塑料制品的中空吹塑成型

塑料制品的二次成型与一次成型的区别一次成型－通过材料的流动或塑性形变成型。二次成型－在低于聚合物流动温度或熔融温度的“半熔融”类橡胶态下进行的，一般是通过粘弹形变来实现材料型材或坯件的再成型。在一定条件下将高分子材料一次成型所得的型材通过再次成型加工，以获得制品的最终型样的技术。二次成型原理在Tg～Tf（Tm）之间，即类橡胶态。二次成型条件•温度：聚合物能产生形变且伸长率最大的温度。•非结晶聚合物：最宜成型温度略高于Tg例：①硬PVC（Tg为83℃），成型温度92～94℃②PMMA（Tg为105℃），成型温度118℃•模温：模温低，可回复形变小，制品的有效形变（残余形变）大。•成型温度高，有效形变大。•作用力与作用速度根据高聚物力学性能与温度的关系总结规律二次成型条件二次成型应用中空吹塑成型、热成型、拉幅薄膜成型等10.1中空吹塑成型概述•中空吹塑成型（BlowMolding）制造空心塑料制品的成型方法，借助气体压力使闭合在模具型腔中的型坯吹胀成为中空制品的二次成型技术。•由两个步骤构成①用挤出或注塑方法成型型坯（一次成型）②用压缩空气(与拉伸杆)吹胀(与拉伸)型坯,使之紧贴模具型腔,冷却（二次成型）.10.1中空吹塑成型概述•分类①按型坯成型方法分为挤出吹塑和注射吹塑.②拉伸吹塑分为注拉吹和挤拉吹.10.1中空吹塑成型概述•工艺过程塑料原料挤出型坯吹塑模具中吹塑冷却制品吹塑模具中预吹塑适当冷却有底型坯拉伸吹塑模具拉伸吹塑冷却制品挤出吹塑挤拉吹塑一步法注射有底型坯吹塑模具中吹塑冷却制品拉伸吹塑模具拉伸吹塑冷却制品注射吹塑注拉吹塑10.2挤出吹塑成型•挤出吹塑法生产效率高，型坯温度均匀，熔接缝少，吹塑制品强度较高；设备简单，投资少，对中空容器的形状、大小和壁厚允许范围较大，适用性广，故在当前中空制品的总产量中，占有绝对优势。•适用范围：PE、PP、PVC、热塑性工程塑料、热塑性弹性体等聚合物及共混物。•应用：包装容器、储存罐、大桶（容积1~104ml甚至更大），工业制件。10.2挤出吹塑成型①设备造价低，制品生产成本低②型坯成型压力低(0.2－1MPa),制品残余应力小，拉伸、冲击、弯曲、耐环境应力开裂性高。③使用塑料分子量高，冲击韧性和耐环境应力开裂性很高，制品可包装和运输化学试剂，可生产大型容器和桶。特点（与注射成型相比）10.2挤出吹塑成型④可简单调节壁厚，并可生产薄壁制品⑤可成型形状复杂、不规则且为整体式制品。⑥挤出吹塑型坯的吹胀在高聚物的粘流态进行，可取得较大的拉伸比，吹塑制品与吹塑模具的设计灵活性较大。⑦精度较低。特点（与注射成型相比）10.2挤出吹塑成型挤出吹塑机械及成型过程10.2挤出吹塑成型挤出吹塑机械及成型过程挤出吹塑连续挤出吹塑间歇挤出吹塑多层共挤出吹塑10.2挤出吹塑成型•连续式挤出吹塑：往复式，轮换式，转盘式等10.2挤出吹塑成型•连续式挤出吹塑：往复式，轮换式，转盘式等10.2挤出吹塑成型•连续式挤出吹塑：往复式，轮换式，转盘式等模具结构复杂，设备造价高，生产批量大（如250万件/y）采用，制品间有余料，附加修整瓶颈螺纹工序。适于PE、PP、PVC，能以2000~5000/h产量生产0.9~8.5L的容器。10.2挤出吹塑成型•型坯熔体强度低，连续挤出时会因自重垂伸过量，使制品壁厚变小或不均匀，型坯缩径。•连续缓慢挤出时型坯冷却过量，内应力大。间歇式挤出吹塑：主要针对大型中空制品，需要挤出大容量的制品。可改变连续成型带来的以下问题：主要用于聚烯烃、工程塑料等非热敏性塑料，工业制件优先和普遍采用的方法。10.2挤出吹塑成型间歇式挤出吹塑过程10.2挤出吹塑成型间歇式挤出吹塑机械•设置储料腔存储熔体，以备快速压出成型为型坯•按储料腔形式分为：往复螺杆/机筒式，柱塞储料腔式，储料机头式。10.2挤出吹塑成型间歇式挤出吹塑机械型坯挤出速率比连续挤出大的多10.2挤出吹塑成型间歇式挤出吹塑机械多用于成型2～40kg的制品10.2挤出吹塑成型间歇式挤出吹塑机械可采用多台挤出机供料，储料容积可达250L以上，吹塑大型制品10.2挤出吹塑成型多层共挤出吹塑10.3注射吹塑成型•取向效应较多，提高容器强度。•容器尺寸精度高，壁厚均匀。•容器上无接合缝，不需修整，一般无边角料。•模具底部可设置滑动式低模块，容器底部形状设计灵活性大。•更适于硬制塑料容器和广口容器。与挤出吹塑相比有如下优点：10.3注射吹塑成型•注射型坯和吹塑两套模具，造价高，约为挤出吹塑的2～3倍。量大时采用。•型坯模具内压力高（10～40Mpa），容器残余应力（内应力）高，生产形状复杂，尺寸大制品易出现应力开裂。•成型制品容积小（＜500ml）•不能成型形状复杂制件，难成型椭圆形制件。•周期长，能耗高。与挤出吹塑相比有如下缺点：10.3注射吹塑成型注射吹塑过程•注射成型有底管状型坯，压力10～40MPa•适当冷却，型坯与模腔接触面固化，芯棒提起时不破坏表层，不引起垂伸可打开模具•放入吹塑模具吹塑冷却•取出制品10.3注射吹塑成型注射吹塑过程及机械：可分为往复式和旋转式。10.3注射吹塑成型注射吹塑过程及机械10.3注射吹塑成型注射吹塑过程及机械10.4拉伸吹塑拉伸吹塑又称双轴取向吹塑，是在高聚物的高弹态下通过机械方法轴向拉伸型坯、用压缩空气径向吹胀（拉伸）型坯成型中空制品的方法。主要用于PET、PVC、PP、PAN。容积0.2~20ml。10.4拉伸吹塑●注拉吹制品透明度、冲击强度、表面硬度和刚度提高。如：用无拉伸注吹塑技术制得的PP中空制品其透明度不如硬质聚氯乙烯吹塑制品，冲击强度则不如聚乙烯吹塑制品。但用注拉吹成型的PP中空制品的透明度和冲击强度可分别达到硬质聚氯乙烯制品和聚乙烯制品的水平，而且拉伸模量、拉伸强度和热变形温度等均有明显提高。●制造同样容量的中空制品．注拉吹可以比无拉伸注吹的制品壁更薄。节约物料50％左右。拉伸吹塑对制品性能的影响：10.4拉伸吹塑分类：•按型坯成型方式：分为挤拉吹和注拉吹。•挤拉吹和注拉吹又可分为一步法和两步法。•一步法：型坯成型、冷却、加热、拉伸与吹塑、制品取出在一台机器上一次完成。•两步法：成型型坯冷却至室温，成为半成品；以后再将半成品再加热拉伸吹塑，即型坯成型与吹塑在两台机器上完成。10.4拉伸吹塑分类：•一步法特点：受热历程短，适用于热敏性塑料（PVC，PETP）；表面缺陷少；产量小；设备造价、能耗低。•两步法特点：可分别优化型坯成型与拉伸吹塑；产量高。一步法挤拉吹主要用于PVC成型，PAN也可；两步法挤拉吹可用于PVC和PP；注拉吹（包括一步和两步法，主要用于PET成型。10.4拉伸吹塑10.4拉伸吹塑10.5中空吹塑成型工艺过程控制对吹塑过程和吹塑制品质量有重要影响的工艺因素是型坯温度、吹塑模温度、充气压力与充气速率、吹胀比和冷却时间等。对拉伸吹塑成型的影响因素还有拉伸比。10.5中空吹塑成型工艺过程控制1、型坯温度型坯吹胀前应有良好的尺寸稳定性，保证吹塑制品有光洁的表面、较高的接缝强度和适宜的冷却时间。型坯温度对尺寸稳定性的影响（特别对于挤出型坯）：①熔体粘度对温度的依赖性。温度↑粘度↓，制品表面光洁，接合缝强度高；但型坯垂伸，尺寸稳定性↓冷却时间增加，成型周期延长。对温敏性高聚物要严格控温。②熔体破裂现象。温度↓尺寸稳定性↑，但温度↓↓熔体破裂，表面质量↓壁厚及其不均匀性增加。结论：一般型坯温度在Tg～Tf（Tm）之间，保证型坯强度下，温度越高越好。10.5中空吹塑成型工艺过程控制1、型坯温度10.5中空吹塑成型工艺过程控制2、充气压力和充气速度充气压力应保证制品的形状，尺寸精度，表面花纹，文字清晰等①塑料品种，成型温度不同，充气压力不同。粘度低（PA），半熔融型坯模量低，充气压力低；反之（PC），充气压力高。②与制品的壁厚和容积大小有关。一般薄壁和大容积的制品宜用较高充气压力，厚壁和小容积的制品则用较低充气压力为宜。充气压力：0.2～0.7MPa10.5中空吹塑成型工艺过程控制2、充气压力和充气速度充气速度：充气的体积流率增加，可以缩短吹胀时间，有利于制品壁厚均一性的提高和获得较好的表面质量。问题：充气速度过大会在空气进口区出现减压，使这个区域的型坯内陷，造成空气进入通道的截面减小，甚至定位后的型坯颈部可能被高速气流拖断，致使吹胀无法进行。所以充气时的气流速度和体积流率往难于同时满足吹胀过程的要求。解决：加大吹管直径，使体积流率一定时不必提高气流的速度。当吹塑细颈瓶中空制品时，由于不能加大吹管直径，为使充气气流速度不致过高，只能适当降低充气的体积流率。10.5中空吹塑成型工艺过程控制3、吹胀比吹胀比：制品的尺寸和型坯尺寸之比，即型坯吹胀的倍数。增大吹胀比可以节约材料，但制品壁厚变薄，吹胀成型困难，制品的强度和刚度降低（当然，若取向增加，则强度、刚度增加）。吹胀比过小，塑料消耗增加，制品有效容积减少。制品壁厚，冷却时间延长，成本增高。一般吹胀比为2～4倍，吹胀比的大小应根据材料的种类和性质、制品的形状和尺寸以及型坯的尺寸等决定。10.5中空吹塑成型工艺过程控制4、吹塑模具温度①模温与高聚物性能有关：Tg或Tf高，模温↑；相反吹塑模温↓。(为什么？）②模温↑↑，冷却时间过长，生产周期增加，若冷却程度不够，制品脱模时会出现变形严重、收缩率增大和表面缺乏光泽等现象。③模具温度↓↓型坯过早冷却，型坯吹胀的形变困难，制品的形状、尺寸和花纹会变得很不清晰。④模具温度还应保持均匀分布，以保证制品的均匀冷却。10.5中空吹塑成型工艺过程控制5、冷却时间冷却目的：防止脱模时由于强烈的弹性回复引起的制品变形。要保证制品的外观质量和性能，提高生产效率。影响冷却时间的因素：①塑料的品种。例如：热导率较差的塑料，冷却时间长。结晶型塑料，冷却时间长，结晶度增大，韧性和透明度降低。②制品的形状和壁厚。冷却时间↑，制品外形规整，表面花纹清晰；如果制品壁厚增加，则冷却时间延长。③吹塑模具及型坯温度高，冷却时间延长。结论：冷却时间一般占成型周期的1/3～2/3。保证质量前提下，越短越好，以提高生产效率。缩短冷却时间方法：降低吹塑模具温度，向吹胀物的空腔内通入液氮和液态二氧化碳等强冷却介质。10.5中空吹塑成型工艺过程控制5、冷却时间10.5中空吹塑成型工艺过程控制影响拉伸吹塑的因素10.5中空吹塑成型工艺过程控制拉伸参数－取向程度－制品性能1、取向温度最佳取向温度（Tsm）：保证制品获得最高性能的取向温度。结晶塑料（如PP）：Tsm稍低于Tm；非结晶塑料（PVC，PAN）或因快速冷却而阻止了晶体形成的塑料（PET），Tsm稍高于Tg。对于PP，既要结晶又要晶粒小而均匀，拉伸过程中要考虑晶核的形成与晶体的生长速率，若未结晶则没有意义。（可采取什么措施？）10.5中空吹塑成型工艺过程控制拉伸参数－取向程度－制品性能1、取向温度塑料品种最佳取向温度，℃PET105PVC90PP150PAN12010.5中空吹塑成型工艺过程控制拉伸参数－取向程度－制品性能2、拉伸比轴向拉伸比λl，径向拉伸比λr,总拉伸比λ。耐内压瓶：λrλl耐堆叠瓶：λlλr拉伸比大，要求型坯壁厚大，成型周期长。型坯大，瓶坯调节温度时间长。10.5中空吹塑成型工艺过程控制拉伸参数－取向程度－制品性能3、拉伸应变速度和冷却速度拉伸速度对取向的影响型坯吹胀气压大于挤吹和注吹，因为拉伸温度低。冷却速度对取向的影响。10.5中空吹塑成型工艺过程控制拉伸参数－取向程度－制品性能4、取向程度的估计可根据拉伸强度的变化及拉伸比粗略估计。