Polüpropüleeni rakendamine ja arendamine termoformimiseks pakendivaldkonnas

1. Termoformimise põhiprintsiibid ja omadused

Termoformimine on spetsiaalne plastitöötlusmeetod, mille abil töödeldakse termoplastilisi lehtmaterjale mitmesugusteks toodeteks. Termoplastset lehte kuumutatakse pehmendamiseks ja seejärel survestatakse (vaakum või positiivne rõhk), et panna termoplastleht vormi pinnale toimima ja saavutama vormi pinnaga sarnase kuju. Pärast jahutamist ja vormimist lõigatakse toode soovitud kuju saavutamiseks. Termoformimine on kiire ja ühtlane, lühikese vormimistsükli aja ja madala vormimiskuluga, sobib automatiseerimiseks ja pika tootmisajaga ning seda peetakse plastvormimismeetodite seas kõige tõhusamaks ja madalaima ühikuhinnaga töötlemismeetodiks. Eriti tänu termoformimisprotsessi ja -seadmete pidevale täiustamisele ning arvutisimulatsiooni sekkumisele on termoformimisest saanud peamine töötlemismeetod, mis konkureerib surve- ja puhumisvormimisega. Viimastel aastatel on termoformimisprotsesside töötlemisseadmetes tehtud uusi edusamme. Jimin tutvustas Saksamaal K2013-l eksponeeritud termoformimise seadmeid ja protsesse, kus kiirus, mitmekülgsus, juhtimistehnoloogia ja kulude vähendamine on muutunud pakendite ja tööstuse uute termoformimisseadmete põhiteemadeks.

Peamised termoformimise tüübid on: vaakumvormimine, survevormimine, kolvi abil vormimine ja nende kombinatsioonid. Turul on üha rohkem termoformitud tooteid, näiteks tassid, taldrikud, toidualused, mänguasjad, mütsid ja kiivrid, kodumasinate osad, aga ka autoosad, arhitektuurilised dekoratiivosad, keemiaseadmed jne. Võrreldes survevaluga on termoformimisel eelised kõrge tootmistõhusus, väike investeering seadmetesse ja võime toota suure pindalaga tooteid. Termoformimisel kasutatavad peamised plastid on polüstüreen (PS), polüvinüülkloriid (PVC), polüolefiinid nagu PE, PP, polüakrülaadid (PMMA) ja tselluloos nagu nitrotselluloos (NC), tselluloosatsetaat (CA) jne. Insenerplastid naguakrüülnitriilbutadieenstüreen (ABS)Kasutatakse ka stüreenplasti (ABS), polükarbonaati (PC) jne. Kõrgjõudlusega PP, näiteks suure läbipaistvuse, kõrge sulamistugevuse ja väikese deformatsiooniga, väljatöötamine on soodustanud PP rakendamist ja arendamist termoformimise valdkonnas.

2. Kodumaise termoformimispakendite turu olukord

Riigis on üle 3,000 termoformpakendiettevõtte, millest enam kui 300 aastatoodang on üle 1,000 tonni. Umbes 70% tehastest, mille aastane tootmisvõimsus on tuhandeid tonne, on ise toodetud lehed ja termoformitud toodete integreerijad. PS (OPS) ja polüetüleentereftalaat (PET) on peamised allhanke korras tellitavad lehed, samas kui mõned võimekad tehased toodavad ise PP-, PS- ja PVC-lehti ning väikesed tehased tellivad oma lehed allhanke korras. Termoformitud tooteid kasutatakse peamiselt toidupakendites, mittetoidupakendites ja lõigatud lehtedena ning tooraine nõuded on rakenduseti erinevad.

3. PP arendamine termoformimiseks

Kodumaised PP termoformimise rakendused algasid 1990. aastatel ja on viimastel aastatel kiiresti arenenud, aastase kasvumääraga umbes 10%. Nüüd on Hiinas palju suuri ja kuulsaid termoformivate plastpakendite tootjaid, näiteks Japan Central Chemical, kes on ehitanud Hiinasse tehaseid ja pannud need tootmisse ning nende tooted keskenduvad peamiselt keskmise ja kõrge klassi plastist termoformivatele pakenditele. Praegu on Hiinas puudus spetsiaalsetest PP-materjalidest, mis on spetsiaalselt ette nähtud termoformimisprotsessiks. Kodumaised termoformimise toodete tootjad ostavad üldiselt T30S-i ja muid üldotstarbelisi modifitseeritud vaiku, kuid toodete järeltöötluse ja tööstusliku tootmise teel saadud toodetel on ebaühtlane lisandite kontroll, tõmbetugevus ei vasta nõuetele, anuma seina paksus termoformimisel on ebaühtlane, ekstrusioonkatte kalandreerimine, servade kõverdumine ja muud probleemid, mistõttu on raske täita kõrgeid kvaliteedi- ja kõrgeid rakendusnõudeid, samuti on raske täita kõrgeid kvaliteedi- ja kõrgeid nõudeid ning see piirab ka allavoolu töötlemise ettevõtete tootmistõhusust.

Välismaal toodetud termoformimise erimaterjalid on enamasti homopolümeerid, läbipaistvaid juhuslikke kopolümeere on vähem ja mõnel klassil on pikad imporditsüklid, seega kasutavad kodumaised termoformimise tootjad imporditud materjale harva. Termoformimise toodete tootjate olemasolev lehtmaterjal on peamiselt 600 mm laiune leht. Vormimismasinate tehnoloogia arenguga suureneb lehe laius, laiim võib ulatuda üle 1000 mm, seega esitab lehe sulamiskindlus kõrgemaid nõudeid. Lahenduseks tootmisahela järgmise etapi toodete tööstuses on tavalisele PP-le teatud protsendi suure tihedusega polüetüleeni (PE-HD) lisamine, et parandada lehe sulamiskindlust, kuid see meetod toob kaasa ebaühtlase segunemise ja toodete piiratud läbipaistvuse. Kodumaisel termoformimise tööstusel on üha pakilisem nõudlus suure jõudlusega ja ülikõrge läbipaistvusega PP-toormaterjalide järele.
Enne 2012. aastat oli Hiinas suure läbipaistvusega termoformmaterjalide uurimine ja arendamine suhteliselt maha jäänud. Sel ajal on kodumaiste termoformmaterjalide uurimine ja arendustegevus esitatud tabelis 2.

Ühtegi neist erimaterjalidest pole termoformimiseks vajaliku suurema sulamistugevuse ja laiema molekulmassijaotuse saavutamiseks edasi töödeldud ning mõnda neist pole ka suures mahus toodetud.

Viimastel aastatel on Tianjin Petrochemical jätkanud PP termoformimise valdkonnas spetsiaalsete materjalide väljatöötamist ning saavutanud märkimisväärset majanduslikku ja sotsiaalset kasu, lisades värvi sellele termoformimise nišivaldkonnale.

Tabel 4 näitab mitme naftakeemiatehase poolt viimastel aastatel välja töötatud spetsiaalseid PP-materjale termoformimiseks. Need on välja töötatud nii Shanghai Ru Xia New Materiali kui ka iga naftakeemiatehase poolt vastavalt erinevatele nõudmistele termoformimise erinevates segmentides. Termoformimise toodete tootjad on laialt levinud, tööstusharu kontsentratsioon on madal, ettevõtteid on vähe ja nõudlus tootmisahela järgmise etapi toodete järele on mitmekesine. Naftakeemiatehastel on oma tootmise ajastamise plaanid, seega on endiselt raskusi üles- ja allavoolu tasanditega hea koordineerimisega. Kuid termoformimise tööstuse arengusuund on ühelt poolt diferentseeritud tootmisahela järgmise etapi toodete valmistamine ja teiselt poolt spetsiaalsete materjalide kasutamine tootmiseks, et parandada toote kvaliteeti ja parandada toote kvaliteedi stabiilsust. Spetsiaalsete termoformimise materjalide väljatöötamine ja rakendamine on endiselt paljulubav.