成型食品包装的薄壁注塑技术

作者:尧进昌 文章来源:广东伊之密精密机械有限公司 发布时间:2011-08-12

在食品包装领域,已越来越多地使用可回收利用的塑料来生产包装用品。这些用品通常为薄壁塑料制品,出于壁厚方面的特殊要求,需要采用薄壁注塑技术进行生产。本文讨论了生产此类用品的薄壁注塑成型的特点和对原料、设备的要求,并介绍了广东伊之密精密机械有限公司所开发的SC系列包装专用高速注塑成型机。

在以往的食品包装领域,采用的材料主要是泡沫塑料,但这种材料的使用会带来很多问题。首先,泡沫塑料本身含有有毒物质,可能会对人体产生危害。另外,食品经常需要在微波炉中进行加热,而泡沫塑料却不能采用这种加热方式。同时,这种包装在废弃时不可回收,因而污染严重。近年来,随着生活水平的提高,人们越来越关心食品及其包装的卫生与安全状况,国家也加大了对环保塑料的使用以及塑料的可回收利用方面的关注力度,食品包装盒的材料逐渐变为可回收利用的塑料(代表性材料为食品级的PP材料)。

一般来说,在不同的使用条件下,食品包装用品需要满足不同的要求:

1. 加热条件下(微波炉、盛装开水等高温物体):应具有耐高温(130℃)和厚度均匀性(壁厚偏差≤20mm)两大性能。因为如果包装内为非流质食品,则加热时食品温度会高于100℃。同时,不管包装内为非流质或流质食品,拥有较小厚度偏差的包装材料在加热时,其热膨胀量均一、热变形偏差小,从而不至于产生破裂和漏液等现象。

2. 冷冻条件下(在北方、冰箱和冷冻柜环境中):应具有耐低温性(-40℃),且在低温环境下能保持良好的韧性和耐压性。包装用品处于低温环境中时,如果出现物性脆化的现象,则会产生漏液的风险,同时,包装内的液体冰化导致体积膨胀,从而也会使包装产品发生变形、破裂和漏液等现象。同样,为了避免这些情况出现,在制品注塑成型时,其壁厚的偏差需要≤20mm。

3. 直接与人体(手、嘴或舌等)接触:这种情况下,需要包装制品的飞边程度≤20mm,且手感比较平滑、不刮手。

食品包装用品注塑成型的特点

如今,生产食品包装用品采用的成型方式较多,其中,注塑成型由于其成本低、成型周期快且产品种类可随意变换等特性,已经成为食品包装用品生产的主流方式。而由于壁厚方面的特殊要求,通常采用薄壁注塑技术。薄壁注塑成型的具体优势体现在以下几个方面:

1. 成型周期快。为确保生产利益,此类产品的生产周期越来越快,这也是食品包装行业共同追求的目标。目前,国外知名的设备和模具厂商的成型周期为6s/shot。值得一提的是在国内,广东伊之密精密机械有限公司(以下简称“伊之密”)已将成型周期缩短到了5s/shot。

2. 开合模速度快,开模停止位置定位准确。为了实现快速成型,对开合模速度的要求很高,大约在0.3~0.4s内完成。同时开模动作与脱模动作应同步进行,以进一步缩短生产周期。另一方面,要求开模停止位置定位准确。一般,在生产该类产品时,自动化程度很高,近乎于无人化生产。为配合达到此目的,生产系统大多装配了高性能的机械手(有的成型甚至将贴标签也一步完成,即实现模内贴标—IML的成型方式),为保证机械手取出准确,因此注塑机的开模停止位置必须定位准确。

3. 高速、高效且高性能塑化。由于成型周期短,因此要求塑化的速度也快(约0.6~0.7s完成),即实现高速高效的塑化。同时,为了确保注塑的稳定性,还要求每一模塑胶原料的塑化效果非常好,且相当均匀。

4. 深腔注塑成型、L/T比值很大。一般,食品包装类用品的壁薄,在成型时其注塑流动长较长,因此,注塑机不但要将塑胶原料塑化良好,而且还应具有足够的注塑动力。另外,为使产品成型后的毛边程度≤20mm,注塑机在每一模注塑成型时,必须达到极高的精度控制。

5. 低压合模保护效果好。由于产品成型周期快(6s)、合模(包含低压模具保护)总时间短(0.4s),因此在成型过程中,难免会发生取出失败、或者模具某一零部件松脱的情况。为避免因为这些因素而在高速合模的过程中发生模具损坏的危险,就要求注塑机具备近乎完美的低压模具保护的效果,使得即使出现了以上所述不良状况,也不会导致模具损坏。

6. 高压锁模时压力稳定、准确。一方面,为确保成型制品的飞边程度≤20mm,要求注塑机的锁模压力精准。另一方面,成型品生产时,自动化程度高,为确保高速生产中注塑成型品的品质连续稳定,要求注塑机的高压锁模压力在每一模都连续稳定。

7. 自动化程度高。由于采用了无人化生产,注塑成型制品的品质无法人为控制,只能依靠注塑机“零不良率”的生产方式,因此注塑机必须满足以下几个要求:

(1)产品生产的重复精度高;

(2)注塑终点稳定、精准;

(3)注塑量稳定、精准;

(4)注塑压力稳定、精准;

(5)脱模高效、顺畅。

对原料的要求

生产食品包装类用品所需的原料必须满足两个要求;一是,注塑成型的原料必须为食品级;二是,原料的流动指数高,一般要达到50cm3/10min以上。

对注塑机的要求

作为生产食品包装用品的注塑机,其性能必须符合前文所提到的各项具体成型要求。除此之外,对注塑机还有一些其他方面的要求。

在料管的温度控制方面,由于塑化时间短,因此在塑化过程中,原料吸热大,特别是下料段的吸热非常大,塑胶原料在塑化的过程中,温度可能会出现波动,从而导致产品生产不稳定。为避免这种现象的发生,要求注塑机的温度控制相当准确。

为确保在高速成型的环境下,模具具有良好的冷却效果,要求注塑机配备足够的冷却循环系统,以达到较快的冷却速率。

为确保注塑机的各个动作高速、准确,要求机器所配电脑的扫描速度相当高。

另外,注塑机在高速运转的过程中,其机械部分有可能会因“疲劳”而产生变形和损坏,故注塑机的各个机械部件都应具备非常好的刚性。

在用于生产食品包装用品的薄壁注塑技术领域,伊之密拥有多年的研发经验,早在2005年就推出了非常适用于该成型领域的专用注塑设备——SC系列包装专用高速注塑成型机。该设备针对食品包装的薄壁成型,专门配备了各个控制系统,性能极其优越:

1. 其控制系统采用了美国BBC 电脑,可确保各个动作的高速扫描,从而保证其动作的高速和精准度。

2. 该系列注塑机具有高刚性的机械结构,可保证生产过程中高速运行的平稳度。

3. 具有分离型高混炼塑化系统,其螺杆长径比为24:1,以确保优质、高效的塑化。

4. 精密的伺服注塑系统,可提供精密且高速的伺服注塑动力。

5. 具有精密的开合模系统。

6. 采用压差控制的低压模具保护系统,且配备了高精度的传感器在线检测合模压力,使得一旦碰到异物便可及时反馈,从而立即做出处理,以达到理想的模具保护效果。

7. 其同步动作性能有利于减少成型工序,从而大大缩短成型周期。

8. 该注塑机的冷却系统加大了运水系统,确保成型品的高效冷却。

9. 其温度控制系统采用了高速扫描的PID温度控制系统与陶瓷加热圈相配合,以确保产品成型时温度的稳定性。

SC系列包装专用高速注塑成型机的薄壁注塑技术为包装用品的注塑成型提供了更为全面的解决方案,从而确保了产品能够实现高速、高效、高品质、安全且稳定的全自动生产。

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