بررسی سیستم نیمه فرمینگ در فرآیند تزریق مواد اولیه پلاستیک

ظروف یکبار مصرف از جمله نیازهای امروز جوامع مختلف است که میزان تقاضای آن در بازارهای مختلف به صورت روزافزون در حال افزایش است. با توجه به اینکه فرایند ساخت ظرف یکبار مصرف، از جمله مهم‌ترین عواملی است که می‌تواند روی سلامت انسان، محیط زیست و همچنین کیفیت مطلوب آن تأثیر بگذارد، بر آن شدیم تا این مقاله را در اختیار شما بگذاریم. با مطالعه این مقاله و مرور نکات گردآوری‌ شده در این مطلب، به نحوه ساخت هر یک از انواع ظروف یکبار مصرف پی خواهید برد تا با اطلاعات کامل‌تری به سراغ راه‌اندازی یک کسب‌وکار بروید و در کنار آن با بررسی سیستم نیمه فرمینگ از میزان کاربرد آن در تولید ظروف یکبار مصرف آگاهی پیدا می‌کنیم.

در این مقاله سعی شده است تمامی عملیات مورد نظر برای ساخته شدن و تولید ظروف یکبار مصرف پلاستیکی و گیاهی در اختیار شما قرار گیرد. نکته جالب در مورد این فرایندها این است که وضعیت خط تولید برای ساخته شدن همه ظروف یکبار مصرف تقریباً یکی است و تنها مواد اولیه به کار رفته در آنها متفاوت خواهد بود. فرایند ساخت ظرف یکبار مصرف به صورت کلی، شامل 2 نوع نیمه فرمینگ و ترموفرمینگ است؛ اینکه دقیقاً چه عملیاتی در هر یک از این سیستم‌ها رخ می‌دهد، موضوعی است که در ادامه به آنها اشاره می‌کنیم.
ظروف یکبار مصرف پلاستیکی که همواره به عنوان تهدیدی برای سلامت انسان و محیط زیست به شمار می‌روند، از جمله ظروفی هستند که به صورت مستقیم و خالص از مواد پلیمری (فراورده‌های نفتی) ساخته می‌شوند. همین ویژگی آنها باعث شده است برای تجزیه‌پذیری آنها در محیط زیست یا محیط آزاد، هزاران‌ هزار سال زمان نیاز باشد.
مواد پلاستیکی پلیمری به واسطه سیستم‌های مجزایی به ظروف یکبار مصرف تبدیل می‌شوند که از آنها با 2 سیستم مختلف و تخصصی نیمه فرمینگ و ترموفرمینگ یاد می‌شود. کاربردهای مختلفی که ظروف یکبار مصرف پلاستیکی در زندگی ما انسان‌ها می‌گذارند، تا حد زیادی به فرایند ساخته شدن آنها در کارگاه‌ها و کارخانه‌ها مربوط می‌شود. پس از عملیات مربوط به ساخته شدن پلیمرهای پلاستیکی مورد نظر برای ساخته شدن ظروف پلاستیکی، نوبت به دو سیستمی می‌رسد که از آنها نام بردیم. پیش از آنکه بخواهیم وارد بحث بررسی سیستم‌های تولید شویم، لازم است کمی در مورد مواد اولیه مورد نیاز برای ساخت ظروف پلاستیکی هم صحبت کنیم. در فرایند ساخت ظرف یکبار مصرف، معمولاً از مواد اولیه‌ای با عنوان گرانول پلی‌پروپیلن استفاده می‌شود که مقاومت و استحکام بیشتری نسبت به سایرین دارد. در این مرحله خرید مواد PPZ30S و یا خرید مواد PPC30S یشنهاد میشود.  این مقاومت بهتر و بیشتر را در مقام مقایسه با مواد اولیه دیگر، مثل پلی‌استایرن نیز می‌توان به وضوح دید. ماده اولیه پلی‌استایرن، همان ماده‌ای است که برای ساخت و تولید ظروف یکبار مصرف فومی استفاده می‌شود. ظروف پلاستیکی یکبار مصرف به صورت مستقیم از پلیمرهای پلاستیکی ساخته می‌شوند و برای اینکه بتوان به کیفیت مناسب‌تر در هر یک از آنها رسید، باید سیستم‌های تخصصی را به کار گرفت. با توجه به اینکه حالا با سیستم‌های نیمه فرمینگ و ترموفرمینگ آشنایی نسبی دارید، سیستم نیمه فرمینگ که در صنعت تولید ظروف یکبار مصرف با عنوان Semi-Forming Machine شناخته می‌شود، شامل یک دسته‌بندی مشخص از خط تولید ظروف پلیمری است. در این دسته‌بندی مشخص از سیستم‌های تولید ظروف پلاستیکی، تمامی عملیات مورد نیاز برای ساخته شدن ظروف، در یک واحد عملیاتی انجام می‌شوند. ماشین‌های نیمه شکل‌دهی یا نیمه فرمینگ، تنها برای ساخت ظروف یکبار مصرف پلی‌استایرن مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ البته لازم به ذکر است از این سیستم برای تولید باقی ظروف پلاستیکی و پلیمری هم استفاده می‌شود.اگر نخواهیم ظروف فومی تولید کنیم برای تولید ظروف بر پایه پلی‌استایرن باید از مواد کریستال 1540 و یا مواد هایمپک 7240 استفاده کنیم.

مواد پلیمری پلی‌استایرن یا PS بسیار شکننده هستند؛ این مواد به 2 شکل کریستال و HIPOD (پلی‌استایرن با مقاومت بالا) تقسیم‌بندی می‌شوند و در بازار موجود هستند. سیستم نیمه فرمینگ در سال‌های اخیر به دلیل ایجاد شکنندگی در کریستال پلی‌استایرن، کمتر مورد استفاده قرار گرفته و استفاده از آنها به صورت چشمگیری در کارخانه‌های تولیدی جهان کاهش یافته است. با تمام این اوصاف، هنوز نیز بسیاری از کارخانه‌های تولید ظروف یکبار مصرف برای تولید انواع ظروف، قاشق، چنگال و لیوان‌های پلاستیکی از این سیستم و ماشین‌های تخصصی استفاده می‌کنند. برای مثال، بسیاری از ظروف پلیمری برای نگهداری لبنیات، قارچ‌های فله‌ای و همچنین لیوان‌های مخصوص کافه و رستوران‌ها با توجه به این سیستم به خط پایان تولید می‌رسند. این نوع از ماشین‌های مورد نیاز در فرایند ساخت ظرف یکبار مصرف ساده، نسبت به دستگاه‌های دیگر، قیمت پایین‌تری دارند؛ دلیل این قیمت پایین نیز، وجود دستگاه‌های پیشرفته‌تر مثل سیستم ترموفرمینگ است. برخلاف ماشین‌های ترموفرمینگ که ورق‌ها و ظروف در دو ماشین مجزا تولید می‌شوند، تمام عملیات ساخت ظروف پلاستیکی در سیستم نیمه فرمینگ به صورت یکپارچه انجام می‌شود. به عبارت ساده‌تر، عملیات قالب‌گیری، پرس و تمامی مراحل تولید در سیستم نیمه فرمینگ با استفاده از یک سیستم و ماشین انجام می‌شود. این عملیات یکپارچه باعث می‌شوند میزان مصرف برق و قیمت خرید دستگاه‌های مجزا به طرز چشمگیری کاهش پیدا کند. نکته بسیار مهم در مورد استفاده از سیستم نیمه فرمینگ در ایران، این است که قیمت ماده پلیمری پلی‌استایرن، کمی بالاتر از ماده پلی‌پروپیلن است؛ همین ویژگی باعث می‌شود قیمت نهایی محصولات تولید شده افزایش یابد و ظروف پلاستیکی، گران‌تر از قبل به دست مصرف‌کنندگان برسند. علاوه بر این موارد، پلی‌استایرن در برخورد با مواد آشامیدنی و خوردنی‌های داغ، باعث ایجاد مواد مضر و سرطان‌زا می‌شود و همین دلیل باعث شده است تا استفاده از ماشین‌های نیمه فرمینگ نسبت به ماشین‌های ترموفرمینگ بیشتر شود.
اگر بخواهیم به صورت دقیق‌تر به سراغ این سیستم برویم، باید در ابتدا بخشی با عنوان «اکسترودر» را بررسی کنیم. مواد اولیه به شکل گرانول پتروشیمی در بخشی از خط تولید سیستم نیمه فرمینگ با عنوان Extroder قرار می‌گیرند تا ذوب شوند. پس از ذوب شدن مواد اولیه، ورق‌های مورد نظر شکل می‌گیرند. با توجه به اینکه ورق‌های ساخته شده از گرانول‌های پتروشیمی باید مرحله سرد شدن را پشت سر بگذارند، پیش از خنک‌سازی لازم است ورق گرم وارد قسمت پرس شود تا عملیات فرم دهی در سیستم نیمه فرمینگ انجام شود. پس از خنک‌سازی ورقه‌های گرم و منعطف، آنها را به زیر قالب هدایت می‌کنند تا فرایند ساخت ظرف یکبار مصرف به صورت کامل انجام شود. همان‌طور که مطالعه کردید، در هیچ یک از مراحل ساخت ظروف پلاستیکی در سیستم نیمه فرمینگ، ماشین دیگری مورد استفاده قرار نگرفت و همه عملیات در یک سیستم به پایان رسیدند.

پیش از آنکه بخواهیم به بحث سیستم ترموفرمینگ در فرایند ساخت ظرف یکبار مصرف مجلسی بپردازیم، لازم است بدانید ترموفرمینگ دقیقاً چیست.
ترموفرمینگ که از آن با عبارت لاتین Thermoforming یاد می‌شود، فرایندی برای گرم کردن و قالب‌گیری ورق‌های پلاستیکی است که با استفاده از فشار هوا و خلأ صورت می‌گیرد. برای دستیابی به محصول نهایی در سیستم ترموفرمینگ، از چندین نوع قالب و ماشین مجزا بهره می‌گیرند. برای فرم دهی به یک ورق پلاستیکی که از گرانول‌های پتروشیمی از جمله پلی‌استایرن و پلی‌پروپیلن ساخته شده است، 3 مرحله نیاز است که در ادامه به آنها اشاره خواهیم کرد. تمام 3 مرحله‌ای که برای فرم دهی به ظرف پلاستیکی نیاز است، یک ورق از مواد پلاستیکی به یک ترمو فرمر (Thermoformer) چسبانده و برای گرم شدن به داخل کوره فرستاده می‌شود. هنگامی که دمای مناسب برای پردازش ورق لاستیکی آماده شد، ورقه پلاستیکی به یک قالب مورد نظر منتقل می‌شود. در این قالب، برای فرم دهی کامل ورقه پلاستیکی از خلأ و فشار هوا استفاده خواهد شد. در نهایت، ورق فرم داده شده خنک شده و از قالب مورد نظر جدا می‌شود. این بخش، آغازگر مرحله‌ای است که در آن برای اصلاح ورق شکل داده شده، اقداماتی صورت می‌گیرد. هنگام انتخاب ماده اولیه برای محصولات مورد نظر، عوامل بسیار زیادی وجود دارند که باید در نظر گرفته شوند. این عوامل شامل مقاومت در برابر ضربه، هدایت حرارتی و میزان مواد شیمیایی به کار رفته در آن‌هاست. بدیهی است که هر ماده شیمیایی دارای ویژگی‌های فیزیکی خاصی است که کاربردهای خاص آن را در شکل‌دهی حرارتی تعریف می‌کنند.
نکته مهمی که در مورد سیستم ترموفرمینگ وجود دارد، این است که محصولات ساخته شده توسط این ماشین‌ها از کیفیت بسیار بالاتری برخوردار هستند. با وجود اینکه قیمت ماشین‌های این سیستم گران‌تر از سیستم نیمه فرمینگ است، اما کیفیت محصولات در آن تضمین شده هستند. برخلاف سیستم نیمه فرمینگ، در روش ترموفرمینگ از 2 مرحله برای فرایند ساخت ظرف یکبار مصرف استفاده می‌شود. در مرحله اول، یک دستگاه مخصوص، وظیفه ذوب کردن گرانول‌های پتروشیمی را بر عهده می‌گیرد. پس از ذوب شدن گرانول‌های پتروشیمی و تبدیل شدن آنها به ورق‌های رول شده، نوبت به مرحله دوم می‌رسد.
در مرحله دوم، با استفاده از یک ماشین مخصوص با عنوان «پرس ترموفرمینگ» ورق‌ها از کوره حرارتی عبور می‌کنند تا به درجه تعیین شده‌ای از حرارت برسند. در نهایت، پس از رسیدن ورق‌ها به درجه حرارتی مطلوب برای فرم دهی، آنها را در قالب‌های مخصوص می‌گذارند تا فرایند ساخت ظرف یکبار مصرف به پایان برسد. مهم‌ترین نکته مثبتی که در هر 2 سیستم مورد بررسی وجود دارد، این است که عمده تمرکز هر یک از آنها در مورد استفاده از ماده اولیه پلی‌پروپیلن به جای پلی‌استایرن است. همان‌طور که در ابتدای این مقاله اشاره شد، ماده پلی‌پروپیلن در مواجهه با حرارت و گرمای زیاد مواد خوردنی یا آشامیدنی، واکنش کمتری نشان می‌دهد و مواد مضر و سرطان‌زا را به داخل محتویات مواد غذایی انتقال نمی‌دهد. این مسأله باعث می‌شود که سلامت مصرف‌کنندگان همواره در اولویت قرار بگیرد و هیچ مشکلی برای سلامتی انسان‌ها به وجود نیاید.

نکته مثبت دیگری که در این سیستم‌ها وجود دارد، این است که می‌توان با انتخاب هر یک از آنها، میزان برق مصرفی ماشین‌ها را کاهش داد. برای مثال، استفاده از سیستم نیمه فرمینگ می‌تواند به کاهش چشمگیر برق مصرفی منجر شود، در حالی که سیستم ترموفرمینگ از این مزیت بسیار مهم برخوردار نیست. از طرفی، انتخاب کیفیت محصولات پلاستیکی مورد نظر، از جمله ظروف، لیوان‌ها و سایر محصولات پلیمری هم می‌تواند وجود داشته باشد. برای مثال، استفاده از سیستم ترموفرمینگ می‌تواند به تولید محصولات پلیمری باکیفیت‌تر و مرغوب‌تر منجر شود. از سویی، نباید فراموش کرد که سیستم نیمه فرمینگ با توجه به فرایند ساخت ظرف یکبار مصرف پلی‌استایرنی، می‌تواند برای سلامتی انسان مضر باشد.
نکته منفی قابل توجهی که در سیستم‌های نیمه فرمینگ و ترموفرمینگ وجود دارد، کاهش توان سیستم‌ها برای ساخت و تولید کردن ظروف پلاستیکی گیاهی است. البته با استفاده از هر یک از این سیستم‌ها می‌توان ظروف یکبار مصرف گیاهی هم ساخت، اما توان تولیدی آنها بسیار پایین خواهد بود. در مورد فرایند ساخت ظرف یکبار مصرف گیاهی هم در ادامه به بحث خواهیم نشست، اما آنچه که پیش از آن باید مورد پردازش و بررسی قرار بگیرد، یک مقایسه کامل از فرایند ساخت ظرف یکبار مصرف به واسطه سیستم‌های نیمه فرمینگ و ترموفرمینگ است.