第十章中空成型.

第十章中空成型概述中空成型的原理中空成型的分类及特点中空成型工艺过程中空吹塑设备及模具中空吹塑的工艺过程及影响因素主要内容第一节概述BLOWMolding又称吸塑模塑，是制造空心塑料制品的成型方法。借鉴于玻璃容器吹制工艺。20世纪30年代发展成为塑料吹塑技术。中空吹塑：借助气体压力使闭合在模具中的热熔塑料型坯吸胀形成空心制品的工艺。应用：中空吹塑制品就是包装各种物料的容器。诸如工业用耐酸容器，各种化学药品的包装瓶，以及食品和化妆用品的包装瓶等，应用非常广泛。原料：聚乙烯，聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、热塑性聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、醋酯酸纤维素和聚缩醛树脂等，其中又以聚乙烯使用得最广泛，凡熔融指数为0.04一1.12都是比较优良的中空吹塑材料，大多用于制造包装药品的各种容器。用于中空吹塑的材料应具备下列特性：耐环境应力开裂性（做容器用）气密性好耐冲击性耐药性、抗静电、耐挤压等适用树脂：凡熔体流动速率在0.04~2R／10min范围内。低密度聚乙烯主要用作食品包装容器；高低密度聚乙烯混合物用于制造各种商品容器；超高分子量的聚乙烯则用于制造燃料罐和大型捅等；聚氯乙烯塑料因透明度和气密性都较良好，也是中空吹塑常用材料之一，但是由于卫生性差，不宜用作食品包装；聚丙烯因其气密性仅为聚氯乙烯的30-40％，刚性也较差；而冲击强度和成型性能又都较PE差，所以作中空吹塑的用量有限。但是自从采用双向定向拉伸吹塑成型工艺后，可作薄壁瓶子，主要用于洗涤剂、药品和化装品的包装容器。PET因透明性好、韧性高、无毒、阻隔性好，已大量应用于饮料包装。制品特性：1、耐环境应力开裂性：作为容器，当与表面活性剂溶液接触时，在应力作用下，应具有防止龟裂的能力。一般是选择分子量较大的材料。2、气密性：是指阻止氧气、二氧化碳、氮气及水蒸气等向容器壁内外透散的特性。3、耐冲击性：为保护容器内装物品，制品应具有从一米高度落下不破不裂的耐冲击性。4、耐药品性、抗静电性、韧性和耐挤压性等．吹塑成型制品吹塑成型制品第二节中空成型的原理一、中空成型的粘弹性原理1.数学描述聚合物由于其长链结构及分子链的柔顺性。一般情况下，将聚合物置于一定温度下，从受外力作用开始，大分子的形变经历一系列中间状态过渡到与外力相适应的平衡状态是一个松驰过程，其形变随时间的变化为：在聚合物的玻璃化温度以上，普弹形变在总形变中所占比例很小，可忽略。于是：式中t*为松弛时间，随温度升高而减小；η为粘度，随温度升高而降低。上式也可写为：高弹形变－时间关系2.原理叙述利用聚合物推迟高弹形变的松驰时间的温度依赖性，在聚合物玻璃化温度以上的Tf附近，使聚合物半成品（管，中空异型材等）快速变形，然后保持形变，在较短时间内冷却到玻璃化温度或结晶温度以下，使成型物的形变被冻结下来，这就是中空成型的粘弹性原理。2.根据成型原理的推论1.中空吹塑成型制品的使用温度应比聚合物的玻璃化温度或结晶温度低得多。2.成型温度越高，制品中不可逆形变所占比例越大，成型物的形状稳定性越好。第三节中空成型的分类及特点一、挤出吹塑挤出吹塑的工艺流程包括：①管坯的形成：由挤出机挤出，并垂挂在安装于机头正下方的预先分开的型腔中；②当下垂的型坯达到合格长度后立即合模，并靠模具的切口将型坯切断；③从模具分型面上的小孔插入的压缩空气吹管送入压缩空气，使型坯吹胀紧贴模壁而成型；④保持空气压力使制品在型腔中冷却定型即可脱模管坯的形成合模切断型坯吹胀定型脱模二、注射吹塑注射吹塑型坯的形成是通过注射成型方法将型坯模塑在一根金属管上，管的一端通入压缩空气，另一端的管壁上开有微孔。注射模塑的型坯通常在冷却后取出，吹塑前重新加热到Tg以上，迅速移入模具中，并吹入压缩空气，型坯即胀大脱离金属管贴于模壁上成型和冷却。注射吹塑工艺流程注射吹塑工艺流程注射吹塑特征：型坯在注射模具中完成，制品在吹塑模具中完成。三、拉伸吹塑在型坯吹塑前于Tg-Tf间，用机械方法使型坯先作轴向拉伸，继而在吹塑中，型坯径向尺寸增大，又得到横向拉伸，后快速冷却至Tg以下。注拉吹成型工艺流程四、多层吹塑以多层管坯复合，并在同一条件下进行吹胀，冷却。第四节中空成型工艺过程第一是制造型坯；第二是型坯定位；第三是吹塑成型；第四是制品冷却。1.型坯的注射成型一步法：注射型坯一经成型，还在塑性状态模具开启；进入成型的第二阶段，即把芯轴连同型坯迅速送到吹塑模具中，打开压缩空气阀门，经芯轴吹入压缩空气，使还处于熔融状态的型坯吹胀至模腔的形状，在模具内冷却后打开模具，取出制品。二步法：型坯的注射与吹塑是分开的。一、制造型坯2.型坯的挤出成型（1）型坯挤出的机头结构①直通机头②转角机头③贮料缸机头④多层机头直通式坯管成型机头1.挤出机料筒2.机头连接体3.分流体4.成型机头5.成型坯管转角式坯管成型机头芯模由分流梭固定的转角机头带储料缸的机头1.挤出机2.柱塞3.储料缸4.模具5.吹塑制品6.吹气管三层结构吹塑机头2.型坯的挤出成型方法（1）直接挤出单模具直接挤出。水平旋转园盘法。（2）贮料缸法间断挤出大直径厚壁型坯，可用来吹塑大型容器。直接挤出吹塑旋转园盘挤出吹塑二、型坯的定位，夹持，定颈，吹塑装置1．注射吹塑装置①双工位吹塑装置②多工位吹塑装置2．挤出吹塑装置a.型坯递送，模具固定系统由一副位于挤出机头下适当距离的固定的开关模组成，也有使用两副模具的。b.型坯静止，模具移动系统可分为单模系统和多模系统，模具位于挤出机口模下方，可以垂直上升或下降。固定模具系统单一型坯传递形式固定模具系统两副模具形式连续挤出型坯单移动装置型坯的吹塑方法1.横吹法2.顶吹法3.底吹法三、吹塑成型制品的冷却1.冷冻空气法2.冷冻剂法3.二氧化碳冷却法4.空气和水绝热膨胀冷却法冷冻空气法二氧化碳冷却法第五节中空吹塑设备及模具一、挤出吹塑的设备及模具挤出型坯方式间断挤出连续挤出：连续生产型坯1.挤出机（1）挤出机应具有可连续调速的驱动装置，稳定速度挤出，挤出速率与最佳吹塑周期协调一致。（2）螺杆长径比适宜（L/D为20-25；压缩比为2-4）小：塑化不良，型坯温度不均大：料温波动小，料筒温度低，型坯温度均匀产品精度均匀性好适于热敏性塑料的生产（3）低温下挤出型坯，熔体粘度高，可减少型坯下垂，保证壁厚均匀利于缩短成型周期，提高生产效率。挤出机内产生较高的剪切及背压，要求挤出机的传动和止推轴承坚固耐用。2.机头和口模（1）机头组成：多孔板、滤网连接管、型芯组件流道应呈流线型，内表面光洁无阻滞。（2）机头类型：①转角机头由连接管与之呈直角配置的管式机头组成，适合PE、PP、PC、ABS等的吹塑。①流道内压缩比较大，口模部分定型段较长。②熔体在流道内易滞留，机头内熔体性能差异。特点：②直通式机头与挤出机呈一字形配置。可防止熔体过热分解，适用于热敏性塑料，如：硬PVC透明瓶。常采用螺旋状流动导向装置和侧面进料机头。③带贮料缸的机头大型制品易下坠和缩径，冷却期较长，挤出机无法连续运行，因而发展带贮料缸的机头。生产大型吹塑制品，如：啤酒桶、垃圾桶。（3）口模直径的确定：①适合制品外径的吹胀比（即制品外径与型坯外径之比）)1(/maxsBDDdDd：口模直径Dmax：制品最大外径B：吹胀比S：膨胀比②型坯的最大外径的确定，需考虑口模膨胀③还可以由型坯切口的宽度来决定)1(/2SPwDdπPw：型坯切口宽＋2×型坯壁厚模芯外径：LPWDDdc/22Dc：模芯外径W：制品质量L：制品长度ρ：树脂密度总体的要求：均匀地挤出所需要直径，壁厚和粘度的型坯。3.吹胀装置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）吹气机构根据设备条件，制品尺寸、制品厚度分布要求等选定。吹气针管安装在模具型腔的半高处，压缩空气通过针管吹胀型坯。制品颈部有一伸长部分，以便吹针插入。①针吹法特点：适于不切断型坯连续生产的旋转吹塑成型。吹制首尾相连的小型容器。在模具内部装入型坯切割器，可吹塑无颈制品。适合吹制有手柄的容器，手柄与本体不相通。缺点：开口制品需整饰加工，模具设计较复杂。不适宜大型容器的吹胀。②顶吹法通过型芯吹气。模具顶部向上，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，在型芯和模具顶部制件切断型坯。顶吹法型芯定瓶颈内径旋转刀具，切除余料优点：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，径芯轴进入型坯，简化了吹气机构。缺点：①不能定内径和长度，需附加修饰工序。②气从机头型芯通过，影响机头温度。③底吹法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。适用：吹塑颈部开口偏离制品中心线的大型容器。有异形开口或多个开口的容器。缺点：进气口选在型坯温度最低的部位，也是型坯且重下垂厚度最薄的部位。制品形状复杂时，吹胀不充分。瓶颈耳状飞边修剪后留下痕迹。（2）吹塑模具由两瓣合成，没有冷却剂通道和排气系统。①模具的材质：铝（形状不规则容器）、锌合金、铍铜钢材。铍铜：硬质塑料的吹塑，容器本体上有装饰制品。②模具的排气系统在型坯吹胀时，排除型坯和模腔之间的空气。排气不畅，气体滞留，制品表面产生凹陷和皱纹。图案和字迹不清晰，降低制品温度。设置排气孔或排气槽。③模具的冷却系统影响制品性能和生产效率，需合理设计和布置。冷却水道与型腔的距离各处应保持一致，以保证制品各处冷却收缩均匀，距离一般为10～15mm。根据模具的材质，制品形状和大小而定。冷却水温在5～15℃为宜。可分段冷却，以加快冷却。冷却机构：内部互通的水道铸成模后钻出水道冷却蛇形管铸入模具模具制造时一体制成型腔制成后机械加工冷却系统4.辅助装置（1）型坯厚度控制装置离模膨胀、自重下垂而影响型坯的尺寸及制品的质量。1）调节口模间隙，控制型坯壁厚。2）改变挤出速度。（差动挤出型坯法）。3）改变型坯牵引速度。4）预吹塑法，进入模具之前吹入空气，控制有底型坯壁厚。5）型坯厚度的程序控制：改变挤出型坯横截面的壁厚，吹塑制品的壁厚取决于型坯各部位的吹胀比。吹胀比大，部位愈薄。吹塑制品与型坯横截面的壁厚变化关系。右边尺寸表示型坯横截面壁厚，左边尺寸表示制品横截面壁厚(单位：mm)（2）型坯长度控制影响吹塑制品的质量和切除尾料的长短，涉及原料的消耗，取决于吹塑周期内挤出机螺杆的转速转速快、长转速慢、短加料量的波动温度、电压的变化，操作变更等采用光电控制系统。（3）型坯切断装置适应不同塑料品种的性能刀刃式切料口：平刃、三角形刀刃。大型挤吹中空塑料成型机指容积超过20L的中空吹塑成型机。多用超高分子量聚乙烯的加工。为适应塑料加工的特点，一般用低温干燥高压空气吹塑，可以缩短吹塑冷却成型时间，提高制品质量。储料式机头改进双层心形包络结构，先进先出合模机构改进插销式无拉杆合模机构，锁模力大，容模量大二、注射吹塑的设备和模具基本特征：型坯是在注射模具中完成。制品是在吹塑模具中完成。注射吹塑设备可分成二工位、三工位、四工位。二位机(相距180)组成脱除制品是采用机械液压式的顶出机构来完成。二位机具有较大的灵活性。三位机（相距120）组成，即增加脱除制品的专用工位。四位机（相距90）组成。是在三位机基础上为特殊用途的工艺要求而增加(预成型即预吹或预拉伸)而设的工位。最常用的是二位机，约占90％以上。1.对注射型坯模中型腔和芯棒的设计要求注射型坯模由两半模具、芯棒、底板和颈圈组成。（1）根据制品的形状、壁厚、大小和塑料的收缩性、吹胀比设计整体型坯的形状。（2）型坯形状确定后，设计芯棒的形状。①芯棒直径应小于吹塑容器颈部的最小直径；②容器的最小直径尽可能大些。芯棒的作用：①充当阳模，成型型坯②输送型坯到吹塑模具③加热保温吹气通道2.吹塑模具的设计要求呈现容器形状、表面粗糙度及外观质量。保证吹胀后能充分冷却定型，顺利排除气体，无合缝线。1.挤出吹塑工艺过程包括：①挤出型坯。②型坯达到预定长度时．夹住型坯定位后合模。③型坯的头部成型或定径。④压缩空气导入型坯进行吹胀，使之紧贴模具型腔形成制品。⑤制品在模