Aplikace a vývoj polypropylenu pro tepelné tvarování v oblasti balení

1. Základní principy a vlastnosti tváření za tepla

Termoformování je speciální metoda zpracování plastů, která umožňuje zpracovat termoplastické desky na různé výrobky. Termoplastická deska se zahřeje, aby změkla, a poté se na ni vystaví tlaku (vakuum nebo přetlak), aby se na povrchu formy dosáhlo tvaru podobného povrchu formy. Po ochlazení a tvarování se výrobek ořezává do požadovaného tvaru. Termoformování je rychlé a rovnoměrné, s krátkou dobou lisovacího cyklu a nízkými náklady na formu, vhodné pro automatizaci a dlouhou výrobní dobu a je považováno za nejefektivnější metodu zpracování s nejnižšími jednotkovými náklady mezi metodami lisování plastů. Zejména díky neustálému zlepšování procesů a zařízení pro termoformování a zásahu počítačové simulace se termoformování stalo hlavní metodou zpracování, která konkuruje vstřikování a vyfukování. V posledních letech došlo k novému pokroku v zařízeních pro termoformování. Společnost Jimin představila zařízení a procesy pro termoformování na veletrhu K2013 v Německu, kde se rychlost, všestrannost, technologie řízení a snižování nákladů staly klíčovými tématy pro nová zařízení pro termoformování v obalovém a průmyslovém průmyslu.

Hlavní typy tváření za tepla jsou: vakuové tváření, tlakové tváření, tváření s asistencí pístu a jejich kombinace. Na trhu se objevuje stále více výrobků tvářených za tepla, jako jsou kelímky, talíře, tácy na jídlo, hračky, čepice a helmy, součásti domácích spotřebičů, ale i automobilové díly, architektonické dekorativní díly, chemická zařízení atd. Ve srovnání se vstřikováním plastů má tváření za tepla výhody vysoké výrobní efektivity, nízkých investic do zařízení a schopnosti vyrábět výrobky s velkými povrchy. Hlavními plasty používanými při tváření za tepla jsou polystyren (PS), polyvinylchlorid (PVC), polyolefiny jako PE, PP, polyakryláty (PMMA) a celulóza jako nitrocelulóza (NC), acetát celulózy (CA) atd. Konstrukční plasty jako napříkladakrylonitril-butadien-styren (ABS)Používají se také styrenový plast (ABS), polykarbonát (PC) atd. Vývoj vysoce výkonného PP, jako je vysoká průhlednost, vysoká pevnost v tavenině a nízká deformace, podpořil aplikaci a vývoj PP v oblasti tvarování za tepla.

2. Stav trhu s domácími termoformovacími obaly

Existuje více než 3 000 domácích společností zabývajících se termoformováním, z nichž více než 300 má roční produkci přes 1 000 tun. Přibližně 70 % továren s roční výrobní kapacitou tisíců tun jsou desky vyráběné vlastními silami a integrátoři termoformovaných produktů. PS (OPS) a polyethylentereftalát (PET) jsou hlavními externími deskami, zatímco některé schopné továrny si vyrábějí vlastní desky z PP, PS a PVC a malé továrny své desky zadávají externě. Termoformované produkty se používají hlavně v balení potravin, nepotravinářských obalů a řezaných desek a požadavky na suroviny se liší v závislosti na aplikaci.

3. Vývoj PP pro tváření za tepla

Domácí aplikace termoformování PP začaly v 90. letech 20. století a v posledních letech se rychle rozvíjejí s ročním tempem růstu přibližně 10 %. V Číně nyní existuje mnoho velkých a slavných výrobců termoformovaných plastových obalů, jako například Japan Central Chemical, kteří v Číně vybudovali závody a uvedli je do výroby a jejich produkty se zaměřují především na střední a vyšší třídu plastových termoformovaných obalových produktů. V současné době je v Číně nedostatek speciálních PP materiálů určených výhradně pro proces termoformování. Domácí výrobci termoformovacích produktů obvykle nakupují modifikované pryskyřice T30S a další univerzální pryskyřice, ale produkty získané následnou modifikací a průmyslovou výrobou se vyznačují nerovnoměrnou kontrolou aditiv, tahovými vlastnostmi, které nesplňují požadavky, nerovnoměrnou tloušťkou stěn nádob při termoformování, problémy s extrudovaným povlakováním, kalandrováním hran a dalšími problémy. Je obtížné splnit vysoké požadavky na kvalitu a vysoké požadavky aplikace, ale také je obtížné splnit poptávku po vysoké kvalitě a vysokých požadavcích a také omezuje efektivitu výroby v následných zpracovatelských podnikech.

Zahraniční speciální materiály pro tvarování za tepla jsou většinou homopolymery, méně transparentní náhodné kopolymery a některé druhy mají dlouhé dovozní cykly, takže domácí výrobci produktů pro tvarování za tepla zřídka používají dovážené materiály. Stávající výroba plechů výrobců produktů pro tvarování za tepla je převážně plechy o šířce 600 mm, s pokrokem v technologii formovacích strojů se šířka plechu zvětšuje a největší šířka může být více než 1000 mm, takže odolnost plechu proti tavení klade vyšší požadavky. Řešením v odvětví produktů pro tvarování za tepla je přidání určitého procenta polyethylenu s vysokou hustotou (PE-HD) do běžného PP, aby se zlepšila odolnost plechu proti prohýbání v tavenině, ale tato metoda povede k nerovnoměrnému míchání a omezené průhlednosti výrobků. Domácí průmysl tvarování za tepla má stále naléhavější poptávku po PP surovinách s vysokým výkonem a ultra vysokou průhledností.
Před rokem 2012 byl výzkum a vývoj vysoce transparentních termoplastických materiálů v Číně relativně pozadu. V té době je situace výzkumu a vývoje v oblasti domácích termoplastických speciálních materiálů uvedena v tabulce 2.

Žádný z těchto speciálních materiálů nebyl dále zpracován pro dosažení vyšší pevnosti taveniny a širšího rozložení molekulové hmotnosti potřebného pro tepelné tvarování a některé nebyly ani vyráběny ve velkém měřítku.

V posledních letech společnost Tianjin Petrochemical pokračovala ve vývoji speciálních materiálů v oblasti tváření polypropylenu za tepla a dosáhla významných ekonomických a sociálních výhod, čímž do této specializované oblasti tváření za tepla vnesla nový rozměr.

Tabulka 4 ukazuje speciální PP materiály pro tváření za tepla, které v posledních letech vyvinulo několik petrochemických závodů. Tyto materiály vyvíjí společnost Shanghai Ru Xia New Material a každý petrochemický závod pro různé požadavky v různých segmentech tváření za tepla. Výrobci produktů pro tváření za tepla v downstreamu jsou široce rozptýleni, koncentrace v průmyslu je nízká, existuje jen málo podniků nad rámec rozsahu a poptávka po produktech v downstreamu je diverzifikovaná. Petrochemické závody mají své vlastní plány pro plánování výroby, takže stále existují určité potíže s dobrou koordinací mezi upstreamem a downstreamem. Směrem rozvoje odvětví tváření za tepla je na jedné straně výroba diferencovaných produktů v downstreamu a na druhé straně používání speciálních materiálů pro výrobu, aby se zlepšila kvalita produktů a zlepšila se jejich stabilita. Vývoj a aplikace speciálních materiálů pro tváření za tepla je stále slibná.