用热塑性塑料片材热成型制成容器,并定量充填灌装食品,然后用薄膜覆盖容器口并封合,这种包装方法称为热成型包装(heat forming packaging)。
(一)热成型包装的特点
热成型包装目前应用极为广泛,其主要原因是这种包装方法有以下特点:
①包装适用范围广。可用于冷藏、微波加热、生鲜、快餐等各类食品的包装,可满足食品贮藏和销售对包装的密封、半密封、真空、充气、高阻隔等各种要求,也可实现无菌包装,包装安全可靠。
②容器成型、食品充填、灌装和封口可用一机或几机连成生产流水线连续完成,包装生产效率高,而且避免包装容器转运可能带来的容器污染问题,节约包装材料、容器运输和消毒费用。
③热成型法制造容器方法简单,可连续送料、连续成型,生产效率比其他成型方法高25%~50%。
④容器形状大小按包装需要设计,不受成型加工的限制,特别适应形状不规则的物品包装需要,且可以满足商业销售美化商品的要求设计成各种异形容器,制成的容器光亮,外观效果好。
⑤热成型法制成的容器壁薄,能减少包装用材量,而且容器对内装食品有固定作用,减少食品受振动碰撞的损伤,包装品装箱时不需另用缓冲材料。
⑥包装设备投资少,成本低。热成型加工用模具成本只为其他成型加工法用模具成本的10%~20%,制造周期也较之短,一次性投资是其他容器成型法投资的5%左右。
(二)常用热成型包装材料
热成型包装用塑料片材按厚度一般分为3类:厚度小于0.25m m为薄片,厚度在0.25~0.5mm为片材,厚度大于1.5mm为板材。塑料薄片及片材用于连续热成型容器,如泡罩、浅盘、杯等小型食品包装容器。板材热成型容器时要专门夹持加热,因而是间接成型加工,主要用于成型较大或较深的包装容器。
热成型塑料片材厚度应均匀,否则加热成型时塑料片材因温度不均匀、软化程度不一而使成型容器存在内应力,降低其使用强度或使容器变形,甚至不能获得形状完整合格的容器。通常,塑料片的厚薄公差不应大于0.04~0.08mm。目前用于包装食品的主要有PE、PP、PVC、PS塑料片材和少量复合材料片材。
1.聚乙烯(PE) 由于卫生和廉价而在食品包装上大量使用,其中LDPE刚性差,在刚性要求较高或容器尺寸较大时可使用HDPE,但其透明度不高。
2.聚丙烯(PP) 具有良好的成型加工性能,适合于制造深度与口径比较大的容器,容器透明度高,除耐低温性较差以外,其他都与HDPE相似。
3.聚氯乙烯(PVC) 硬质PVC片材具有良好的刚性和较高的透明度,可用于与食品直接接触的包装,但是因拉伸变形性能较差,所以难以成型结构复杂的容器。
4.聚苯乙烯(PS) 热成型加工时常用BOPS片材,这种材料刚性和硬度好,透明度高,表面光泽。但热成型时需要严格控制片材加热温度,也不宜做较大拉伸,同时应注意成型用的框架应有足够的强度,以承受片材的热收缩作用。EPS片材也可作热成型材料,一般用来制作结构简单的浅盘、盆类容器。它的优点是质轻,有一定的隔热性,可用作短时间的保冷或保热食品容器,但这种片材的热成型容器使用后回收处理困难,视为“白色污染”,目前已被限制使用。
5.其他热成型片材 PA片材热成型容易,包装性能优良,常用于鱼、肉等包装;PC/PE复合片材可用于深度口径比不大的容器,可耐较高温度的蒸煮杀菌;PE、PP涂布纸板热成型容器可用于微波加工食品的包装;PP/PVDC/PE片材可成型各种形状的容器,经密封包装快餐食品,可经受蒸煮杀菌处理。
国际上对塑料包装废弃物的“白色污染” 日益重视,纷纷推出可降解塑料片材用于热成型包装,用PE、PVC、PP等与淀粉共混制成可降解生物片材,是改革快餐热成型包装的重要发展方向之一。
6.封盖材料 热成型包装容器的封盖材料主要是PE、PP、KPVC等单质塑料薄膜,或者使用铝箔、纸与PE的复合薄膜片材、玻璃纸等材料,一般在盖材上事先印好商标和标签,所用印刷油墨应能耐200℃温度。
(三)热成型加工方法
按成型时施加压力的方式不同,热成型加工分为差压成型、机械加压成型及介于两者之间的柱塞助压-差压成型等几种热成型方法。
1.差压成型 依靠加热塑料片材上下方的气压差的压力使塑料片变形成型,有两种方法:图6-51a为空气加压成型,塑料片材被夹住并压紧在模口上,从片材上方送入压缩空气,片材下方模具上有排气孔,片材加热软化后,被空气压向膜腔而成型;图6-51b为从模具下方孔抽气,使塑料片材封闭的模腔成负压,上下压差使其向模腔方向变形成型,这种方法也称真空成型法。
图6-51 差压成型(www.xing528.com)
a.空气加压成型 b.真空成型
差压成型加工法的优点是制品成型简单,对模具材料要求不高,只要单个阴模,甚至可以不用模具生产泡罩包装制品,制品外形质量好,表面光洁度高,结构鲜明。缺点是制品壁厚不太均匀,最后与模壁贴合部位的壁较薄。
2.机械加压成型 如图6-52所示,将塑料片加热到所要求的温度,送到上下模间,上下模在机械力作用下合模时将片材挤压成模腔形状的制品,冷却定型后开模取出制品。这一成型法具有制品尺寸准确稳定,制品表面字迹、花纹显示效果较好等特点。
3.柱塞助压-差压成型 柱塞助压-差压成型是将上述两种热成型方法相结合的一种成型方法。塑料片材被夹持加热后压在阴模口上,在模底气孔口封闭的情况下,柱塞将片材压入模内,封闭模腔内的空气反压使片材接近模底而不与模底接触,此时从模底处的孔中抽气或以上方压气最后完成塑变成型制品。这种成型方法可获得壁厚均匀的塑料容器。
(四)热成型技术要求
包装容器热成型主要包括加热、成型和冷却脱模3个过程。为保证获得满意形状、质量合格的热成型容器,应注意以下技术要求。
图6-52 机械加压连续推料
1.塑料片卷 2.加热器 3.成型模具
4.切边 5.废片料 6.制品
1.确定合理的拉伸比 容器深度H与其口径D之比H/D为成型容器的拉伸比,显然,H/D值愈大,容器愈难成型。热成型所能达到的H/D与塑料的品种有关,塑料热延伸能力愈大,熔体强度愈高,则H/D值可愈大。常用垫成型材料在各自热成型温度范围内达到的拉伸比值见图6-53。不同成型方法适宜的H/D不同,用阳模成型时H/D通常不大于0.5,柱塞加压成型时H/D可大于1。
2.根据热成型所用材料的品种、厚度确定热成型温度、加热时间和加热功率 热成型容器的加热温度应在材料的tg或tm温度以上,而且受热应均匀稳定。各种塑料热成型温度不同,一般在120~180℃范围内。温度不合适,会出现成型不良、壁厚不均、气孔、白化、皱褶等缺陷。
3.注意热成型模具的几何尺寸 热成型容器所用模具尺寸形状应符合设计要求,表面光滑,有足够的拔模斜度。各种成型方法成型的容器底部的壁厚总要变薄,在拉伸比小于0.7的情况下,容器底部壁厚一般只有平均壁厚的60%。为了保证强度,容器底部采用圆角过渡,圆角半径应取1~3mm以上。
图6-53 几种常用材料的拉伸比(H/D)
1.LDPE(δ=0.4) 2.HDPE (δ=0.5)
3.PP(δ=0.4) 4.HIPS (δ=0.3)
5.发泡PS 6.RPVC (δ=0.3).
7.FPVC (δ=0.3) 8.ABS (δ=0.5)
[注:δ为片材厚度(mm);t为材片平均温度]
(五)热成型包装机械
热成型包装根据自动化程度、容器成型方法、封接方式等的不同,可以分为很多种机型。图6-54所示为间歇式大容器热成型包装机,该机的薄膜1是步进式的运动,成型器2每往复一次成型出几个(图中为两个)容器,容器在食品充填工位3进行物料充填,在封盖工位5处封盖。牵引装置6带动覆盖热合好的包装品水平移动,经刻印装置7刻印后,由冲裁装置8把包装容器切下,再经输送皮带10送出,余料卷在余料辊9上。
图6-54 间歇式大容器热成型包装机原理图
1.薄膜 2.成型器 3.食品充填工位 4.覆盖膜 5.封盖工位
6.牵引装置 7.刻印装置 8.冲裁装置 9.余料辊 10.输送皮带
这种包装机的生产速度一般为每分钟800~1 200包,容器最大尺寸可达200 mm,容器高度可达90 mm。容器成型采用间歇式或直接加热空压式成型方法,覆盖膜封接采用平板封接器。该机适用于乳制品、果汁、布丁、果冻、冰淇淋等的包装。
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