יישום ופיתוח של פוליפרופילן לעיצוב תרמי בתחום האריזה

1. עקרונות בסיסיים ומאפיינים של תרמופורמינג

תרמופורמינג היא שיטת עיבוד פלסטיק מיוחדת לעיבוד יריעות תרמופלסטיות למוצרים שונים. יריעת התרמופלסטית מחוממת לריכוך ולאחר מכן מפעילה לחץ (ואקום או לחץ חיובי) כדי לגרום ליריעת התרמופלסטית לפעול על פני התבנית ולקבל צורה דומה לזו של פני התבנית, ולאחר קירור ועיצוב, המוצר נחתך לקבלת הצורה הרצויה. תרמופורמינג הוא מהיר ואחיד, עם זמן מחזור יציקה קצר ועלות יציקה נמוכה, מתאים לאוטומציה וזמן ייצור ארוך, ונחשב לשיטת העיבוד היעילה ביותר עם עלות היחידה הנמוכה ביותר מבין שיטות יציקת הפלסטיק. במיוחד עם השיפור המתמיד של תהליכי וציוד התרמופורמינג והתערבות של סימולציות מחשב, תרמופורמינג הפך לשיטת העיבוד העיקרית המתחרה בהזרקה ובניפוח. בשנים האחרונות חלה התקדמות חדשה בציוד עיבוד תרמופורמינג. ג'ימין הציג את ציוד ותהליכי התרמופורמינג שהוצגו ב-K2013 בגרמניה, שם מהירות, גמישות, טכנולוגיית בקרה והפחתת עלויות הפכו לנושאים מרכזיים עבור ציוד חדש לתרמופורמינג באריזה ובתעשייה.

הסוגים העיקריים של עיצוב תרמי הם: עיצוב בוואקום, עיצוב בלחץ, עיצוב בסיוע בוכנה ושילובים שלהם. ישנם יותר ויותר מוצרים תרמופורמים בשוק, כגון כוסות, צלחות, מגשי אוכל, צעצועים, כובעים וקסדות, חלקי מכשירי חשמל ביתיים וכן חלקי רכב, חלקים דקורטיביים אדריכליים, ציוד כימי וכו'. בהשוואה ליציקה בהזרקה, לעיצוב תרמי יש יתרונות של יעילות ייצור גבוהה, השקעה נמוכה בציוד ויכולת לייצר מוצרים בעלי שטח פנים גדול. הפלסטיק העיקרי המשמש בעיצוב תרמי הוא פוליסטירן (PS), פוליוויניל כלוריד (PVC), פוליאולפינים כגון PE, PP, פוליאקרילטים (PMMA) ותאית כגון ניטרוצלולוז (NC), תאית אצטט (CA) וכו'. פלסטיקה הנדסית כגוןאקרילוניטריל-בוטדיאן-סטירן (ABS)משמשים גם כן. פלסטיק סטירן (ABS), פוליקרבונט (PC) וכו'. פיתוח PP בעל ביצועים גבוהים כגון שקיפות גבוהה, חוזק התכה גבוה ועיוות נמוך קידם את היישום והפיתוח של PP בתחום התרמופורמינג.

2. מצב שוק אריזות תרמופורמינג מקומיות

ישנן יותר מ-3,000 חברות אריזות תרמופורמינג מקומיות, מתוכן יותר מ-300 בעלות תפוקה שנתית של מעל 1,000 טון. כ-70% מהמפעלים בעלי כושר ייצור שנתי של אלפי טון הם יריעות המיוצרות באופן עצמאי ומשלבות מוצרים תרמופורמטיביים. PS (OPS) ופוליאתילן טרפתאלט (PET) הם היריעות העיקריות המועברות למיקור חוץ, בעוד שכמה מפעלים בעלי יכולת לייצר יריעות PP, PS ו-PVC משלהם ומפעלים קטנים ממכרו את היריעות שלהם למיקור חוץ. מוצרים תרמופורמטיביים משמשים בעיקר באריזות מזון, אריזות שאינן מזון ויריעות חתוכים, והדרישות לחומרי גלם משתנות מיישום ליישום.

3. פיתוח PP לעיצוב תרמי

יישומי תרמופורמינג מקומיים של PP החלו בשנות ה-1990 והתפתחו במהירות בשנים האחרונות, עם קצב צמיחה שנתי של כ-10%. כיום ישנם יצרני אריזות פלסטיק תרמופורמינג גדולים ומפורסמים רבים בסין, כמו Japan Central Chemical, שבנו מפעלים בסין והכניסו אותם לייצור, ומוצריהם מתמקדים בעיקר במוצרי אריזות פלסטיק תרמופורמינג בינוניים ויוקרתיים. נכון לעכשיו, קיים מחסור בחומרי PP מיוחדים לתהליך תרמופורמינג בסין. יצרני מוצרי תרמופורמינג מקומיים רוכשים בדרך כלל T30S ושרפים אחרים למטרות כלליות שעברו שינוי, אך במוצרים המתקבלים באמצעות שינוי לאחר ייצור בקנה מידה תעשייתי, ישנה בקרה לא אחידה של תוספים, תכונות מתיחה שאינן עומדות בדרישות, עובי דופן המיכל לא אחיד בתרמופורמינג, ציפוי שחול, קלנדרינג, קיפול קצה ועוד בעיות, מה שגורם לקושי לעמוד בדרישות האיכות הגבוהות והגבוהות של היישום, אך גם לקושי לעמוד בדרישות האיכות הגבוהות והגבוהות, וזה גם מגביל את יעילות הייצור של מפעלי עיבוד במורד הזרם.

חומרים מיוחדים לעיצוב תרמו בחו"ל הם בעיקר הומופולימרים, קופולימרים אקראיים שקופים הם פחותים, ולחלק מהכיתות יש מחזורי ייבוא ​​ארוכים, כך שיצרני עיצוב תרמו מקומיים משתמשים לעתים רחוקות בחומרים מיובאים. ייצור היריעות הקיים של יצרני מוצרי עיצוב תרמו הוא בעיקר יריעות ברוחב 600 מ"מ, עם התקדמות טכנולוגיית מכונות היציקה, רוחב היריעות גדל, והרוחב הרחב ביותר יכול להיות יותר מ-1000 מ"מ, כך שיכולת עמידות היריעות בפני התכה מציבה דרישות גבוהות יותר. הפתרון בתעשיית המוצרים התרמו-פורמינג הוא להוסיף אחוז מסוים של פוליאתילן בצפיפות גבוהה (PE-HD) לפוליאתילן רגיל כדי לשפר את עמידות היריעות בפני שקיעת התכה, אך שיטה זו תגרום לערבוב לא אחיד ולשקיפות מוגבלת של המוצרים. לתעשיית עיצוב התרמו מקומית יש ביקוש דחוף יותר ויותר לחומרי גלם של PP בעלי ביצועים גבוהים ושקיפות גבוהה במיוחד.
לפני 2012, המחקר והפיתוח של חומרי תרמופורמינג שקופים במיוחד בסין פיגרו מאחור יחסית. באותה תקופה, מצב המחקר והפיתוח של חומרי תרמופורמינג מיוחדים מקומיים מופיע בטבלה 2.

אף אחד מהחומרים המיוחדים הללו לא עבר עיבוד נוסף לצורך חוזק ההיתוך הגבוה יותר ופיזור המשקל המולקולרי הרחב יותר הנדרשים לעיבוד תרמופורמינג, וחלקם לא יוצרו בקנה מידה גדול.

בשנים האחרונות, טיאנג'ין פטרוכימיקלים המשיכה לפתח חומרים מיוחדים בתחום התרמופורמינג של PP, והשיגה יתרונות כלכליים וחברתיים משמעותיים, והוסיפה צבע לתחום נישה זה של התרמופורמינג.

טבלה 4 מציגה את חומרי ה-PP המיוחדים לעיצוב תרמי שפותחו על ידי מספר מפעלים פטרוכימיים בשנים האחרונות, אשר פותחו על ידי Shanghai Ru Xia New Material וכל מפעל פטרוכימי עבור דרישות שונות במגזרים שונים של עיצוב תרמי. יצרני מוצרי העיצוב התרמי במורד הזרם מפוזרים באופן נרחב, ריכוז התעשייה נמוך, ישנם מעט מפעלים מעל לקנה המידה, והביקוש למוצרים במורד הזרם מגוון, ולמפעלים הפטרוכימיים יש תוכניות משלהם לתזמון הייצור, כך שעדיין קיימים קשיים מסוימים בתיאום טוב עם התעשיות במעלה ובמורד הזרם, אך כיוון הפיתוח של תעשיית העיצוב התרמי הוא לייצר מוצרים במורד הזרם מובחנים מצד אחד, ולהשתמש בחומרים מיוחדים לייצור מצד שני, על מנת לשפר את איכות המוצר ולשפר את יציבות איכות המוצר. הפיתוח והיישום של חומרים מיוחדים לעיצוב תרמי עדיין מבטיחים.