Применение ПНД в промышленной упаковке

ПНД (полиэтилен высокой плотности), как ветвь семейства полиэтиленов с высокой кристалличностью (70% -85%) и высокой плотностью (0,941-0,965 г/см³), стал одним из предпочтительных материалов в области промышленной упаковки благодаря своей превосходной механической прочности, стойкости к химической коррозии, стойкости к старению под воздействием окружающей среды и гибкости в обработке. Его характеристики отвечают основным требованиям промышленной упаковки по "hнесущей способности и сопротивлению давлению, предотвращению утечек и защите от коррозии, переработке и повторному использованию, а также контролируемым затратам", и широко используется в складских и логистических связях в различных отраслях промышленности, таких как химическое сырье, строительные материалы, механические компоненты, электронные компоненты и т. д. С трансформацией промышленной логистики в сторону интенсификации и экологизации ПНД еще больше укрепил свои основные позиции в промышленной упаковке за счет модификации, модернизации и структурных инноваций.

1. Основная особенность промышленной упаковки из ПНД: точное соответствие эксплуатационным характеристикам и обстановке.

Промышленная упаковка должна справляться со сложными задачами, такими как коррозионная активность сырья, тряска и столкновения при транспортировке, давление при складировании и хранение в экстремальных условиях. Физические и химические свойства полиэтилена высокой плотности (ПНД) точно определяют целевые решения, а его преимущества значительно превосходят преимущества обычных пластиковых, металлических и деревянных упаковочных материалов.

1. Отличная механическая прочность: гарантия надежности и защиты

Основное требование к промышленной упаковке — защита содержимого от повреждений и сохранение структурной устойчивости. Механические свойства полиэтилена высокой плотности (ПНД) позволяют удовлетворить требования к прочности в различных условиях.

Высокая ударопрочность и прочность на разрыв: ПЭВП обладает прочностью на разрыв до 20–30 МПа, ударной вязкостью с надрезом (23 °C) 20–50 кДж/м² и ударной вязкостью при низкой температуре (-40 °C) 10–20 кДж/м², что значительно превосходит показатели ПЭНП (полиэтилена низкой плотности) и ПП (полипропилена). При ударе или падении контейнера или поддона во время транспортировки (без повреждения при падении с высоты 1,5 м) он эффективно поглощает ударную нагрузку и предотвращает утечку или повреждение содержимого. При штабелировании и хранении он выдерживает нагрузку от 5 до 8 ярусов (один ярус может выдерживать более 500 кг), что подходит для крупномасштабного хранения промышленного сырья.

Баланс жёсткости и прочности: ПНД сочетает жёсткость и прочность, не будучи хрупким, как полистирол (PS), и не деформируясь так легко, как мягкий ПВХ. Например, 20-литровая бочка из ПНД для химикатов может выдержать вес 30 кг, подвешенный за ручку, не сломавшись при наполнении жидкостью; поддоны из ПНД не подвержены остаточной деформации даже при сжатии краев во время подъёма вилочным погрузчиком, что обеспечивает их повторное использование.

Высокая износостойкость: твердость ПНД по Шору D составляет 60-70, а износостойкость его поверхности выше, чем у полипропилена и деревянных материалов. Контейнеры и поддоны из ПНД устойчивы к царапинам и повреждениям при частом использовании и трении, а их срок службы может достигать 3-5 лет (деревянные поддоны служат всего 1-2 года), что снижает расходы на повторные покупки.

2. Отличная химическая стабильность: подходит для коррозионного промышленного сырья.

Более 30% промышленного сырья обладает кислотностью, щелочностью, маслянистостью или коррозионностью, а химическая инертность ПНД позволяет обеспечить безопасную упаковку:

Стойкость к воздействию кислот и щелочей: ПЭВП обладает превосходной стойкостью к воздействию растворов кислот и щелочей концентрацией ниже 50%, таких как серная, соляная, азотная кислоты, а также растворов концентрацией ниже 30%, таких как гидроксид натрия и гидроксид калия, без растворения, набухания и деградации. Например, 25-литровая бочка из ПЭВП, содержащая соляную кислоту, после хранения при комнатной температуре в течение 12 месяцев не имеет протечек и деформации корпуса, а потеря веса составляет менее 0,5%.

Маслостойкость и стабильность к растворителям: ПНД имеет чрезвычайно низкую проницаемость для обычных промышленных растворителей, таких как минеральное масло, растительное масло, этанол, ацетон и т. д. При хранении бензина, дизельного топлива и других видов топлива в контейнерах из ПНД проницаемость составляет ≤ 0,1 г/(м² · 24 ч), что намного ниже, чем 1,5 г/(м² · 24 ч у ПВД), что может эффективно предотвращать испарение растворителя или утечку загрязнения.

Стойкость к химической адсорбции: ПНД имеет низкую пористость поверхности, что затрудняет адсорбцию химических веществ из сырья. При упаковке, переработке и очистке остатки легко удаляются, что упрощает повторное использование и соблюдение нормативных требований. Он особенно подходит для упаковочных материалов, таких как покрытия и чернила, склонных к адсорбции.

3. Высокая устойчивость к старению под воздействием окружающей среды: подходит для сложных условий хранения и транспортировки.

Промышленная логистика часто предполагает складирование на открытом воздухе, транспортировку на дальние расстояния, воздействие экстремальных температур и влажности. Устойчивость полиэтилена высокой плотности к атмосферным воздействиям обеспечивает стабильность упаковки:

Устойчивость к высоким и низким температурам: полиэтилен высокой плотности (ПНД) может использоваться в диапазоне температур от -40 до 60 °C и выдерживает кратковременное воздействие высоких температур до 80 °C. При хранении на открытом воздухе в условиях северной зимы (-30 °C) упаковка не будет хрупкой и треснувшей; при транспортировке в условиях южного лета (50 °C) она не размягчается и не деформируется, что делает её пригодной для межрегиональной логистики по всей стране.

Защита от старения под воздействием УФ-излучения: добавление модификаторов, таких как сажа и УФ-поглотители, позволяет улучшить устойчивость полиэтилена высокой плотности к старению в 5–10 раз. После 12 месяцев эксплуатации на открытом воздухе прочность на разрыв сохраняется на уровне ≥ 80%, что делает его пригодным для упаковки сырья, например, строительных покрытий и наружных химикатов, требующих длительного хранения на открытом воздухе.

Водостойкость и влагостойкость: водопоглощение ПНД составляет всего 0,01–0,02%, что делает его практически не впитывающим. Упаковочные контейнеры и пленки из ПНД эффективно блокируют водяной пар, предотвращая воздействие влаги, комкование и повреждение влагопоглощающих материалов, таких как цемент, гипсовый порошок, электронные компоненты и т. д.

4. Преимущества в обработке и стоимости: поддержка крупномасштабных промышленных применений

Спрос на промышленную упаковку высок, а требования к ней разнообразны. Гибкость переработки и экономическая эффективность ПНД отвечают потребностям крупномасштабного производства.

Разнообразные технологии формования: ПЭВП может использоваться для производства различных видов упаковочных изделий с помощью таких методов, как выдувное формование, литье под давлением, экструзия и ротационное формование. Выдувное формование позволяет производить пластиковые бочки и канистры объёмом от 1 до 200 л; литьё под давлением позволяет изготавливать поддоны и контейнеры; Экструзия используется для производства плёнок, труб и тканых мешков; Технология рулонного формования используется для производства больших резервуаров (более 500 л), охватывая практически все виды промышленной упаковки.

Расходы и энергопотребление контролируются: стоимость сырья для ПНД на 30% ниже, чем для ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ и на 80% ниже, чем для нержавеющей стали, а расход энергии на его переработку низкий (температура формования 130-135 ℃, ниже, чем у ПП 160-170 ℃); при этом вес упаковки из ПНД составляет всего 1/5 от веса металлической упаковки и 1/3 от веса деревянной упаковки той же вместимости, что позволяет сократить расход энергии на транспортировку на 20%-30% и существенно контролировать общие расходы предприятий.

Высокая степень пригодности к вторичной переработке: ПЭВП относится к категории перерабатываемых пластиков (маркировка вторичной переработки дддххх№ 2"). После переработки он может быть физически регенерирован в переработанный ПЭВП (rHDPE), который используется для упаковки или поддонов, не контактирующих напрямую с коррозионным сырьем. Степень переработки может достигать более 85%, что соответствует политике дддххх, направленной на сокращение выбросов углерода и отходов в промышленной сфере.

2. Основной сценарий применения ПНД в промышленной упаковке: система защиты для всех категорий промышленных материалов.

Применение полиэтилена высокой плотности (ПНД) в промышленной упаковке составляет более 40%. В зависимости от формы и характеристик упаковки её можно разделить на три подкатегории: контейнеры, плёнки и тканые материалы, а также поддоны и оборотные средства. Каждая из этих сфер применения оптимизирована для хранения и транспортировки промышленных материалов.

1. Контейнерная упаковка: основной носитель жидкого и порошкообразного промышленного сырья.

Контейнерная упаковка – наиболее распространённая форма применения полиэтилена высокой плотности в промышленной упаковке, на долю которой приходится более 50%. В зависимости от вместимости и способа производства её можно разделить на небольшие бочки, контейнеры среднего размера и большие резервуары для хранения, подходящие для различных объёмов промышленного сырья:

Малое ведро (1-25 л): производится с использованием технологии выдувного формования, в основном используется для небольших и средних партий жидкого сырья, такого как покрытия, чернила, клеи, чистящие средства, пестициды и т. д. Основными преимуществами этого типа контейнера являются: во-первых, хорошая герметичность, использование винтовой крышки и силиконового уплотнительного кольца, с уровнем утечки менее 0,01%, что может предотвратить испарение или утечку летучих исходных материалов; во-вторых, его легко использовать, с противоскользящими рисунками и ручками на корпусе бочки. Вес одной бочки (включая ее содержимое) контролируется в пределах 25 кг, что делает его удобным для ручного перемещения; в-третьих, этикетка четкая, и на корпусе бочки можно напрямую напечатать информацию, такую ​​как название сырья, технические характеристики и этикетки опасных материалов, в соответствии со стандартами промышленной безопасности. Например, 10-литровые ведра для внутренней краски для стен таких марок, как Ниппон Краска и Дулюкс, изготовлены из материала ПНД, который устойчив к коррозии под воздействием растворителей и обладает высокой устойчивостью к утечкам.

Контейнер среднего размера (25-200 л): изготовленный методом пустотелого выдувного формования или ротационного формования, подходящий для средних и крупных партий материалов, таких как химическое сырье, смазочные материалы, пищевые добавки и т. д. Бочка из ПЭВП объемом 200 л является типичным представителем, толщина стенки бочки составляет 3-5 мм, она оснащена оцинкованными стальными обручами и фланцевыми крышками, способна выдерживать внутреннее давление 0,1 МПа, подходит для хранения жидкого химического сырья; Некоторые большие бочки оснащены герметичными внутренними вкладышами, которые имеют двойное уплотнение с помощью крышки бочки + внутреннего вкладыша дддххх для дальнейшего повышения уровня герметичности. Они используются для упаковки высокотоксичного или ценного сырья. Кроме того, квадратные бочки из ПЭВП объемом 50 л стали основной упаковкой для строительных клеев, латексных красок и другого сырья из-за их способности экономить место для хранения (укладка до 8 слоев).

Большие резервуары для хранения (более 500 л): производятся с использованием технологии ротационного формования, вместимостью до 10-50 м³, используются для хранения заводского сырья или очистки сточных вод. Преимущества больших резервуаров для хранения из ПНД заключаются в следующем: во-первых, они обладают высокой коррозионной стойкостью и могут хранить высококоррозионные растворы, такие как серная кислота, азотная кислота и гидроксид натрия без необходимости дополнительного антикоррозионного покрытия; во-вторых, они обладают хорошей ударопрочностью и могут выдерживать внешние столкновения или внутренние удары жидкости без разрушения; в-третьих, они просты в установке, весят всего 1/10 от резервуара для хранения из нержавеющей стали той же емкости и могут быть собраны или подняты целиком на месте. Например, небольшие химические заводы обычно используют резервуары для хранения из ПНД объемом 10 м³ для хранения соляной кислоты, со сроком службы более 10 лет и стоимостью всего в три раза меньше резервуаров для хранения из нержавеющей стали.

2. Пленка и тканая упаковка: защитные барьеры для твердых и сыпучих материалов

Из полиэтилена высокой плотности (ПНД) производятся тонкие пленки или тканые материалы методом экструзии, которые используются для влагонепроницаемой, пыленепроницаемой и контейнерной упаковки твердых материалов, в основном, тонких пленок, тканых мешков и композитной упаковки:

Упаковка из пленки ПНД: делится на однослойную пленку и композитную пленку. Однослойная пленка (толщиной 0,05–0,2 мм) используется для влагонепроницаемой упаковки механических и электронных компонентов, образуя герметичный пакет путем термосваривания для блокировки водяного пара и пыли; Композитная пленка (смесовая пленка ПНД/ЛПЭНП) имеет толщину 0,1–0,3 мм и прочность на разрыв до 50 Н/мм. Она используется для упаковки сыпучих порошков, таких как цемент и гипсовый порошок, и изготавливается в виде "тонкого пленочного мешка" для использования с внешним тканым мешком. Его влагостойкость лучше, чем у традиционных однослойных тканых мешков. Например, 50-килограммовый продукт Раковина Цемент имеет структуру дддхххHDPE внутренней мембраны + ПП тканого мешка", которая может эффективно предотвратить впитывание влаги и комкование цемента.

Плетеный мешок из полиэтилена высокой плотности (ПНД): соткан из плоской проволоки из полиэтилена высокой плотности, обладает высокой прочностью и износостойкостью и является основным видом упаковки промышленных сыпучих материалов (на долю которого приходится более 60% рынка плетеных мешков). В зависимости от требований к грузоподъемности мешки делятся на обычные плетеные мешки (грузоподъемностью 25–50 кг) и контейнерные мешки (грузоподъемностью 500–2000 кг): обычные плетеные мешки используются для упаковки пластиковых частиц, удобрений, кормов и т. д. На корпус мешка можно нанести влагонепроницаемые, солнцезащитные и другие предупреждающие знаки. Контейнерные мешки (также известные как тоннажные мешки) имеют структуру основы из ткани + стропы с прочностью строп до 5000 Н. При использовании с вилочными погрузчиками или кранами они подходят для погрузки-разгрузки сыпучих материалов, таких как минеральный порошок и пластиковая крошка в портах и ​​доках.

Композитная тканая упаковка: тканый материал из полиэтилена высокой плотности (ПНД) в сочетании с пленкой и алюминиевой фольгой образует такие структуры, как "тканый материал/ПЭ-пленка" и "тканый материал/алюминиевая фольга/ПЭ-пленка", обладающие как прочностью, так и барьерными свойствами. Композитный мешок из "тканого материала/ПЭ-пленки" используется для упаковки легко гигроскопичных порошков, таких как порошки для покрытий и красители, с влагостойкостью в 3-5 раз выше, чем у обычных тканых мешков; Композитный мешок из "тканого материала/алюминиевой фольги/ПЭ-пленки" используется для упаковки сырья, требующего высокой свето- и кислородостойкости (например, некоторых химических катализаторов). Слой алюминиевой фольги может блокировать более 99% ультрафиолетовых лучей и кислорода, продлевая срок годности сырья.

3. Поддоны и оборотная тара: основа логистических перевозок

Поддоны и контейнеры из ПНД — это мобильные платформы промышленной логистики, занимающие 30% рынка промышленных поддонов. Они заменяют традиционные деревянные поддоны, обеспечивая долговечность и возможность повторного использования.

Пластиковые поддоны из ПЭВП: производятся методом литья под давлением или выдувного формования, делятся на двусторонние, односторонние, решетчатые и плоские, подходят для различных материалов и погрузочно-разгрузочного оборудования. Двусторонний поддон может выдерживать нагрузку до 1500 кг и подходит для двухсторонних вилочных погрузчиков и многоярусного штабелирования; Лотки решетчатого типа обладают хорошей воздухопроницаемостью и используются для упаковки влажных материалов (например, влажных химических промежуточных продуктов); Плоский поддон имеет гладкую поверхность и подходит для размещения электронных компонентов, прецизионных деталей и других легко царапающихся изделий. Основными преимуществами поддонов из ПЭВП являются длительный срок службы (3–5 лет, в то время как у деревянных поддонов всего 1 год), легкая очистка (можно мыть или дезинфицировать паром) и высокая стоимость переработки, что особенно подходит для отраслей с высокими требованиями к гигиене, таких как пищевая промышленность и фармацевтика. Например, сырье для сиропа Кока Кола транспортируется с использованием сетчатых поддонов из ПЭВП, которые можно использовать повторно более 200 раз.

Контейнеры для оборота ПНД: литые под давлением, делятся на закрытые, открытые и с перегородками, используются для внутреннего оборота сырья и хранения комплектующих на заводах. Ударопрочность контейнеров для оборота высокая, и они не разбиваются при падении с высоты 1,2 м, что делает их пригодными для частого использования на сборочных линиях; Некоторые контейнеры для оборота оснащены замками или структурами для штабелирования, чтобы предотвратить падение крышки или опрокидывание контейнера во время транспортировки; Контейнер для оборота с перегородкой может хранить компоненты разных спецификаций (например, винты и гайки) в разных зонах, чтобы избежать смешивания. Например, заводы по производству автомобильных деталей обычно используют контейнеры для оборота ПНД с перегородками для хранения штампованных деталей. Перегородки можно настраивать в соответствии с размером деталей, чтобы защитить их от повреждений при столкновении.

Вспомогательная логистическая упаковка: ПНД также используется для изготовления амортизирующих материалов, противоскользящих накладок, обвязочных лент и т.д. для логистики. Демпферные блоки из ПНД изготавливаются методом вспенивания с плотностью 0,1–0,3 г/см³ и используются для упаковки прецизионного оборудования (например, деталей станков) для смягчения ударов. Поверхность противоскользящих накладок из ПНД имеет противоскользящий рисунок, предотвращающий скольжение грузов на поддонах. Прочность на разрыв обвязочной ленты из ПНД может достигать 15 МПа, что позволяет заменить традиционные стальные ленты. Лента легкая и не подвержена ржавчине, используется для обвязки и фиксации грузов в контейнерах.

3. Модификация, модернизация и инновационное применение ПНД в промышленной упаковке.

С ростом спроса на "функционализацию, облегчение и экологичность упаковки в промышленной логистике ПНД непрерывно расширяет границы своего применения за счет технологий модификации и структурных инноваций, а также разрабатывает характерные продукты, подходящие для высокотехнологичных промышленных сценариев.

1. Модифицированный ПНД: отвечает особым промышленным потребностям

Добавляя функциональные наполнители или модифицируя смеси, можно добиться особых свойств полиэтилена высокой плотности (ПНД) и адаптировать его к промышленным сценариям с высокими требованиями:

Армированный и закаленный ПНД: Добавление стекловолокна (содержание 10–30%) для получения армированного ПНД повышает прочность на разрыв до 40–50 МПа, а прочность на изгиб – до 60 МПа. Он используется для изготовления крупногабаритных поддонов или резервуаров с высокими требованиями к несущей способности, например, поддонов из ПНД большой грузоподъемности 2000 кг. Добавление ЭПДМ (этиленпропиленового каучука) для получения закаленному ПНД повышает ударную вязкость при низких температурах (-40 ℃) до более чем 30 кДж/м², и он используется для наружной упаковки в холодных северных регионах, например, для транспортировки химического сырья зимой.

Антибактериальный ПНД: контейнеры или лотки для оборота, изготовленные с добавлением антибактериальных агентов, таких как ионы серебра и оксид цинка, могут подавлять рост таких микроорганизмов, как кишечная палочка и золотистый стафилококк. Они используются для упаковки сырья с высокими гигиеническими требованиями, например, пищевых добавок и фармацевтических полуфабрикатов, снижая риск микробного загрязнения. Например, контейнеры для оборота сырья на фармацевтических заводах изготавливаются из антибактериального ПНД, что позволяет сократить частоту очистки и дезинфекции и повысить эффективность производства.

Антистатический ПНД: добавление технического углерода, антистатических агентов и т. д. снижает поверхностное сопротивление ПНД до 10 ⁶ -10 ⁹ Ом. Используется для упаковки электронных компонентов (таких как микросхемы, печатные платы) для предотвращения их повреждения, вызванного накоплением статического электричества. Антистатические ПНД-лотки эффективно снимают статическое электричество и защищают прецизионные электронные компоненты в процессе логистики на заводах по производству электроники.

2. Структурные инновации: повышение производительности и эффективности упаковки

Благодаря оптимизации конструкции упаковки, упаковка из ПНД может обеспечить улучшенную защиту, удобство использования и оптимизированное пространство:

Многослойный соэкструзионный контейнер: при использовании многослойного соэкструзионного процесса дддхххHDPE/EVOH/HDPE" в качестве промежуточного барьерного слоя используется сополимер этилена и винилового спирта (EVOH), который обладает кислородной барьерностью в 10-20 раз выше, чем однослойный ПНД. Он используется для упаковки химического сырья, чувствительного к кислороду (например, некоторых полимерных мономеров), что продлевает срок его хранения. Например, срок годности акриловых мономеров, упакованных в многослойные соэкструзионные ПНД-бочки объемом 25 л, был увеличен с 6 до 12 месяцев.

Складной контейнер: складные контейнеры из ПНД складываются до трети своего первоначального объёма в пустом виде, что значительно экономит место для хранения и транспортировки (снижая расходы на транспортировку пустых контейнеров на 60%). Подходит для таких отраслей, как электронная коммерция и экспресс-доставка, где требуется частая переработка пустых контейнеров. Шарнирная часть контейнера изготовлена ​​из армированного ПНД, который выдерживает более 500 сложений и обладает превосходной усталостной прочностью.

Интегрированная система упаковки: контейнеры из ПЭВП, поддоны и амортизирующие материалы образуют интегрированную упаковку, например, комбинацию из бочек ПЭВП объёмом 200 л + поддонов ПЭВП + фиксирующих ремней ПЭВП. Корпус бочки и поддон фиксируются с помощью прорезей для картона, предотвращая опрокидывание во время транспортировки. Фиксирующий ремень можно использовать повторно, заменяя одноразовые упаковочные ремни и сокращая количество упаковочных отходов.

3. Экологичное применение: удовлетворение спроса на политику "dдвойных выбросов углерода

В рамках продвижения политики снижения выбросов углерода и достижения углеродной нейтральности упаковка из ПНД развивается в направлении вторичной переработки, биоосновы и биоразлагаемости:

Промышленное применение переработанного ПНД (rHDPE): с помощью процесса сортировки, очистки, плавления, фильтрации (дддххх) переработанная упаковка ПНД может быть переработана в rHDPE, который используется для производства лотков, контейнеров и внешних упаковочных бочек для коррозионно-активного сырья, не контактирующего напрямую с ним. Например, после очистки, бочки с покрытием из переработанного ПНД могут быть использованы для производства промышленных контейнеров с механическими свойствами, превышающими механические свойства исходного ПНД на 80%, и при этом себестоимость снижается на 30%. В настоящее время уровень использования rHDPE в промышленной упаковке в Европе достиг 40%, и он постепенно продвигается в Китае.

Исследования и применение биополимера ПНД: Биополимер ПНД, полученный из биомассы, такой как сахарный тростник и кукуруза, имеет углеродный след на 40–60% ниже, чем традиционный ПНД, а его эксплуатационные характеристики практически не отличаются от традиционных ПНД. Его можно использовать для производства промышленных тканых мешков, лотков и т. д. Например, биополимер ПНД, производимый компанией Браскем в Бразилии, используется в производстве промышленных упаковочных бочек для Кока-Кола, что обеспечивает полную замену ископаемого сырья.

Исследование биоразлагаемого ПНД: при добавлении ПБАТ (полибутилентадипинаттерефталата), крахмала и других разлагаемых компонентов в ПНД полученная упаковка может разлагаться в течение 6–12 месяцев в условиях промышленного компостирования и используется для одноразовой промышленной упаковки (например, амортизирующей упаковки для мелких деталей) для уменьшения загрязнения пластиком.