Застосування та розробка поліпропілену для термоформування в галузі упаковки

1. Основні принципи та характеристики термоформування

Термоформування – це спеціальний метод обробки пластмас, який дозволяє перетворювати термопластичні листи на різні вироби. Термопластичний лист нагрівають до розм'якшення, а потім піддають тиску (вакуум або позитивний тиск), щоб він діяв на поверхню форми, набуваючи форми, подібної до форми поверхні форми. Після охолодження та формування виріб обрізається для отримання бажаної форми. Термоформування є швидким та рівномірним, з коротким циклом формування та низькою вартістю форми, придатним для автоматизації та тривалим часом виробництва, і вважається найефективнішим методом обробки з найнижчою собівартістю одиниці продукції серед методів формування пластмас. Особливо завдяки постійному вдосконаленню процесу та обладнання для термоформування, а також втручанню комп'ютерного моделювання, термоформування стало основним методом обробки, що конкурує з литтям під тиском та видувним формуванням. В останні роки були досягнуті нові досягнення в обладнанні для термоформування. Jimin представив обладнання та процеси термоформування, представлені на K2013 у Німеччині, де швидкість, універсальність, технологія контролю та зниження витрат стали ключовими темами для нового обладнання для термоформування в упаковці та промисловості.

Основними видами термоформування є: вакуумне формування, формування під тиском, формування за допомогою плунжера та їх комбінації. На ринку з'являється все більше термоформованих виробів, таких як чашки, тарілки, харчові підноси, іграшки, кепки та шоломи, деталі побутової техніки, а також автомобільні деталі, архітектурні декоративні елементи, хімічне обладнання тощо. Порівняно з литтям під тиском, термоформування має переваги високої виробничої ефективності, низьких інвестицій в обладнання та можливості виготовляти вироби з великою площею поверхні. Основними пластмасами, що використовуються в термоформуванні, є полістирол (PS), полівінілхлорид (PVC), поліолефіни, такі як PE, PP, поліакрилати (PMMA) та целюлоза, така як нітроцелюлоза (NC), ацетат целюлози (CA) тощо. Інженерні пластмаси, такі якакрилонітрил-бутадієн-стирол (АБС)також використовуються. Стирольний пластик (АБС), полікарбонат (ПК) тощо. Розробка високоефективного ПП, такого як висока прозорість, висока міцність розплаву та низька деформація, сприяла застосуванню та розвитку ПП у галузі термоформування.

2. Стан внутрішнього ринку термоформовальної упаковки

Існує понад 3,000 вітчизняних компаній з виробництва термоформованої упаковки, з яких понад 300 мають річний обсяг виробництва понад 1,000 тонн. Близько 70% заводів з річною виробничою потужністю в тисячі тонн виробляють листи власного виробництва та є інтеграторами термоформованої продукції. PS (OPS) та поліетилентерефталат (ПЕТ) є основними листами, що постачаються на аутсорсинг, тоді як деякі потужні заводи виробляють власні листи з PP, PS та PVC, а невеликі заводи передають свої листи на аутсорсинг. Термоформовані продукти в основному використовуються в упаковці харчових продуктів, упаковці нехарчових товарів та нарізаних листів, а вимоги до сировини різняться залежно від застосування.

3. Розробка ПП для термоформування

Вітчизняне застосування термоформування ПП розпочалося в 1990-х роках і в останні роки швидко розвивається, з річним темпом зростання близько 10%. Зараз у Китаї є багато великих і відомих виробників термоформованої пластикової упаковки, таких як Japan Central Chemical, які побудували заводи в Китаї та запустили їх у виробництво, а їхня продукція в основному зосереджена на термоформованій пластиковій упаковці середнього та високого класу. Наразі в Китаї бракує спеціальних ПП-матеріалів, спеціально призначених для процесу термоформування. Вітчизняні виробники термоформовочної продукції зазвичай закуповують T30S та інші модифіковані смоли загального призначення для використання, але продукти, отримані шляхом постмодифікації та промислового виробництва, мають нерівномірний контроль добавок, властивості на міцність не відповідають вимогам, нерівномірна товщина стінок контейнера під час термоформування, екструзійне покриття, каландрування країв та інші проблеми, що ускладнює задоволення високої якості та високих вимог до застосування, а також обмежує ефективність виробництва підприємств, що займаються подальшою переробкою.

Закордонні спеціальні термоформувальні матеріали здебільшого є гомополімерами, прозорі випадкові кополімери рідше, а деякі марки мають тривалі цикли імпорту, тому вітчизняні виробники термоформувальних виробів рідко використовують імпортні матеріали. Існуюче виробництво листів виробниками термоформувальних виробів в основному складається з листів шириною 600 мм, але з розвитком технології термоформувальних машин ширина листа збільшується, найширша може перевищувати 1000 мм, тому до здатності листа до плавлення висуваються вищі вимоги. Рішенням у галузі переробки продукції є додавання певного відсотка поліетилену високої щільності (PE-HD) до звичайного PP для покращення стійкості листа до провисання розплаву, але цей метод призведе до нерівномірного змішування та обмеженої прозорості продукції. Вітчизняна промисловість термоформування має дедалі більший попит на сировину з PP з високими експлуатаційними характеристиками та надвисокою прозорістю.
До 2012 року дослідження та розробки високопрозорих термоформувальних матеріалів у Китаї були відносно відсталими. На той час стан досліджень та розробок вітчизняних спеціальних термоформувальних матеріалів наведено в таблиці 2.

Жоден з цих спеціальних матеріалів не був додатково доопрацьований для досягнення вищої міцності розплаву та ширшого розподілу молекулярної маси, необхідних для термоформування, а деякі з них не вироблялися у великих масштабах.

В останні роки компанія Tianjin Petrochemical продовжує розробляти спеціальні матеріали в галузі термоформування поліпропілену та досягла значних економічних та соціальних переваг, додаючи яскравості цій нішевій галузі термоформування.

У таблиці 4 наведено спеціальні ПП-матеріали для термоформування, розроблені кількома нафтохімічними заводами за останні роки, які розроблені компанією Shanghai Ru Xia New Material та кожним нафтохімічним заводом для різних потреб у різних сегментах термоформування. Виробники продукції для термоформування на нижчих рівнях широко розподілені, концентрація галузі низька, існує мало підприємств, що перевищують масштаб, а попит на продукцію нижчого рівня диверсифікований, а нафтохімічні заводи мають власні плани щодо планування виробництва, тому все ще існують деякі труднощі з належною координацією між видобувною та нижчою ланкою, але напрямок розвитку галузі термоформування полягає у виробництві диференційованої продукції нижчого рівня, з одного боку, та використанні спеціальних матеріалів для виробництва, з іншого боку, з метою покращення якості продукції та підвищення її стабільності. Розробка та застосування спеціальних матеріалів для термоформування все ще є перспективним.