ما هي تقنية التعبئة الساخنة لزجاجة PET؟

1. بنية PET

يشير مصطلح PET إلى بولي إيثيلين تيريفثالات، وهو مكون من ثلاثة عناصر: الكربون والهيدروجين والأكسجين. التركيب الجزيئي كما يلي: يُصنع PET عادةً عن طريق الأسترة المباشرة أو الأسترة المتبادلة لحمض التيريفثاليك (PTA) أو ثنائي ميثيل تيريفثالات (DMT) مع إيثيلين جليكول (EG) لإنتاج مونومرات PET، يليها تكاثف متعدد في الحالة الصلبة. معادلة التفاعل الكيميائي هي كما يلي:

nHOOC-C6H4-COOH nHOCH2CH2OH---CO-C6H4-COO CH2CH2-O-]n+nH2O

2. الخصائص الفيزيائية للـPET

يُقسّم البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) إلى بوليمر متجانس وبوليمر مشترك وفقًا لطرق البلمرة، ويُصنّف إلى بولي إيثيلين تيريفثالات نسيجي، وبولي إيثيلين تيريفثالات مُخصص للزجاجات، وبولي إيثيلين تيريفثالات مُخصص للصفائح وفقًا لاستخداماته. يُمكن تقسيم البولي إيثيلين تيريفثالات المُستخدم في القولبة بالنفخ إلى بوليمرات متجانسة وبوليمرات مشتركة. تتميز البوليمرات المتجانسة بلزوجة ونقطة انصهار أقل من البوليمرات المشتركة، حيث تتراوح قيمة IV بين 0.75 و0.83، بينما تتراوح قيمة IV بين 0.75 و0.90. بشكل عام، تُستخدم البوليمرات المتجانسة أو البوليمرات المشتركة ذات قيمة IV المنخفضة كمواد خام لإنتاج زجاجات البولي إيثيلين تيريفثالات المُعبأة بالحرارة.

3. الخصائص الكيميائية للـPET

3.1 تفاعل التحلل المائي في ظل درجات الحرارة العالية أو الضغط العالي أو الظروف القلوية، يكون PET عرضة للتحلل المائي، مما يؤدي إلى كسر سلسلة البوليمر الجزيئية PET، وانخفاض الوزن الجزيئي (أي انخفاض في IV)، وانخفاض في الخصائص الميكانيكية.

3.2 تفاعل التحلل الحراري: مادة PET عرضة لتفاعلات التحلل في درجات الحرارة العالية، مما يؤدي إلى تكوين الأسيتالديهيد وثاني أكسيد الكربون. لذلك، أثناء عملية ضبط الحرارة العالية لنفخ الزجاجة، يجب الحرص على ضبط درجة الحرارة لتجنب تركيز مرتفع للغاية من الأسيتالديهيد.

زجاجات PET المُعبأة بالحرارة هي زجاجات تُستخدم لإنتاج المشروبات المُعبأة بالحرارة بدرجة حرارة تزيد عن 75 درجة مئوية. بالمقارنة مع زجاجات PET العادية، تتميز هذه الزجاجات بمقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة الانكماش، ومقاومة ضغط الفراغ. حاليًا، الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج زجاجات PET المقاومة للحرارة هي التجميد على درجة حرارة عالية، مما يزيد بشكل رئيسي من تبلور زجاجات PET، مما يجعلها قادرة على تحمل درجات حرارة أعلى. بشكل عام، كلما زادت درجة التبلور، زادت مقاومة زجاجات PET للحرارة، وانخفض امتصاصها للماء، مما يؤدي إلى حفظ أفضل.

يُظهر PET حالات ميكانيكية مختلفة عند درجات حرارة مختلفة. فعند درجة حرارة أقل من 78 درجة مئوية، يُظهر PET حالة زجاجية، وعند درجة حرارة تتراوح بين 78 و245 درجة مئوية، يُظهر حالة مرنة عالية، وعند درجة حرارة أعلى من 245 درجة مئوية، يُظهر حالة تدفق لزجة. في الحالة الزجاجية، تكون جزيئات PET نشطة نسبيًا، ويمكن لسلاسلها الجزيئية أن تتحرك وتنتظم لتكوين حالة بلورية. تتراوح درجة الحرارة المطلوبة للمعالجة الحرارية التبلورية لـ PET عادةً بين 78 و220 درجة مئوية.

في الإنتاج، تُستخدم طريقتا النفخ الأولي والثانوي بشكل رئيسي للمعالجة الحرارية. تبدأ طريقة النفخ الثانوي بنفخ القالب الأولي إلى حجم أكبر، ثم تسخينه إلى حوالي 200 درجة مئوية، ثم تقليصه، وأخيراً نفخه إلى شكل الزجاجة النهائي. تتميز هذه الطريقة بدرجة تبلور عالية ومقاومة حرارية أفضل من طريقة النفخ الأولي. ومع ذلك، نظرًا لكبر حجم المعدات المساعدة وتعقيدها، فإن المساحة الكبيرة والطاقة الحرارية المطلوبة عالية، مما يؤدي إلى زيادة إجمالي تكاليف التشغيل. لذلك، نستخدم حاليًا طريقة النفخ الأولي، التي تستخدم آلة نفخ زجاجات التعبئة الساخنة Vfine للإنتاج. تتطلب طريقة النفخ الأولي تسخين القالب إلى 90-170 درجة مئوية. عند شد القالب الأولي إلى شكل قالب النفخ الساخن، تستغرق عملية التبلور من عدة ثوانٍ إلى أكثر من 10 ثوانٍ. يمكن أن تصل الزجاجة المنفوخة بواسطة آلة نفخ زجاجات Vfine إلى أقصى درجة حرارة مقاومة للحرارة تبلغ 93 درجة مئوية.

٤.١ تحسين معدل تبلور الزجاجة: أثناء عملية الإنتاج، تعتمد زيادة معدل تبلور الزجاجة بشكل أساسي على رفع درجة حرارة التثبيت الحراري وإطالة وقت التبلور. يؤثر معدل التبلور بشكل كبير على معدل امتصاص الماء في مادة البولي إيثيلين تيرفثالات (PET). كلما ارتفع معدل التبلور، قلّ امتصاص الزجاجة للماء في نفس ظروف درجة الحرارة والرطوبة.

٤.٢ تقليل امتصاص الرطوبة في الهواء: بفضل خصائص امتصاص الرطوبة، يمتص البولي إيثيلين تيرفثالات (بما في ذلك الرقائق، والقوالب الجاهزة، والزجاجات) الموضوعة في الهواء الرطوبة من الهواء. كلما طالت مدة وضعها، زادت كمية الماء التي تمتصها. يؤثر محتوى الرطوبة في البولي إيثيلين تيرفثالات بشكل مباشر على أدائه. بالنسبة لزجاجات التعبئة الساخنة، يؤثر ذلك على درجة حرارة مقاومة الزجاجة للحرارة. كلما ارتفع محتوى الرطوبة، انخفضت درجة حرارة مقاومة الزجاجة للحرارة. بشكل عام، بالنسبة لزجاجات التعبئة الساخنة، من إنتاج القوالب الجاهزة إلى تعبئة المشروبات، تعتمد مقاومة الزجاجة للحرارة بشكل أساسي على نسبة الرطوبة فيها. لذلك، تُطبق شروط تخزين صارمة للغاية.

5. عملية إنتاج زجاجات التعبئة الساخنة

يشبه مبدأ إنتاج زجاجات PET الساخنة عمليًا مبدأ إنتاج زجاجات PET العادية، إلا أن عملية الإنتاج وظروفه أكثر تعقيدًا. حاليًا، تعتمد شركتنا بشكل رئيسي على عملية إنتاج النفخ لمرة واحدة والتمدد ثنائي المحور عالي الحرارة. وفيما يلي عملية الإنتاج الرئيسية: يتضمن إنتاج زجاجات PET الساخنة خطوات إضافية، مثل تسخين القالب وتبريد الهواء والتمدد على مرحلتين، مقارنةً بزجاجات PET العادية، مما يزيد من تعقيد عملية نفخ الزجاجات. في الوقت نفسه، نظرًا لطول فترة التبلور المطلوبة للزجاجات أثناء عملية النفخ، فإن سرعة نفخها أبطأ بكثير من زجاجات PET العادية. تجدر الإشارة إلى أن أداء المنتج يرتبط ارتباطًا وثيقًا بسرعة إنتاج نفخ الزجاجات. وبشكل عام، كلما انخفضت السرعة، كان أداء المنتج أفضل.

5.1 معلمات العملية الرئيسية هي كما يلي:

5.1.1 سرعة النفخ

خذ زجاجة تعبئة ساخنة سعة 0.5 لتر كمثال، سرعة نفخ كل آلة نفخ الزجاجات هي: 500-700 لكل تجويف.

5.1.2 درجة حرارة القالب

درجة حرارة القالب: 110-160 درجة مئوية (الجيل الأول) 130-170 درجة مئوية (الجيل الثاني) درجة حرارة القالب السفلي: 70-120 درجة مئوية

5.1.3 مبدأ تسخين القالب المسبق

حاول زيادة نسبة أنابيب الإضاءة في المنطقة القابلة للتعديل بفرن التسخين، وقلل عدد أنابيب الإضاءة العاملة. ستساعد زيادة درجة حرارة القالب المسبق على تقليل الإجهاد الناتج عن نفخ الزجاجات، وتحسين مقاومتها للحرارة.

5.1.4 تعديل السعة

يرتبط حجم السعة بدرجة حرارة القالب ووقت نفخ الزجاجة ووقت تبريد الهواء وتصنيع القالب. على سبيل المثال، إذا كانت السعة صغيرة جدًا، فيمكن خفض درجة حرارة القالب، ويمكن تحريك كاميرا إنهاء نفخ الزجاجة إلى الأمام، ويمكن زيادة وقت تبريد الهواء، ويمكن إزالة شرائح السعة لجسم القالب.