容器智能注塑岛,离我们并不遥远

容器智能注塑岛,离我们并不遥远

作者: 艾筑


     引言:随着国内外饮料产量和消费量快速增长,饮料包装使用的主流包装容器PET瓶的需求量也相应的呈现出快速增长的态势,这也对瓶胚生产设备的产能提出了更高的要求。目前,瓶胚注塑设备正朝着高效化、智能化的方向发展,容器智能注塑岛也就应运而生了。容器智能注塑岛的概念涉及到多个工艺单元的配合,是一种全面的集成化注塑解决方案,系统整合方面的完美突破,与工业4.0理念高度契合,代表了未来瓶胚注塑行业的发展方向。现已有瓶胚注塑设备企业所提供的系统已经具备了智能注塑岛的雏形模样,如全球PET瓶胚注塑设备制造领头羊 - 加拿大HUSKY(赫斯基)的HyPET集成化系统,而国内的广州华研精密机械有限公司经过十余年的发展,在容器智能注塑岛领域的技术已与HUSKY(赫斯基)接近。


塑料容器是塑料包装的一个主要部分。人们生活当中的罐装容器,诸如矿泉水、茶品饮料、汽水、食用油、化妆品、清洁剂及糖果罐等等容器,已很多地应用了塑料材料,如PETPPPC等,且已广泛取代其它传统材料制成的容器。其中,PET瓶重量轻且非常坚固,给客户带来便利。轻量这一特征还降低了能源消耗,并相应地减少了物流和运输成本。相于纸盒、玻璃和铝罐包装而言,PET瓶占据绝对的优势成为更经济的包装选择。

 在国内用PET瓶包装的主流产品,初期仅局限于诸如可乐、矿泉水、蒸馏水之类的饮料使用的包装容器,应用中以其优良的性能及合理的价位获得用户的普遍欢迎,在这些饮料包装成功应用的基础上,近年来PET瓶已在耐热瓶装饮料红茶、绿茶、果汁以及食用油、化妆品、医药、农药等行业的应用中得到扩展,PET瓶成为塑料包装材料增长幅度最大的品种。

 目前我国PET瓶生产行业中,产量最大的骨干企业是珠海中富和上海紫江,分别占有国内PET瓶市场份额的约30%20%。中富是中国第一家为国内饮料行业生产PET包装瓶的公司,是国内最早获得可口可乐、百事可乐公司认可的PET瓶生产厂家,在各地拥有30多家工厂,年产约80亿个软饮料、矿泉水、纯净水和蒸馏水包装用PET瓶,80亿个PET瓶胚,是中国最大的PET瓶制造商之一。紫江于1988年涉足PET瓶制造领域,在近三十年时间里,紫江从单一的地方性碳酸饮料瓶生产厂发展成遍布全国各大区域的PET瓶制造集团,产品涉及各种规格的PET瓶胚、碳酸饮料瓶、热灌装饮料瓶、矿泉水瓶、啤酒瓶和食用油瓶,成为行业中的龙头企业。

 容器智能注塑岛

 PET用在瓶子的加工方法有两种: 1, 一步法,瓶胚注塑与拉伸吹瓶在同一台机器上进行。2, 二步法,瓶胚在注塑机上生产成型. 冷却至室温后, 再移至另一台拉伸吹瓶设备上进行加热、拉伸、吹出成型。一步法适合产量小规格多的生产,二步法适合用在产量大但规格单一的场合。随着食品饮料及医疗产品等对包装瓶的大量需求,极大地带动了PET成型加工设备和技术的发展

 PET瓶胚制造企业的一切努力,都以最高效能为导向。这意味着瓶胚的生产流程在设计上力求:极易实现再现性+生产周期时间最短+单位成本降至最低。我国包装业已经涉足智能装领域,中国提出“中国制造2025”,如何让中国包装业走向由大变强,距离智能制造更进一步,是包装企业需要考虑的问题。

 在瓶胚加工行业中小范围圈子内流行着一个新名词:智能注塑岛。注塑岛概念涉及到多个工艺单元的配合,是一种全面的集成化注塑解决方案,系统整合方面的完美突破。注塑岛(链)核心构成部分包括自动瓶胚注塑装备作为主体,搭配自动胶料除湿干燥上料机、热流道模具、模温机、瓶胚自动取出机械手臂、智能视觉检测装置、自动瓶胚输送和装箱设备等周边设备,可实现最大程度的自动化生产瓶胚产品,打造无人化车间,降低人工成本。已有瓶胚注塑设备企业所提供的系统已经具备了智能注塑岛的雏形模样,如全球PET瓶胚注塑设备制造领头羊 - 加拿大HUSKY(赫斯基)的HyPET集成化系统的所有组件包括机器、模具、热流道、机械手模后冷却装置和辅机均经过专门的设计,可以作为一个整体工作单元顺畅地工作整个注塑系统均可通过赫斯基的单一操作界面进行集中控制。国内的广州华研公司经过十余年的发展,在容器智能注塑岛领域的技术已与HUSKY(赫斯基)接近。


注塑岛单元集成化系统方案的优势在于: 可以在一个人机交互界面(如电脑),闭环控制注塑单元里的注塑机与周边设备等所有设备,进行实时通信、数据交互、故障诊断、异常处理、质量统计分析、执行柔性排产决策。能在极其快的注塑周期下,每一个工艺单元达到精密和稳定,无缝运行配合,并生产出高品质的瓶胚,保持低废品率,构建起一个精密和稳定系统。注塑岛甚至能够集成制造执行系统(MES),并上承企业资源计划系统(ERP)、下接装备物联网系统,成为真正跨平台的一体化整体解决方案。智能注塑岛是在注塑机的基础上进行自动化和信息化全面升级的高端机械装备整体解决方案,也是企业实施数字化注塑车间的必由选择。能够极大提升瓶胚注塑生产的单机及集群效率和品质,是先进的工业技术与信息技术融合的典范,与工业4.0理念高度契合,代表了未来瓶胚注塑行业的发展方向。目前中国的食品饮料等行业处于由粗放式、劳动密集型产业向集约型、技术型产业转变的关键时期,而智能化瓶胚注塑岛将在这个转变的过程中起到重要的作用。

 智能瓶胚成型系统

 随着PET瓶的应用呈几何级数的增长,对PET瓶胚注塑机的性能提出了越来越高的要求。为此,PET瓶胚注塑机在机构及结构控制等方面更进一步体现出专用注塑机的性能特征,主要表现在高速、高效、精密等方面。

如前面所述,最大生产力和生产效率是PET瓶坯生产的关键因素,成型周期越来越短,生产效率越来越高,高速成型是PET瓶胚注塑设备性能的综合体现,PET瓶胚的业界领先的瓶胚注塑机已普遍采用现代电子和计算机闭环控制技术,可对整个成型过程的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身温度、螺杆转速、喂料量,以及电机的电流电压等参数进行在线检测。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度和提升生产效率都极为有利。这类设备的代表如瑞士耐驰特(NETSTAL)公司的600吨的192PET-Line机型,每小时可成型9万多个瓶胚,循环时间仅为7.4秒;HUSKY公司的HyPET400瓶胚专用注塑机,结合该公司的国际领先的热流道模具,一模96腔,周期不到7.5秒,合格率基本上达到100%

 中国PET包装市场正处于高速增长之中,行业内的竞争很激烈。欧美大型的模具和设备生产商上世纪70年代末开始进入中国,直到十年或者五年前,国内知名的PET瓶胚生产商都使用进口设备,这说明当时国内的PET瓶胚注塑设备与国际先进水平还相差甚远。据了解,HUSKYHyPET系统在中国的销量近几年每年超过了100套。但是近三五年以来,中国瓶胚模具市场已经发生了一些明显变化,国内PET瓶胚注塑设备生产商认真吸取国际先进技术和成功经验,不断地研究和开发,敢于创新,也能造出适用于各种饮料和满足不同灌装条件的且具有高性价比的PET瓶胚模具和设备,越来越多的国内瓶胚生产企业已经选择MADE IN CHINA设备了,国外企业垄断的格局正在发生变化。广州华研公司是其中的佼佼者,迄今已有超过500台华研瓶胚注塑系统在市场上稳定运行,怡宝有八成以上、可乐冰露也有六成以上的设备是采用华研装备,华研确立了在国内PET瓶胚注塑设备行业的龙头地位。曾经长期担任全球最大PET注塑设备企业之一的中国高管的人士在不久前与笔者交流时承认,最近几年以来,在很多国内应用项目招标中,外资名企在与华研等国内本土优秀企业的比拼中多数会败下阵来,原因有二,一是外资品牌的技术优势已经消失殆尽,特别是在低模腔系统方面,他们在性价比上的劣势日趋明显; 二是外资企业在对客户的沟通与服务上先天不足,无法与更贴近国内用户的本土优秀企业分庭抗礼。

 瓶胚模具

制约PET瓶胚生产效率的一个主要因素是模具,PET成型要使用有特殊针阀式系统的热流道模具。PET瓶胚模具是一个很高的门槛,同时也是PET瓶胚注塑系统核心技术之一。PET瓶胚的注塑成型已由多腔发展到群腔,瓶胚模具的群腔化是提高生产效率及降低生产成本的最主要途径,代表了瓶胚模具的发展方向。这使得PET瓶胚注塑设备的研发成为注塑机、模具、注塑工艺以及原料的四者组合体,特别是前三者必须紧密结合,缺一不可。研发注塑主机的须了解主机如何与模具匹配,研发模具的则务必了解模具如何与主机匹配。只有对四方面的知识充分了解和掌握,才能开发出高端的PET瓶胚注塑设备。如赫斯基公司坚持把研发PET瓶胚注塑机和PET瓶胚模具作为一个体系来进行,特别是把热流道技术成功用于PET瓶胚模具,使主机与模具两者的互相匹配达到最佳状态,从而使设备的生产能力大幅提高。

由于我国瓶胚模具的研究开发及制造仍落后于国际水平,热流道技术及运用也不过关,因此国内知名的PET瓶胚生产商所使用的瓶胚模具多为进口产品。国际上,单层瓶胚注塑模具的模腔数早就达到了144腔,如瑞士耐驰特公司推出了192PET瓶胚模具,加拿大赫斯基公司专为锁模力650吨的HyPET注塑机而设计的216PET瓶胚模具。在国内,虽然在整体上仍大大落后于国际一流水平,但72腔、128腔的PET瓶胚模具已经发展成熟。其中一定数量的PET瓶胚模具已出口并替代进口产品,如广州华研精密机械有限公司投入了大量的高端设备及人才,使模具技术得到很大的发展,现正与国际先进制造商抗衡,实现高端瓶胚模具国产化,打破国内饮料巨头以进口模具为主的趋势。瓶胚模具是高度专业化的领域,为资金与技术密集型产业,配套模具若能跟上,就可为象华研这样的瓶胚注塑设备企业发展助力。据华研员工透露,许多大客户都在进行规模化的生产,需要更高产、更高效的设备,为满足市场需求,他们正着力开发更加高产量的系统,如144腔系统,该产品已推向市场实现销售。而另一家PET注胚模具重点企业 - 广东星联精密机械有限公司,早在2013年投资3亿多元兴建PET模具研发制造基地,采用柔性化、智能化加工技术,改变模具制造方式,进一步提高模具制造精度,推动中国PET模具行业整体技术水平的提升。



未来趋势

 

塑料包装市场当前的趋势是,消费者需要更广泛的多样性,这是较之以往的不同之处。他们具有更强的健康意识,而且对趋势变化反应迅捷他们期望产品质量能不断提升。多层技术就是应对趋势变化一个很好范例。据业内专家介绍,多层复合瓶是PET瓶发展的一个重要方向,而发展多层瓶胚共注射设备就是重要前提,国内尚待开发,国际上Kortec公司走在前列。而啤酒和果汁等对长货架期的要求,则大大促进了PET瓶阻渗技术的提高。


包装内含物的保护(如牛奶保质期)、包装设计以及物流成本都是需要重视的问题。现代PET包装的多样化趋于完美,例如在国内市场内就有销售由芒果状的饮料瓶包装的芒果汁。作为未来沟通交流的手段,包装担任的角色愈发重要。此外,绿色环保和可持续发展也塑料容器包装行业的新兴趋势。


位于美国克里夫兰的著名工业市场调研机构 - Freedonia集团发布的包装行业市场分析报告指出,塑料材料和防伪包装瓶的日益增长是推动全球包装瓶市场增长的重要因素。根据材料的类型,在市场上经营的制造商主要是依赖塑料来生产包装瓶,而不是玻璃。2017年,塑料包装瓶的销售额预计将达到20.183亿美元的收入。按价值计算,容量超过500毫升的包装瓶的销售量预计将在2027年之间上升6.6%的年均复合增长率。


就价值而言,北美将继续是包装瓶的主要市场,预计到2027年底将达到最高的复合年增长率。制药部门将成为北美生产包装瓶的最大终端用户。在价值方面,印度和中国将在除日本以外的其他亚太地区(APEJ)中拥有最高的年均复合增长率。APEJ的包装瓶市场预计将在2027年期间达到6.6%的复合年增长率。





附: 瓶胚成型系统及模具全球及中国主流企业及其代表性产品介绍

 

瓶胚成型系统

1. HUSKY 赫斯基

1978年起,赫斯基注塑系统有限公司已成为瓶胚制造设备行业的领导者,设计、制造并整合业界最为广泛的注塑设备,包括注塑机、瓶胚模具、热流道、周边设备和一体化系统。其增值服务包括瓶胚造型设计和开发、瓶胚减重、工厂规划、阻隔方案、模具翻新和改造服务、顾客培训、系统集成、完整的资产管理等。赫斯基在全球拥有40多个销售和服务办事处,雇员约4000多人,能为100多个国家的客户提供支持,并分别在加拿大、美国、卢森堡、奥地利、中国、印度和捷克建有生产基地。

赫斯基 HyPET平台系统是灵活的瓶胚注塑系统,能满足任何应用和产量需求。HyPET集成化系统的所有组件(包括机器、模具、热流道、机械手和模后冷却装置和辅机)均经过专门的设计,可以作为一个整体工作单元顺畅地工作,可以实现最高水平的整体设备效率(OEE)。


2. NETSTAL耐驰特

几十年来,耐驰特一直致力于为包装行业内薄壁塑料部件的快速和高精密生产,提供高质量的注塑机以及专业化的生产系统。耐驰特品牌代表着全球一流、高效、高精密。在饮料、包装和医疗技术等领域,耐驰特以其坚持不懈的创新、服务和高效强大的技术手段,深受客户的一致好评。

PET-LINE是一款高度现代化的PET瓶坯生产系统,代表着最大化的经济性和高效率生产。凭借PET-LINE产品线,Netstal 成为全球领先的PET瓶坯设备供应商。

3. SIPA西帕  

意大利SIPA公司是PET专家。在PET容器解决方案方面拥有30年的经验,从针对食品饮料、化学品、化妆品、洗涤剂和药品等领域,SIPA获得了从瓶胚到最终产品的各种瓶具制造与灌装技术的大量专业技能。

SIPA拥有三个生产基地,两个在意大利,一个在中国杭州。其范围广泛的产品线包括了PET瓶胚生产设备,由两大系列组成:XFORMXTREMEXFORM平台有350吨和500吨两种,适合于高性价比地生产PET瓶胚,模腔数达144.XTREME平台是一种革命性注压成型系统,把瓶胚生产提升到一个新高度,适合于高速生产轻质瓶胚。SIPA在中国的服务客户包括娃哈哈、顶新、汇源等多家知名企业。


4. 华研

 广州华研精密机械有限公司成立于2002年,是全球第二家、中国第一家同时拥有注胚机、机械手、针阀式热流道注胚模具,并集研发、生产、销售、工程服务一体的企业,同时能为客户提供瓶样、瓶胚设计和工厂规划服务。今天,华研制造的PET注胚系统和注胚模具被广泛应用在国内外食品、饮料、水、食用油、日化用品和医疗用品等知名企业,如可口可乐、达能集团、华润集团、娃哈哈、统一企业、汇源集团、上海天喔、海天酱油、蓝月亮、纳爱斯等。华研在国内PET注胚系统行业居于领先地位。


Epioneer系列瓶胚注塑系统是华研经历了4年设计验证推出的最高端机型,同时也是与世界同步、目前国内最先进的瓶胚注塑系统。全新的注胚系统采用电动直压式的创新设计,具有多模腔、高速、高效、节能等众多优势,适用于大注塑量、高产量、高质量的瓶胚生产应用。


5. 一道

广州一道注塑机械股份有限公司成立于2005年,已成为中国领先瓶胚注塑机专业供应商。不仅提供瓶坯注塑机,更提供全套PET瓶坯产品解决方案,产品从注塑成型设备,到注塑模具、干燥系统、除湿机、冰水系统、空压系统、瓶坯输送装置、软包机,还增加了全新观念的动态成型注塑机、超高分子量注塑机、多物料注塑机以及体积拉伸塑化系统和动态注射增效器。




瓶胚模具

1. HUSKY

作为世界上最大的瓶胚模具制造商,赫斯基能够为新型瓶胚模具、现有模具向最新一代技术的改造与翻新提供全球性模具计划。在中国上海,赫斯基瓶胚模具在最先进的专业生产基地制造出来,他们还在不断加大投资,以期提升生产能力、缩短交货周期并实现最高产品质量。


2. SIPA

SIPA也是单腔至144腔瓶胚注塑模具的生产商,同时面向SIPA系统与非SIPA系统。还提供瓶胚注塑模具的翻新与改造服务。


3. Otto Hofstetter

这家瑞士公司提供品种多样的PET瓶胚模具,从2192腔,容积从0.125 到10升。对于不标准的应用,他们都能生产出符合特定要求的模具,产品具有典型的瑞士品质。


4. MHT

德国MHT 模具与热流道技术公司成立于1996年,是PET行业内享有盛誉的合作伙伴。在德国、卢森堡、美国和中国太仓建有五个生产与服务基地,服务于超过100个国家的顾客。该公司一直致力于将模具腔数提高到新的极限,例如为Husky HyPET注塑机提供升级套件。目前可升级的机器系列中更是包含了HyPET 120HyPET 225,客户通过MHT制造的升级套件,最多能提高50%产能,而且不需要更换注塑机。


5. 广州华研

华研公司以模具以家,创立第一年即在国内第一家推出16腔针阀式热流道PET瓶胚模具,目前可生产6-144腔注胚模具,也是国内最早有能力研发和生产制造144PET针阀式热流道模具的企业。模具的制造能力及研发实力基础为华研公司的整体成功做出巨大贡献。



6. 广东星联

广东星联精密机械有限公司是PET模具国家标准起草单位,拥有行业内首家获得CNAS认可的检测中心实验室,该实验室获得了可口可乐公司总部认可,成为其全球认可的第三方四大实验室之一。每年星联研发的瓶型瓶胚模具2000多款,产能2万腔以上,全球正在使用的星联模具有6万多腔,包括两个可乐、台湾宏全、达能、雀巢、中富、紫江等知名企业。


7. 德玛克

德玛克控股集团有限公司是是中国较早、较专业的气动针阀式热流道PET瓶坯模具制造商。公司提供144腔以下的PET精密瓶坯整模和注坯系统,也可承接国内外知名公司注坯模具的改造项目(包括提供冷半模、热流道及模芯、模腔、螺口等)。是国内塑胶模具行业中能替代进口PET注坯模具的仅有几个厂家之一。









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