第七章 中空吹塑

塑料工艺学第七章中空吹塑内容简介：•中空吹塑是将挤出或注射成型所得的管坯置于模具中，在管坯中通入压缩空气将其吹胀，使之紧贴于模腔壁上，再经冷却脱模得到中空制品的成型方法。这种成型方法可生产瓶、壶、桶等各种包装容器，日常用品和儿童玩具等。•本章重点：7.3挤出吹塑工艺过程及控制因素《塑料中空吹塑成型》（第1版）,于丽霞主编,化学工业出版社,2005年。塑料工艺学中空吹塑产品塑料工艺学中空吹塑产品塑料工艺学中空吹塑简要介绍•中空吹塑工艺是将挤出或注射成型所得的半熔融态管坯(型坯)置于各种形状的模具中，在管坯中通入压缩空气将其吹胀，使之紧贴于模腔壁上，再经冷却脱模得到中空制品的成型方法。其成型过程包括塑料型坯的制造和型坯的吹塑。•这种成型方法可生产口径不同、容量不同的瓶、壶、桶等各种包装容器，日常用品和儿童玩具等。塑料工艺学中空吹塑用原料•用于中空吹塑的塑料品种有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、线形聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、醋酸纤维素和聚缩醛树脂等。•其中高密度聚乙烯的消耗量占首位。它广泛应用于食品、化工和处理液体的包装。高分子量聚乙烯适用于制造大型燃料醝罐和桶等。•聚氯乙烯因为有较好的透明度和气密性，所以在化妆品和洗涤剂的包装方面得到普遍应用。•线形聚酯材料是近几年进入中空吹塑领域的新型材料。由于其制品具有光泽的外观、优良的透明性、较高的力学强度和容器内物品保存性较好，废弃物焚烧处理时不污染环境等方面的优点，所以在包装瓶方面发展很快，尤其在耐压塑料食品容器方面的使用最为广泛。•聚丙烯因其树脂的改性和加工技术的进步，使用量也逐年增加。塑料工艺学产品特点举例聚碳酸酯瓶可用于高温下罐装的商品（如果汁）的包装，但如将聚碳酸酯瓶用于盛装需要有良好阻隔性的碳酸饮料（需防止饮料中的二氧化碳逃逸）或者食用油（要防止氧气进入瓶中，以免食用油氧化），则就不能很好地保护商品，得不到理想的包装效果.聚酯拉伸瓶包装碳酸饮料，可有效地防止饮料中的二氧化碳逃逸，用于食用油的包装，可延缓食用油的氧化变质，延长保质期（聚酯拉伸瓶阻隔性好，可有效地防止空气中的氧通过器壁进入瓶中），但将其用于包装高温装填的果汁之类的商品，在高温装填时，聚酯拉伸瓶会发生严重的变质而失去使用价值.塑料工艺学产品特点举例聚乙烯瓶可以盛装酸碱类的物质而不宜盛装苯、甲苯之类的有机溶剂（聚乙烯瓶溶胀强度明显下降或者有机溶剂通过器壁逃逸）；尼龙容器不宜盛装酸碱类的物质，但用于盛装苯、二甲苯类的有机溶剂是相当合适；多层复合容器如PE/PA/PE和PE单层容器，在外观上差不多完全相同，即使是塑料制品行家里手，亦很难就外观上的不同将它们分开，但两种容器的性能上差异非常大，特别是对氧气、二氧化碳、氮气以及有机溶剂的阻隔性能方面。塑料工艺学中空吹塑分类及特点1.根据管坯成型方法不同分类：1.挤出—吹塑：生产方法简单，产量高，精度低，应用较多2.注射—吹塑：精度高，质量好，价高，适于批量大产品。2.根据成型工艺不同分类：1.普通吹塑2.拉伸吹塑：产品经拉伸，强度高，气密性好。•挤出—拉伸—吹塑(简称挤—拉—吹)•注射—拉伸—吹塑(简称注—拉—吹)3.根据管坯层数不同分类：1.单层吹塑2.多层吹塑：综合性能好，生产复杂，适于包装要求高的产品包装。塑料工艺学挤出吹塑原理塑料工艺学注射吹塑原理塑料工艺学拉伸吹塑原理塑料工艺学7.2中空吹塑设备塑料工艺学7.2.1型坯成型装置1.挤出机挤出机应具有可连续调速的驱动装置，在稳定的速度下挤出型坯。挤出机螺杆的长径比应适宜。长径比太小，物料塑化能力差，型坯温度不均匀；长径比大些，分段向物料进行热和能的传递较充分，料温波动小，型坯温度均匀，可提高产品的精度及均匀性，并适于热敏性塑料的生产。型坯在较低的温度下挤出，由于熔体粘度较高，可减少型坯下垂保证型坯厚度均匀，有利于缩短生产周期，提高生产效率。塑料工艺学7.2.1型坯成型装置2.机头与口模机头包括多孔板、滤网连接管与型芯组件等。对机头的设计要求是：流道应呈流线型，流道内表面要有较高的光洁程度，没有阻滞部位。吹塑机头一般分为：转角机头、直通式机头和带贮料缸式机头三种类型。直通式机头与挤出机成一字形配置，从而避免塑料熔体流动方向的改变，可防止塑料熔体过热而分解。直通式机头的结构能适应热敏性塑料的吹塑成型，常用于硬聚氯乙烯透明瓶的制造。缺点：型坯易粘连。塑料工艺学7.2.1型坯成型装置转角机头有连接管和与之成直角配置的管式机头组成。这种机头内流道有较大的压缩比，口模部分有较长的定型段，适于挤出聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、ABS等塑料。缺点：由水平转向垂直，易产生滞流，流道长度差别较大，压力平衡受到干扰，机头内熔体性能有较大的差异。与型坯挤出方向成直角的管式机头塑料工艺学熔体在转向是自由平滑地流动，不产生滞留点和熔接痕。但还不能完全消除熔接痕塑料工艺学各分流道的物料可以充分汇合；提高机头压力，促进熔体的熔合。可调的移位节流阀式机头塑料工艺学7.2.1型坯成型装置带贮料缸机头对于大型制品，一方面要求快速提供大量熔体，减少型坯下坠和缩径，另一方面，大型制品冷却期长，挤出机不能连续运行，从而发展了带有贮料缸的机头。塑料工艺学一、挤出吹塑设备塑料工艺学7.2.2吹胀装置型坯进入模具并闭合后，吹胀装置即将管状型坯吹胀成膜腔所具有的精确形状，进而冷却、定型、脱模取出制品。吹胀装置包括吹气机构、模具及其冷却系统、排气系统等部分。1.吹气机构吹气机构分为针管吹气、型芯顶吹、型芯底吹三种方式。空气压力应以吹胀型坯到轮廓图案清晰的制品为原则。塑料工艺学针吹法吹气针管安装在模具型腔的半高处，模具闭合时，针管向前穿破型坯壁，压缩空气通过针管吹胀型坯，然后吹针缩回，熔融物料封闭吹针留下的针孔。另一方式是在制品颈部有一伸长部分，一边吹针插入又不损伤瓶颈。还可用几只吹针同时吹胀，提高吹胀效果。优点：适于不切断型坯连续生产的旋转吹塑成型，吹制颈尾相连的小型容器，对无颈吹塑制品可在模具内部装入型坯切割器，更适合吹制有手柄的容器，手柄本身封闭与本体互不相通的制品。缺点：对开口制品由于型坯两端是夹住的，为获得合格的瓶，需要整饰加工，模具设计比较复杂，不适宜大型容器的吹胀。塑料工艺学顶吹法顶吹法是通过型芯吹气。模具的颈部向上，当模具闭合时，型坯底部夹住，顶部开口，压缩空气从型芯通入，型芯直接进入开口的型坯内并确定颈部内径，在型芯和模具顶部之间切断型坯。优点：直接利用型芯作为吹气芯轴，压缩空气从十字机头上方引进，经芯轴进入型坯，简化了吹气机构。缺点：不能确定内径和长度，需要附加修饰工序。压缩空气从机头型芯通过，影响机头温度。为此，应设计独立的与机头型芯无关的顶吹芯轴。塑料工艺学底吹法底吹法是指挤出的型坯落到模具底部的型芯上，通过型芯对型坯吹胀。型芯的外径和模具瓶颈配合以固定瓶颈的内外尺寸。为保证瓶颈尺寸的准确，在此区域内必须提供过量的物料，这就导致开模后所得制品在瓶颈分型面上形成两个耳状飞边，需要后加工修饰。此法适于吹塑颈部开口偏离制品中心线的大型容器，有异形开口或有多个开口的容器。进气口选在型坯温度最低的部位，也是型坯自重下垂厚度最薄的部位，当制品形状较复杂时，常造成制品吹胀不充分。另外，瓶颈耳状飞边修剪后留下明显的痕迹。塑料工艺学7.2.2吹胀装置2.吹塑模具（1）模具的材料（2）模具的冷却系统（3）模具的排气系统塑料工艺学塑料工艺学7.2.3辅助装置1.型坯厚度控制装置：型坯从口模挤出时，会产生膨胀现象，使型坯直径和壁厚大于口模间隙，影响型坯尺寸，控制型坯尺寸的方式有：调节口模间隙改变挤出速度改变型坯牵引速度预吹塑法型坯厚度的程序控制2.型坯长度控制装置：型坯长度直接影响吹塑制品的质量和切除尾料的长短。型坯长度决定于在吹塑周期内挤出机螺杆的转速。转速快，型坯长，反之则短。一般采用光电控制系统来控制型坯长度3.型坯切断装置：型坯达到要求长度后应进行切断。切断装置要适应不同塑料品中的性能。塑料工艺学7.3挤出吹塑工艺过程及控制因素•一、挤出—吹塑工艺过程–１、由挤出装置挤出半熔融状管坯；–２、当型坯到达一定长度时，模具移到机头下方闭合，抱住管坯，切刀将管坯割断；–３、模具移到吹塑工位，吹气杆进入模具吹气，使型坯紧贴模具内壁而冷却定型(吹气压力0.25、0.8兆帕/s；–４、打开模具，取出制品。塑料工艺学7.3挤出吹塑工艺过程及控制因素塑料工艺学二、管坯制造过程中的影响因素•1、原料的选择首先要求原料的性能满足制品的使用要求，尤其是气密性和耐冲击性；其次是原料的加工性能必须符合吹塑工艺的要求。如：高密度聚乙烯取0.94-0.96克／厘米熔体指数范围。低熔体指数树脂吹塑时有利于防止型坯下垂，容易得到壁厚均匀的管坯。但是螺杆转速增高时，低熔体指数的树脂外观粗糙。因此对于上述熔体指数范围的选用，大中型吹塑制品以防止型坯下垂为主，宜偏低一些，分子量大的；小型吹塑制品选偏高一些，分子量小的。•2、温度的控制在挤出管坯过程中温度控制的精确度对于管坯质量影响很大。例如温度过低型坯表面粗糙，温度高表面光泽好，但下垂严重。在挤出聚氯乙烯等容易热降解的树脂时，还要注意控制温度使其不超过降解温度。塑料工艺学三、管坯制造过程中的影响因素•3、螺杆转速对挤出管坯的影响螺杆转速是影响管坯质量的一个重要因素。高的挤出速度能够提高产量，减少型坯下垂，但是型坯表面质量下降。尤其是剪切速率增大造成某些塑料，如高密度聚乙烯，可能出现熔体破裂现象。而且转速提高时大量摩擦热的产生使聚氯乙烯等塑料有瞬间降解的危险。所以一股吹塑机都选用大一点的挤出装置，使螺杆转速在70转／分以下。•4、口模对挤出管坯的影响口模是决定型坯尺寸及形状的重要装置，所以要求内表面光洁度应达到10且尺寸必须按设计要求加工。口模定型段尺寸一般可选用8倍口模芯棒之间隙数值。塑料工艺学四、吹塑过程中的影响因素•１、吹气压力吹塑中，压缩空气有两个作用，一是使管坯胀大而紧贴模腔壁，形成需要的形状；二是起冷却作用。根据塑料品种和型坯温度的不同，空气压力也不一样，一般控制在0.2-0.7兆帕之间，最适宜的是能使制品在成型后外形、花纹等表露清晰的压力。。–对于粘度较低、容易变形的取较低值–对于粘度和模量较高的塑料取较高值–大容积和薄壁制品宜用较高压力–小容积和厚壁制品则使用较低压力•塑料工艺学•2、充气速度为了缩短吹气时间，以利于制品获得较均匀的厚度和较好的表面，充气速度(单位时间内流过的空气体积)要尽可能大一些．但也不宜过大，否则会给制品带来不良影响，一是会在空气进口处造成真空，使这部分的型坯内陷，而当型坯完全吹胀时，内陷部分会形成横隔膜片；其次是口模部分的型坯有可能被极快的气流拉断，造成废品．为此需要加大吹管口径或适当降低充气速度。•3、吹胀比通常把制品的尺寸与型坯尺寸之比称为吹胀比。当型坯的尺寸和重量一定时，制品的尺寸越大，型坯的吹胀比也越大。根据塑料的品种、性质、制品的形状和尺寸以及型坯的尺寸等来决定吹胀比的大小。通常把吹胀比控制在2~4倍。塑料工艺学•4、模温和冷却时间为保证制品质量，模具的温度应分布均匀，模温一般保持在20-50℃。模温过低，会使夹口处塑料的延伸性降低，不易吹胀，并使制品在此部分加厚，同时使成型因难，制品的轮廓和花纹等也不清楚。模温过高，冷却时间延长，生产周期加长。制品脱模变形，收缩增大。模温的高低取决于塑料的品种，当塑料的玻璃化温度较高时，可以采用较高的模温；反之，则尽可能降低模温。通常随着制品壁厚的增加，冷却时间延长。有时除对模具进行冷却外，还可对成型制品进行内部冷却，即向制品内部通入各种冷却介质(如液氮、二氧化碳等)进行直接冷却。•5、成型周期吹塑的周期包括挤出型坯、截取型坯．合模、吹气、冷却、放气、开横、取出制品(其后的修整，配套，包装另计)等过程。塑料工艺学7.4注射吹塑工艺•１、管坯温度与吹塑温度•注射型坯时，管坯温度是关键，温度太高，熔料粘度低易变形，使管坯在转移中出现厚度不均，影响吹塑制品质量：温度太低，制品内常带有较多的内应力，使用中易发生变形及应力破裂。•为能按要求选择模温，常配置模具油温调节器