Lo stampaggio a iniezione è una delle tecnologie di produzione più importanti della moderna industria delle materie plastiche. Con la crescente attenzione alla tutela dell'ambiente e alla ricerca di un mondo sostenibile, sono diventate popolari le tazze monouso in PET (polietilene tereftalato) e PLA (acido polilattico). Questi materiali non solo hanno eccellenti proprietà fisiche, ma soddisfano anche i requisiti ambientali. Dove e come si possono utilizzare le macchine per lo stampaggio a iniezione per produrre bicchieri in PET e PLA? Questo articolo esplorerà la questione da diversi punti di vista, comprese le proprietà dei materiali, processi di stampaggio a iniezione, requisiti delle apparecchiature e casi di applicazione pratica.

Proprietà dei materiali PET e PLA

Materiale PET

Il PET è un materiale termoplastico parzialmente cristallino utilizzato per la produzione di fibre, alimenti e contenitori per bevande. Il PET presenta le seguenti caratteristiche:

Alta trasparenza e lucentezza: Il PET è altamente trasparente e ha un'elevata lucentezza, che lo rende ideale per i materiali di imballaggio trasparenti.

Eccellenti proprietà meccaniche: Il PET ha un'elevata resistenza alla trazione ed è robusto, in grado di sopportare pressioni e impatti senza subire danni significativi.

Resistenza chimica: Il PET è resistente alla corrosione chimica, per questo si chiama PET.

Riciclabilità: Il PET è altamente riciclabile e rispetta le norme di conservazione ambientale.

Buona resistenza al calore: Il PET ha un'elevata resistenza al calore e non si ammorbidisce o deforma alle alte temperature, a differenza del PVC. Questo lo rende adatto agli imballaggi alimentari che richiedono una sterilizzazione ad alta temperatura.

Materiale PLA

Il PLA è un materiale plastico che rispetta l'ambiente perché ricavato da risorse rinnovabili come il mais o la canna da zucchero. Il PLA ha le seguenti caratteristiche:

Biodegradabilità: Il PLA può essere biodegradato nell'ambiente del compostaggio industriale ed è quindi interessante per l'ambiente.

Buona trasparenza: Come il PET, anche il PLA ha un'elevata trasparenza che può essere utilizzata per prodotti di imballaggio trasparenti come le produzioni a film sottile e gli imballaggi flessibili.

Elaborazione semplice: Essendo una poliammide alifatica, il PLA presenta eccellenti caratteristiche di lavorazione e può essere lavorato con diverse tecniche.

Bassa stabilità termica: È quindi limitato in vari campi di applicazione, soprattutto in quelli che prevedono alte temperature perché, a tali temperature, il PLA si ammorbidisce e si degrada.

Sicurezza del contatto con gli alimenti: Il PLA è biodegradabile e prodotto da risorse e materie prime rinnovabili, conforme alla normativa sui materiali a contatto con gli alimenti per l'uso con cibi e bevande.

Processo di stampaggio a iniezione

Principio dello stampaggio a iniezione

Lo stampaggio a iniezione è un processo che consiste nel produrre oggetti inserendo materiale fuso in un foro e lasciandolo poi raffreddare e indurire. Il processo prevede il riscaldamento della plastica, la sua fusione, l'inserimento in un foro, lo schiacciamento, il raffreddamento e l'estrazione. Alcune delle parti principali sono lo spruzzatore, il supporto, il creatore di fori, il riscaldatore e il controller.

Parametri di stampaggio a iniezione

Parametri chiave del processo di stampaggio a iniezione includono:

Temperatura: La temperatura di fusione della plastica e la temperatura dello stampo sono due fattori importanti che determinano la qualità del prodotto finale.

Pressione: La pressione di iniezione e la pressione di mantenimento determinano la quantità di plastica che riempie lo stampo.

Tempo: Il tempo di iniezione, il tempo di mantenimento e il tempo di raffreddamento determinano le dimensioni e le proprietà meccaniche del prodotto.

Vantaggi dello stampaggio a iniezione

Lo stampaggio a iniezione presenta i seguenti vantaggi:

Alta efficienza produttiva: Questa tecnica di produzione è perfetta per produrre molto materiale in tempi brevissimi grazie alle macchine per lo stampaggio a iniezione.

Alta precisione: Gli stampi per lo stampaggio a iniezione della plastica sono estremamente precisi e sono ideali per realizzare forme molto complicate.

Alto grado di automazione: Le macchine di oggi sono dotate di un'enorme quantità di automazione, quindi non c'è bisogno di fare molto, il che significa che si possono produrre molti prodotti tutti uguali.

Versatilità: Con lo stampaggio a iniezione si può produrre quasi tutto e si può utilizzare quasi ogni tipo di materiale.

Processi di stampaggio a iniezione per PET e PLA

Stampaggio a iniezione di PET

Le considerazioni chiave per lo stampaggio a iniezione del PET includono:

Trattamento di asciugatura: Il PET è un materiale assetato e non ama essere bagnato. Quando il PET si bagna, può rompersi e diventare meno utile. Pertanto, è necessario asciugarlo. Dopo aver preparato il campione, è necessario metterlo in forno per 4-6 ore a 150 ℃.

Controllo della temperatura: Il PET ha una temperatura di rammollimento elevata, pari a circa 250-280°C, e la temperatura dello stampo deve essere controllata entro un intervallo di 80-120°C per ottenere un prodotto più bello e preciso.

Controllo della pressione: Pertanto, il PET ha una caratteristica di bassa fluidità e per ottenere questo flusso è necessaria un'elevata pressione di iniezione di circa 80-140MPa e anche la pressione di mantenimento è elevata. In genere, il tempo di mantenimento deve essere compreso tra 10-20 secondi, a seconda dello spessore medio delle pareti del prodotto.

Design dello stampo: Tra i possibili problemi che si possono incontrare durante lo stampaggio di prodotti in PET vi è la cristallizzazione dei prodotti; il sistema di raffreddamento dello stampo deve quindi essere progettato per raffreddare i prodotti in modo uniforme e rapido.

Considerazioni sulla sformatura: I prodotti in PET sono piuttosto rigidi, quindi bisogna fare attenzione quando li si sforma per evitare di romperli. In questo caso, l'uso del braccio per sformare è un buon modo di sformare, che rende più veloce e migliore il prodotto.

Stampaggio a iniezione di PLA

I punti chiave per lo stampaggio a iniezione del PLA includono:

Trattamento di asciugatura: Il PLA è anche molto sensibile all'umidità e deve essere essiccato prima della lavorazione fino a un contenuto di umidità di 0,02%. In genere, il PLA viene essiccato in un essiccatore a 80℃ per 2-4 ore.

Controllo della temperatura: Il PLA, un tipo di polimero termoplastico, ha un punto di fusione inferiore, pari a 160-180℃. La temperatura dello stampo deve essere controllata a 30-50℃.

Controllo della pressione: Le caratteristiche di flusso, ovvero la facilità di scorrimento, sono piuttosto buone, in quanto è sufficiente una bassa pressione di iniezione, come 60-100Mpa e la pressione di mantenimento. È necessario ridurre la velocità di iniezione per eliminare il problema della rottura della massa fusa che si verifica con una velocità di iniezione elevata.

Design dello stampo: Poiché i prodotti in PLA tendono a deformarsi, la progettazione dello stampo deve consentire un raffreddamento uniforme in tutto lo stampo per ridurre le sollecitazioni interne.

Considerazioni sulla sformatura: Per ridurre la complessità, i prodotti in PLA si deformano facilmente durante lo stampaggio, quindi occorre prestare attenzione quando si maneggiano i prodotti. In caso di problemi di incollaggio, è necessario utilizzare rivestimenti per stampi a bassa adesione per ridurre al minimo l'insorgenza di problemi.

Selezione e configurazione delle macchine per lo stampaggio a iniezione

Tipi di macchine per lo stampaggio a iniezione

Standard stampaggio a iniezione Le macchine possono essere utilizzate per lo stampaggio a iniezione di PET e PLA, ma sono necessarie configurazioni appropriate in base alle caratteristiche del materiale e ai requisiti del prodotto. I tipi più comuni di macchine per lo stampaggio a iniezione includono:

Macchine per lo stampaggio a iniezione idraulica: Forza di chiusura tonnellata Le macchine per stampaggio a iniezione convenzionali sono in grado di lavorare un'ampia gamma di materie plastiche. Questo sistema idraulico fornisce una pressione di iniezione e una forza di chiusura significative per le plastiche PET e altri materiali ad alta viscosità.

Macchine di stampaggio a iniezione completamente elettriche: Queste macchine sono considerate più precise, perfette per realizzare prodotti molto accurati e molto richiesti dal mercato. Questo perché il sistema di controllo a servomotore delle macchine all-electic consente di impostare la velocità iniziale e la pressione di iniezione in un intervallo ristretto per materiali come il PLA.

Macchine di stampaggio a iniezione ibride: Queste macchine sono una combinazione di macchine idrauliche ed elettriche e sono molto flessibili ed efficienti dal punto di vista energetico. Sono una combinazione di macchine idrauliche ed elettriche. Molte di esse sono in grado di fornire un'elevata pressione di iniezione e sono anche molto precise ed efficienti dal punto di vista energetico, rendendo le macchine ibride la scelta migliore.

Configurazione delle macchine per lo stampaggio a iniezione

Quando si producono tazze in PET e PLA, si devono considerare le seguenti configurazioni:

Design della vite: Il PET e il PLA hanno profili di fusione diversi e quindi utilizzano viti diverse. Per la lavorazione del PET, è necessario utilizzare una vite con una sezione di compressione corta per ottenere la massima efficienza di plastificazione, mentre per il PLA è possibile utilizzare un profilo di vite generico, ma è necessario avere la giusta geometria per ridurre al minimo il tempo trascorso nella fusione e, quindi, la quantità di degradazione.

Sistema di riscaldamento: Per evitare che la temperatura diventi troppo alta e che il materiale fuso si decomponga, bisogna essere in grado di controllare molto bene la temperatura. Le serpentine di riscaldamento e il controllo della temperatura devono essere in buono stato e calibrati in modo da poter mantenere il calore nelle stanze.

Sistema di deformazione: Gli stampi includono prodotti in PET e PLA, che sono deboli e devono essere maneggiati con attenzione durante lo sformaggio. Viene descritta la durata del processo di stampaggio e si può progettare un braccio robotico o un sistema di espulsione pneumatico per migliorare la sformatura.

Casi di applicazione pratica

Caso di produzione di tazze in PET

Un'azienda produttrice di bevande utilizza il PET stampaggio a iniezione processo per produrre bicchieri per bevande trasparenti con il seguente procedimento:

Preparazione delle materie prime: Utilizziamo le migliori materie prime in PET e ci assicuriamo che i materiali abbiano un contenuto di umidità inferiore a 0,005%.

Design dello stampo: Utilizziamo stampi di alta precisione e li progettiamo con un buon sistema di raffreddamento per garantire la stabilità delle dimensioni del prodotto. Abbiamo scelto questo materiale per gli stampi perché è in grado di riscaldarsi rapidamente e in modo uniforme, grazie alla sua buona conducibilità termica.

Impostazioni dei parametri di processo: Il processo di stampaggio deve avvenire a una temperatura di 260℃, mentre lo stampo deve essere mantenuto a una temperatura di 100℃, la pressione di iniezione deve essere di 120MPa, la pressione di mantenimento di 80MPa, il tempo di iniezione di 2 secondi, il tempo di mantenimento di 8 secondi e il tempo di raffreddamento di 15 secondi.

Controllo dei processi produttivi: Utilizza l'automazione adattiva per la produzione. Ciò significa che c'è un sistema di controllo online che verifica le dimensioni, il peso e la trasparenza di ogni tazza prodotta per assicurarsi che soddisfi i requisiti di qualità.

Controllo qualità: Un sistema di rilevamento online monitora le dimensioni, il peso e la trasparenza del prodotto per garantire che ogni tazza soddisfi gli standard di qualità. Vengono effettuati regolari campionamenti per testare le proprietà meccaniche e la resistenza chimica del prodotto.

Caso di produzione di tazze in PLA

Un'azienda di prodotti ecologici utilizza il processo di stampaggio a iniezione del PLA per produrre tazze biodegradabili monouso con il seguente procedimento:

Preparazione delle materie prime: Utilizziamo materie prime biodegradabili a base di PLA e le essicciamo fino a raggiungere un livello di umidità inferiore a 0,02%.

Design dello stampo: Utilizziamo una struttura semplice dello stampo come ciclo di stampaggio e aumentiamo l'efficienza produttiva. Ciò che ci distingue dalla concorrenza è il rivestimento a bassa adesione sulla superficie dello stampo, in modo da ridurre l'adesione del PLA.

Impostazioni dei parametri di processo: Temperatura di fusione a 170℃, temperatura di stampaggio a 40℃, pressione di iniezione a 80MPa, pressione di mantenimento a 60MPa, tempo di iniezione a 1. Il tempo di ciclo desiderato per il prodotto scelto è di 5 secondi, il tempo di mantenimento è di 5 secondi e il tempo di raffreddamento è di 10 secondi.

Controllo dei processi produttivi: Le presse a iniezione completamente elettriche sono progettate e messe a punto per ottenere un controllo preciso di tutti i movimenti, consumando pochissima energia. Alcuni degli elementi che rendono più efficiente la linea di produzione sono l'uso di sistemi di alimentazione e di sformatura che richiedono un intervento umano minimo.

Controllo qualità: Campionamenti regolari assicurano che ogni lotto di prodotti soddisfi gli standard di biodegradabilità e di proprietà meccaniche. I test di biodegradabilità e di prestazione meccanica sono condotti per verificare il tasso di degradazione e la resistenza all'uso del prodotto.

Analisi dell'impatto economico e ambientale

Analisi dei benefici economici

Utilizzo di materiali PET e PLA per produzione di stampaggio a iniezione di tazze ha i seguenti vantaggi economici:

Alta efficienza produttiva: Lo stampaggio a iniezione è ancora vantaggioso per l'efficienza e l'automazione, che lo rendono più economico quando viene utilizzato in applicazioni in cui si devono produrre molti prodotti simili.

Costo del materiale: Mentre lo stock di base del PLA presenta vantaggi in termini di costi per quanto riguarda la sostenibilità, il materiale sminuzzato rende il prodotto più appetibile per i Paesi con standard ambientali più elevati per i prodotti da vendere all'interno dei loro confini.

Investimento in attrezzature: L'investimento iniziale per le attrezzature è elevato, ma il costo può essere recuperato rapidamente con l'aumento della scala di produzione e dell'efficienza.

Analisi dell'impatto ambientale

L'utilizzo di materiali in PET e PLA presenta notevoli vantaggi ambientali:

Riciclabilità del PET: La riciclabilità del PET riduce il carico ambientale dopo l'uso. Il riciclo e il riutilizzo possono ridurre il consumo di materiali vergini e la produzione di rifiuti.

Biodegradabilità del PLA: La biodegradabilità del PLA ne consente la decomposizione in ambiente naturale dopo lo smaltimento, riducendo l'inquinamento da plastica.

Consumo energetico: L'utilizzo di presse a iniezione completamente elettriche può ridurre il consumo energetico e le emissioni di carbonio, rendendo la produzione più ecologica.

Conclusione

In conclusione, le caratteristiche delle macchine per lo stampaggio a iniezione dimostrano che è possibile produrre diversi tipi di tazze, come il PET e il PLA, attraverso un'adeguata configurazione dell'attrezzatura e la messa a punto dei parametri per ciascun tipo di materiale. Le coppe in PET hanno un'ottima trasmissione della luce e perfezioni meccaniche ideali per l'imballaggio delle bevande. I bicchieri in PLA, invece, costano di più, sono biodegradabili e adatti ad applicazioni monouso per sostenere un processo eco-compatibile. Grazie allo sviluppo della tecnologia e all'evoluzione delle tendenze e delle esigenze dei clienti, in futuro i processi di stampaggio a iniezione avranno una posizione più importante nella produzione di prodotti in PET e PLA.

In futuro, forse, gli standard di conformità ambientale saranno ancora più elevati e la consapevolezza dei consumatori nei confronti dell'ambiente, l'uso di materiali biodegradabili come il PLA sarà molto richiesto. Attualmente, i processi di stampaggio a iniezione devono essere migliorati per adattarsi alle varie applicazioni di materiali e prodotti diversi, per garantire soluzioni di processo efficaci, efficienti, a risparmio energetico e rispettose dell'ambiente. D'altra parte, i produttori di stampaggio a iniezione sono sempre stati al passo con i tempi, cercando di progettare e produrre macchine sempre più nuove e intelligenti, in grado di soddisfare la miriade di richieste del mercato nel mondo dei prodotti in plastica.

In questo caso, la dirigenza deve porre l'accento sull'apporto di continui cambiamenti nel processo, sull'accesso a migliori attrezzature e strumenti di produzione, in modo da migliorare la produttività totale, aumentare la qualità dei prodotti e, allo stesso tempo, ridurre i costi di produzione e agire come un vantaggio per l'economia e la società. Anche i consumatori e i produttori ne traggono grande beneficio, perché le capacità delle tecnologie di stampaggio a iniezione sono state ampiamente applicate a tutta la linea di produzione dei bicchieri in PET e PLA, non solo contribuendo alla diffusione della produzione ecologica, ma anche fornendo nuove possibilità per l'ulteriore evoluzione e l'efficienza delle risorse.