extrudare, folii contractibile

Sisteme de dozare şi ambalare

47

4. METODE ŞI PRINCIPII DE OBŢINERE A SEMIFABRICATELOR ŞI AMBALAJELOR

4.1. Metode de realizare a semifabricatelor şi ambalajelor din material plastic Transformarea granulelor sau pudrei de material plastic (PE, PCV, PS, PA, PP, etc.) în filme, folii sau ambalaje se poate realiza prin diferite metode:

a) injecţie pentru lăzi, cutii, capsule, dopuri, ş.a.; b) extrudare pentru filme, folii, etc. (la filme grosimea este sub 0,2 – 0,5 mm); c) injecţie – suflare sau extrudare – suflare pentru filme, pungi, saci, sacoşe, etc.; d) termoformare pentru suporturi, platouri alveolare, casolete, etc. e) extrudare – laminare pentru materiale complexe; f) suflare pentru butelii, diferite recipiente, flacoane, etc.; g) calandrare pentru filme, folii şi foi din material plastic; h) expandare pentru unele ambalaje directe şi pentru ambalaje auxiliare, etc.

Procesul de transformare a materialului plastic în semifabricat sau în ambalaj cuprinde: 1. pregătirea materialului plastic pentru dozarea polimerilor sau copolimerilor şi a

materialelor de adaos (aditivi), urmată de amestecarea şi încălzirea acestora, topirea, fluidizarea şi omogenizarea masei plastice în vederea realizării ambalajului;

2. formarea semifabricatului sau ambalajului printr-unul din procedeele amintite.

4.1.1. Obţinerea ambalajelor prin matriţare cu ajutorul preselor Materialele plastice neplastifiate (granule, pulberi) pot fi formate ca ambalaje într-o aceeaşi incintă cu ajutorul preselor. Presele sunt utilaje simple alcătuite din matriţă şi poanson. În fig.4.1 este prezentată schema de obţinere a ambalajelor cu ajutorul preselor cu poanson, [6,13,20].

Fig.4.1. Schema procesului de obţinere a ambalajelor cu ajutorul preselor cu poanson

1.matriţă; 2.material plastic sub formă de granule; 3.orificii pentru elementele de încălzire; 4.poanson; 5.cavitate de formare

Matriţa 1 este partea fixă a presei având forma piesei ce se doreşete a fi obţinută şi în

care se pun pulberea sau granulele de material plastic în cantitate dozată corespunzător.

Metode şi principii de obţinere a semifabricatelor şi ambalajelor

48

Poansonul 4 este partea mobilă a presei, prin deplasarea căruia se realizează închiderea şi deschiderea formei. Atât în matriţă cât şi în poanson sunt practicate orificii 3 în care se introduc dispozitive de încălzire în vederea fluidizării materialului. Datorită efortului de presare şi căldurii primite, granulele trec aproape instantaneu de la starea solidă la cea lichidă umplând cavitatea dintre matriţă şi poanson la închiderea definitivă a acestora. Presiunile necesare formării cu poanson sunt mari: 50 – 100 daN/cm2 la materiale termoplaste şi 100 – 1000 daN/cm2 la materiale duroplaste. Presele pot fi şi de tipul cu piston (fig.4.2). În acest caz matriţa este alcătuită din două părţi: una fixă şi una mobilă folosită la închiderea şi deschiderea matriţei (evacuarea piesei formate). Matriţa poate fi aşezată în plan orizontal sau în plan vertical, [6,13,20].

Fig.4.2. Schema procesului de obţinere a ambalajelor cu ajutorul preselor cu piston

1,2.matriţă (fixă şi mobilă); 3.pâlnie de alimentare; 4.piston; 5.dispozitiv de încălzire; 6.duză de injecţie Închiderea matriţei se realizează cu ajutorul unui cilindru hidraulic, forţa suplimentară de zăvorâre fiind realizată mecanic printr-o articulaţie de tip genunchi sau dublu-genunchi cu pârghii (fig.4.3), [6].

Fig.4.3. Schema de zăvorâre a matriţei la injectare Acest procedeu se utilizează în practică atunci când se doreşte realizarea unui efect de zebrare sau marmorare folosind granule de diverse culori, pentru un ambalaj cu aspect exterior plăcut. Se pot realiza astfel capsule, dopuri, recipiente mici, cutii, lăzi, etc. Pentru a îmbunătăţi omogenitatea masei plastice, care la acest procedeu constituie un mare dezavantaj, se poate introduce în cilindrul de presare o piesă numită torpilă care are rolul de a împinge masa topită spre pereţii cilindrului prin micşorarea secţiunii de curgere mărind astfel presiunea fluidului.


49

Pentru menţinerea fluidităţii materialului topit şi controlul temperaturii acestuia la ieşirea din capul de injecţie se poate utiliza un dispozitiv de tipul celui din fig.4.4, [30].

Fig.4.4. Dispozitiv de încălzire şi control al temperaturii materialului înainte de injecţie

4.1.2. Obţinerea ambalajelor prin extrudare simplă Extrudarea este unul din procedeele cele mai utilizate la transformarea granulelor în material plastic şi formarea ambalajelor. Materialul sub formă de granule este preluat de melcul (şnecul) extruderului care îl forţează să pătrundă în dispozitivul de formare a ambalajului sau printr-o filieră plată, pentru transformarea în folii sau filme subţiri. În fig.4.5 este reprezentată schema procesului de obţinere a filmelor şi foliilor prin extrudare simplă cu filieră plată, [6,13,20].

Fig.4.5. Schema de obţinere a foliilor din material plastic prin extrudare

1.pâlnie de alimentare; 2.extruder; 3.filieră plată; 4.cilindri de laminare; 5.cilindri de tragere


50

În interiorul cilindrului extruder iau naştere presiuni mari (400 – 500 daN/cm2) şi temperaturi ridicate. De aceea, el se confecţionează din oţeluri carbon de nitrurare sau oţeluri aliate cu Cr, Ni, Cd, cu rezistenţă mare la uzare, prin turnare centrifugală. Pereţii cilindrului sunt încălziţi, în general, cu rezistenţe electrice pentru încălzire, topirea şi fluidizarea materialului plastic înainte de introducerea lui în dispozitivul de formare a ambalajului. Melcul este partea activă a extruderului. El se realizează din bară de oţel anticoroziv de mare rezistenţă. Spira melcului are secţiune dreptunghiulară şi se obţine fie prin prelucrare fie prin sudare pe bară. Pentru a realiza în masa topită o presiune de injecţie mare se folosesc în construcţia extruderului unele metode ca, [6,13,31]: - montarea unei piese de forma unei torpile în cilindrul extruderului care are rolul de a împinge masa topită spre pereţii cilindrului, prin micşorarea secţiunii de curgere mărind astfel presiunea fluidului;

- utilizarea unor membrane cu tunele (orificii) cilindrice între cilindrul extruder şi duza de ieşire a materialului, care are acelaşi efect ca şi torpila; - utilizarea unor şaibe cu găuri între cilindrul extruder şi duza de ieşire, care duce la creşterea presiunii de lucru în cazul materialelor plastice cu vâscozitate mare; - utilizarea de extrudere cu valţuri planetare – la materialele cu vîscozitate foarte mare (duroplaste şi termoelastice). Duza de injecţie este partea extruderului prin care masa de material topit este evacuată fie într-un volum închis (matriţă) fie în aer liber. Ea transformă presiunea în viteza şi are diferite forme:

- cilindrică – în cazul injectării materialului în matriţă; - plată (de lăţimi diferite) – în cazul formării foliilor; - inelară – la formarea tuburilor prin suflare cu aer pentru ambalaje de tipul buteliilor,

flacoanelor, bidoanelor, etc. sau a foliilor tubulare (pentru folii grosimea este de 0,5 – 2,5 mm). Duza extruderului este interschimbabilă şi se montează pe cilindrul extruder printr-o

flanşă. Împreună cu flanşa şi dispozitivul de creştere a presiunii de injecţie (vârful melcului, torpila, flanşa cu tunele, şaiba cu găuri) alcătuiesc capul de injecţie. La realizarea foliilor şi filmelor prin extrudare prin filiere plate folia este trecută printr-un sistem de valţuri care o subţiază şi îi conferă strălucire. Se pot obţine folii sau foi tăiate.

Fig.4.6. Linie completă de obţinere a foliilor şi filmelor din material plastic având la bază principiul extrudării prin filieră plată, [31]

1.unitate de extrudare; 2.valţuri de laminare; 3.măsurarea grosimii; 4.unitate de finisare; 5.bandă de presare din oţel; 6.cilindru de încălzire; 7.rolă de întoarcere; 8.sistem de încălzire cu infraroşii;

9.dispozitiv de tăiere a marginilor; 10.canal post-încălzire; 11.unitate de răcire; 12.sistem control grosime; 13.decupare longitudinală; 14.decupare transversală; 15.rolă de înfăşurare


51

4.1.3. Obţinerea foliilor şi filmelor prin extrudare şi suflare cu aer Acest procedeu de obţinere a foliilor şi filmelor din material plastic este cel mai răspândit deoarece dă cele mai puţine complicaţii tehnologice, iar produsele sunt mai puţin costisitoare. Pentru extrudarea şi suflarea cu aer (fig.4.7.) se utilizează la capul extruder duze de injecţie inelare, combinate cu un sistem de suflare cu secţiune tot inelară (capul de suflare): prin exterior este evacuat materialul plastic extrudat iar prin interior este suflat aer, [6,14,20].

Fig.4.7. Schema de principiu a extrudării cu suflare a foliilor şi filmelor din material plastic

1.extruder; 2.folie suflată; 3.cap de extrudare şi suflare; 4.plăci de ghidare; 5.valţuri de tragere şi presare; 6.dispozitiv de tăiere longitudinală; 7.role de ghidare; 8.role de înfăşurare

La extrudarea prin filieră rezultă un tub cu deplasare continuă care prin suflare cu aer se umflă sub formă de balon. Prin mărirea diametrului tubului la suflare, folia obţinută se subţiază la valoarea dorită. Balonul rezultat prin umflare nu poate depăşi un diametru de 1,5–2 ori diametrul capului de suflare. El poate fi răcit pe exterior sau pe interior cu aer sau apă pulverizată. Tubul de material astfel obţinut trece apoi printre două valţuri de tragere, cu suprafaţa din cauciuc buretos care presează şi trag folia formată. Apăsarea valţurilor este reglabilă, astfel că pot fi obţinute folii simple (prin lipirea celor două feţe rezultate sub efectul căldurii şi presiunii) sau folii duble (tubulare). Distanţa dintre valţurile de tragere şi unitatea de răcire se stabileşte în funcţie de viteza de deplasare a foliei şi de timpul de răcire şi constituie o caracteristică importantă a formării acesteia. Folosind dispozitive de tăiere longitudinală sau dispozitive de pliere, din folia tubulară se opt obţine şi alte tipuri de folii sau filme. Astfel, dacă dispozitivul de tragere are două dispozitive de tăiere longitudinală pe cele două laturi, se obţin folii simple suprapuse, iar dacă se foloseşte un singur dispozitv de tăiere se obţine folie împăturită. Capul de formare poate fi dirijat orizontal sau vertical (orizontal – PCV; vertical în sus la PEID sau în jos la PP). Distanţa dintre dispozitivul de răcire şi valţurile de tragere se stabileşte în funcţie de viteza foliei şi timpul de răcire. În cazul suflării PP, balonul se dirijează într-o baie de apă pentru obţinerea unei transparenţe strălucitoare, iar în cazul PS, după valţurile de tragere, folia este scufundată într-o baie de apă termostatată. În ultimul timp se realizează prin co-extrudare folii multistrat din două sau mai multe material plastice care sunt extrudate simultan prin duze concentrice.

Se pot obţine astfel, materiale ca OPALEN 75E, PAO/PE, PETM/PE sau PETXL/PE, alcătuite dintr-un strat subţire din PA, PAO sau poliester metalizat şi unul din PE (60-70 µm).


52

4.1.4. Obţinerea foliilor şi filmelor din material plastic prin calandrare Calandrarea (fig.4.8) este un procedeu utilizat la formarea foliilor şi filmelor cu grosimea de 0,06 – 0,8 mm din materiale plastice vâscoase, livrate de obicei sub formă de pastă. Materialul termoplast (uscat sau pastă) este forţat să treacă printre mai mulţi cilindri de laminare (cel mai adesea patru cilindri) încălziţi, cu distanţa din ce în ce mai mică până la obţinerea grosimii dorite a filmului sau foliei, [6,14,23,24].

Fig.4.8. Principiul de obţinere a foliilor şi filmelor din material plastic prin calandrare

1.pâlnie de alimentare; 2.cilindri de laminare; 3.folie Cilindrii, de diametre până la 800 mm, sunt confecţionaţi din fontă şi au suprafaţa durificată la circa 500 HB. Ei sunt încălziţi prin recircularea în interior a unui lichid termic. Fiecare cilindru poate fi antrenat individual, în vederea reglării corespunzătoare a vitezei care trebuie corelată cu tipul materialului şi temperatura de calandrare. Folia este trasă cu ajutorul unor cilindri de tragere şi poate fi imprimată (fiind caldă) cu un cilindru gravat. Răcirea foliei se face prin trecerea ei peste mai mulţi cilindri de răcire din oţel inox, răciţi cu apă. Lăţimea foliei se stabileşte prin tăiere longitudinală, deşeurile fiind reciclate. Modul de aşezare a cilindrilor de calandrare depinde de materialul plastic prelucrat. Ei pot fi aşezaţi în L (la PCV dur), în Z (la PCV plastifiat), în I sau în U (fig.4.9), [6,14,23,31].

Fig.4.9. Moduri de aşezare a cilindrilor de calandrare


53

O linie completă de obţinere a foliilor din material plastic având la bază principiul de calandrare este prezentată în fig.4.10, [31].

Fig.4.10. Linie de obţinere a foliilor din material plastic prin calandrare, [31]

1.transportor cu bandă; 2.calandru cu cilindri în L; 3.dispozitiv cu role de netezire; 4.unitate de gravare-imprimare; 5.role de desprindere; 6.unitate de încălzire şi răcire a foliei;

7.unitate de măsurare a grosimii; 8.verificare suprafaţă; 9.unitate de bobinare Pentru tăierea longitudinală a foilor, foliilor şi filmelor din material plastic pot fi utilizate diverse procedee (fig.4.11), dispozitivele de tăiere putând fi prevăzute pe ambele laturi sau numai pe una singură, după dispozitivul de tragere a materialului, [30].

Fig.4.11. Procedee de tăiere longitudinală a foliilor din material plastic, [30]


54

4.1.5. Obţinerea ambalajelor din material plastic prin expandare Ambalajele plastice de mai mari dimensiuni, utilizate în sectoarele de ambalare, pot fi rigide (polistiren) sau suple (poliuretan). Proprietatea principală a polistirenului expandabil (PSE) constă în aceea că granulele sale se pot dilata sub acţiunea unei încălziri cu ajutorul aburului uscat, structura materialului devenind celulară, aspectul exterior fiind acela de spumă. Prin expandarea în spaţiu închis, dilatarea granulelor crează şi o oarecare apăsare (presare) între ele ceea ce conduce la unirea lor, sub efectul temperaturii şi presiunii create, sudându-se puternic. Schemele de principiu a procesului de expandare este prezentată în fig.4.12 şi 4.13, [6,14,20,23,24].

Fig.4.12. Schema de principiu a obţinerii ambalajelor din material plastic prin expandare

1.preexpandor; 2.agitator cu palete; 3,4.vase de coacere; 5.aer comprimat; 6.pistol (conductă) de alimentare; 7.presă; 8.matriţă de formare; 9.conductă de abur; 10.generator de abur

În preexpandor, granulele (perlele) de PSE sunt tratate în contracurent de abur saturat uscat sau cu aer uscat pentru a se dilata parţial. Granulele îşi măresc volumul de 3-5 ori, ajungând la o masă volumică de circa 20-25 kg/m3. După preexpandare granulele se depozitează în buncăre speciale 3, 4, unde rămân cel puţin 24 de ore pentru răcire, degazare şi uscare. Expandarea totală a granulelor se realizează în matriţă 8, unde din cauza căldurii cedate de aburul saturat uscat, granulele îşi măresc în continuare volumul până la de 40-50 de ori volumul iniţial. Pentru polistiren expandabil, matriţa (fig.4.14) se confecţionează din Al, Cu sau aliaje ale acestora. În timpul expandării totale, în interiorul matriţei iau naştere presiuni mari (până la 15 at) la temperaturi de 110-130oC. Umplerea matriţei cu granule preexpandate din PSE se face în mai multe puncte pentru a se asigura o umplere rapidă. Transferul de granule se face prin aspiraţia acestora din buncărele de coacere prin duzele din pereţii matriţei, aceleaşi prin care se introduce ulterior abur saturat. Căldura se evacuează prin răcirea matriţei cu apă rece demineralizată introdusă sub presiune, astfel că obiectul format în matriţă se contractă puternic putând fi uşor evacuat mecanic sau pneumatic.


55

Ambalajele din PSE sunt: lăzi, cutii, alveole, tăviţe, ambalaje compartimentate cu grosimea pereţilor de 1-15 mm, servind la ambalarea legumelor şi fructelor, a peştelui proaspăt, îngheţatei, etc. Tot prin expandare în instalaţii speciale poate fi obţinută şi spuma de poliuretan (spumă liberă sau spumă forţată), fig.4.13.

Fig.4.13. Schema de obţinerea a ambalajelor expandate din spumă de poliuretan, [6,20]

1.vas cu poliisocianat (agent de întărire); 2.vas cu poliester sau poliuretan; 3.agent de umflare (expandare); 4.substanţe tensioactive (siloxan sau achilfenol) pentru mărirea rezistenţei la

compresiune; 5.catalizator; 6.cap de amestec; 7.spumă liberă; 8.cuţit cald pentru decupare; 9.bandă transportoare; 10.formă în poziţie deschisă; 11.formă cu material în poziţie închisă;

12.etuvă; 13.spumă forţată având forma matriţei (modelului) Folii din PSE cu grosimea de 0,3-0,8 mm şi densitatea 80-100 kg/m3 pot fi obţinute şi prin extrudare prin filiere inelare, expandarea granulelor începând din extruder şi terminându-se după trecerea prin filieră. Prin tăierea longitudinală a tubului se obţin două folii expandate care servesc la realizarea de ambalaje prin termoformare.

Fig.4.14. Matriţă pentru ambalaje din polistiren expandabil, [6,20]

A – semimatriţă mobilă; B – semimatriţă fixă; 1.spaţiu de formare; 2.conductă pentru material preexpandat; 3.conductă pentru abur saturat uscat; 4.camere de abur în interiorul matriţelor;

5.conducte de evacuare condens; 6.conductă de apă pentru răcire

1

2

3

6

4

5

4

A

B


56

4.1.6. Formarea foliilor contractibile Foliile contractibile se obţin prin supunerea materialului sub formă de film sau folie aflat în domeniul termoplastic, unor forţe de întindere atât pe direcţie longitudinală cât şi transversală (orientare pe două direcţii – biorientare). Se pot utiliza mai multe metode de formare a foliilor contractibile, [6,20,23]:

- tragerea mecanică care presupune pe lângă trecerea materialului plastic printre valţuri laminoare (extrudare sau calandrare), unde are loc o solicitare longitudinală a materialului, şi o tragere transversală cu ajutorul unor pense (fălci) mobile, urmate ambele de o stabilizare termică într-un cuptor tunel (fig.4.15);

- extrudare – suflare cu creşterea presiunii de suflare pentru ca tensiunile radiale să echilibreze tensiunile longitudinale;

- suflare dublă, utilizată pentru a controla mai bine tensiunile interne; după o extrudare şi suflare cu aer folia din bobină este reîncălzită şi resuflată, întinderea longitudinală obţinându-se prin rotirea cu viteze diferite a valţurilor de tragere, iar cea transversală prin mărirea presiunii de suflare;

- iradiere cu raze gama, înainte sau după trecerea printre valţurile de tragere, care conferă materialului o mai bună rezistenţă mecanică, transparenţă, contracţie.

Fig.4.15. Formarea foliilor contractibile bi-orientate prin tragere mecanică Pentru ca funcţiile de prezentare şi reclamă ale ambalajelor din plastic să fie puse în evidenţă, la formarea semifabricatelor şi ambalajelor din aceste materiale se efectuează unele lucrări de prelucrare suplimentară a acestora, cum ar fi: imprimarea, lăcuirea, metalizarea, placarea, eventual etichetare, [6]. Pentru imprimare se utilizează cerneluri specifice, fie fără utilizarea unui tratament special al materialului (PS, PCV), fie cu un tratament adecvat (PE, PP, PET, PA). Tratamentele pot fi efectuate prin două procedee: oxidare cu flacără (atât pentru filme şi folii cât şi pentru recipiente) sau prin oxidare prin efect Corona (pentru filme şi folii) şi sunt urmate imediat de imprimare pentru că efectul tratamentului dispare în timp. Lăcuirea materialelor plastice se efectuează în scopul creşterii rezistenţei mecanice, a rezistenţei la intemperii şi variaţii de temperatură, pentru creşterea impermeabilităţii la vapori şi gaze, precum şi pentru o mai bună estetică a ambalajului. Alegerea lacului se face în funcţie de metoda de lăcuire (scufundare, roluire, pulverizare) şi nu trebuie să conţină solvenţi care să atace materialul plastic. Metalizarea constituie acoperirea obiectelor din material plastic cu un strat metalic de nichel, crom, cupru, argint sau aliaje ale acestora, în scop decorativ, de protecţie sau de creşterea a rezistenţei la uzare, etc. Se aplică, în general, la polipropilenă, polistiren, fenoplaste, poliesteri, etc. Aplicarea metalului pe suprafaţa obiectelor din material plastic se poate realiza prin galvanoplastie, prin depunere chimică sau metalizare sub vid. Caşerarea (placarea) se realizează pe folii destinate termoformării sau pe un produs finit prin extrudare şi presare între role, de obicei, pentru ambalaje din polistiren.

pense de tragere

tunel de stabilizare

extrudare, folii contractibile

Documents