КОНСТРУИРОВАНИЕ И ДИЗАЙН ТАРЫ И УПАКОВКИ

Анализ технологических свойств

Технологические свойства пластмасс определяют простоту или слож­ность выполнения технологических процессов производства тары и упа­ковки. В полной цепочке технологических процессов (подготовительных, формовочных, вспомогательных и дополнительных) важнейшую роль в выборе вида производства играют формовочные процессы.

По своей сути формовочные процессы заключаются в переводе поли­мерного материала под воздействием температуры в пластическое состо­яние с последующим приданием ему необходимых для тары формы и размеров за счет приложения соответствующих механических усилий.

Вид формовочного процесса тесно взаимосвязан с видом заготовки пла­стмассы. Из гранул и порошка тару изготавливают методами литья под давлением, прессованием, экструзии, раздува. Тару в этих случаях называ­ют соответственно литьевой, прессованной, экструзионной и выдувной. Из листов и пленок методами термоформования, сварки и склеивания полу­чают термоформованную, сварную и склеенную тару. Из растворов и сус­пензий полимеров способами полива, напыления и вспенивания изготав­ливают поливную, напыляемую и вспененную тару (рис. 7.9).

Вид заготовки пластмассы

Раствор, суспензия

подпись: раствор, суспензия

Название

Тары

Ъливная Чапыляемая Зелененная

подпись: название
тары
ъливная чапыляемая зелененная

Г ранулы, порошок

Способ произ­водства тары

Название

Тары

Литье под дав­лением Прессование Экструзия Раздув

Литьевая

Прессованная

Экструзионная

Выдувная

Способ произ­водства тары

Название тары

Термоформованж

Сварка

Склеивание

Термоформованна*

Сварная

Склеенная

Листы, пленки

Способ произ­водства тары

Полив • Напыление Вспенивание

Рис. 7.9. Взаимосвязь вида заготовки пластмассы со способом производства тары

Из гранулированных и порошкообразных пластмасс тару получают родственными процессами, иногда называемыми «расплавными» тех­нологиями. При литье под давлением, прессовании, экструзии и разду­ве материал расплавляют до вязкотекучего состояния. Температурно­временные условия процессов разогрева, пребывания в вязкотекучем состоянии и охлаждении, а также вязкость расплава являются опреде­ляющими факторами при выборе марки пластмассы для производства тары тем или иным способом.

Температура расплава должна обеспечивать необходимую вязкость для получения тары нужной формы, но при этом не должно быть дест­рукции материала. Обычно требуемая вязкость расплава достигается у аморфных полимеров при температуре на 100-150°С выше температу­ры стеклования, а у кристаллических полимеров — при температуре, на

Несколько градусов превышающей температуру плавления. Максималь­но возможная температура расплава на 30-40°С ниже, чем температу­ра деструкции. Чем выше вязкость расплава, тем больше должна быть разница межу температурой деструкции и предельной температурой расплава, поскольку процесс пластикации сопровождается выделени­ем тепла и вызывает дополнительный прогрев материала.

С ростом температуры снижается термостабильность расплава, по­этому продолжительность пребывания материала в пластификацион - ном цилиндре литьевой или экструзионной машины не должна превы­шать время термостабильности расплава при данной температуре.

Простоту или сложность переработки материала характеризует ве­личина практического интервала температур расплава. Ее определяют как разницу между максимально допустимой и минимальной темпера­турой расплава. Для большинства термопластов практический интер­вал температур расплава составляет 60 — 100°С (табл. 7.9). (Сложно перерабатываемыми являются ПВХ, ПА-66, ПЭТФ, у которых интер­вал температур расплава равен всего 20°С. Такие материалы следует использовать в технически и экономически обоснованных случаях.

Таблица 7.9

Температурные интервалы (°С) переработки основных полимерных материалов в производстве тары и упаковки [29, 61]

Полимер

Темпера­тура стеклова­ния Тс или плавления Т

ПЛ

Темпера­тура начала деструкции Т*

Теорети­

Ческий

Интервал

Перера­

Ботки

Темпера­тура разложения в пласги - фи кацион - ном цилиндре

Практи­

Ческие

Темпера­

Туры

Перера­

Ботки

Практи­

Ческий

Интервал

Температур

Расплава

ПЭВП

136

320

136-320

296

220 -280

60

ПП

176

300

176-300

278

200 -270

70

ПВХ

87

170

87-170

170-190

20

ПС

100

310

100-310

280

170-250

80

ПЭТФ

255

380

255-380

300

260 -280

20

ПА-6

225

360

225-360

303

230 -290

60

ПА-66

255

360

255-360

315

260-280

20

ПММА

105

280

105-280

280

280-240

60

ПК

150

380

150-380

343

270-320

50

Для изготовления тары методами литья под давление*м используют полимеры с малой вязкостью расплава, у которых ПТР составляет от 2 до 30 г/10 мин. Их основные марки и свойства приведены в табл. 7.10.

Материал

Плопюсть, г/см3

Предел текучести при растяжении, МПа, не менее

Предел прочности при растяжении, МПа, не менее

Относительное удлинение при разрыве, %, не менее

Для литьевой тары

ПЭВД ГОСТ 16337-77

10803-020

0,9185 ±0,0015

9,3

12,2

550

16204-020

0,9230±0,002

10,8

11,3

600

16904-040

0,9240±0,0015

10,8

10,3

500

16705-040

0,928510,0015

12,7

10,3

500

16803-070

0,9185 ±0,0015

8,8

8,3

450

ПЭНД ГОСТ 16338-85

20708-016

0,949—0,954

24,5

700-300

20808-024

0,949—0,954

23,5

600-250

20908-040

0,949—0,955

25,5

450-220

21008-075

0,949-0,955

23,0

220-200

277-73

0,958-0,964

Не нормируется

Не нормируется

ПП и его сополимеры ГОСТ 26996-86

21020

0,900-0,910

30,0-38,0

24,5-39,0

200-1000

21030

0,900-0,910

30,8-38,0

24,5-39,0

200-1000

21060

0,900-0,910

Зо,8-зао

24,5-39,0

22030

0,900

25,0

200

ПС ударопрочный ОСТ 6-05-406-80

У ПС-1002

1,04-1,06

24,6

35

УПМ-1003

1,04-1,06

17,6

30

УПМ-1005

1,04-1,06

УПС-0803Л

1,04-1,06

24,6

30

УПС-0704Л

1,04-1,06

22,6

25

УПС-0604С

1,04-1,06

24,6

25

УПС-0505

1,04-1,06

Не определяется

20

УПМ-0703Л

1,04-1,06

19,6

20

УПМ-0503

1,04-1,06

21,6

25

УПМ-0508

1,04-1,06

21,6

20

Таблица 7.10

Полимерные материалы для изготовления литьевой

И прессованной тары

подпись: полимерные материалы для изготовления литьевой
и прессованной тары

Продолжение табл. 7.10

Материал

Плотность, г/см3

Предел текучести при растяжении, МПа, не менее

Предел прочности при растяжении, МПа, не менее

Относительное удлинение при разрыве, %, не менее

Для литьевой тары

ПС общего назначения ГОСТ 20282-86

ПС-С

1,05-1,08

45

1,5-3,0

ПС-ПС

1,05-1,08

45

1,5-3,0

ПСМД

1,05-1,08

37

1,5-3,0

ПСМ

1,05-1,08

37,6

1,5-3,0

ПС ударопрочный ТУ 6-05-1871-79Е

ПМС-111

1,06-1,08

41,5

42,4

1,5

ПСН-118

1,06-1,08

35,0

40,0

1,5

УПМ-225

1,04-1,06

25,0

30,0

15,0

У П М-325

1,04-1,06

22,0

26,0

30,0

УПМ-424

1,01-1,06

2,0

22,5

35,0

У П М-523

1,04-1,06

20,0

21,0

45,0

ПСМ-115

1,06-1,08

40,0

41,5

1,0

ПА, П-610 ГОСТ 10589-73

1,10

50,0-58,0

100-150

ПД П-12Л ГОСТ 6-05-1309-72

1,02

402 -551

70-300

Для прессованной тары

ПЭВД ГОСТ 1633—77

15003-002

0,9190 ±0,0015

10,2

14,5

600

15105-002

0,9285±0,002

12,8

14,5

600

10404-003

0,9230±0,001

11,8

15,0

600

15404-003

0,9250±0,002

12,3

15,0

600

15705-003

0,9285+0,0015

14,3

15,0

600

15503 ±004

0,9190 ±0,0015

10,2

14,0

600

ПЭНД ГОСТ 16338-85

20108-001

0,949-0,953

26,0-25,0

800-500

20208-002

0,949-0,953

26,0-22,0

700-400

Продолжение табл. 7.10

Материал

Плотность, г/см3

Предел текучести при растяжении, МПа, не менее

Предел прочности при растяжении, МПа, не менее

Относительное удлинение при разрыве, %, не менее

Фенопласты ГОСТ 5689-79

Плотность, г/см3

Предел прочности при стагическом изгибе, МПа

01

1,45

60,0

02

1,45

60,0

03

1,4

70,0

04

1,5

50,0

Из маловязких расплавов невозможно получить сплошную экстру­зионную заготовку в виде пленки, тубы профиля. Для экструзии и раз­дува применяют материалы со средней вязкостью расплава, ПТР кото­рых составляет от 0,3 до 12 г/10 мин.

Выходящий из экструдера расплав заданного формующей головкой профиля должен обладать определенной формоустойчивостью. Требо­вания к формоустойчивости зависят от последующих технологических операций: деформация расплава в свободном состоянии либо в калиб­ровочном приспособлении. Формоустойчивость зависит от температу­ры и молекулярной массы полимера. Косвенно ее можно оценить вели­чиной ПТР. Поэтому для различных видов изделий рекомендуют вы­бирать марки пластмасс с различными показателями ПТР.

Тубы и другую тару цилиндрической формы производят из полиме­ров с ПТР от 0,3 до 1 г/10 мин. Как правило, эти полимеры имеют боль­шую молекулярную массу, поэтому отличаются повышенными физи­ко-механическими характеристиками. Пленки и листы изготавливают из материалов с ПТР от 1 до 4 г/10 мин. Для производства выдувной тары методом экструзии с раздувом используют полимеры с ПТР от 1,5 до 7 г/10 мин. Ламинирование осуществляют расплавом меньшей вяз­кости с ПТР от 7 до 12 г/10 мин. Наиболее часто применяемые марки пластмасс для изготовления выдувной тары приведены в табл. 7.11.

Из полимерных пленок и листов тару производят методами термо­формования, сварки и склеивания.

Из пленочных материалов преимущественно получают мягкую тару на фасовочно-упаковочных автоматах. Пленки используют также для упаковки многих видов продукции методом заворачивания.

При выборе пленочного материала для мягкой тары учитывают его способность к сварке или склеиванию. Важное значение имеет возмож-

Ю

Глава 7

подпись: глава 7Гранулированные полимерные материалы для изготовления выдувной тары

Материал

Рекомендуемая марка

Предел прочности при растяжении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Ударная вязкость с надрезом (без надреза), кДж/м2

Теплостой­кость по Вика, °С

Показатель текучести расплава, г/10 мин

Назначение

10204-003

ПЭВД ГОСТ 16337-77

10404-004

Для выдувной упаковки различных видов, тубов, флаконов,

10803-020

Не

Разрушается

ТУ6-05-1634-73

15202-003

9,5- 12,0

500 -600

0,2-£0

15705-003

Канистр бочек для пищевых и технических товаров

15803-020

И др.

20708-016

ПЭНД

20808-024

23,0-27,0

300-800

2-25 (не

123-134

0,1-1,0

То же

ГОСТ 16338-85

20608-012

Разрушается)

И др.

ПЭНД ТУ 6-05-1721-75

Ударопрочный

27,0

500-900

5,0-140

135-140

0,6-22

>

ПЭНД газофазный ТУ 6-16338-85

276-73

25,5

700

6,0-20 (не разрушается)

130

2,6-3,2

>

ПП

ТУ 6-15-1105-73

01002

Для фляг, бутылок, канистр, крупногабаритных емкостей

01003

2$0

800

6

95-100

0,2-0,4

01005

Материал

Рекомендуемая марка

Предел прочности при растяжении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Ударная вязкость с надрезом (без надреза), кДж/м2

Теплостой­кость по Вика, *С

Показатель текучести расплава, г/10 мин

Назначение

ПП

ТУ 6-05-1756-76

21007

21020

29,0

750

6

95-100

0,4-0,7

21030

ПВХ-Ж ТУ 6-15-1604-85

Политар ПТ непрозрачный

45,0

35,0

13

5,0-10,0

Для упаковки объемом до 5 л товаров бытовой химии

Политар ПТМ морозостойкий непрозрачный

42,0

35,0

15

5,0-12,0

Для упаковки объемом до 5 л товаров бьгговой химии

ПВХ-Ж ТУ 6-15-1197-79

Политар ГКЦбелый и гюлупрозрач - ный

45,0

35,0

13,0

5-10

Упаковка вместимостью 2 л для пищевых продуктов

ПВХ-Ж ТУ 6-15-1504-85

Тараптоп высокопрозрачны й, полупрозрачный, окрашенный

45,0

35,0

15,0

5-10

То же, для товаров бьгговой химии, парфюмерии

ПВХ-Ж ТУ 6-01-997-79

Вистап 2 У высокопрозрач *ый

45,0

10,0

1Ц0

5

То яе

ПВХ-П ТУ 6-15-1504-85

Пластикат Т

2Ц0

200

15-20

Для изготовления туб

ПВХ-П ТУ 6-15-1125-78

Пластикат П

15,0

200

15-20

Для изготовления шланговой упаковки, тубы

Конструирование тары из пластмасс

подпись: конструирование тары из пластмасс

Ю

СО

Материал

Рекомендуемая марка

Предел прочности при растяжении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Ударная вязкость с надрезам (без надреза), кДж/м2

Теплостой­кость по Вика, *С

Показатель текучести расплава, г/10 мин

Назначение

ПС

У ПС-080ЗЭ

Для потребительской упаковки вместимостью от 0.1 до 05 л для парфюмерных товаров

Ударопрочный

УП00704

21,0

35

90

3-5

ОСТ 6-05-406-75

УПС-0505

ПС блочный ОСТ 6-15-406-75

УПМ-0708Э

УПМ-0703

20,0

30

90

3-5

То же

УПМ-0612

ПС

ГОСТ 20282-78

Суспензионный

40,0

20

90-100

3-8

>

АБС-1

50.0

15

15

106

8

АБС

АБС-2

43,0

20

20

105

20

Для изготовления мелкой упаковки (до 0,5 л) для технических продуктов

ТУ 6-05-1587-78

АБС-ЗЛ

35,0

30

25

104

12

АБС-И 069

40.0

35

110

8

ПК

ТУ 6-05-1668-78

Прозрачный и непрозрачный

59,0

50

20

Для изготовления упаковки для красителей и других окрашивающих веществ

ПАК ТУ 6-01-707-78

Дакрил 2М

50,0

5.0

20

100

0,8-2

Для изготовления высоко прозрачной тары вместимостью до 0,3 л

ПАК ТУ 6-01-742-78

Дакрил 4 Б

50,0

5.0

25

90,0

2,0-3

ПАК ТУ 6-01-544-80

Дакрил общего назначения

50,0

5

20

100

0,5-3,5

ПФА ТУ 6-05-1513-78

Марка А

60

15

6

100

73—10

Для высокопрозрачной и высокопрочной при низких

Марка Б

55

15

5 1

16,0-30

Марка В

60

15

6

100

10,0-16

Температурах упаковки

Глава 7

подпись: глава 7

Конструирование тары из пластмасс

подпись: конструирование тары из пластмасс

Ю

О!

подпись: ю
о!
Пленочные материалы для изготовления мягкой тары

Материал

Марка

Ширина, см

Толщина, мкм

Предел прочности при растяжении в продольном направлении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Назначение

Пленка целлюлозная ГОСТ 7730-74

90-140

--

73,5-88,2

30

Для упаковки пищевых продуктов, медикаментов, промышленных товаров

Пленка полиэти­леновая ОСТ 34-13-879-86

М

До 80

15-500

16,1

450

Для изготовления транспортных мешков и упаков­ки бытового назначения

80-150

15-500

16,1

450

Н

80-150

20-800

14,7

300

Для формирования штучной и групповой упаковки

150 -300

15-500

14,7

330

Пленка полиэти­леновая термо - усадоч ная ГОСТ 25951-83

У

До 300

30-60

14,7

200

Для изготовления транспортных мешков и упаков­ки бытового назначения

О

До 300

30-100

14,7

200

Т

До 300

70-100

14,7

250

100 -200

14,7

П

300

100- 200

14,7

250

Материал

Марка

Ширина, см

Толщина, мкм

Предел прочности при растяжении в продольном направлении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Назначение

Пленка полиэти­леновая термо­усадочная ОСТ 6-19-511-81

У

3-60

300

14,7

200

В различных от­раслях народного хозяйства в каче­стве упаковочного материала и сред­ства скрепления грузов

0

30-60

300

14,7

200

Т

80-100

300

14,7

250

П

100-150

300

14,7

250

100-200

30

14,7

250

Пленка упако­вочная из поли­этилена низкого давления ТУ 6-19-265-85

У

80

15

19,6

250

Для упаковки из­делий легкой промышленности, пищевых продук­тов, предметов бытового и техни­ческого назначения

80-150

20

19,6

250

УМ

80-100

30

13,7

150

150-200

30

13,7

150

Пленка поли­амидная ПК-4 ТУ 6-05-1775-76

А

130

60

29,9

200

В качестве про­кладочного герме­тизирующего и упаковочного ма­териала

Б

130

70

17,7

Пленка полиамидная ориентированная ТУ 6-19-256-84

100-210

25-40

125-147

60

Для упаковки сухих пищевых продуктов и некоторых жиров

Глава 7

подпись: глава 7

Ю

.о.

05

подпись: ю
.о.
05

Материал

Марка

Ширина, см

Толщина, мкм

Предел прочности при растяжении в продольном направлении, МПа

Отно си тельное удлинение при разрыве, %

Назначение

Пленка поли­амидная неориен­тированная ТУ 6-19-051-426-82

НТ

78

85-15

58,8-39,2

250 -200

Для упаковки сухих пищевых продуктов и некоторых видов жиров

Пленка полипро­пиленовая уги - ковочная ТУ

280

10

100

200

Для упаковки пи­щевых продуктов (кроме жиров)

20

40

Пленка поливи­нилхлоридная пол уж ест кая для упаковочных футляров ТУ 6-05-1788-76

А

65

230

25,0

160

Для изготовления упаковочных футляров

Б

65

300

15,0

50

Пленка поливи­нилхлоридная для тары под пищевые и лекарственные средства ГОСТ 25250-82

П-74ЭМ

400, 600

39,2

Для изготовления непрозрачной или полупрозрачной тары для пищевых продуктов, лекар­ственных средств

П-73ЭМ

100-125

140, 225

20-10

ЭП-73

650, 500, 350

ЭП-73С

Конструирование тары из пластмасс

подпись: конструирование тары из пластмасс

Го

подпись: го

Материал

Марка

Ширина, см

Толщина, мкм

Предел прочности при растя жен и и в продольном направлении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Назначение

Пленка поливи­нил идс I! хл о ридная ПОВИДЕН ТУ 6-01-1086-82

Б У-рукав

18-32

30-50

63,7-73,5

60-70

В пищевой, мяс­ной, молочной и рыбной промыш­ленности в каче­стве упаковочного материала

18-34

25-55

50-55

У-полотно

12,5

У-рукав

75-100

Пленка полиэти­лен целлофановая

Пц

ОСТ 6-06Н4-79

ПЦ-2

10

70

39,2

Для упаковки пи­щевых продуктов и медицинских препаратов

115

34,1

ПЦ-4

130

29,4

Пленка полиэти- лентерефта латная ламинированная ТУ 6-05-1831-77

ПНЛ-1

100

35

50

Для упаковки сы­пучих продуктов

ПНЛ-2

50

35

50

ПНЛ-3

96,5

60-80

50

50

ПНЛ-4

80

35

ПНЛ-5

30

35

Пленка дублированная для футляров ТУ 6-06-С41-77

125

80

Для изготовления футляров к документам

Материал

Марка

Ширина, см

Толщина, мкм

Предел прочности при растяжении в продольном направлении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Назначение

Пленка винипластов ая каландрированная ГОСТ 16398-81

КПС

60-90

100-700

45

30

Для изготовления тары под упаковку товаров бытовой химии, различных твердых и сыпучих материалов

Материалы пле­ночные, много­слойные ТУ 6-19-051-563-85

ПЭТФ/ПЭНД

96-100

70

Разрушающая нагрузка по двум направлениям, Н/см

Для упаковки пи­щевых и других продуктов

ПА/ПЭН П

96-100

75

39

АЛ/ПЭНП

96-100

64

49

АЛ/ПА

96-100

39

10

ПЭТФ/АЛ/

ПЭНП

96-100

34

39

ПА/АЛ/ПЭНП

96-100

34

49

ПЭНП/АЛ/ПП

96-100

32

49

Основа диаэобумаги, ламинированная полиэтиленом ТУ 81-01-377-77

БЛ

63,0-87,7

Разрушающая нагрузка, 44,1 Н/см

Для упаковки пропитанных салфеток

Материал

Марка

Ширина, см

Толщина, мкм

Предел прочности при растяжении в продольном направлении, МПа

Относи тельное удлинение при разрыве, %

Назначение

Бумага термос ва ри васмая (покрыта парафином, церезином, сополимерами) ТУ 81-04-77

----

15

Разуршая нагрузка, 73,5 Н/см

Для авоматизиро - ванной упаковки металлических изделий

Пленка трехслойная фольгиро ванная (ПЭТФ - ПЭ - фольга)

ТУ 6-05-1649-73

----

35

70

Разрушающая нагрузка, 30 Н/см

6,0

Для упаовки товаров народного потребления

Пленка лавсановая упаковочная ТУ 6-17-1254-83

----

60

35

118

50

Для упаковки товаров культурно - бытового и хозяйственного назначения

Бумага светонепроницаемая с полиэтиленовым покрытием ТУ 6-17-860-82

----

70

Для упаковки свето чу вствительны X материалов

Материал

Марка

Ширина, см

Толщина, мкм

Предел прочности при растяжении в продол ыюм направлении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Назначение

Материал ком­бинированный пленочный Цефлен ТУ 10-190-87

Ц

36

100

Разрушающая нагрузка по двум направлениям, Н/см, 294

10

Для упаковки су­хих МОЛОЧНЫХ

Продуктов, дет­ского питания, сухого молока и других пищевых продуктов

Лц

Оснэва диазобумаги с улучшенными оптическими и механическими свойствами, ламинированная полиэтиленом (полиэтила! — бумага) ТУ 81-01-378-77

АОЛ

87,8-64

115-130

Разрушающая нагрузка по двум направлениям, 44,1 Н/см

Для упаковки пропитанных салфеток

Материал двухслойный термоформуемые полиамид — полиэтилен для упаковки ТУ 6-19-051-592-85

42,5

Разрушающая нагрузка по двум направлениям, Н/см, 44.1

150

Для упаковки мясных, колбасных и других продуктов

Конструирование тары из пластмасс

подпись: конструирование тары из пластмасс

Материал

Марка

Ширина, см

Толщина, мкм

Предел прочности при растяжении в продольном направлении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Назначение

Материал комбинированный для упаковки стерил изо ванного молока в пакеты тетраэдральной формы ОСТ 49-179-81

КСА

229

-

Для упаковки молока в пакеты в автоматах в асептических условиях

КС Б

287

Пленка растягивающаяся из сополимера этилена с винилацетатом ТУ 6-19-289-85

30, 50

25-30

15

200

Для скрепления пакетов тарно­штучных грузов

Ность нанесения печати различными способами. Немаловажную роль играет ассортимент толщин и ширины промышленно выпускаемых из данного полимера пленок. Правильный выбор толщины и ширины плен­ки является основой оптимального использования материалов. Наибо­лее часто применяемые в производстве мягкой тары пленочные мате­риалы приведены в табл. 7.12.

Простых и объективных методов оценки технологических свойств листовых термопластов в настоящее время нет. Косвенно оценить тех­нологические возможности можно по следующим показателям [79]:

1) скорость нагревания листа до температуры формования;

2) термическая усадка листа;

3) формуемость, способность материала приобретать необходимую для тары форму.

Скорость нагревания листовых материалов до температуры формо­вания является одним из главных факторов, определяющих произво­дительность процесса производства тары. Время нагрева представляет самый продолжительный этап всего процесса формования и составля­ет 50-80% общего времени формования.

Скорость нагревания листовых материалов выражают основным урав­нением теплопроводности Фурье для одномерного теплового потока

(ГГ (РТ

(7'17)

Где Т — температура, К; £ — время, с; а — коэффициент температуропро­водности, м2/с; у — расстояние от поверхности вглубь (по толщине), м.

Уравнение (7.17) показывает, что время нагрева листа обратно про­порционально температуропроводности материала и прямо пропорци­онально толщине листа.

Коэффициент температуропроводности а зависит от удельной тепло­емкости с, плотности полимера р и коэффициента теплопроводности Я:

А~- (7.18)

Диапазоны температур нагрева листовых заготовок для формования и теплофизические свойства полимеров, необходимые для оценки вре­мени нагрева, приведены в табл. 7.13.

Термическая усадка листов происходит при их нагревании. Усадку объясняют интенсификацией протекающих в материале релаксацион­ных процессов. В результате усадки наблюдается коробление листов, неравномерный их разогрев, ухудшается качество отформованной тары. Усадка листа зависит от температуры, времени нагревания, марки и сорта материала, метода его изготовления.

Таблица 7.13

Температуры нагрева листовых заготовок и теплофизические свойства основных полимеров, применяемых в производстве тары

Методом термоформования [29,97]

Полимер (название листового материала)

Температура нагрева заготовок, *С

Коэффициент тепло п ро водности, АЛО2 Вт/ (мК)

Удельная теплоемкость ср кДж/(кгК)

ПЭНП

90-135

29,2

2,10-3,84

ПЭВП

130-160

40,0

2,10-3,84

ПП

150 -200

13,8

1,92

ПВХ (винипласт)

100-160

16,7

1,17

ПС (тлистирол ударопрочный У ПС)

110-150

12,5

ПММА (органическое стекло)

120 - 200

16,7

1,50

ПЭТФ

150-180

13,8

1,04

Метод получения листов заливом мономера в форму с последующей полимеризацией практически не оставляет в листе остаточных напря­жений. Такие листы имеют минимальную усадку. Этим методом изго­тавливают листы из ПММА.

Методы получения листов экструзией и каландрированием способ­ствуют возникновению значительных остаточных напряжений, сильно различных в продольном и поперечном направлениях. Такие листы име­ют повышенную усадку, разную по длине и ширине. Этими методами производят большинство листовых материалов.

Листы, полученные менее распространенным прессовым методом, имеют остаточные напряжения, более или менее одинаковые в различ­ных направлениях. Такие листы с точки зрения усадки более пред­почтительны.

Под формуемостью понимают поведение материала в процессе фор­мования при условии получения из него изделия, удовлетворяющего необходимым требованиям качества [79]. Основными показателями, оп­ределяющими формуемость, являются интервал температур формова­ния, степень вытяжки материала в этом интервале, усадка изделия, его разнотолщинность.

Вытяжка, которой был подвергнут листовой термопласт, оказывает значительное влияние на свойства отформованного изделия. От вели­чины и условий проведения вытяжки зависят механические свойства и стабильность размеров получаемой тары. Вытяжка сопровождается
процессами ориентации материала, которые приводят к повышению прочности, удельной ударной вязкости, стойкости к растрескиванию. Одновременно проявляются и негативные последствия — повышение усадки, снижение износостойкости.

Величина вытяжки является параметром, который невозможно из­менить в процессе формования. Она задается косвенно заранее уже в процессе конструирования самого изделия и определяется конфигура­цией и размерами тары. При конструировании тары следует придавать ей такую форму, у которой разность величин вытяжки по взаимно пер­пендикулярным направлениям не превышает 50-60%. В противном слу­чае тара будет обладать анизотропией механических свойств и усадки.

Степень вытяжки принято выражать в % по увеличению площади формуемой заготовки

(7.19)

подпись: (7.19)Е=^-Д-100,

Где5 и 5 — площадь поверхности заготовки и изделия соответственно,

И 3

Анализ технологических свойств

/

подпись: /

подпись: Или по относительному утонению листа

(7.20)

Где 8 — толщина заготовки; 8 — толщина стенки изделия.

На практике часто используют упрощенное понятие степени вытяж­ки. Этим термином иногда называют отношение высоты изделия Н к диаметру его основания £). Если изделие в сечении не имеет формы кру­га, то за величину Л принимают или наименьший линейный размер от одной стенки изделия до другой, или условный диаметр круга, равного по площади сечению данного изделия. В ряде случаев степень вытяжки характеризуют отношением 5и/ 5з. Несмотря на то что оба этих отно­шения выражают не степень, а глубину вытяжки [70], их предельные величины можно использовать в качестве ориентиров в процессе про­ектирования тары. Предельные рекомендуемые значения глубины вы­тяжки и величины усадки основных листовых термопластов приведе­ны в табл. 7.14.

На выбор материала оказывают влияние и размеры (толщина, ши­рина, длина) выпускаемых промышленностью листов из пластмасс. Раз­меры листов определяют схему раскроя заготовок для термоформова­ния тары, а следовательно, и экономические показатели процесса. Ос­новные характеристики листовых материалов, рекомендованных для изготовления тары методом термоформования, приведены в табл. 7.15.

Таблица 7.14

Предельные рекомендуемые значения глубины вытяжки и усадки некоторых листовых термопластов [61,70, 79, 97]

Полимер

Глубина вытяжки

Усадка, %

Н/О

ПЭВП

1,5 : 1

2.5: 1

2,0-4,0

ПП

1,5: 1

3 : 1

0,5-2,0

ПВХ жесткий

1 : 1

4 : 1

0,5-1,0

ПВХ пластифицированный

1 : 1

2 : 1

0,5-1,0

УПС

2 : 1

5: 1

0,5-0,6

ПММА

1 : 1

АБС-пласгики

2 : 1

4 : 1

7.1.6. Функционально-стоимостный анализ

Обоснование выбора материала при конструировании упаковки яв­ляется чрезвычайно сложной многофакторной задачей. Эта задача сво­дится к поиску оптимального решения пути удовлетворения комплек­са технических требований к упаковке конкретной продукции. Выбор материала предопределяет конструктивные особенности тары и упаков­ки, оптимальный вариант технологии ее изготовления, специфику эта­пов жизни упакованной продукции — транспортировки, хранения, рас­пределения, продажи, потребления, а также утилизации использован­ных отходов тары и упаковки.

Некоторые факторы, влияющие на выбор материала, имеют ярко выраженный приоритетный характер. Многие факторы равнозначны и трудно отдать какому-либо из них предпочтение. А некоторые факто­ры в явной или неявной форме противоречат друг другу.

Для решения подобных задач предложен метод функционально-сто­имостного анализа [75]. Он состоит из нескольких этапов.

На первом этапе на основании анализа технического задания на про­ектирование, в котором содержится комплекс технических требований к таре и упаковке, выделяют наиболее важные свойства полимерных мате­риалов, обеспечивающие требуемый уровень качества тары. Затем на ос­новании этих выделенных свойств выбирают стандартизованные харак­теристики пластмасс, которые и подвергают дальнейшему анализу.

На втором этапе устанавливают приоритет стандартизованных ха­рактеристик. Наибольшее распространение получила методика экспер­тного опроса. Группа высококвалифицированных экспертов устанав­ливает каждой характеристике оценку значимости. По среднеарифме-

Материал

Размеры материалов, мм

Предел прочности при растяжении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Ударная

Вязкость,

КДж/м2

Назначение

Толщина

Ширина

Дайна

Листы из композиции

АБС+ПВХ

Жесткие много­слойные ТУ 6-19-241-84

2,0

540

1200

Предел текучести при растяжении, 35 МПа

--

6^0

Для крупногабари­тной транс* портной тары

620

1380

680

1480

780

--

Пленка поливи­нилхлоридная ТУ 17-21-160-77

0,25-0,5

980

Не

Нормируется

25

15-20

Не

Нормируется

Для термоформо- ванной тары год упаковку товаров народного потребления

980

20

100 -200

850

15

200-300

Пленка поливи­нилхлоридная ТУ 6-01-1009-75

0,4-0,65

100-125

39,2

20

Для тары под пищевые продукты и медикаменты

0,14-035

100-125

29,4

10

Таблица 7.15

Конструирование тары из пластмасс

подпись: конструирование тары из пластмасс

Листовые и рулонные материалы для изготовления тары методом термоформования

подпись: листовые и рулонные материалы для изготовления тары методом термоформования

Материал

Размеры кетериалов, мм

Предел прочности при растяжении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Ударная

Вязкость,

КДж/м2

Назначение

Толщина

Ширина

Длина

Листы из непластифици - ро ванного поли винил хло­рида (винипласт листовой), тип ВНЭВП ГОСТ 9639-71

1,0-5,0

500

1300

50

10

Не нормируется

Для транспортной тары и упаковки

Пленка поливи­нилхлоридная ГОСТ 25250-82

0,4

39,2

20-10

9,8

Для

Изготовления

Непрозрачной

ИЛИ

Полупрозрачной тары для пищевых продуктов, лекарственных средств

0,5

1000-1250

0,6

1000-1250

035

1000-1250

0,2

1000-1250

0,14

1000-1250

Пленка < Пласт - карт* для рельефных карт ТУ 6-05-1850-78

036

800

1550

29,4

Для

Термофор моваи - ной упаковки пищевых продуктов

038

800

1550

29,4

Материал

Размеры кетериалов, мм

Предел прочности при растяжении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Ударная

Вязкость,

КДж/м2

Назначение

Толщина

Ширина

Длина

Листы из нспластифици - ро ванного поли винил хло­рида (винипласт листовой), тип ВНЭВП ГОСТ 9639-71

1,0-5,0

500

1300

50

10

Не нормируется

Для транспортной тары и упаковки

Пленка поливи­нилхлоридная ГОСТ 25250-82

0,4

39,2

20-10

9,8

Для

Изготовления

Непрозрачной

ИЛИ

Полупрозрачной тары для пищевых продуктов, лекарственных средств

0,5

1000-1250

0,6

1000-1250

035

1000-1250

0,2

1000-1250

0,14

1000-1250

Пленка < Пласт - карт* для рельефных карт ТУ 6-05-1850-78

036

800

1550

29,4

Для

Термофор моваи - ной упаковки пищевых продуктов

038

800

1550

29,4

Материал

Размеры материалов, мм

Предел прочности при растяжении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Ударная

Вязкость,

КДж/м2

Назначение

Толщина

Ширина

Длина

Листы из ударо­прочного полистирола ОСТ 6-19-510-86

1,4-2,0

700-1000

700-1500

18

30

35

Для

Транспортной и производствен­ной многооборог - ной тары

2,0-6,0

1250-1450

700-1500

16

15

25

Пленка винипластов ая каландрирован­ная марки КПС ГОСТ 16398-81

0,1-0,7

600-900

1000

44,1

30

----

Для изготовления тары под упаковку изделий технического назначения и бытовой химии

Стекло органическое листовое ГОСТ 10667-74

0,9-30

400-1400

500-1250

65,8

2,5

11

Для сувениргой и подарочной потребитель­ской упаковки

0,8-30

400-1400

500-1600

77,5

3,5

11

0,8-14.0

400-1400

500-1600

83,4

2,5

9

Стекло

Органическое

Листовое

ТУ

6-01-1132-77

1,545

20-115

50-125

69,5

2,5

9,8

То ж

Материал

Размеры материалов, мм

Предел прочности при растяжею* и, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Ударная

Вязкость,

КДж/м2

Назначение

Толщина

Ширина

Длина

Стекло органическое с перламутровым эффектом ТУ 6-01-412-75

3,0

500-1200

500-1370

7,0

Для производства художественных изделий народного потребления, в том числе сувенирной и подарочной потребитель­ской тары

4,0

500-1200

500-1370

7,0

5,0

500-1200

500-1370

7,0

Тическому значению этих оценок определяют коэффициент приоритета, согласно которому характеристики выстраиваются в порядке их важности.

На третьем этапе определяют перечень полимерных материалов, применение которых перспективно для данного вида тары и упаковки. Для каждого материала устанавливают в баллах оценку степени удов­летворения анализируемой характеристики предъявляемым требовани­ям. По сумме произведений этой оценки на коэффициент приоритета характеристики получают интегральную величину, определяющую при­оритет материала.

При анализе и выборе вариантов технологии изготовления тары и упаковки необходимо также учитывать оснащенность предприятий - изготовителей необходимым оборудованием, объем выпуска продукции, коэффициент использования материала, энергетические и трудовые затраты, а также другие факторы, которые могут служить дополнитель­ными характеристиками для функционально-стоимостного анализа.

Пример.

Задание: выбрать полимерный материал при разработке потреби­тельской тары для упаковки моющих паст, величина дозы 500 г.

Решение с помощью метода функционально-стоимос­тного анализа.

Анализ технического задания показал, что содержащиеся в нем тре­бования можно разделить на эксплуатационные, технологические и эко­номические.

Эксплуатационные требования предусматривают обеспечение проч­ности и жесткости конструкции при заполнении моющей пастой в фасо­вочно-упаковочном автомате вертикального типа, а также при воздей­ствии статических и динамических нагрузок при транспортировке, хра­нении, распределении и продаже. Химическая активность моющих паст требует определенной химической стойкости материала. Эти требования можно выразить следующими стандартными характеристиками пласт­масс: разрушающим напряжением при растяжении, ударной вязкостью, относительным удлинением при разрыве, химической стойкостью.

Технологические требования определяют способность материала к переработке в тару заданной формы наиболее эффективными способа­ми. Очевидно, что самой удобной формой для фасовки моющих паст по 500 г потребления и других этапов жизненного цикла является прямоу­гольная коробочка. Ее можно производить с наибольшей эффективнос­тью методами литья под давлением из гранул или термоформования из толстых пленок или тонких листов. Стандартными технологическими характеристиками материалов для этих методов переработки являются показатель текучести расплава и кратность вытяжки материала.

Экономические требования можно охарактеризовать оптовой ценой материала и стоимостью его переработки в тару. Косвенно эти характе­ристики определяют себестоимость производства тары.

Перечисленные стандартные характеристики и балльная оценка сте­пени удовлетворения требованиям в зависимости от их численного зна­чения приведены в табл. 7.16.

Таблица 7.16

Основные характеристики полимерных материалов, используемых

При изготовлении тары для моющих паст

Требования

І/

Стандартные

Характеристики

Материала

Индекс

(обозначение

Степень удовлетворения маггериата анализируемой характеристике

К

Материалу

Характерис­

Тик)

Наилуч­

Шая

Близка к наилучшей

Приемле­

Мая

Низкая

Разрушающее напряжение гри растяжении, МПа

80

50-80

30-50

30

Эксплуа­

Тационные

Ударная вязкость (с надрезам), кДж/м2

*2

50

25-50

10-25

10

Относительное удлинение при разрыве,

%

*3

30

15-30

5-15

5

Химическая стойкость (потери продукта при хранении), % год

0,1

0,1-0,5

0,5-2,0

0,2-2

Технологи­

Показатель текучести расплава г/10 мин

*5

4-8

2-4

8-15

0,5-2

15-30

0,5-30

Ческие

Красттстъ вытяжки материала, %

*6

200

180-200

160-180

140-160

Оптовая цена материала, руб/кг

*7

1

1-1,5

1,5-2,0

2

Ежономи-

Чсские

Стоимость переработки материала (от оптовой цены штериала), %

*8

15

15-25

25-40

40

Оценка степени удовлетворения, баллы

----

10

9-7

6-4

2-1

Затем экспертная комиссия, например, из пяти высококвалифици­рованных экспертов проводит сравнительную оценку выбранных стан­дартных характеристик. Характеристики каждый эксперт оценивает попарно: более значимая характеристика получает 1,5 балла, менее зна­чимая — 0,5 балла, равнозначные — по 1 баллу. По среднеарифметичес­кому значению установленных всеми экспертами баллов определяют среднечисловые показатели значимости характеристик. Например, при сравнительной оценке значимости пары характеристик — разрушающее напряжение при растяжении X, и ударная вязкость Х2 — определены следующие среднечисловые показатели их значимости:

ЛГ, - <0,5 + 1 + 1 + 0,5 + 1): 5 - 0.8; Х2 “ (1,5 + 1 + 1 + 1,5 + 1): 5 ~ 1,2.

По результатам такого попарного сравнения всех характеристик за­полняют матрицу сравнительных оценок (табл. 7.17).

Таблица 7.1 7

Матрица сравнительных оценок стандартных характеристик полимерных материалов, используемых при изготовлении тары

Для моющих паст

Индекс

Харак­

Терис­

Тики

*3

*4

*5

*7

*8

Сумма

Оценок

Коэффи­

Циент

Прио-

Ритегта

Прио­

Ритет

Х,

0,8

1.4

0.7

1.3

1.4

0,8

0.9

7,3

0,130

5

Хг

1.2

1.3

0.9

1.2

1.4

0,7

0.8

7.5

0.134

4

*3

0,6

0.7

0,9

0,8

1.0

0,5

0.6

5.1

0,091

7

1.3

1,1

1.1

1.3

1.4

0,8

0,9

7.9

0,141

3

Х5

0.7

0,8

1.2

0,7

1.4

0,6

0,6

6.0

0.107

6

*6

0,6

0,6

1,0

0,6

0.6

0,6

0.7

4.7

0,084

8

*7

1.2

1,3

1.5

1,2

1.4

1.4

1.1

9.1

0,163

1

1.1

1,2

1.4

1.1

1.4

1.3

0,9

8.4

0,150

2

Сумму всех среднечисловых показателей значимости каждой харак­теристики указывают в графе «сумма оценок». Так, для характеристи­ки X. эта сумма составляет

=0,8 + 1,4+0,7 + 1,3+1,4 + 0,8+0,9 = 7,3.

Коэффициент приоритета Кп определяют делением суммы среднечис-

І

Ловых показателей характеристики IX. на общую сумму оценок :

Анализ технологических свойствІ

Общая сумма оценок (см. табл. 7.18)

£*і=7,3+7,5+5,1+7,9+6,0+4,7+9,1+8,4=56.

1

Коэффициент приоритета для характеристик X составляет

7,3

По значению коэффициента приоритета определяют приоритет харак­теристик, являющийся базой интегральной оценки для выбора поли­мерного материала.

Интегральную оценку можно проиллюстрировать для выбора мате­риала тары, получаемой методом термоформования. Для этого метода предпочтение можно отдать следующим материалам: полистирольной ленте (ТУ 6-05-1313-80), листам из АБС-пластика (ТУ 6-05-31-76), листам из винипласта (ГОСТ 9639-71), листам из полиметилметакри - лата (ГОСТ 10667-74) и листам из нитрилбутадиенстирольного плас­тика СНП марки Б (ТУ 6-05-1770-76).

Значения стандартных характеристик перечисленных материалов приведены в левых столбцах табл. 7.18. В правых столбцах указана в баллах оценка степени удовлетворения стандартных характеристик по сравнению с наилучшими. Эту оценку проводят на основании данных табл. 7.16, затем каждую оценку в баллах умножают на соответствую­щее значение коэффициента приоритета из табл. 7.17. По сумме произ­ведений коэффициента приоритета на степень удовлетворения стандар­тной характеристики Б определяют приоритет материала П:

П=£Б .Кп.

Для полистирола эта сумма составляет Пж =3-0,130 + 2-0,134 + 10-0,091 + 8-0,141 + 8-0,107 + 9-0,084 + 9-0,163+ 9-0,150 = 7,125.

Таким образом, по степени эффективности использования матери­алы для производства упаковки моющих паст можно расположить в последовательности: ПС, СНП, АБС, ПММА, ВП.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ДИЗАЙН ТАРЫ И УПАКОВКИ

EVOPACK – упаковка нового поколения!

Гофрокартон считается одним из наиболее универсальных материалов, который применяется при изготовлении упаковок. Сейчас он занимает первые места, а возник еще в середине 19 века. После того, как наладилось массовое производство …

Пакеты с логотипом от МПАК

Полиэтиленовые пакеты уже давно тесно вошли в жизнь современного человека. Они способствуют удобному хранению, транспортировке или упаковке любого вида продукции. Чаще всего эту покупку совершают во время приобретения какого-то вида …

Мягкие упаковки биг-бэг — надежно, доступно, универсально

С появление биг-бэгов в сфере упаковочных материалов произошел настоящий переворот. Мало того, за последние несколько лет им удалось почти полностью вытеснить остальные виды тары, использовавшейся для перевозки грузов на протяжении …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.