разъема формы обычно выполняется в одной плоскости, которая, например, для цилиндрической и конической тары должна проходить через ось симметрии ее корпуса и горловины, а для тары с корпусом прямоугольного и овального сечения – через середину узкой стороны.

Процесс изготовления выдувной тары обычно подразделяется на следующие стадии:

получение расплава полимерного материала;

формование из расплава трубчатой заготовки (цилиндрической, ампулообразной), находящейся в пластичном состоянии;

подача пластичной заготовки в смыкающуюся раздувную форму;

раздув в форме пластичной заготовки в объемное изделие;

охлаждение полученного изделия в форме ниже температуры достижения механической прочности;

размыкание формы и удаление из нее изготовленной тары;

отделка изготовленной тары (удаление облоя и т. д.) как в самой форме, так и вне нее.

75

Выдувная пластмассовая тара изготовляется на разнообразном технологическом оборудовании, которое, исходя из способа получения изделий, условно разделяется на экструзионно-раздувное, инжекционнораздувное и оборудование для раздува изделий из преформ.

12.2. Экструзионно-раздувное технологическое оборудование

В состав экструзионно-раздувного технологического оборудования обязательно входят такие основные функциональные устройства, как: экструдер (от лат. extrudo – выталкиваю), осуществляющий пластикацию материала; экструзионная головка, формующая из пластифицированного материала трубчатую заготовку; а так же раздувное устройство, обеспечивающее получение из трубчатой заготовки готового изделия и его охлаждение. В зависимости от параметров этих устройств, их конструктивного исполнения и расположения в пространстве все экструзионно-раздувное технологическое оборудование принято характеризовать следующими показателями:

максимальный объем изготовляемого изделия – от 0,1 дм3 до 5 м3 и более;

пластикационная производительность – от 8 до 400 кг/ч и более;

тип экструдера – одночервячный, двухчервячный, дисковый, червячнодисковый;

взаимное расположение экструдера и	раздувного устройства –
горизонтальное, вертикальное, комбинированное;

тип экструзионной головки – прямоточная или угловая, одноили многоместная;

способ выдачи трубчатой заготовки – поступательным перемещением червяка, непрерывным вращением червяка без поступательного перемещения; поршневым аккумулятором (копильником);

число позиций раздува – одноили многоместные;

способ раздува изделия – через подвижный или неподвижный ниппели, через дутьевую иглу, через экструзионную головку;

кинематика движения раздувных форм – возвратно-поступательное, маятниковое, ротационное периодическое или непрерывное, комбинированное.

Комбинированный одночервячный экструзионно-раздувной агрегат, в

частности, состоит из сварной станины 1 (рис.12.7), на которой закреплены электродвигатель 2 с блоком шкивов 3, передающим вращение через клиновые ремни 4 на блок шкивов 5, закрепленный на валу двухступенчатого цилиндрического редуктора 6. На станине располагается также корпус 7 с подшипниковым узлом, к которому присоединяются загрузочный бункер 8 и горизонтально расположенный материальный цилиндр 9 с вращающимся внутри червяком 10, при этом приводной конец червяка опирается на подшипниковый узел корпуса 7, содержащий радиальные и упорный подшипники, а также через муфту 11 присоединяется к выходному валу двухступенчатого редуктора 6. На торце же материального цилиндра 9 соосно закреплена угловая одноместная экструзионная головка 12, формирующая из пластифицируемого материала трубчатую заготовку 13 и обогреваемая кольцевым электронагревательным элементом сопротивления (ТЭНом) 14. На

76

наружной поверхности материального цилиндра, содержащего несколько зон нагрева, располагаются аналогичные электронагревательные элементы 14, а также в каждой зоне закрепляется термопара 15, контролирующая ее температуру. При этом электронагревательные элементы и термопара каждой зоны проводами присоединяются к соответствующему термореле, располагающемуся на панели блока управления 16 и обеспечивающему автоматическое регулирование температуры нагрева. В данном блоке располагаются также лампочки индикации, реле времени, тумблеры, кнопки и другие электроприборы, необходимые для управления работой агрегата. Раздувное устройство 17 агрегата, размещенное под экструзионной головкой, содержит две перемещающиеся по горизонтальным колонкам 18 плиты 19 с закрепленными на них раздувными полуформами 20, а также расположенный соосно с каналом экструзионной головки 12 неподвижный ниппель 21, подача сжатого воздуха в который включается пневмокраном 24. Наружный диаметр ниппеля обычно соответствует внутреннему диаметру горловины изготавливаемой тары, в то время как наружную поверхность этой горловины формируют сопрягающиеся с ниппелем части смыкающихся полуформ 20. Встречное перемещение плит 19 и смыкание полуформ обеспечивается поворотом рычага за рукоятку 22, в результате чего двухзвенные крывошипнорычажные механизмы 23 приводятся в прямолинейное горизонтальное положение и с требуемым усилием запирают раздувную форму. В корпусе 7 агрегата и раздувной форме 20 имеются также каналы, по которым циркулирует охлаждающая вода, поступающая через штуцера по шлангам из питающего коллектора.

Рис. 12.7. Функциональная схема комбинированного одночервячного экструзионно-раздувного агрегата

Перед началом работы в бункер 9 агрегата засыпается гранулированный материал, а на термореле пульта 16 устанавливаются необходимые для его пластикации температуры нагрева материального цилиндра по зонам. После разогрева цилиндра 9 до заданной температуры, контролируемой термопарами 15, агрегат включается в работу. В процессе работы гранулированный материал из бункера 8 через загрузочное окно равномерным потоком засыпается между витками вращающегося червяка 10 и перемещается им вдоль материального цилиндра 9. При этом материал пластифицируется в однородную вязкотекучую массу и через кольцевое отверстие в экструзионной головке 12 выдавливается в

77

виде трубчатой заготовки 13 до тех пор, пока заготовка нижним торцом не зайдет на ниппель 21. В этот момент экстрюдирование заготовки прекращается и, поворотом вручную рычага за рукоятку 22, сводятся плиты 19 с полуформами 20. В результате раздувная форма смыкается и с усилием запирается распрямляющимися двухзвенными крывошипно-рычажными механизмами 23. При этом на ниппеле 21 сопрягающимися поверхностями полуформ формируется наружная поверхность горловина изготовляемой тары, а верх трубчатой заготовки пережимается торцами (пресс-кантами) формы и сваривается. Далее поворотом пробки в пневмокране 24 включается подача в заготовку через ниппель 21 сжатого воздуха, и она раздувается им в изделие, плотно прижимаемое к стенкам полости формы. После выдержки времени, необходимого для охлаждения материала до достижения механической прочности, поворотом пробки пневмокрана 24 в исходное положение магистраль сжатого воздуха перекрывается, а канал ниппеля 21 соединяется при этом с атмосферой и сжатый воздух сбрасывается из полости изготовленного изделия. Затем обратным поворотом рычага за рукоятку 22 плиты 19 разводятся, полуформы 20 размыкаются, и изготовленная тара удаляется с ниппеля 21. Далее с торца экструзионной головки специальным ножом срезается остывший пережатый конец заготовки 13, затем экструдируется следующая заготовка и цикл повторяется. С изготовленного же изделия в это время удаляются остатки облоя, и оно укладывается в технологическую тару или передается на последующие отделочные операции.

Главным рабочим органом экструзионного-раздувных агрегатов, является червяк, который в материальном цилиндре экструдера выполняет следующие функции:

захватывает гранулированный материал из загрузочного бункера и перемещает его вдоль материального цилиндра от зоны загрузки к экструзионной головке;

интенсивно перемешивает, пластифицирует, сжимает и гомогенизирует

расплав, обеспечивая при этом удаление из него воздуха и других газов;

а также создает давление, обеспечивающее продвижение расплава материала через экструзионную головку.

Конструктивные параметры червяка зависят как от требуемой пластикационной производительности экструдера, так и от теплофизических, химических и механических свойств перерабатываемых пластмасс. В связи с этим червяки выполняются однозаходными и многозаходными, с постоянным и переменным шагом витков, а также с постоянной и переменной глубиной межвитковых каналов. Для переработки термопластов обычно применяются червяки с постоянным шагом витков и переменной глубиной канала, поскольку их проще изготавливать на универсальном металлорежущем оборудовании, а также они обеспечивают более высокую производительность и по мере уменьшения глубины канала улучшают теплопередачу пластифицируемому материалу. По своей длине такие червяки обычно содержат три характерных участка (рис.12.8): зону загрузки L1, зону сжатия (пластикации) L2 и зону выдавливания L3. Зона загрузки L1 обычно занимает около 30 % длины рабочей части червяка, при этом эффективность ее работы характеризуется количеством

78

подаваемого из бункера в единицу времени гранулированного материала. Для нормального транспортирования необходимо, чтобы коэффициент трения материала о поверхность цилиндра был большим, чем о поверхность червяка. Реализуется это условие за счет более высокой шероховатости рабочей поверхности цилиндра в зоне загрузки, а также охлаждением червяка. В результате гранулированный материал, поступающий из бункера, в винтовом канале вращающегося червяка уплотняется с образованием пробки, которая за счет более высокого сцепления с поверхностью цилиндра продвигается далее по каналу без проворота к зоне сжатия.

Рис. 12.8. Схема однозаходного червяка с тремя зонами

В зоне сжатия L2 величина винтового канала червяка постепенно уменьшается по направлению к зоне выдавливания. Это может быть обеспечено за счет постепенного уменьшения глубины канала, шага нарезки витков или наружного диаметра червяка. В зоне выдавливания L3 шаг и глубина винтового канала у червяка постоянны. Параметрами этой зоны в итоге определяется пластификационная производительность экструдера. Важной эксплуатационной характеристикой червяка является отношение его рабочей длины L к диаметру D. В современных машинах, предназначенных для переработки термопластов, применяются червяки с длиной рабочей части L в пределах (15 – 25)D. Причем с увеличением длины червяка улучшается распределение температуры в расплаве и повышается производительность экструдера за счет повышения скорости вращения червяка или увеличения глубины его винтового канала. Червяки обычно изготовляются из стали марки 38ХМЮА, подвергаемой азотированию – насыщению поверхностного слоя азотом, обеспечивающему повышение его твердости, износоустойчивости и антикоррозионных свойств. Для переработки материалов, у которых температура пластикации близка к температуре разложения, червяки изготовляют из коррозионностойкой стали марки 9X18 или 1Х17Н2. Обработка рабочих поверхностей червяка должна соответствовать 9 – 10-му классу шероховатости по ГОСТ 2789-73.

Расчеты основных конструктивных параметров экструдера, содержащего червяк с переменной глубиной винтового канала (рис.12.8) и предназначенного для переработки термопластов, производят по следующей методике.

Определяется оптимальная скорость vЗ экструдирования заготовки, исключающая опасность ее утонения под действием собственного веса по следующей эмпирической формуле:

vЗ	155 L2
	З	, см/с	(12.1)

79

где ρ – плотность перерабатываемого полимера при температуре пластикации, г/см3;

µ – динамическая вязкость полимера, (дин∙с)/см2;

LЗ – длина экструдируемой заготовки, см; принимается примерно на 15% больше высоты изготовляемого изделия LИ для учета расхода материала на

формирование его дна, т. е.	L	1,15 L
	З	И .

Определяется продолжительность стадии экструдирования заготовки по формуле:

			L
				З	, с
	Э		v
				З

где LЗ – длина экструдируемой заготовки, см;

vЗ – оптимальная скорость экструдирования заготовки, см/с.Вычисляется требуемый наружный диаметр червяка

формуле:

(12.2)

по следующей

где

см3;

Q

QМ

		D	4 Q
			k v	, см	(12.3)
				З
Q	М	– объемная производительность экструдера, см3/с;
	Э

– объем выдаваемого за один цикл пластифицированного материала,

τЭ – продолжительность стадии экструдирования заготовки, с. k – коэффициент запаса; принимается k = 1,1 – 1,2;

vЗ – оптимальная скорость экструдирования заготовки, см/с;

По рассчитанному наружному диаметру принимается ближайшее большее значение из рекомендуемого параметрического ряда диаметров червяков (в

мм): 25; 32; 45; 63; 90; 125; 160; 200.

Мощность N привода вращательного движения червяка можно определить, пользуясь следующим эмпирическим соотношением:

N

0,736 с D	m

, кВт

(12.4)

где D – принятый наружный диаметр червяка, см; с = 0,15÷0,2 – коэффициент;

m = 2,5.

Материальные цилиндры в экструдерах выполняются преимущественно в виде гильз, которые часто собираются из отдельных секций, заканчивающихся фланцами и соединяющихся между собой болтами. Такое исполнение позволяет устанавливать в них червяки различной длины. По длине материального цилиндра различают два характерных участка: зону загрузки с отверстием для подачи перерабатываемого материала из бункера в винтовой канал червяка, а также зону пластификации, в которой перемещаемый червяком материал сжимается, расплавляется и гомогенизируется.

Производительность и конструктивное исполнение экструзионнораздувных агрегатов взаимосвязаны с размерами и вместимостью изготовляемых изделий. Обычно при производстве малогабаритной тары

80