Как производят ПЭТ преформы?

Определение и назначение

Представьте себе, что любая привычная нам ПЭТ-бутылка начиналась не с булькающего цеха розлива, а с крошечной трубочки-колбы. Именно эта колба и есть преформа: миниатюрная, но уже полностью «одетая» в финальное горлышко с резьбой. Всё, что остаётся сделать заводским инженерам, — за несколько секунд разогреть заготовку и, словно стеклодув, выдуть её в нужную форму под высоким давлением.

Для российского производства напитков и бытовой химии такой подход стал золотым стандартом. Сотни предприятий предпочитают преформы: они занимают в сорок раз меньше места на складе, чем готовые флаконы, снижают логистические расходы почти на две трети.

Сырьё для производства

Прочность и прозрачность закладываются ещё до литья под давлением — на этапе выбора сырья. На российских линиях используют два основных потока гранул. Первый — первичный bottle-grade ПЭТ, «чистый» материал, который поставляется как отечественными, так и зарубежными химическими компаниями. Второй — переработанный rPET: гранулы, полученные из отобранных и вымытых пластиковых флаконов. На массовом производстве могут смешивать оба вида, чтобы сохранить кристальную прозрачность и одновременно снизить нагрузку на окружающую среду.

Этапы производственного процесса

Производство проходит три ключевых стадии: подготовка сырья, литьё под высоким давлением, быстрое охлаждение. При правильно настроенном оборудовании полный цикл от расплава до выгрузки заготовки занимает 14–18 с. на 72-кавиатной форме. Самые быстрые 96-кавиатные системы Husky или Netstal выходят на 16 с., что даёт более 45 000 единиц в час. Этот показатель достигается за счёт точных сервоприводов, трёхпозиционных роботов охлаждения, оптимизированной кинематики.

Важно, что каждая из трёх стадий влияет на качество по-своему:

• Подготовка убирает влагу до 0,005 % и вводит функциональные добавки, без чего преформа может пожелтеть или потрескаться.
• Формовка под 1 200–1 400 бар придаёт заготовке точную геометрию и вес, от которых зависит герметичность резьбы и прочность донышка.
• Охлаждение за 6–8 с. фиксирует прозрачность и предотвращает кристаллизацию, сохраняет глянец готовых изделий.

Промежуточный контроль на каждой фазе, от измерения остаточной влажности до онлайн-замеров веса, позволяет держать уровень брака ниже 1%, а общую эффективность линии — выше 95%. В итоге завод получает стабильное качество продукции, а потребитель — лёгкую, прочную тару.

Подготовительные операции

Перед тем как сырьё попадёт в литьевую машину, каждая партия проходит несколько обязательных шагов. Грамотная подготовка закладывает основу для безупречного изготовления изделий под давлением, экономит время на последующих стадиях производства.

1. Подача гранул. ПЭТ-гранулы вакуумным шлангом забирают из мешков, по трубам подают прямо в сушильный бункер. Такой способ исключает контакт с пылью и влагой, защищает будущие изделия от чёрных точек, помутнений.
2. Сушка сырья. ПЭТ впитывает воду, а влага делает заготовку хрупкой. Поэтому материал 4–6 часов находится в потоке сухого воздуха (≈170 °C). Цель — снизить влажность до 0,005 %. Если этого не сделать, во форме под высоким давлением образуются микропоры, а дно может треснуть при транспортировке.
3. Добавление функциональных компонентов. Уже в бункере к гранулам дозируются УФ-блокеры, красители.
4. Проверка партии. Лаборатория ОТК измеряет остаточную влажность (должна быть ниже 0,005%), вязкость расплава (отвечает за прочность дна и стенок), содержание ацетальдегида (не выше 1 ppm, чтобы напиток не приобрел посторонние оттенки вкуса). Если параметры выходят за допустимые пределы, партия сырья возвращается на доработку.
5. Подача в литьевую машину. Когда все показатели в норме, смесь отправляется в шнек. Датчики в режиме реального времени контролируют процесс. При превышении влажности подача блокируется: так завод не тратит материал и время на брак.

Тщательная подготовка гарантирует, что последующая формовка под высоким давлением даст прозрачную, прочную тару, которая выдержит падение, сохранит качество продукции на полке.

Формовка заготовок

На этом этапе расплавленный ПЭТ под высоким давлением буквально «впрыскивают» в металлические формы. От точности этого шага зависит, станет ли будущая бутылка прочной, герметичной.

1. Плавление сырья. Гранулы нагреваются до 270–285 °C, превращаясь в густой и текучий расплав. Если температура слишком низкая, материал не заполнит форму. Если высоковата — пластик пожелтеет и приобретет запах.
2. Быстрый впрыск. За 1–2 с. расплав заполняет сразу десятки гнёзд. Скорость важна: медленно — появятся полосы и «морщины», слишком быстро — возникнут воздушные ловушки.
3. Подпрессовка. Пока расплав горячий, его ещё 1–2 с. аккуратно «поджимают», чтобы компенсировать усадку. Иначе в центре донца образуется втяжка и партия изделий уйдёт в брак.
4. Проверка веса. Каждая единица должна весить, например, ровно 23 г ± 0,1 г. Отклонение означает, что где-то забилась горячеканальная система или изменился ход шнека. Машина сама подстраивает параметры, и цикл продолжается без остановки.
5. Контроль цикла во времени. Оператор видит график «давление–время»: ровная линия — хорошо, резкие пики — сигнал настроить процесс.

Охлаждение и сушка

Как только расплав заполнил формы, заготовкам нужно быстро «остыть», иначе ПЭТ начнёт кристаллизоваться, станет мутным, потеряет ударную прочность. Охлаждение занимает всего 6–8 с, но именно эти секунды решают судьбу всей партии продукции.

1. Перемещение роботом. Пресс-форма раскрывается, трёхпозиционный робот забирает горячие преформы, сразу ставит их во вторую, более холодную плиту, а с третьей станции снимает уже остывшие изделия. Такой «карусельный» принцип позволяет непрерывно выпускать до 45 000 штук в час без лишних пауз.
2. Отвод тепла водой. Через плиты и форсунки циркулирует вода +7 … +10 °C из чиллера. За считанные секунды температура стенок заготовки падает до 25–30 °C.
3. Фиксация прозрачности. Быстрый холод «запирает» молекулы в аморфном состоянии, поэтому готовый флакон будет кристально прозрачным. Если охладить медленнее, в материале вырастут кристаллики, появится молочная дымка.
4. Сушка поверхности. После охлаждения компрессор подаёт короткую струю сухого воздуха — он удаляет конденсат, чтобы преформа не прилипла к соседним. Затем заготовки падают в приёмный короб, по конвейеру едут к контрольно-сортировочному столу.

Современные чиллеры регулируют мощность инвертором: когда поток временно замедляется, компрессор тоже сбрасывает обороты. Это снижает потребление электроэнергии на 20–30% без потери качества.

Правильное охлаждение и быстрая сушка закрепляют результат всего этапа изготовления. Каждая преформа остаётся прозрачной, прочной, готовой выдержать давление.

Оборудование для производства

Современная линия похожа на конвейер из нескольких машин, где каждая отвечает за свой участок работы. Правильная связка оборудования даёт высокий темп, снижает расход энергии почти на треть по сравнению с решениями десятилетней давности.

Термопластавтомат (ТПА)

• Расплав и впрыск. Машина плавит ПЭТ и за 1–2 с впрыскивает его в многогнёздную форму. Новая серия HyPET 6e выдаёт до 45 000 заготовок в час, сразу готова работать с 30 % rPET без потери цикла.
• Экономия энергии. Инверторные приводы и рекуперация тормозной энергии снижают потребление на 20–30% против гидравлики старого поколения.

Пресс-формы

• Базовый материал — шведская сталь S136: ресурс до 6 млн. циклов.
• Полностью горячеканальная система исключает литник, поэтому нет потерь сырья.
• Сменные вкладыши позволяют за 30 минут перейти с горловины PCO-1881 (газировка) на 38 мм (сок/молоко).

Осушитель гранул

Чтобы избежать гидролиза, гранулы сушат 4–6 ч при 165–175 °C, удерживая точку росы –40 °C; остаточную влагу держат не выше 0,005 % (50 ppm). Модуль «3-в-1» сочетает вакуум-загрузчик, регенерацию и сушку, экономит площадь цеха и электроэнергию.

Чиллер и контур охлаждения

Вода +7…+10 °C отбирает тепло за 6–8 с, препятствует кристаллизации, сохраняет прозрачный финиш заготовки. Чиллеры со scroll-компрессорами и электронным ТРВ уменьшают потребление энергии на 15–20 % (по сравнению с поршневыми системами).

Робот-охладитель и конвейер

Трёхпозиционный робот одновременно забирает горячие преформы и выгружает остывшие, поддерживая непрерывный поток изделий при той же длине цикла. Ленточный конвейер с лотками из мягкого ПП не оставляет царапин на поверхности, подаёт изделия к визуальному контролю.

Система контроля качества

Онлайн-весы сортируют заготовки с отклонением массы ±0,1 г, сразу отправляя их на перемол. Камеры высокого разрешения (5 мкм) обнаруживают микротрещины и непроплавы; за счёт раннего отсечения брак остаётся ниже 1 %.

Контроль качества готовых изделий

После охлаждения каждое изделие проходит несколько проверок. Задача простая: убедиться, что заготовка прозрачная, одинакового веса, без скрытых трещин. Всё делается быстро, «на ходу», чтобы не тормозить производство.

Камера и весы «на ленте»

Видеокамера просвечивает изделие со всех сторон. Программа ищет чёрные точки, пузырьки и трещины на поверхности. Если находит, пневмосопло сдувает заготовку в отдельный лоток.

Онлайн-весы сверяют массу с эталоном (разница не больше 0,1 г). Легче нормы — значит, недолив и тонкие стенки, тяжелее — лишний расход сырья. Отклонения тоже уходят в брак.

Лабораторная проверка

• Прозрачность и цвет. Спектрофотометр измеряет мутность. Если «молочность» выше нормы, партию отставляют — при выдуве такой флакон будет тусклым.
• Напряжение. Заготовку кладут под поляризационный фильтр. Радужные полосы говорят о скрытом напряжении: такая форма может лопнуть при розливе.
• Запах и вкус. Отбирают случайную пробу, плавят, измеряют ацетальдегид. Норма — не выше 1 ppm, иначе вода в будущей таре будет с привкусом.

Функциональные тесты

• Бросок. Из заготовки выдувают флакон, наливают воду и роняют с двух метров. Если пластик выдержал, прочность в порядке.
• Резьба. Крышку закручивают моментным ключом, затем откручивают. Витки не должны сдавливаться или трескаться.

Проблемы и сложности производства

Всё идёт гладко, пока соблюдаются режимы температуры, давления и влажности. Что может пойти не так?

Если гранулы не досушить, в расплаве появятся пузырьки, а преформа станет мутной и хрупкой. Решение простое: точка росы сушилки –40 °C и контроль остаточной влажности ≤ 0,005 %. Любой сбой осушителя — и брак можно измерять уже десятками килограммов.

Через несколько миллионов циклов металлические гнёзда «устают»: резьба теряет точность, донце получает мелкие вмятины. Полировка съёмных втулок и замена вкладышей каждые 4–5 млн выстрелов обходятся дешевле, чем возвращённая партия бутылок.

Смена веса преформы или типа горловины может остановить поток на часы, если съёмные детали «прикипели». Смазка втулок и хранение в сухом шкафу сокращают простой до 40 минут, а магнитные плиты ускоряют позиционирование формы.

Применение в упаковке напитков и продуктов питания

ПЭТ-преформы стали универсальным «конструктором» для самой разной тары: от мини-флакона 100 мл до кулерной бутыли на 19 л. Благодаря точной форме резьбы и стабильному весу заготовки подходят не только для воды, но и для продуктов с более строгими требованиями к барьерным свойствам и температуре розлива.

• Для газировок — лёгкие преформы, устойчивые к давлению 6–7 бар.
• Пиво, квас — барьерные преформы, сохраняют вкус, уменьшая проникновение кислорода внутрь.
• Соки и молоко — термостойкий ПЭТ, горячий розлив, белый мастербатч, срок до 6 месяцев.
• Сыпучие — преформы до 120 мм, экономят место, подходят для вакуумной упаковки.

Список литературы:

1. Брукс Д., Джайлз Дж. Производство упаковки из ПЭТ: пер. с англ. / под ред. О. Ю. Сабсая. — Москва : Профессия, 2010. — 368 с. — ISBN 5-93913-110-7.
2. Керницкий В. И., Микитаев А. К. Краткие основы получения и переработки полиэтилентерефталата (ПЭТ). — Москва : Изд-во РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. — 208 с. — ISBN 978-5-7237-0991-1.