Поліетилентерефталат, зазвичай скорочено PET, є універсальним термопластичним полімером, що належить до родини поліефірів. Він синтезується за допомогою реакції поліконденсації терефталевої кислоти (PTA) і етиленгліколю (EG), утворюючи лінійний полімер з молекулярною формулою (C₁₀H₈O₄)ₙ. ПЕТ відомий своїм унікальним поєднанням властивостей, включаючи високу механічну міцність, чудову стабільність розмірів, гарну хімічну стійкість, низьке поглинання вологи та чудову прозорість за належної обробки. Як напів-кристалічний матеріал, його кристалічність (зазвичай 30%-60%) можна регулювати за допомогою термічної обробки, що дозволяє адаптувати його до різних сценаріїв застосування. Крім того, PET добре переробляється, оскільки має ідентифікаційний код смоли «1» (♳), що відповідає зростаючому світовому попиту на екологічно чисті матеріали. Ці невід'ємні переваги роблять ПЕТ одним із найпоширеніших пластиків у різних галузях промисловості в усьому світі.
Загальні застосування ПЕТ
Універсальність PET дозволяє застосовувати його в багатьох сферах, з найбільшою часткою ринку в пакувальній та текстильній промисловості. У пакувальному секторі на нього припадає понад 55% світового споживання ПЕТ, який в основному використовується для виробництва жорсткої тари, як-от пляшок для напоїв (що становить 70% ПЕТ-упаковки), лотків для їжі та упаковки для фармацевтичних препаратів. Завдяки високій прозорості, стійкості до тиску та відсутності-запаху ПЕТ-пляшки ідеально підходять для газованих напоїв, мінеральної води, фруктових соків і чайних напоїв, а деякі високо-температурні сорти (HR-PET) здатні витримувати гаряче наповнення до 85 градусів. Його також використовують у гнучкому пакуванні, наприклад у вакуумних-герметичних харчових пакетах і-алюмінієвих плівках для вологих серветок, завдяки його гарним бар’єрним характеристикам.
У текстильній промисловості ПЕТ відомий як поліефірне волокно, на яке припадає 60% світового виробництва синтетичних волокон. Він широко використовується в тканинах для одягу (часто змішаних з бавовною), теплоізоляційних шарах, спортивному одязі та автомобільній оббивці, а також промислових волокнах, таких як корди для шин і засоби безпеки气囊布. Окрім цих основних галузей, PET знаходить застосування в електроніці (наприклад, плівки конденсаторів, корпуси роз’ємів), автомобільних деталях (наприклад, робочі колеса водяних насосів, тканини для інтер’єру), медичних пристроях (наприклад, корпуси шприців, хірургічні нитки) та фотоелектричні модулі.
Основні вимоги до виробництва прецизійних ПЕТ-сфер
Виробництво прецизійних ПЕТ-сфер – це складний процес, який вимагає суворого контролю над сировиною, параметрами обробки та методами -після обробки, щоб забезпечити високу точність розмірів, однорідну якість поверхні та стабільну продуктивність. На відміну від звичайних ПЕТ-продуктів, прецизійні сфери (які часто використовуються в підшипниках, клапанах, точних інструментах і медичних пристроях) вимагають надзвичайно жорстких допусків, що робить лиття під тиском і шліфування двома основними процесами, які визначають кінцеву якість.
1. Вимоги до лиття під тиском для прецизійних ПЕТ-сфер
Лиття під тиском є початковим кроком у виробництві точних ПЕТ-сфер, закладаючи основу їхньої форми та основної точності розмірів. Завдяки високій кристалічності, гігроскопічності та чутливості до температури ПЕТ повинні відповідати наступним ключовим вимогам:
Підготовка сировини: ПЕТ смола повинна бути ретельно висушена перед формуванням, оскільки її гігроскопічна природа (0,2%-0,4% водопоглинання) може спричинити гідроліз, бульбашки, сріблясті смуги та зниження механічної міцності кінцевого продукту. У процесі сушіння слід використовувати сушарку з осушувачем при 160-180 градусах протягом 4-6 годин, забезпечуючи зниження вмісту вологи до 0,005% або менше. Висушену смолу слід зберігати в герметичному бункері; якщо він перебував на повітрі більше 1 години, його потрібно знову висушити. Крім того, швидкість течії розплаву смоли (MFR) слід контролювати на основі розміру сфери - як правило, 1,5-2,5 г/10 хв для ПЕТ для формування, щоб забезпечити рівномірне плавлення та наповнення.
Вимоги до обладнання та форми: Машини для лиття під тиском повинні мати розширені можливості пластифікації, оснащені спеціальними гвинтами для ПЕТ-або модифікованими гвинтами-загального призначення зі ступенем стиснення 2.8-3.5 . Форма для прецизійних сфер повинна мати короткі гладкі напрямні та поліровані порожнини/затвори, щоб уникнути слідів течії та затримки матеріалу. Для підвищення ефективності виробництва та забезпечення рівномірного наповнення рекомендована система гарячого канання. Температура форми повинна контролюватися на рівні 60-80 градусів; занадто низька температура призводить до недостатньої кристалізації, тоді як занадто висока температура подовжує виробничий цикл.
Параметри процесу впорскування: Суворий контроль температури має вирішальне значення- температура стовбура встановлюється в секціях: 240-250 градусів (секція подачі), 260-270 градусів (секція стиснення), 270-280 градусів (секція гомогенізації) і 265-275 градусів (температура сопла). Відхилення температури не повинно перевищувати 3 градуси, щоб запобігти розкладанню ПЕТ і пожовтінню. Тиск упорскування зазвичай становить 80-100 МПа з високошвидкісним уприскуванням (100-150 мм/с), щоб скоротити час охолодження розплаву та уникнути дефектів. Тиск 保压 має становити 40%-50% від тиску впорскування з часом витримки 5-8 секунд, щоб запобігти усадці. Швидкість шнека регулюється на рівні 80-100 об/хв для забезпечення рівномірної пластифікації.
2. Вимоги до шліфування прецизійних ПЕТ-сфер
Після лиття під тиском порожні сфери мають шорсткі поверхні та відхилення розмірів, тому точне шліфування є важливим для досягнення необхідної точності та якості поверхні. Процес шліфування ділиться на кілька етапів із суворим контролем кожного параметра, щоб уникнути пошкодження поверхні та похибок розмірів:
Попереднє-шліфування (грубе шліфування): Цей етап спрямований на усунення поверхневих дефектів (наприклад, задирки, сліди розтікання) та виправлення основних відхилень у розмірах. Шліфувальне обладнання використовує горизонтальні кульові шліфувальні машини з числовим керуванням із чавунними або чавунними шліфувальними дисками з високим -фосфорним вмістом (кут конуса 10 градусів -15 градусів, глибина канавки 1/3 діаметра сфери). У якості шліфувального середовища використовується алмазний порошок W10-W14 або мікро-карбіду кремнію, змішаний із мастильним маслом із низькою в’язкістю та протизадирними речовинами проти зношування. Тиск шліфування становить 1,2-1,6 МПа, швидкість 9-12 об/хв і час 20-30 хв, цільова округлість менше або дорівнює 0,2 мкм і шорсткість поверхні (Ra) менше або дорівнює 0,08 мкм.
Тонкий помел: Тонне шліфування додатково покращує точність розмірів і гладкість поверхні. Шліфувальне середовище замінюється мікропорошком W5-W7, тиск знижується до 0,8-1,2 МПа, а швидкість регулюється до 7-10 об/хв. Час шліфування становить 15-25 хв, досягаючи розмірного допуску ±0,3 мкм, округлість менше або дорівнює 0,1 мкм, а Ra менше або дорівнює 0,03 мкм.
Над-точне шліфування (полірування): Для високо-прецизійних сфер (наприклад, G5-G10) потрібне над-точне шліфування або хімічно-механічне полірування (CMP). У якості шліфувального середовища використовується алмазний мікро{17}}порошок W0.5-W1.0 із тиском 0,3-0,5 МПа та швидкістю 3-6 об/хв. Час шліфування становить 8-15 хвилин, що призводить до отримання дзеркальної поверхні з Ra менше або дорівнює 0,005 мкм, без подряпин і ямок. Після шліфування сфери проходять багатоетапне очищення (ультразвукове очищення, промивання спреєм, вакуумна сушка) для видалення залишків шліфування та масляних плям.
Контроль якості під час шліфування: Температура шліфування повинна бути нижче 40 градусів, щоб запобігти термічній деформації. Шліфувальний диск потребує регулярного обслуговування, щоб підтримувати рівність (менше або дорівнює 0,005 мм) і форму канавки. Онлайн-вимірювання діаметра та перевірка зразків виконуються протягом усього процесу, щоб переконатися, що відхилення розмірів, округлість і шорсткість поверхні відповідають стандартам (GB/T 308, ISO 3290).
3. Методи фарбування прецизійних ПЕТ-сфер
Для фарбування прецизійних ПЕТ-сфер необхідна рівномірність і стабільність кольору, а прецизійні барвники сфери- не повинні впливати на механічні властивості ПЕТ або спричиняти дефекти поверхні. Виходячи з масштабу виробництва та вимог до точності, зазвичай використовуються такі методи:
Забарвлення маткової суміші (найбільш рекомендований): Це основний метод масового виробництва кольорових точних ПЕТ-сфер. Кольорова маткова суміш — це концентрована суміш пігментів, диспергаторів і ПЕТ-несучої смоли, попередньо змішаних і гранульованих. Його змішують із смолою PET у співвідношенні 1%-5% перед литтям під тиском. Переваги включають рівномірну дисперсію кольорів (без видимих кольорових плям), стабільну консистенцію від-до-серії, низьке забруднення пилом і хорошу сумісність з ПЕТ (без впливу на механічну міцність). Кольорова маткова суміш повинна бути висушена разом із ПЕТ-смолою, щоб уникнути поглинання вологи, а використовувані пігменти повинні бути стійкими до високих температур (більше або дорівнює 300 градусам), щоб витримувати температуру формування 260-280 градусів.
Забарвлення рідким барвником: підходить для невеликих-серій персоналізованих кольорових сфер. Рідку кольорову пасту або кольорову олію точно додають до ПЕТ-смоли за допомогою дозувального насоса перед формуванням. Він забезпечує чудову дисперсію, точний контроль кольору та відсутність забруднення пилом. Однак рідкий барвник має бути сумісним із ПЕТ, щоб уникнути впливу на продуктивність плавлення смоли, і його потрібно герметично закривати під час зберігання, щоб запобігти випаровуванню чи розшаруванню.
Фарбування поверхневого покриття: Використовується для сфер, які потребують складних візуальних ефектів (наприклад, металевий блиск, градієнтні кольори) без зміни внутрішньої формули смоли. Після шліфування та полірування сфери піддають коронній обробці для посилення поверхневого натягу, потім напилюють, друкують або алюмінізірують вакуумним способом із кольоровим покриттям. Матеріал покриття має бути не-токсичним,-зносостійким і мати хорошу адгезію, щоб уникнути відшаровування. Для сфер, які використовуються в харчовій або медичній сферах, покриття має відповідати стандартам безпеки FDA 21 CFR або GB 4806.
Запобіжні заходи при фарбуванні: Уникайте прямого використання кольорових порошків, оскільки вони схильні до агломерації, спричиняючи кольорові плями та дефекти поверхні. Барвник не повинен містити важких металів (наприклад, свинцю, кадмію) або летючих шкідливих речовин. Після фарбування процес шліфування необхідно трохи відкоригувати, щоб гарантувати, що кольоровий шар не стирається, і якість поверхні не постраждала.
Висновок
Чудові комплексні властивості ПЕТ роблять його незамінним матеріалом у сучасній промисловості, його застосування охоплює упаковку, текстиль, електроніку тощо. Виробництво прецизійних ПЕТ-сфер вимагає суворого контролю за литтям під тиском (сушіння сировини, температура, тиск) і подрібненням (багато-етапна обробка, оптимізація параметрів), щоб забезпечити високу точність і якість поверхні. Для кольорових прецизійних сфер забарвлення маткової суміші є найнадійнішим методом для масового виробництва, тоді як методи рідкого барвника та покриття поверхні підходять для персоналізованих або високих -естетичних вимог. З безперервним удосконаленням технологій обробки прецизійні сфери ПЕТ відіграватимуть дедалі важливішу роль у високо-точному обладнанні та спеціальних галузях.
