Преформы – это заготовки для получения бутылок и банок из полимеров методом выдувного формования. ПЭТ преформа, как правило, прозрачна, но может быть окрашена в разные цвета. Преформы производят методом литья под давлением. Качественные линии по выпуску ПЭТ преформ выпускают корейская компания PETONE, швейцарская Netstal, канадская Husky. Температура переработки ПЭТФ около 280-3000С. При таких температурах возможна термодеструкция полиэтилентерефталата. Это значит, что ПЭТ теряет свои замечательные механические свойства. Бутылка, изготовленная из деструктированного ПЭТ, имеет желтоватый оттенок и повышенную хрупкость. Особенно это сказывается при транспортировке: при тряске у таких бутылок иногда отваливаются и лопаются донышки. Значительно увеличивается склонность изделий к деструктивному старению под действием кислорода и ультрафиолета - гарантийные сроки хранения сокращаются в десятки раз.
Кроме того, при термодеструкции возможно выделение весьма вредных веществ, которые мигрируют в жидкость, налитую в бутылку, а также отравляют рабочих и близко живущих жителей при производстве преформ. Допустимые концентрации вредных веществ, выделяющихся при производстве преформ, представлены в таблице.
Концентрации вредных веществ
Допустимые концентрации вредных веществ, выделяющихся при переработке полиэтилентерефталата:
| Вредное вещество по ГОСТ 12.3.030 | Миграция в модельные среды в готовых изделиях, мг/л | В воздухе рабочей зоны, мг/м3 | Наличие в атмосферном воздухе прилегающих населенных пунктах (максимально разовая), мг/м3 | В атмосферном воздухе прилегающих населенных пунктов (среднесуточная), мг/м3 |
|---|---|---|---|---|
| Ацетальдегид | 0.2 | 5 | 0.01 | 0.01 |
| Диметилтерефталат | 0.5 | 0.1 | 0.05 | 0.01 |
| Кислота терефталевая | - | 0.1 | 0.01 | 0.001 |
| Кислота уксусная | - | 5 | 0.2 | 0.06 |
| Углерода оксид | - | 20 | 5 | 3 |
Катализатором термодеструкции является вода. Причем при деструкции ПЭТ снова выделяется вода. Доказано, что, для того чтобы избежать термодеструкции, ПЭТ необходимо высушивать до содержания влаги, меньше 0,03-0,04 мас.%. Такое низкое содержание влаги недостижимо при обычных приемах сушки полимеров, например в сушильных шкафах. В России уже давно существует производство ПЭТ-преформ, где сырье сушат с помощью комплексных установок.
Сырье засасывается из мешка вакуумным загрузчиком. Загрузчик имеет собственное дозирующее устройство, с помощью которого гранулы ПЭТ порционно подаются в бункер таким образом, чтобы он всегда был заполнен сырьем. Сырье перемещается в бункер сверху вниз так, чтобы во время пребывания каждой порции в бункере было не менее четырех часов.
Снизу в бункер через выходное сопло подается подогретый нагревателем воздух. Отобрав влагу от сырья, воздух через фильтр и холодильник попадает в адсорбер-осушитель и затем снова в бункер.
Адсорбирующий барабан лежит на плите которая разделена на три части. Во время работы осушителя барабан медленно вращается. В зоне №1 из воздуха отбирается влага, она поглощается барабаном-адсорбером. Барабан выполнен из специально разработанного пористого материала, который свободно пропускает через себя воздух и в то же время способен поглощать влагу из проходящего воздуха. Зона №1 отбирая влагу из воздуха медленно переходит в зону №2. Скорость вращения барабана очень низкая и составляет 1 об/10мин.. В этой зоне барабан-адсорбер разогревается горячим потоком воздуха до +160° - +180°С. В этот момент влага переходит в парообразное состояние и вместе с потоком горячего воздуха выбрасывается наружу. После нагрева барабан поворачиваясь переходит в зону №3. В третьей зоне барабан охлаждается холодным потоком воздуха, температура которого +1° - +10°С. В рабочем контуре датчики непрерывно измеряют степень сухости воздуха - точку росы.
Полиэтилентерефталат – кристаллизирующийся полимер
Преформу при ее производстве следует охлаждать быстро, так, чтобы ПЭТ не успел закристаллизоваться и затвердел, т.е. перешел в стеклообразное состояние, сохранив аморфную, некристаллическую структуру, которую он имел в расплавленном состоянии. С точки зрения физики стекло – та же жидкость, только величина его вязкости столь огромна, что и за сотни лет не удается заметить деформаций стеклообразных сред под действием напряжений. С ростом температуры вязкость падает настолько, что полимер приобретает способность деформироваться за разумные промежутки времени. На этом и основан способ получения бутылок из преформ – достаточно разогреть преформу до температуры порядка ста градусов, чтобы за секунды из нее можно было выдуть бутылку.
Но в расплавленном состоянии величина вязкости ПЭТ очень низкая – подвижность очень велика и полимер может успеть частично перейти в термодинамическое более выгодное состояние. Визуально это видно по поведению отдельных участков преформы, особенно в области конца сферической части, у литника. Температура плавления кристаллов ПЭТ около 250°С и при температуре производства бутылок кристаллические участки преформ деформироваться – формироваться в бутылку не могут. В составе оборудования должен быть мощный холодильник. Он позволяет охлаждать пресс-формы с максимальной интенсивностью и получать максимальную величину кристалличности в изделии. Поэтому существуют международные стандарты, регламентирующие допустимую величину степени кристалличности в преформе. Диаметр пятна кристалличности в области литника не должен быль более 6 мм.
Общая степень растяжения преформы при производстве бутылок порядка десяти (произведение степени растяжения вдоль и поперек оси). Это означает, что любой дефект, который имеет преформа (пятно, царапина, облой в местах стыковки формообразующих частей и т.п.), переходят на бутылку в десятикратном масштабе. Поэтому международные стандарты строго регламентируют требования к качеству поверхности и микродефектам преформ. Не должно быть видимых глазу включений, непроплавов, царапин. Образующийся при литье облой обламывается при укладке преформ и под действием электростатических сил прилипает к поверхности преформы, а затем, подплавляясь при выдуве бутылки, уродует поверхность изделия. Поэтому величина облоя должна быть минимальной. Для того чтобы эти требования выполнить, необходимо изготавливать пресс-формы с высокими размерной точностью и качеством поверхностей.
Параметры процесса литья:
- Давление впрыска: высокое 1200-1400 бар (100-140 бар - на манометре термопластавтомата). С учетом максимального давления впрыска на термопластавтомате - 1400 бар
- Скорость впрыска: поверхность прессованных изделий лучше при меньшей скорости впрыска
- Давление выдержки (подпрессовки): высокое улучшает качество поверхности, применять 50-70% давления литья
- Время выдержки (подпрессовки): рекомендуется небольшое время выдержки до 20% от времени охлаждения
- Подушка (остаточная): 3-5 мм, в зависимости от объема дозирования; больше объем - больше подушка
- Время охлаждения: должно быть настолько длительным, чтобы литое изделие остыло до беспроблемного извлечения из прессформы; определяется толщиной стенок изделия, температурой стенок прессформы, температурой расплава материала
- Обороты шнека: высокие, должны быть подобраны таким образом, чтобы пластикация закончилась минимально раньше времени охлаждения
- Противодавление: 30-100 бар (3-10 бар по манометру термопластавтомата)
- Превышение температуры более 290°С приводит к разложению полимера