中空吹塑常用塑料的典型特点与应用

受食品饮料等市场高速发展推动，中空制品应用领域越趋广阔。应用于中空成型的材料品种繁多，本文特对中空成型常用材料性能优劣，加工性能及应用进行比较分析。高密度聚乙烯（HDPE）优势：刚度、强度、硬度、抗蠕变性、光泽度与阻湿气渗透性均较高，耐油、脂、酸与硷等性能好。具有较好的抗冲击韧性、电绝缘性、抗撕裂性、耐低温性等，但不如LDPE。劣势：阻O2与CO2渗透性能很差，会被强氧化剂破坏。一般HDPE的透明性较差，且柔软性、热氧老化及光老化性能差，通用级的HDPE容器长期盛装洗涤剂、油类物品会产生应力开裂，所以应选用特殊等级的HDPE。加工：挤出吹塑用的HDPE一般为中宽到宽的分子量分布范围，熔体流动速率在1g/10min以下。低的熔体流动速率使型坯具有较好的熔体强度，可改变型坯自重下垂；宽的分子量分布可降低模口压力，减少型坯熔体的断裂，改善加工性能，提高速度。注射—吹塑用的HDPE应具有中宽到宽的分子量分布范围，熔体流动速率在1g/10min以上。若以注射—吹塑方法生产化妆品瓶、洗发液瓶时，可使用窄分子量分布范围的HDPE；或加入少量润滑剂（0.1%～0.5%硬脂酸等），可改善瓶表面的粗糙度。用途：广泛应用于生产各种容器，其容器可进行热灌装及蒸煮消毒；可作为各种酸、硷、盐溶液及有机溶剂等化学工业的包装；还可作为防潮包装。另外，HDPE还可制作其它工业制件，例如采用云母填充的HDPE可吹塑汽车内的座椅、地板、空气净化器的外壳等。低密度聚乙烯（LDPE）优势：柔软，表面硬度低，刚性低，低温性能好；化学性能稳定，对水蒸气和水的阻隔性好。劣势：热膨胀系数高，耐蠕变性差；对烃类、卤代烃类、油类和脂类物质较敏感，盛装上述化学药品的容器，易产生吸收、溶胀作用。某些具有极性的有机化合物，如洗涤剂、植物油、苯甲醛、硝基苯等，易使包装容器产生环境应力开裂。对有机溶剂、氧、二氧化碳、挥发油、香精等气体的渗透性大，对空气阻隔性差。加工：挤出吹塑用LDPE熔体流动速率一般在2g/10min以下，大、中容量的容器，熔体流动速率一般在0.1～0.5g/10min之间；注射吹塑用的LDPE熔体一般在2g/10min以上。用途：主要用来生产强度要求不是很高的中空制品，如化妆品瓶、药品瓶、日用品、可折叠容器、纸塑或钢塑复合桶的内衬等。也可以通过在低密度聚乙烯中掺入HDPE来改善其表面硬度，以扩大其用途。线性低密度聚乙烯(LLDPE)优势：较好的的低温韧性、耐低温冲击性、耐环境应力开裂性、耐穿刺性等。茂金属聚乙烯是一种新型的LLDPE，具有比LLDPE更好的力学性能、抗穿刺性、耐环境应力开裂性和柔软性。劣势：光学性能较差；性能随着密度、分子量、分子量分布的不同变化较大。加工：具有较好的成型加工性。挤出吹塑用LLDPE，分子量分布较宽，熔体流动速率较低（1g/10min以下）；注射吹塑用LLDPE，分子量分布较窄，熔体流动速率较高（大于2g/10min），制品的光泽度也较高。用途：可用于吹塑桶衬，还适用于吹塑较大的制件，如道路交通用的隔离棚。更多的用于与其它烯烃树脂进行共混制造吹塑容器，从而改善中空制品的性能。高分子量高密度聚乙烯（HMWHDPE）优势：具有优良的耐环境应力开裂、高冲击强度和拉伸强度及好的刚性、化学稳定性、防湿性、耐磨性好，可长期在恶劣环境下使用。劣势：流动性差，加工较困难。加工：一般生产HMWHDPE吹塑制品的挤出机及储料缸机头的结构要有特殊的要求。熔体粘度受温度的影响较小，由于分子量较高，型坯下垂较小，弹性很大，型坯有很高的“回缩”性，在合模前型坯会有较大的收缩。一般难以成型制品的棱角，在设计时应加以考虑。用途：采用挤出吹塑成型生产大型及几何形状复杂的中空制品。适用于容量为250L的货运包装容器、容量为400L的城巿自卸垃圾载运箱、汽车燃油箱及工具箱、除草剂或农药喷雾器的药剂罐、容量为1250L的集装箱及工业用储罐等。聚丙烯（PP）优势：聚丙烯具有优良的耐热性，是唯一能在水中煮沸，并能经受135℃的消毒温度的品种。以PP为基材的多层容器可在温度高达90℃的条件下进行热灌装或消毒处理。具有优良的化学稳定性，除强氧化性酸（如发烟硫酸、硝酸）对它有腐蚀作用以外，室温下还没有一种溶剂能使聚丙烯溶解，只有低分子的脂肪烃、芳香烃对它有软化或溶胀作用。有优良的防止水蒸气透过性，经拉伸定向的聚丙烯容器，水蒸气透过率可进一步降低。其力学强度、刚性和耐应力开裂性都超过HDPE。具有优良的耐弯曲疲劳性。具有较好的隔音性能，适于吹制汽车内的通风管。耐蠕变性较好，长时间负荷下的变形量较小。劣势：耐低温性能不如聚乙烯，低温甚至室温下的抗冲击性能不佳，低温下易脆裂是其主要缺点。在成型和使用中易受光、热、氧的作用而老化，在成型中应加入必要的助剂。加工：具有良好的成型性，可采用注射吹塑、注射拉伸吹塑、共挤出吹塑等方法制成中空容器。但挤出吹塑成型性较差，巿场需求量较小，应用范围多在PE不能胜任的场合。应用：广泛用于食品、药品、化妆品、化学试剂包装；更适宜要求热灌装、高接触透明度时使用；PP（特别是高分子量PP）还可用来吹塑工业制件，如双层中空制品（汽车保险杠）、带铰链的工具箱、箱包、耐热容器（电热水器的内罐）等。聚苯乙烯（GPPS）优势：GPPS为无色透明。具有高光泽性和高透明度，透光率可达到88%～92%；高度的刚性和表面硬度，良好的拉伸强度；吸湿性小，耐辐射性好；有良好的印刷性和着色性；电绝缘性优，耐高频性好；耐水、耐酸硷。劣势：易积聚静电和吸尘；不耐冲击，软化点较低；耐日旋光性差，日光下易变色，超声波作用下易降解；易受酮类、烃类、高级脂肪类侵蚀软化，能溶于芳烃、四氯化碳、氯仿中，易被酸、醇、润滑脂、润滑油溶胀而产生开裂；不耐有机溶剂。加工：易加工。吸水性低，加工前一般不需干燥，特殊需要时才干燥。收缩率较低。用途：可采用挤出吹塑、注射吹塑及共挤出吹塑等吹塑工艺成型中空容器。应用最多的是用注射吹塑成型多种规格的药品包装瓶。通过加入弹性体可以得到具有较高韧性和冲击强度的HIPS。但HIPS透明性丧失，变为不透明白色，拉伸强度、硬度、耐热和光稳定性均有下降。可采用注射吹塑成型中空容器。聚氯乙烯（PVC）优势：本身具有很好的透明性，若助剂选择得当，可以制得透明性近乎玻璃器皿的PVC容器，其透光率在90%以上。采用氯乙烯单体存量低的食品级聚氯乙烯树脂和无毒添加剂，可制得符合国家标准，可直接接触包装饮料、食品及药品的聚氯乙烯容器。具有良好的耐油性，采用适当的配方，可用于制作包装油类特别是植物油的容器。硬PVC对水蒸气和氧气具有良好的阻隔性，其阻隔性是通用塑料中最佳的品种。PVC对O2和CO2的阻隔性与PET相当，而对水蒸气的阻透性略优于PET，因而对许多食品、药物的保持性能优于PET。对酸、硷、盐等众多物质具有很好的耐腐蚀性。用于吹塑成型的PVC塑料，都为硬质或半硬质PVC。劣势：通常难于成型，需要加入稳定剂来改善成型性。稳定剂或材料选择不当，有环境问题。加工：PVC在不同的加热温度范围，会形成不同的物理状态。80～85℃可视为PVC的光泽转换温度，低于该温度范围吹制的中空容器，硬而且表面粗糙，高于该温度范围吹制的中空容器，表面具有光泽及力学性能高；在90～130℃范围内，经一次吹胀的管坯，可进行第二次吹胀，从而使注射吹塑和拉伸吹塑成为可能。用途：广泛用于化妆品瓶、药品瓶、食用瓶、饮料瓶（矿泉水、不充气饮料）、化学工业品容器等。改性后的PVC可用于吹塑大型工业制件。聚胺（PA）优势：是强韧的工程塑料，耐冲击性优良，表面硬度大，耐磨性和自润滑性好，电绝缘性好（特别是在低温条件下），耐化学药品性和耐油性好。具有极好的拉伸强度，在热塑性塑料中，可列入前几名。劣势：易吸水，使制品在高温下水解，尺寸稳定性和耐药品性下降。加工：易吸湿，在成型加工前需进行干燥处理，否则会导致容器开裂或存在潜在的脆化。PA熔点高，熔程较窄，因此加工温度较高。PA熔体粘度低，流动性好，且熔体粘度对温度的敏感性较大，熔体强度较低，挤出吹塑成型较困难，常采用共挤出吹塑。用途：常作为多层容器的阻隔层，制作汽车用燃油箱。农药瓶、制动液储存器、低透氧性及冷冻食品的包装容器。聚碳酸酯（PC）优势：具有极高的力学强度，尤以冲击强度特别突出，是常用塑料中冲击强度最好的一种塑料；使用温度范围广，能经受120℃，20～30min高温消毒灭菌；有极好的透明性，有很高的折射率；耐候性较好；耐酸、耐油、印刷性好；其阻止香味的渗透性好；吸水性低。劣势：不耐硷、胺类、酮类，可溶于氧化烃；阻止气体及湿气的渗透性差。长期浸泡于水中会发生水解，破裂脆化。加工：广泛用于挤出吹塑、共挤出吹塑、共注射吹塑、注射吹塑、拉伸吹塑等多种成型方法。用途：挤出吹塑PC容器，主要用作牛奶瓶、饮用水桶等，不适于包装氧化敏感性食品、碳酸饮料及化学品；而PC为基材的多层吹塑容器，可用于化妆品、药品、某些食品及碳酸饮料的包装；PC塑料合金可用于吹塑汽车保险杠、仪表板、汽车通风管等工业制件；PC注射吹塑，可用于生产尺寸精度较高的容器。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)优势：PET具有很好的透明性和粗糙度，有较好的耐候性、耐冲击性、耐蠕变性及尺寸稳定性、化学性能稳定，耐弱酸和有机溶剂。PET阻止CO2、O2与水蒸气渗透性高。PET有较高的耐热性，可在120℃下长期使用；能在较宽的温度范围内保持优良的物理力学性能。劣势：不耐硷，不耐热水浸泡；吸湿。加工：PET是吸湿性聚合物，在成型加工前，必须进行严格干燥，经干燥的物料避免与外界空气接触。注射吹塑用PET的特性粘度一般为70～85mL/g，容积小的瓶，应优先选用特性粘度高的PET。用途：PET的使用温度在60℃以下，适用于碳酸饮料、果汁饮料、矿泉水、饮用水、调味品、食用油、酒类、化妆品、药品等液体的包装。其中饮料用瓶用量最大。经过特殊处理的耐热PET瓶可以用于热灌装，广泛用于茶饮料和果汁饮料的热灌装。经过涂覆的PET瓶具有较高阻透性，使得PET瓶的使用范围得到扩大。能用于啤酒、葡萄酒以及富含维生素等阻气性要求高的饮料、西红柿酱、色拉酱等调味品的包装。中空成型对设备的要求近年来，中空成型技术不断发展。各种挤吹、注吹或拉伸吹塑技术针对不同材料、不同成型工艺对设备各有其特殊要求，在采用不同加工方法时需要特别注意。1.挤出—吹塑挤出—吹塑具有机、模费用低，使用范围广等特点，在当今中空吹塑领域占有重要的地位。挤出吹塑设备主要由挤出机、机头、合模装置及模具等构成。挤出机对聚烯烃，通常采用压缩比较大（3:1～4:1）、剪切较高的螺杆，螺杆长径比大些（25:1～30:1）可使剪切、混炼组件设计的灵活性较大，改善熔体均匀性，提高产量。工程塑料及热塑性弹性体在吹塑中的应用越来越多。工程塑料的剪切敏感性较聚烯烃大，因此推荐采用剪切较低、压缩比较小（2:1～2.5:1）、长径比较小（20:1～25:1）的螺杆来加工工程塑料。但要设置适当的剪切、混炼组件，以提高熔体均匀性；螺杆长径比适当长些，可在较低转速下取得相当的产量，以减小剪切、降低熔体温度。热塑性弹性体采用的螺杆结构与聚烯烃（如HDPE）类似，螺杆长径比取22:1～25:1，但高剪切敏感的聚氨酯弹性体要采用不设置剪切、混炼组件的三段式螺杆来加工。PVC的挤出吹塑可采用单螺杆挤出机，但采用双螺杆挤出机或行星挤出机更有利，可实现在较低熔体温度下挤出较高产量的熔体。目前欧洲的挤出吹塑大量采用机筒进料段有开槽进料衬套的挤出机。这一结构具有多种优点，如进料稳定性好、进料速率高、可在较低熔体温度下加工高分子量树脂等。目前，开槽挤出机已成功地应用于聚烯烃（如HMWHDPE）、工程塑料及热塑性弹性体的吹塑。与开槽挤出机配套的螺杆压缩比可小些（常用1:1），要设置混炼、剪切组件以均化熔体。合模装置合模速度与合模力对制品质量有较大影响。对聚烯烃，合模速度一般小于0.3m/s；对熔体粘度较低的工程塑料，要采用较高的合模速度（0.3～0.6m/s）以减小型坯的垂伸，还可改善型坯边层的成型。合模力主要由飞边长度决定，受型坯吹胀气