第五章 吹塑成型

第五章吹塑成型第1页第五章第2页目录吹塑成型分类挤出吹塑成型工艺注射吹塑成型工艺一二三拉伸吹塑成型工艺四第五章第3页吹塑成型是一种生产中空制品的主要成型方法，是高分子材料成型加工中除挤出、注塑、模压之外另一种重要方法。吹塑成型主要指中空吹塑(又称吹塑模塑)，是制造空心制品的一种常用方法，也是塑料制品加工方法中除挤出、注塑、模压之外另一种最常用的方法，且发展迅速，属于二次成型技术范围。它首先利用热塑性树脂通过挤出或注射成型得到半熔融状态的管状型坯，然后趁热（或加热到软化状态）将型坯置于各种形状的模具中，闭模后立即在型坯内通入压缩空气，借助于气体压力使闭合在模具型腔中处于类橡胶态的型坯吹胀，使之紧贴于型腔内壁上，形成中空制品。型坯的制作和吹胀两个过程可以分开独立进行。第五章第4页吹塑成型分类01按型坯状态分类02按制造方法不同分类第五章第5页根据吹塑成型时型坯状态的不同，吹塑成型工艺可分为冷坯吹塑和热坯吹塑两种，冷坯吹塑是将挤出或注射得到的坯料重新加热到类橡胶状态后，再放入吹塑模具内进行吹塑成型，热坯吹塑是将所得的型坯直接在热状态下立即送入吹塑模具中进行吹胀成型，热坯吹塑周期较短。在实际工业生产中最为常见；根据制造方法的不同，吹塑成型工艺可分为挤出吹塑、注射吹塑和拉伸吹塑三个主要方法，加工不同产品时，可根据原料、加工要求、产量及成本等具体情况选择适当的吹塑方法。第五章第6页挤出吹塑是最主要的一种吹塑成型方法，主要用于未被支撑的型坯加工，约的吹塑制品是通过此法制造的。根据坯料的供料方式，挤出吹塑分为连续挤出吹塑和不连续挤出吹塑两种，其中，连续挤出吹塑是指挤出机连续地挤出管坯，当管坯达设定长度时，闭合模具，切断管坯，并连同模具一起被移至下一工位进行吹胀、冷却、脱模，从时间上看，后一段管坯的挤出与前一段管坯的吹胀、冷却、脱模是同步进行的，故连续挤出吹塑生产效率高，适合大批量生产。第五章第7页不连续挤出吹塑则是将熔融的物料挤出并储存起来，再用柱塞将熔体挤成管坯，并吹塑成型。由于此法事先储存了较多的熔体，故可在较短时间内挤出大量的树脂，因而，可由于生产储罐及其他大型制品。根据挤出吹塑制品的结构，挤出吹塑分为单层挤出吹塑和多层挤出吹塑。挤出吹塑的优点是设备简单，设备成本低，投资少，模具和机械的选择范围广，管坯生产效率高，型坯温度比较均匀，熔接逢少，制品破裂程度低，吹塑制品强度较高，适合不同形状、大小和壁厚的中空容器的生产，适合多种塑料的中空成型，能生产大型容器，产品成本低、工艺简单、效益高。第五章第8页单层挤出吹塑成型工艺过程一般包括以下几个步骤：（1）利用挤出机完成对塑料的输送、压缩、熔化、塑化、排气等功能，并将熔体泵入机头，按预先设定好的程序，在预定的时间，从管状机头挤出适当厚度和直径的型坯，垂挂在安装于机头正下方的预先分开的吹塑模具的型腔中；（2）当下垂的型坯达到预定的长度时，立即闭合吹塑用的两半模具，利用模具的闭合力，将型坯切断并夹持在两半模具之间，切断后移至另一工位，从型坯一端插入吹管头，并确保吹管、型坯及吹胀模腔具有相同的中心轴线；第五章第9页（3）把压缩空气通过模具分型面上的吹气管头注入型坯，利用压缩空气力将型坯不断向模腔的冷壁进行吹胀，使尚处于可塑状态的管坯被吹胀而紧贴于模具型腔的内壁上，形成与型腔形状一致的制品；（4）调整开口，冷却吹塑制品，并在保持一定的充气压力的前提下进行第一次冷却定型，以确保冷却在紧贴模具的情况下进行；（5）第一次冷却定型一段时间后，排出压缩空气；（6）打开模具，取出制品，切除尾料，供后处理或二次冷却，第一次冷却是在成型模具内进行的，目的是形成制品的外形，但为了提高生产效率，第一次冷却往往不彻底，而是在制品冷却至一定程度基本定型后，移入冷却模具继续进行二次冷却；第五章第10页（7）修整制品，去除制品飞边，回收边角料，进行质量检测等。多层复合吹塑成型工艺是在单层挤出吹塑成型工艺的基础上发展起来的一种新型工艺过程，两者间并无实质性的不同，两者的差别主要表现在型坯的加工方法不同，另外，多层挤出需采用能够挤出多层结构管状物的机头。多层复合吹塑成型工艺可用于成型不同物料组成的吹塑制品。在多层吹塑成型工艺中，各层塑料间的相互熔合效果及彼此间粘结质量的控制十分重要，如果塑料间熔合效果不好，粘结较差，则制品夹口区的强度将会显著下降，从而影响制品质量。在实际生产中，可采用适当的方法来改善不同物料层间的熔合和粘结性能，如往各层物料中混入粘性的组分，或在原料各层间增加有粘结功能的物料层等。多层吹塑所用物料的种类及必要的层数应视具体要求确定，制品的层数越多，成型也就越困难。第五章第11页典型的挤出吹塑设备如图1所示。1-机头，2-夹坯块，3-挤出机，4-吹塑模具，5-制品第五章第12页（1）挤出机挤出吹塑成型设备中，挤出机的质量好坏在很大程度上决定了生产的可操作性、稳定性和安全性，更决定了生产中空吹塑制品的力学性能、外观质量、各批制品间的均匀一致性、生产效率和成本高低等，是吹塑装置中最主要的设备。挤出吹塑成型用挤出机分两类，一类是连续挤出熔体的连续旋转往复式螺杆挤出机，一类是间歇挤出熔体的往复式挤出机，也即不连续旋转往复式挤出机。对于连续式螺杆挤出机而言，通过螺杆的旋转使物料沿螺槽向前移动，并受热形成熔体，熔体储存于螺杆头前面的机筒内，当熔体量达到一定值后，油缸工作，产生推力，使螺杆向前移动，熔体被连续挤出，柱塞油压逐渐下降，螺杆后退，如此反复进行生产；第五章第13页不连续旋转往复式挤出机的工作原理与连续旋转往复式螺杆挤出机基本相似，主要差别在于其螺杆在往复过程中停止旋转，机筒内固体物料不能连续地变为熔体，因而，熔体的挤出是不连续的。吹塑成型工艺中常见的挤出机为单螺杆挤出机，其组成和结构和普通单螺杆挤出机并无特殊之处，由机筒、螺杆、加热元件、温控元件与传动装置等部分组成。普通挤出机在满足如下要求后也可用于吹塑成型：①其驱动装置须是无极调速的，以确保挤出速率与最佳吹塑周期相匹配；②其螺杆须具有适当的长径比，以确保物料能被均匀、充分地塑化，提高制品的精度和均匀性；③可在较低温度下挤出管坯，以利于缩短生产周期，提高生产效率。第五章第14页（2）机头机头包括多孔板、滤网连接管和型芯组件等。吹塑机常用的机头分直通式机头、转角机头和带储料缸式机头三种，其中，直通式机头方向与螺杆轴线方向一致，熔体流经此机头时，流向不变，此类机头可用于热敏性塑料的吹塑成型，硬PVC瓶往往是采用此机头进行吹塑得到；转角机头由管式机头和连接管组成，两者彼此垂直；带储料缸式机头中带有储料缸，熔体先在其中储存，当储存量达到一定值后，被一起挤压吹塑，由于储料缸中可存储足量体积的熔体，故此类机头可用于生产啤酒桶等大型吹塑制品。第五章第15页（3）吹塑模具吹塑模具常设计为以分型面为界的对开式两半模具，对形状不规则的瓶类或容器，模具的分型面也可能设计为不规则，必要时，可使用三个或更多个移动部件组成分型面模具，一般没有冷却剂通道，但对于大型吹塑模具，可设计冷却水道。模口部分一般做成较窄的锋利刀口状，以便快速切断型坯，刀口形状一般为三角形或梯形。由于吹塑压力较低，一般介于0.2～0.7MPa之间，模具结构比较简单，对模具强度的要求比较低，故有多种材料可用于制作吹塑模具，如铝合金、锌合金、钢材、铍铜等，具体材质可根据物料特性及制品数量进行选择。为了排除模具表面和管坯表面之间的空气，确保制品的外观质量，模具上应设置排气孔或排气槽，排气孔或排气槽的位置、形状及数量主要取决于型腔的形状，但由于其与制品直接接触，故需要具有较高的加工精度。第五章第16页从模具的结构和成型工艺方法上看，吹塑模具可分为上吹法（顶吹法）、下吹法（底吹法）和平吹法（气针法）三种，图a为典型的上吹法模具结构示意图，模具的颈部朝上，闭模时，管坯底部被夹紧，顶部开口，压缩空气从模具上端通过型芯吹入模腔中。上吹法的优点是型芯和吹气芯轴合二为一，故其结构简单，缺点是不能确定型坯内径和长度，需要另外增加修饰工序，且由于借助型芯作为吹气芯轴，当通过压缩空气时，将对机头产生影响，从而可能影响型坯的质量。第五章第17页图b为平吹法模具结构示意图，型坯进入模具后，上下端夹持，压缩空气经横向气针注入型坯。平吹法的优点是压缩空气可以容器的任何部位注入，可用于吹塑成型非开口容器、可折叠软容器等。第五章第18页图c为典型的下吹法模具结构示意图，使用时，从挤出机口模出来的坯料套在底部芯轴上，压缩空气从芯轴吹入，型芯外径和模具口颈配合以固定口颈的内外尺寸。由于型坯的下端壁厚比较厚，采用下吹法可使容器口颈部位的壁厚较厚，较适宜大、中型容器的吹胀成型。第五章第19页影响挤出吹塑成型工艺和制品质量的因素主要有型坯的温度、吹气压力和吹气速度、吹胀比、模温和冷却时间等。（1）管坯制造过程中的影响因素①原料原料是影响管坯质量的一个非常重要的因素。除了性能上必须满足制品的使用要求之外，原料的如下特性对型坯的质量存在较为明显的影响：第五章第20页a.熔融指数熔融指数低，管坯下垂容易,容易得到厚薄均匀的管坯，但如果熔融指数过低，熔体产生不稳定流动的概率增大，而不稳定流动一旦发生，制品的外观质量将变差，甚至出现不合格现象。所以，在吹塑成型前，应根据具体的制品性能及加工性能合理选择原料。一般情况下，吹塑成型大中型尺寸的制品时，原料的熔融指数宜小些，反之，生产小型吹塑制品时，熔融指数宜大些。b.分子量原料分子量大，受应力作用时，防止出现龟裂的能力强，所以，一般采用分子量较大的原料，但分子量过高，型坯的挤出及后续的吹塑将愈加困难，分子量的大小应综合考虑。c.分子量分布分子量分布宽，有利于得到高质量的管坯，但过宽，可能导致制品强度下降。d.拉伸粘度拉伸粘度随拉伸应力增加而增大的物料有利于吹塑加工。另外，原料在加工过程中应具有阻止氧气、二氧化碳、氮气及水蒸气等向容器内外透散的特性。第五章第21页②螺杆转速螺杆转速是影响管坯质量的另一个重要的因素。螺杆转速快，挤出产量提高，可得到更多的型坯，但过快可能导致熔体产生不稳定流动，型坯表面质量下降，严重时甚至可能出现熔体破裂现象，而且，转速过快时，将产生大量摩擦热，增大了塑料发生瞬间降解的危险。所以，在能够挤出均匀、光滑管坯且没有使挤出传动系统超负荷的前提下，螺杆转速尽可能快，但不宜过快，一般应控制在70转／分以下，具体的螺杆转速大小取决于具体的物料。第五章第22页③口模口模是决定型坯尺寸及形状的重要装置，主要由两对半阴模构成，其内表面需具有足够的光洁度，且尺寸必须按设计要求加工，口模定型段尺寸一般为口模芯棒之间隙数值的8倍左右。④加工温度加工温度升高，型坯下垂严重，型坯长度增加，但直径及壁厚将下降，严重时，甚至可能导致型坯断裂；温度下降，型坯表面将变得粗糙，可能出现鲨鱼皮、流痕、竹节等，型坯将塑化不良，尺寸及质量不均匀，最终降低制品的强度。第五章第23页①型坯温度型坯的温度直接影响其形状的稳定性、制品的表面光洁度、接缝强度及冷却时间等。当型坯温度较高时，其强度将有所下降，制品虽然容易发生吹胀变形，但难于保证制品壁厚的均匀性，尤其是管坯纵向厚度的均匀性。同时，吹胀物的冷却时间延长，成型设备的生产效率下降。反之，降低型坯温度可确保其具有足够的强度，但吹塑成型将变得困难，如果型坯温度过低，还会导致管坯长度收缩，壁厚增加，制品内部可能存在较大的残余应力，导致制品强度下降，表面粗糙无光，外观质量明显降低。一般情况下，在不严重影响型坯形状稳定性的前提下，为了确保制品具有足够的表面光洁度及接缝强度，可适当提高型坯的温度。第五章第24页②吹气压力和吹气速度型坯被模具夹持以后注入压缩空气。此处，压缩空气起三种作用：利用压缩空气的压力使类橡胶态的管状型坯胀大紧贴在吹胀模型腔的内壁上；对已吹胀的型坯施加压力，以得到形状正确、表面文字与图像清晰的制品；促进制品冷却。压缩空气的压力称之为吹气压力，由于不同原料的物性（分子柔韧性及型坯的熔体强度与熔体弹性）的差异，其制成的类橡胶态的型坯的模量不同，吹胀时所需的空气压力也有所差别，但一般介