Zastosowanie i rozwój polipropylenu do termoformowania w branży opakowań

1. Podstawowe zasady i cechy termoformowania

Termoformowanie to specjalna metoda przetwarzania tworzyw sztucznych, która pozwala na przetwarzanie arkuszy termoplastycznych w różnorodne produkty. Arkusz termoplastyczny jest podgrzewany w celu zmiękczenia, a następnie poddawany działaniu ciśnienia (próżni lub nadciśnienia), co powoduje, że arkusz termoplastyczny oddziałuje na powierzchnię formy, nadając jej kształt zbliżony do powierzchni formy. Po schłodzeniu i uformowaniu, produkt jest przycinany do pożądanego kształtu. Termoformowanie jest szybkie i równomierne, charakteryzuje się krótkim czasem cyklu formowania i niskim kosztem formy, nadaje się do automatyzacji i ma długi czas produkcji. Jest uważane za najwydajniejszą metodę przetwarzania o najniższym koszcie jednostkowym wśród metod formowania tworzyw sztucznych. Zwłaszcza dzięki ciągłemu udoskonalaniu procesów i urządzeń do termoformowania oraz wykorzystaniu symulacji komputerowej, termoformowanie stało się główną metodą przetwarzania, konkurującą z formowaniem wtryskowym i rozdmuchowym. W ostatnich latach w dziedzinie urządzeń do termoformowania poczyniono nowe postępy. Jimin zaprezentował urządzenia i procesy termoformowania zaprezentowane na targach K2013 w Niemczech, gdzie szybkość, wszechstronność, technologia sterowania i redukcja kosztów stały się kluczowymi tematami dla nowych urządzeń do termoformowania w przemyśle opakowaniowym i przemysłowym.

Główne rodzaje termoformowania to: formowanie próżniowe, formowanie ciśnieniowe, formowanie wspomagane tłokiem oraz ich kombinacje. Na rynku pojawia się coraz więcej produktów termoformowanych, takich jak kubki, talerze, tacki na żywność, zabawki, czapki i kaski, części AGD, a także części samochodowe, elementy dekoracyjne architektoniczne, sprzęt chemiczny itp. W porównaniu z formowaniem wtryskowym, termoformowanie ma zalety wysokiej wydajności produkcji, niskich inwestycji w sprzęt oraz możliwości wytwarzania produktów o dużych powierzchniach. Głównymi tworzywami sztucznymi stosowanymi w termoformowaniu są polistyren (PS), polichlorek winylu (PCW), poliolefiny, takie jak PE, PP, poliakrylany (PMMA) oraz celuloza, taka jak nitroceluloza (NC), octan celulozy (CA) itp. Tworzywa konstrukcyjne, takie jakakrylonitryl-butadien-styren (ABS)Używane są również tworzywa sztuczne, takie jak styren (ABS), poliwęglan (PC) itp. Rozwój wysokowydajnych tworzyw PP, takich jak wysoka przezroczystość, wysoka wytrzymałość na stopienie i niskie odkształcenia, przyczynił się do rozwoju i zastosowania PP w dziedzinie termoformowania.

2. Status krajowego rynku opakowań termoformowanych

W kraju działa ponad 3,000 firm zajmujących się termoformowaniem opakowań, z czego ponad 300 osiąga roczną produkcję przekraczającą 1,000 ton. Około 70% fabryk o rocznej zdolności produkcyjnej tysięcy ton to samodzielna produkcja arkuszy i integratorzy produktów termoformowanych. Głównymi zlecanymi na zewnątrz arkuszami są polistyren (PS) (OPS) i politereftalan etylenu (PET), podczas gdy niektóre prężnie działające fabryki produkują własne arkusze PP, PS i PVC, a mniejsze fabryki zlecają produkcję arkuszy na zewnątrz. Produkty termoformowane są wykorzystywane głównie w opakowaniach do żywności, opakowaniach produktów nieżywnościowych oraz arkuszach ciętych, a wymagania dotyczące surowców różnią się w zależności od zastosowania.

3. Rozwój PP do termoformowania

Krajowe zastosowania termoformowania PP rozpoczęły się w latach 1990. XX wieku i w ostatnich latach dynamicznie się rozwijają, ze średnią roczną stopą wzrostu wynoszącą około 10%. Obecnie w Chinach działa wielu dużych i znanych producentów opakowań z tworzyw sztucznych do termoformowania, takich jak Japan Central Chemical, którzy zbudowali tam zakłady i uruchomili produkcję. Ich produkty koncentrują się głównie na opakowaniach z tworzyw sztucznych do termoformowania średniej i wysokiej klasy. Obecnie w Chinach brakuje specjalistycznych materiałów PP przeznaczonych do procesu termoformowania. Krajowi producenci wyrobów do termoformowania zazwyczaj kupują żywicę T30S i inne żywice ogólnego przeznaczenia modyfikowane do użytku, ale produkty uzyskane w procesie postmodyfikacji i produkcji na skalę przemysłową charakteryzują się nierównomierną kontrolą dodatków, niespełniającymi wymagań wytrzymałościowymi, nierównomierną grubością ścianek pojemników podczas termoformowania, kalandrowaniem, powlekaniem ekstruzyjnym, zawijaniem krawędzi i innymi problemami. Trudno jest spełnić wysokie wymagania jakościowe i wymagania aplikacji, a także ogranicza to wydajność produkcji w przedsiębiorstwach zajmujących się dalszym przetwarzaniem.

Zagraniczne materiały do ​​termoformowania to głównie homopolimery, mniej przezroczystych kopolimerów losowych, a niektóre gatunki mają długie cykle importu, dlatego krajowi producenci materiałów do termoformowania rzadko korzystają z importowanych materiałów. Obecna produkcja arkuszy przez producentów produktów do termoformowania to głównie arkusze o szerokości 600 mm. Wraz z postępem technologii maszyn formujących szerokość arkusza wzrasta, najszerszy może mieć ponad 1000 mm, więc zdolność arkusza do zapobiegania topnieniu stawia wyższe wymagania. Rozwiązaniem w branży produktów do termoformowania jest dodanie określonego procentu polietylenu o wysokiej gęstości (PE-HD) do zwykłego PP w celu poprawy odporności arkusza na uginanie się w stanie stopionym, ale ta metoda doprowadzi do nierównomiernego mieszania i ograniczonej przejrzystości produktów. Krajowy przemysł termoformowania ma coraz większe zapotrzebowanie na surowce PP o wysokiej wydajności i ultra wysokiej przejrzystości.
Przed 2012 rokiem badania i rozwój wysokoprzezroczystych materiałów termoformowanych w Chinach były stosunkowo opóźnione. W tym czasie stan badań i rozwoju krajowych materiałów specjalnych do termoformowania przedstawiono w tabeli 2.

Żaden z tych specjalistycznych materiałów nie został poddany dalszym badaniom w celu uzyskania wyższej wytrzymałości stopu i szerszego rozkładu masy cząsteczkowej wymaganych w procesie termoformowania, a niektóre z nich nie były produkowane na dużą skalę.

W ostatnich latach firma Tianjin Petrochemical kontynuowała prace nad materiałami specjalnymi w dziedzinie termoformowania PP, osiągając znaczące korzyści ekonomiczne i społeczne, co dodało kolorytu tej niszowej dziedzinie termoformowania.

Tabela 4 przedstawia specjalne materiały PP do termoformowania opracowane w ostatnich latach przez kilka zakładów petrochemicznych. Są one opracowywane przez Shanghai Ru Xia New Material i każdy zakład petrochemiczny z osobna, aby sprostać zróżnicowanym wymaganiom w różnych segmentach termoformowania. Producenci produktów do termoformowania są szeroko rozproszeni, koncentracja branży jest niska, istnieje niewiele przedsiębiorstw o ​​większej skali, a popyt na produkty do dalszego przetwarzania jest zróżnicowany. Zakłady petrochemiczne mają własne plany harmonogramowania produkcji, co nadal utrudnia koordynację działań między procesami dochodzenia i odejścia od produkcji. Kierunek rozwoju branży termoformowania to z jednej strony wytwarzanie zróżnicowanych produktów do dalszego przetwarzania, a z drugiej strony stosowanie specjalnych materiałów do produkcji, w celu poprawy jakości i stabilności jakości produktu. Rozwój i zastosowanie specjalnych materiałów do termoformowania jest nadal obiecujące.