Линия экструзии PLA листов для одноразовой посуды

Когда говорят про линию экструзии PLA листов для посуды, многие сразу думают — ну, взял гранулы, расплавил, выдавил, намотал. Вроде бы всё просто, как с тем же ПЭТ или ПП. Но именно в этой кажущейся простоте и кроются основные подводные камни, из-за которых на старте многие, включая нас самих лет десять назад, получали не кондиционный лист — то мутный, то с пузырями, то с волнистостью, которая потом в термоформе убивает всю геометрию стаканчика.

Специфика материала PLA и почему стандартный подход не работает

PLA — материал капризный. Его температурный коридор для переработки узкий, да ещё и чувствительность к влаге выше, чем у многих других полимеров. Если гранулы не просушить как следует — а речь идёт о глубокой сушке до уровня влажности ниже 200 ppm — то на выходе получится лист с микропорами и характерным хрустом при разрыве. Это первое, с чем столкнулись мы, когда только начали экспериментировать с биоразлагаемой посудой. Обычный сушильный бункер для ПП здесь не подходит, нужна двухступенчатая система с дессикантом и точным контролем точки росы.

Второй момент — деградация. PLA при перегреве или слишком длительном пребывании в расплаве начинает терять молекулярную массу, желтеть и становиться хрупким. Поэтому в линии экструзии критически важна точность термопар и минимальное время пребывания материала в цилиндре экструдера. Мы на своих линиях, например, используем цилиндры с соотношением L/D 36:1 или даже 40:1, но с чётко зонированным подогревом и быстрым, но плавным пластикатом.

И третье — кристаллизация. В отличие от ПЭТ, который нужно активно охлаждать, PLA при быстром охлаждении даёт аморфный, прозрачный лист, что как раз и нужно для посуды. Но если система калибровки и валков настроена неправильно, возникают внутренние напряжения. Посуда потом, при контакте с горячим, может деформироваться. Приходилось долго подбирать температурный профиль по трём секциям валов — здесь нельзя просто скопировать настройки с линии для АБС.

Конструктивные узлы линии: где чаще всего ошибаются

Если разбирать линию по косточкам, то начинать нужно с экструдера. Для PLA обычно хватает одношнекового, но шнек должен быть со специальным профилем — не агрессивным, чтобы не перетирать материал. Мы в Qingdao RuiHang Plastic machinery после серии испытаний пришли к использованию комбинированных шнеков с зонами смешения и вытеснения, которые обеспечивают гомогенный расплав без перегрева. Это наша собственная разработка, которую мы отрабатывали несколько лет.

Фильера — это отдельная история. Для листа под термоформинг её геометрия должна обеспечивать равномерное распределение расплава по всей ширине. Малейшая асимметрия — и лист будет разной толщины, что фатально для автоматического формования. У нас был случай на пуско-наладке линии у заказчика в Турции — лист шёл волной. Оказалось, проблема была не в самой фильере, а в недостаточной жёсткости её крепления к экструдеру, из-за вибрации возникала ?дрожь?. Усилили конструкцию — проблема ушла.

Система валов — каландр. Здесь ключевое — точность регулировки зазоров и температура каждого вала. Верхние валы задают гладкость поверхности, нижние — финальную калибровку толщины. Мы всегда рекомендуем систему независимого привода для каждого вала и прецизионные термоконтроллеры. Экономия на этом этапе приводит к тому, что лист невозможно стабильно намотать в рулон без перекосов.

Вопросы автоматизации и стабильности процесса

Производство одноразовой посуды — это массовый выпуск. Линия должна работать сутками, а значит, стабильность — святое. Самый уязвимый узел с точки зрения стабильности — это система подачи и дозирования гранул. Даже небольшие колебания в насыпной плотности сырья из-за разной партии могут привести к колебаниям производительности и, как следствие, толщины листа. Мы в своих комплектациях ставим весовые дозаторы Loss-in-Weight, которые в реальном времени компенсируют эти колебания. Это дороже, но зато клиент не теряет тонны материала на настройку при смене сырьевой партии.

Ещё один момент — намотка. Рулон PLA-листа — продукт тяжёлый. Если намоточное устройство не имеет системы постоянного натяжения с обратной связью, внутренние слои рулона могут деформироваться под давлением. Потом при размотке на термоформере лист будет идти рывками. Пришлось интегрировать в наши линии намотчики с пневматическим прижимом и цифровым контроллером натяжения. Это, кстати, стало одним из ключевых аргументов для нашего партнёра в Польше, который выбирал между нами и итальянским поставщиком.

И конечно, общий контроль. Современная линия — это не набор отдельных машин, а единый комплекс. Все параметры — от температуры в зонах экструдера до скорости намотки — должны быть выведены на один пульт. Мы разработали собственную SCADA-систему, которая не только показывает данные, но и строит тренды. Оператор видит, что, например, температура в зоне дозирования начала ползти вверх за последний час, и может принять меры до того, как пойдёт брак. Это результат нашего более чем 15-летнего опыта, когда мы поняли, что продать машину — это полдела, а вот обеспечить клиенту стабильный процесс — это то, что действительно создаёт репутацию.

Практические кейсы и выводы, которые не найдёшь в учебниках

Вот, к примеру, история с одним нашим заказчиком в России. Они закупили линию экструзии PLA листов у нас, смонтировали, запустили. Всё хорошо, но через месяц жалуются: лист после хранения на складе (неотапливаемом) стал более хрупким. Стали разбираться. Оказалось, проблема не в линии, а в логистике и хранении. PLA, особенно аморфный, чувствителен не только к влаге, но и к низким температурам. При температуре ниже +10°C он начинает терять ударную вязкость. Пришлось совместно разрабатывать рекомендации по хранению сырья и готовых рулонов. Это тот случай, когда производитель оборудования должен понимать процесс целиком, а не только свой участок.

Другой пример — работа с регранулятом. Многие хотят использовать технологические обрезки, это логично. Но PLA после термоформинга уже подвергся тепловой истории, и его повторная переработка в чистом виде на той же линии, что и первичный материал, ведёт к падению качества. Мы советуем либо отдельную, более простую линию для регранулята, либо строгое дозированное подмешивание не более 15-20% к первичному сырью. И обязательно с усиленной фильтрацией расплава.

Так что, возвращаясь к началу. Линия экструзии PLA листов для одноразовой посуды — это не просто экструдер с набором валов. Это тонко настроенная система, где важно всё: от конструкции шнека до логистики готовой продукции. За 15 лет, поставив более 300 линий по всему миру, мы в Qingdao RuiHang Plastic machinery убедились, что успех кроется в деталях. И главная из этих деталей — не пытаться адаптировать оборудование для других полимеров под PLA, а проектировать его изначально с учётом всей специфики этого непростого, но перспективного материала.