Polipropilén alkalmazása és fejlesztése hőformázáshoz a csomagolás területén

1. A hőformázás alapelvei és jellemzői

A hőformázás egy speciális műanyag-feldolgozási módszer, amellyel hőre lágyuló lemezeket különféle termékekké alakítanak. A hőre lágyuló lemezt melegítik, hogy meglágyuljon, majd nyomás alá helyezik (vákuum vagy túlnyomás), hogy a hőre lágyuló lemez a forma felületére hatva a forma felületéhez hasonló alakot kapjon, és lehűlés és formázás után a terméket a kívánt alakra vágják. A hőformázás gyors és egyenletes, rövid formázási ciklusidővel és alacsony formázási költséggel rendelkezik, alkalmas automatizálásra és hosszú gyártási időre, és a műanyag fröccsöntési módszerek közül a leghatékonyabb és legalacsonyabb egységköltségű feldolgozási módszernek tekintik. Különösen a hőformázási folyamatok és berendezések folyamatos fejlesztésével, valamint a számítógépes szimuláció beavatkozásával a hőformázás a fröccsöntéssel és fúvóformázással versengő fő feldolgozási módszerré vált. Az elmúlt években új fejlesztések történtek a hőformázó feldolgozóberendezések terén. Jimin bemutatta a németországi K2013 kiállításon kiállított hőformázó berendezéseket és eljárásokat, ahol a sebesség, a sokoldalúság, a vezérléstechnika és a költségcsökkentés kulcsfontosságú témákká váltak a csomagolóiparban és az iparban használt új hőformázó berendezések esetében.

A hőformázás fő típusai a következők: vákuumformázás, nyomásformázás, dugattyús formázás és ezek kombinációi. Egyre több hőformázott termék jelenik meg a piacon, például poharak, tányérok, ételtálcák, játékok, sapkák és sisakok, háztartási gépek alkatrészei, valamint autóalkatrészek, építészeti dekorációs elemek, vegyipari berendezések stb. A fröccsöntéssel összehasonlítva a hőformázás előnyei a magas termelési hatékonyság, az alacsony berendezési beruházás és a nagy felületű termékek gyártásának lehetősége. A hőformázásban használt fő műanyagok a polisztirol (PS), a polivinil-klorid (PVC), a poliolefinek, például a PE, PP, a poliakrilátok (PMMA) és a cellulóz, például a nitrocellulóz (NC), a cellulóz-acetát (CA) stb. A műszaki műanyagok, mint példáulakrilnitril-butadién-sztirol (ABS)szintén használatosak. Sztirol műanyag (ABS), polikarbonát (PC) stb. A nagy teljesítményű PP, mint például a nagy átlátszóság, a magas olvadékszilárdság és az alacsony vetemedés, kifejlesztése elősegítette a PP alkalmazását és fejlesztését a hőformázás területén.

2. A hazai hőformázó csomagolások piaci helyzete

Több mint 3,000 hazai hőformázó csomagolóanyag-gyártó cég működik, amelyek közül több mint 300 éves termelése meghaladja az 1,000 tonnát. Az évi több ezer tonnás termelési kapacitású gyárak mintegy 70%-a saját gyártású lemezek és hőformázott termékek integrátorai. A PS (OPS) és a polietilén-tereftalát (PET) a fő kiszervezett lemezek, míg néhány képes gyár saját maga gyárt PP, PS és PVC lemezeket, és a kisebb gyárak kiszervezik a lemezeiket. A hőformázott termékeket főként élelmiszer-csomagolásokban, nem élelmiszer-csomagolásokban és vágott lemezekben használják, és az alapanyagokra vonatkozó követelmények alkalmazásonként változnak.

3. PP fejlesztése hőformázáshoz

A hazai PP hőformázási alkalmazások az 1990-es években kezdődtek, és az utóbbi években gyorsan fejlődtek, évi körülbelül 10%-os növekedési ütemmel. Jelenleg számos nagy és híres hőformázó műanyag csomagolóanyag-gyártó van Kínában, mint például a Japan Central Chemical, amely üzemeket épített Kínában és helyezte üzembe azokat, termékeik főként a közepes és magas kategóriájú műanyag hőformázó csomagolóanyagokra összpontosítanak. Jelenleg hiány van a kifejezetten hőformázási eljáráshoz használt speciális PP anyagokból Kínában. A hazai hőformázó termékek gyártói általában T30S-t és más általános célú, módosított gyantát vásárolnak, de az utólagos módosítással és ipari méretű gyártással kapott termékeknél egyenetlen adalékanyag-szabályozás, a szakítószilárdság nem felel meg a követelményeknek, a tartály falvastagsága egyenetlen a hőformázás során, az extrudálásos bevonat kalanderezése, a szélek göndörödése és egyéb problémák jelentkeznek, nehéz megfelelni a magas minőségi és magas szintű alkalmazási követelményeknek, de nehéz megfelelni a magas minőségi és magas szintű követelményeknek is, és korlátozza a feldolgozó vállalatok termelési hatékonyságát is.

A tengerentúlon gyártott speciális hőformázó anyagok többnyire homopolimerek, az átlátszó véletlenszerű kopolimerek száma kisebb, és egyes minőségek importciklusa hosszú, így a hazai hőformázó gyártók ritkán használnak importált anyagokat. A hőformázó termékgyártók meglévő lemezgyártása főként 600 mm széles lemezekből áll, de a fröccsöntőgép-technológia fejlődésével a lemez szélessége növekszik, a legszélesebb akár 1000 mm-nél is nagyobb lehet, így a lemez olvadásgátló képességével szemben magasabb követelményeket támaszt. A downstream termékek iparágában a megoldás az, hogy a hagyományos PP-hez bizonyos százalékban nagy sűrűségű polietilént (PE-HD) adnak, hogy javítsák a lemez olvadékállóságát, de ez a módszer egyenetlen keveredést és a termékek korlátozott átlátszóságát eredményezi. A hazai hőformázó iparág egyre sürgetőbb igényt mutat a nagy teljesítményű és rendkívül nagy átlátszóságú PP alapanyagok iránt.
2012 előtt Kínában viszonylag elmaradott volt a nagy átlátszóságú hőformázó anyagok kutatása és fejlesztése. Abban az időben a hazai hőformázó speciális anyagok K+F helyzetét a 2. táblázat mutatja.

Ezen speciális anyagok egyikén sem dolgoztak tovább a hőformázáshoz szükséges nagyobb olvadékszilárdság és szélesebb molekulatömeg-eloszlás elérése érdekében, és néhányat még nem is gyártottak nagy mennyiségben.

Az elmúlt években a Tianjin Petrochemical továbbra is speciális anyagokat fejlesztett a PP hőformázás területén, és jelentős gazdasági és társadalmi előnyöket ért el, színesítve a hőformázás ezen résterületét.

A 4. táblázat bemutatja a hőformázáshoz használt speciális PP anyagokat, amelyeket az elmúlt években számos petrolkémiai üzem fejlesztett ki. Ezeket a termékeket a Shanghai Ru Xia New Material és az egyes petrolkémiai üzemek fejlesztették ki a különböző hőformázási szegmensek eltérő igényeire. A hőformázó termékek gyártói széles körben elszórtak, az iparág koncentrációja alacsony, kevés a méretarány feletti vállalkozás, és a downstream termékek iránti kereslet diverzifikált, és a petrolkémiai üzemeknek saját terveik vannak a termelés ütemezésére, így még mindig nehézségekbe ütközik a termelési folyamatok összehangolása az upstream és downstream szegmensekkel. A hőformázó iparág fejlesztési iránya egyrészt a differenciált downstream termékek előállítása, másrészt a speciális anyagok használata a gyártáshoz a termékminőség javítása és a termékminőség stabilitásának javítása érdekében. A hőformázáshoz használt speciális anyagok fejlesztése és alkalmazása továbbra is ígéretes.