Что такое литье под давлением с растяжением и выдувом (Injection Stretch Blow Moulding)?ИСБМ)? — Полное техническое руководство

Литье под давлением с растяжением и выдувным формованием — сокращенный ИСБМЛитье под давлением с вытяжкой и впрыском (также пишется как инжекционное выдувное формование) — это производственный процесс, позволяющий создавать самые прозрачные, точные по размерам и структурно прочные пластиковые бутылки в мире. Когда вы держите в руках премиальную бутылочку для сыворотки K-Beauty, которая на ощупь почти как стеклянная, фармацевтическую пипетку с идеально сформированной резьбой на горлышке или детскую бутылочку из тритана без каких-либо поверхностных дефектов, это почти наверняка означает, что она была изготовлена ​​компанией... машина ISBM.

В этом подробном техническом руководстве объясняется... Как работает процесс литья под давлением с растяжением и выдувным формованием: пошаговое описаниепочему этот метод позволяет производить контейнеры лучшего качества по сравнению с методом литья под давлением с выдувом (IBM) и двухэтапное выдувное формование с повторным нагревом (РЕХБ), какие материалы она обрабатывает, какие контейнеры производит лучше всего и какие технические характеристики оборудования определяют качество и экономичность вашей производственной линии.

ISBM в одном предложении

Литье под давлением с растяжением и выдувным формованием является один шаг Процесс производства пластиковых бутылок, при котором смола впрыскивается вокруг стержня для образования заготовки, эта заготовка немедленно подвергается температурной обработке для достижения оптимального диапазона растяжения, механически растягивается и нагнетается воздухом для придания ей окончательной формы бутылки, а затем выталкивается — все это внутри одной роторной машины, при этом заготовка никогда не покидает контролируемую среду между станциями.

В этом единственном предложении содержится пять понятий, которые отличают ISBM отличается от всех других процессов выдувного формования.Каждый из них мы рассмотрим в разделах ниже.

Четыре станции установки ISBM

Трехпозиционная машина ISBM совершает четыре оборота в непрерывном цикле — три активных технологических станции плюс выталкивание. Поворотный стол перемещает три комплекта полостей: комплект A впрыскивается на станции 1, комплект B обрабатывается на станции 2, а комплект C выдувается на станции 3, после чего готовые бутылки извлекаются перед повторным перемещением стола. Время цикла машины определяется самый медленный станция, а не сумма всех трех.

1Литье заготовки под давлением

Процесс начинается на станции впрыска. Полимерная смола — чаще всего ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ — подается из бункера в нагретый цилиндр. Возвратно-поступательный шнек пластифицирует смолу за счет механического сдвига и кондуктивного нагрева, достигая температуры плавления 270–290 °C для ПЭТ. После того, как запрограммированный объем впрыска накопится перед кончиком шнека, шнек продвигается как инжекционный поршень, проталкивая расплав через систему горячеканальных каналов в полости заготовки, где он обтекает и инкапсулирует прецизионно обработанную деталь. основные штифты.

Штифт сердечника определяет внутренний диаметр заготовки и — что крайне важно — внутреннюю поверхность. отделка грифа: резьбовая часть, в которую впоследствии будет вставляться крышка, насос или пипетка. Поскольку горловина формируется методом литья под давлением и никогда впоследствии не деформируется, ISBM обеспечивает допуск на резьбу в горловине ±0,05 мм.Это уровень точности, недостижимый в двухэтапной технологии REHB, где заготовки хранятся и повторно нагреваются перед выдуванием. Температура в зоне цилиндра поддерживается на заданном уровне. ±1 °CДаже изменение температуры на 2 °C приводит к изменению вязкости расплава ПЭТ в достаточной степени, чтобы вызвать дисбаланс заполнения между полостями, что напрямую приводит к изменению толщины стенок выдуваемой бутылки.

2Регулирование температуры

После впрыскивания пресс-форма открывается, и поворотный стол перемещает заготовки — все еще на своих стержнях — в форму. станция регулирования температурыИменно этот элемент ISBM чаще всего неправильно понимают инженеры, знакомые с двухступенчатыми системами.

В два этапа РЕХБЗаготовки впрыскиваются, охлаждаются до комнатной температуры, хранятся, а затем повторно нагреваются в отдельной выдувной машине с использованием инфракрасных ламп — полный цикл термической обработки от температуры впрыска (~280 °C) до температуры хранения (~25 °C) и обратно до температуры выдува (~110 °C). В ISBM заготовка никогда полностью не остываетСтанция кондиционирования использует остаточное тепло впрыска, добавляя или удаляя тепло неравномерно для получения точного температурного профиля по всей стенке заготовки:

• Предварительно сформированное тело: доведено до оптимального диапазона растяжения — 105–115 °C для ПЭТ (значительно выше своего Т_г (примерно 80 °C), 90–100 °C для ПЭТГ — где материал достаточно эластичный, чтобы равномерно растягиваться, но достаточно жесткий, чтобы сохранять двухосную ориентацию после выдувания.
• Зона отделки шейки грифа: Активное охлаждение осуществляется ниже температуры тепловой деформации материала, чтобы предотвратить деформацию геометрии резьбы, заданной во время впрыска. Дифференцированное охлаждение обеспечивается с помощью отдельных контуров подачи жидкости в нагревательный элемент и цилиндр.

Двухповерхностная обработка — ствол с терморегулирующей системой вокруг заготовочного тела и терморегулирующий сердечник Внутри него достигается равномерное распределение температуры по всей толщине стенки, чего невозможно добиться с помощью одноповерхностного инфракрасного нагрева. Это различие особенно важно для толстостенных заготовок, используемых в косметических баночках из ПЭТГ и детских бутылочках из тритана, где центральная часть стенки заготовки должна достичь температуры растяжения, не допуская превышения температуры внешними поверхностями.

3Выдувное формование с растяжением — метод, создающий двухосную ориентацию.

Подготовленная заготовка поступает на выдувную станцию, где две половины выдувной полости смыкаются вокруг нее с усилием зажима 70–120 кН. Последовательность действий:

1. Предварительный удар — Воздух низкого давления (0,5–1,0 МПа) стабилизирует заготовку до того, как опустится растягивающий стержень.
2. Механическое осевое растяжение — растягивающий стержень опускается на 300–400 мм/с, удлиняя заготовку в направлении основания полости. Это и есть осевая ориентация событие. Скорость растяжения стержня является критическим параметром: слишком низкая скорость позволяет молекулам релаксации произойти до продувки; слишком высокая вызывает побеление под воздействием напряжения.
3. Радиальный удар под высоким давлением — одновременно или сразу после того, как стержень достигнет своего конечного положения, 2,0–3,5 МПа Сжатый воздух расширяет заготовку в радиальном направлении относительно охлажденной стенки полости. Это и есть процесс расширения. кольцевая (радиальная) ориентация событие.
4. Держать — Давление продувки поддерживается в течение всего времени, пока охлажденная стенка полости отводит тепло от стенки бутылки, фиксируя молекулярную ориентацию в твердой полимерной структуре.
5. Выхлопная система и открытая — Давление сбрасывается, половинки полости открываются, бутылка освобождается от штифта сердечника.

Шаги 2 и 3 вместе создают двуосная молекулярная ориентация — одновременное выравнивание сегментов полимерной цепи в осевом (вертикальном) и окружном (круговом) направлениях. Полученные коэффициенты ориентации описываются двумя параметрами:

4Выброс

После сброса давления на станции выдувания готовая бутылка перемещается в положение извлечения, где механический съемник и извлекающий рычаг выталкивают ее из сердечника. На корейских машинах Ever-Power ход извлечения составляет 170 мм — этого достаточно для бутылок высотой до 250 мм на HGY150-V3.

Общее время цикла для 3-позиционного аппарата ISBM, работающего со стандартным ПЭТ-сканированием, обычно составляет 12–18 секунд на выстрелЧетырехгнездная машина, работающая 16-секундным циклом, производит 4 бутылки × 3600/16 = 900 бутылок в часДля ПЭТГ и ПК время выдержки при подготовке увеличивает цикл до 18–24 секунд; для термофиксации при горячем наполнении добавьте еще 2–4 секунды на период выдержки при продувке.

Почему ISBM производит бутылки лучшего качества

Не требует хранения заготовок — нулевое загрязнение поверхностей.

В два этапа РЕХБЗаготовки, полученные методом литья под давлением, перемешиваются и помещаются в контейнеры для хранения, которые хранятся в течение нескольких дней или недель, транспортируются к выдувной машине и повторно загружаются через систему сортировки и ориентации перед попаданием в инфракрасную печь. Каждый этап сопряжен с риском: царапины на поверхности от контакта между заготовками, загрязнение пылью и твердыми частицами из среды хранения, и поглощение влаги — что в ПЭТ вызывает гидролитическую деградацию при повторном нагреве, приводя к видимому снижению прозрачности бутылки из-за помутнения.

В ISBM ничего подобного не происходит. Заготовка впрыскивается, обрабатывается и выдувается, не покидая станок и не перемещаясь между станциями. В результате получается Поверхность без царапин и загрязнений Качество каждой бутылки — это стандартное требование к качеству в фармацевтических линиях, соответствующих стандартам GMP, и в упаковке корейской косметики, которое практически невозможно гарантировать на постоянной основе в двухэтапном производстве без исключительных инвестиций в контроль качества.

Двухосная ориентация — пять измеримых улучшений характеристик недвижимости.

Двуосная молекулярная ориентация — это не маркетинговый ход, а измеримое структурное явление, которое одновременно улучшает пять различных свойств бутылки. Механизм: аморфный ПЭТ имеет сегменты полимерных цепей, ориентированные случайным образом в трех измерениях. Когда растягивающий стержень растягивается в осевом направлении, а давление выдувания расширяет заготовку в радиальном направлении, эти сегменты цепей одновременно выравниваются в осевом и окружном направлениях. Выровненные цепи находятся ближе друг к другу, сильнее взаимодействуют посредством сил Ван дер Ваальса и имеют более правильную геометрию как при механическом напряжении, так и при воздействии света — именно поэтому все пять свойств улучшаются одновременно.

Одноступенчатая энергоэффективность — на 15–40% ниже, чем двухступенчатая.

Двухступенчатая технология REHB требует полного цикла термической обработки: впрыск при 280 °C → охлаждение до 25 °C → повторный нагрев до 110 °C. Технология ISBM полностью исключает охлаждение. Исследования в области технологического проектирования, сравнивающие эквивалентные форматы контейнеров, неизменно показывают ISBM потребляет на 15–251 ТП3Т меньше энергии на бутылку. благодаря исключению этапа повторного нагрева.

Преимущество в энергоэффективности полностью электрических машин усиливается многократно. Полностью электрическая ракета-носитель ISBM HGY50-V3-EV Заменяет гидравлические насосы непрерывного действия серводвигателями, работающими по требованию и потребляющими энергию только во время активного привода, что снижает общее энергопотребление машины примерно на 40% в сравнении с гидравлическими аналогамии, следовательно, это одна из самых энергоэффективных платформ для производства ПЭТ-бутылок из доступных на рынке.

Материалы ISBM могут быть переработаны.

ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ Это доминирующая смола ISBM — низкая стоимость сырья, хорошо изученное двуосное ориентационное поведение и широкие нормативные разрешения для контакта с пищевыми и фармацевтическими продуктами. Используется для розлива в бутылки холодного отжима. IV 0,72–0,78 дл/г; для горячего наполнения требуется смола с более высоким IV (0,80–0,85 дл/г) для достижения необходимой термической кристалличности, позволяющей выдерживать температуру наполнения 85–95 °C.

ПЭТГ ПЭТ (ПЭТ, модифицированный гликолем) обеспечивает кристальную прозрачность в толстостенных контейнерах, чего невозможно достичь с помощью стандартного ПЭТ без помутнения, что делает его материалом по умолчанию для косметических баночек премиум-класса. Сомономер гликоля нарушает кристаллизацию, сохраняя ПЭТГ в постоянно аморфном состоянии и прозрачным, как стекло, независимо от толщины стенок.

Тритан Продукция компании Eastman Chemical стала стандартом для детских бутылочек без бисфенола-А, поскольку сочетает в себе прозрачность, подобную ПЭТГ, с более высокой прочностью. Т_г Температура ~98 °C и повышенная ударопрочность. Для обработки тритана требуется... Регулировка температуры ствола с точностью ±1 °C — Недостаточная однородность приводит к пожелтению, наиболее распространенному дефекту качества Tritan ISBM. Более тяжелые заготовки, которые требуются для Tritan (его плотность выше, чем у ПЭТ), означают, что HGY150-V3 с объемом инъекции 315 г является подходящей платформой для большинства программ по использованию детских бутылочек из тритана.

Контейнеры, которые производит ISBM: лучшие

Технология ISBM не является оптимальным решением для каждого типа контейнеров. Наилучшее сочетание качества и экономичности она обеспечивает в тех случаях, когда её присущие свойства — чистота за один этап, двухосная ориентация и точная обработка горловины — напрямую отвечают требованиям к упаковке. Двухэтапная технология REHB превосходит ISBM при очень больших объемах производства отдельных товаров, где использование специализированной многогнездной оснастки оправдывает более высокие капитальные затраты.

3-станционные и 4-станционные ISBM-машины

Трехпозиционные станки — Компактный стандарт

Поворотный стол перемещает три комплекта заготовок. В любой момент времени: комплект A подвергается впрыску, комплект B проходит кондиционирование, комплект C выдувается — и после открытия выдувной станции готовые бутылки выталкиваются до того, как стол продвинется дальше. Трехпозиционные машины, такие как машина компании Korea Ever-Power, HGY50-V3, HGY50-V3-EV, и HGY150-V3 Они являются стандартом для программ с 1–6 ячейками в косметической, фармацевтической, детской и премиальной пищевой промышленности. Их габариты — от 2500×1100 мм до 4200×1400 мм — позволяют разместить их в стандартных корейских производственных цехах и фармацевтических чистых помещениях без каких-либо структурных изменений.

Четырехстанционные автоматы — независимая система синхронизации времени на каждой станции.

Четырехпозиционная машина разделяет процесс выталкивания на отдельные станции, обеспечивая четыре активных положения: впрыск → кондиционирование → выдувание → извлечение. Такая архитектура позволяет станциям впрыска и выдувания работать независимо друг от друга по собственному расписанию — это полезно, когда для больших объемов впрыска требуется больше времени, чем для цикла выдувания, или когда требования к выдержке в процессе кондиционирования значительно отличаются от длительности цикла впрыска. Четырехпозиционные машины обычно поддерживают большее количество ячеек (до 12) и являются предпочтительной платформой для крупноформатной упаковки и программ с большим объемом производства одной товарной позиции.

Основные технические характеристики машины: пояснение

Понимание того, что представляет собой каждая спецификация физический контроль — вместо того, чтобы рассматривать это как число в таблице, — позволяет проводить обоснованное сравнение различных моделей машин и производителей.

Часто задаваемые вопросы

Заключение — Подходит ли технология ISBM для вашего производства?

Литье под давлением с растяжением и выдувным формованием Это стандартный производственный процесс для любого применения, где качество поверхности бутылки, точность горлышка, структурные характеристики или совместимость с чистыми помещениями являются обязательными требованиями. Корейские и люксовые косметические бренды используют его, потому что ни один другой процесс не обеспечивает необходимого им сочетания прозрачности ПЭТГ и совершенства поверхности. Фармацевтические производители используют его, потому что производство, соответствующее требованиям GMP, без загрязнения при обработке преформ является нормативной необходимостью, а не предпочтением. Производители детских товаров используют его, потому что только одноэтапный ISBM гарантирует отсутствие загрязнения на пути от смолы до готовой упаковки.

Там, где двухэтапная технология REHB превосходит конкурентов — при очень больших объемах производства одной модели с использованием специализированной многогнездной оснастки — ISBM остается конкурентоспособной. производители, выпускающие продукцию с несколькими артикулами, новые участники рынка и масштабирование производства от прототипа до серийного выпуска.Благодаря тому, что время смены пресс-форм составляет 20–35 минут для опытной бригады, одна машина ISBM, производящая 15 различных форматов контейнеров по очереди, часто превосходит двухэтапные альтернативы по общей гибкости производства и стоимости оснастки для каждого формата.

Для большинства покупателей практический вопрос заключается не в этом. ли Технология ISBM — это правильный процесс, и она почти всегда подходит для описанных выше задач, — но важно выбрать станок, характеристики которого соответствуют производительности впрыска, высоте бутылки, количеству полостей, типу привода и стандарту пресс-формы, необходимым для вашей конкретной производственной программы.

Редактор: Cxm