高分子合成材料成型加工 第七章

1NORTHEASTPETROLEUMUNIVERSITYShuJingCopyright2010第七章中空吹塑Chapter7BlowMolding2本章内容7.1概述7.2中空吹塑的基本方法和工艺特点7.3中空吹塑的设备7.4其他中空吹塑技术7.5中空吹塑成型的新进展37.1概述中空吹塑又称吹塑模塑，是制造空心塑料制品的成型方法。它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。目前,已成为塑料的主要成型方法之一,在吹塑方法和成型机械方面有了很大的发展。中空吹塑工艺是将挤出或注射成型所得到的半熔态型坯置于各种形状的闭合模具中，再向型坯中通入一定压力的压缩空气将其吹胀，使其紧贴于模具型腔壁上，经过冷却脱模得到中空制品的成型方法。47.1概述中空吹塑产品57.1概述中空吹塑产品67.1概述•塑料品种有PE、PVC、PP、PS、PET、PC、PA、乙烯－醋酸乙烯共聚物、线形聚酯、醋酸纤维素和聚缩醛树脂等。•适用树脂熔体流动速率在0.04~2g／10min范围内。•HDPE消耗量占首位，广泛应用于食品、化工和处理液体的包装。超高分子量PE适用于制造大型容器、熔料罐等。•PVC由于有较好的透明度和气密性，在化妆品和洗涤剂的包装方面得到普遍应用。随着无毒PVC树脂和助剂的开发，以及拉伸吹塑技术的发展，PVC容器在食品包装方面的用量迅速增加，已经开始用于啤酒和其它含有二氧化碳气体饮料的包装。77.1概述•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，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。•PP因其树脂的改性和加工技术的进步，使用量也逐年增加。87.2基本方法和工艺特点•根据管坯成型方法不同挤出-吹塑：生产方法简单，产量高，精度低，应用较多注射-吹塑：精度高，质量好，价高，适于批量大产品。•根据成型工艺不同分类普通吹塑拉伸吹塑：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）•根据管坯层数不同分类：单层吹塑多层吹塑：综合性能好，生产复杂，适于包装要求高的产品包装。97.2基本方法和工艺特点7.2.1挤出-吹塑•挤出-吹塑是应用最广的一类吹塑方法。其成型过程是先用挤出机挤出管状型坯，然后趁热将型坯送入吹塑模具中，通入压缩空气进行吹胀，使其紧贴模具型腔而获得模具型腔形状，在保持一定压力的情况下，经过冷却定型，开模即可得到吹塑制品。107.2基本方法和工艺特点7.2.1挤出-吹塑11主要应用于生产小型容器或易热分解的物料的生产。•直接挤出吹塑设备7.2基本方法和工艺特点7.2.1挤出-吹塑12主要应用于生产中、大型容器。•带储料装置的挤出吹塑设备7.2基本方法和工艺特点7.2.1挤出-吹塑137.2基本方法和工艺特点7.2.2注射-吹塑•生产中空塑料容器的两步成型方法。•由注射机将塑料熔体注入闭合的型坯模具内形成管坯，开模后管坯留在芯模上，通过机械装置使热型坯置于吹塑模具内，合模后从芯模的管道通入压缩空气，使型坯吹胀达到吹塑模腔的形状，并在空气压力下进行冷却定型，脱模后得到制品。147.2基本方法和工艺特点7.2.2注射-吹塑•优点（1）注射成型工艺自动化程度高，可以多模生产，因此生产效率高。（2）成型制品无拼缝线，制品的壁厚均匀，口部尺寸精确，废料较少。（1）生产每种制品必须使用两副模具，设备投资较大。（2）生产容器的尺寸和形状受限，不宜生产带把手的容器，一般用于成型容积较小的容器。•缺点157.2基本方法和工艺特点7.2.3拉伸-吹塑•拉伸吹塑是指经双轴定向拉伸的一种吹塑成型工艺。是在普通挤出吹塑和注射吹塑的基础上发展起来的。•先通过挤出法或注射法制成型坯，然后将型坯处理到塑料适宜的拉伸温度，经内部（用拉伸芯棒）或外部（用拉伸夹具）的机械力作用而进行纵向拉伸，同时或稍后用压缩空气吹胀进行横向拉伸，最后获得制品。167.2基本方法和工艺特点7.2.3拉伸-吹塑•拉伸的目的是改善塑料的物理机械性能。透明性，冲击强度、硬度和刚性、表面光泽性、阻隔性明显提高。•非结晶性的热塑性塑料在热弹性范围内进行。部分结晶的在Tm以下较窄范围内进行。•拉伸过程中要保持一定的拉伸速度，目的是在吹塑之前使大分子链拉伸定向而不至于松弛。177.2基本方法和工艺特点7.2.3拉伸-吹塑•拉伸吹塑工艺拉伸-吹塑又分为一步法和两步法两种。（1）一步法将刚成型的热型坯的温度调整到拉伸温度后，马上进行拉伸-吹塑。制备型坯、拉伸、吹塑三道主要工序在一台机器中连续依次完成，又称热型坯法。型坯是处于生产过程中的半成品。这种成型方法省去了冷型坯的再加热，所以节省能量，同时由于型坯的制取和拉伸-吹塑是在同一设备上进行的，所以生产可以连续进行，设备占地面积小，自动化程度高，但产量低于冷型坯法。187.2基本方法和工艺特点7.2.3拉伸-吹塑•拉伸吹塑工艺（2）两步法第一步制备型坯，型坯冷却后成为一种待加工的半成品，具有专门化生产的特性。第二步将冷型坯提供给另一企业或车间，吹塑模具中，加热到拉伸温度再进行拉伸-吹塑，又称为冷型坯法。适宜大批量生产，但能耗较多。197.2基本方法和工艺特点7.2.3拉伸-吹塑•拉伸吹塑工艺207.2基本方法和工艺特点7.2.3拉伸-吹塑•拉伸吹塑工艺目前，拉伸吹塑有四种组合方式：①—步法挤出拉伸吹塑，用于加工PVC；②两步法挤出拉伸吹塑，用于加工PVC和PP；③一步法注射拉伸吹塑，用于加工PET和RPVC；④两步法注射拉伸吹塑，用于加工PET。拉伸吹塑工艺过程包括：注射型坯定向拉伸吹塑、挤出型坯定向拉伸吹塑、多层定向拉伸吹塑、压缩定向拉伸吹塑等。生产特点都是将型坯温度控制在低于熔点的温度下利用双向拉伸的原理来提高制品的强度。217.2基本方法和工艺特点挤出吹塑和注射吹塑比较227.2基本方法和工艺特点模具237.2基本方法和工艺特点模具247.2基本方法和工艺特点模具257.3中空吹塑设备中空吹塑的生产过程：型坯的制造+型坯的吹胀。7.3.1型坯成型装置挤出型坯方式间断挤出连续挤出：连续生产型坯型坯的质量直接影响最终产品的性能和产量，而影响型坯质量的主要设备因素是挤出机的机头和口模结构。267.3中空吹塑设备7.3.1型坯成型装置（一）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小，塑化不良，型坯温度不均；L/D大，料温波动小，料筒温度低，型坯温度均匀，可提高产品精度和均匀性，适于热敏性塑料的生产。（3）型坯在较低的温度下挤出，熔体粘度较高，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。但在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。277.3中空吹塑设备7.3.1型坯成型装置（二）机头及口模机头包括多孔板、滤网连接管、型芯组件等。流道应呈流线型，内表面光洁无阻滞。机头类型：（1）转角机头机头与型坯挤出方向成直角。由连接管与管式机头组成，适合PE、PP、PC、ABS等。流道内压缩比较大，口模部分定型段较长；熔体在流道内易滞留，造成机头内熔体性能差异。287.3中空吹塑设备7.3.1型坯成型装置（二）机头及口模机头类型：（1）转角机头常采用螺旋状流动导向装置和侧面进料机头。297.3中空吹塑设备7.3.1型坯成型装置（二）机头及口模机头类型：（2）直通式机头机头与挤出机呈一字形配置，避免熔体在流动方向上的改变，防止熔体过热分解。适用于热敏性塑料，如硬PVC透明瓶。（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。307.3中空吹塑设备7.3.1型坯成型装置（二）机头及口模口模直径的确定：（1）首先选取适合制品外径的吹胀比；（2）确定型坯最大外径，需考虑口模膨胀。)]1(/[maxSBDDdDd：口模直径Dmax：制品最大外径B：吹胀比S：膨胀比吹胀比：制品最大外径/型坯外径之比膨胀比：（型坯外径-口模直径）/口模直径317.3中空吹塑设备7.3.1型坯成型装置（二）机头及口模口模直径的确定：（3）还可以由型坯切口的宽度来决定。2/[(1)]dwDSPπPw：型坯切口宽＋2×型坯壁厚LWDDdc/22模芯外径：Dc：模芯外径W：制品质量L：制品长度ρ：树脂密度对挤出机和机头的总体的要求：均匀地挤出所需直径、壁厚和粘度的型坯。327.3.2吹胀装置（一）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。（1）针吹法•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。包括吹气机构、模具及其冷却系统、排气系统等部分。7.3中空吹塑设备33•特点：①适于不切断型坯连续生产的旋转吹塑成型。②吹制首尾相连的小型容器。③在模具内部装入型坯切割器，可吹塑无颈制品。④适合吹制有手柄的容器，手柄与本体不相通。•缺点：①开口制品需整饰加工，②模具设计较复杂。③不适宜大型容器的吹胀。7.3.2吹胀装置7.3中空吹塑设备（一）吹气机构（1）针吹法34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。7.3.2吹胀装置7.3中空吹塑设备（一）吹气机构（2）顶吹法35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：不能定内径和长度，需附加修饰工序；气从机头型芯通过，影响机头温度。7.3.2吹胀装置7.3中空吹塑设备（一）吹气机构（2）顶吹法36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，有异形开口或多个开口的容器。7.3.2吹胀装置7.3中空吹塑设备（一）吹气机构（3）底吹法•缺点：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；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。37由两瓣合成，设有冷却剂通道和排气系统。7.3.2吹胀装置7.3中空吹塑设备（二）吹塑模具（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。根据模具材质、制品形状和大小而定。冷却水温5～15℃为宜。可分段冷却，以加快冷却。387.3.2吹胀装置7.3中空吹塑设备（二）吹塑模具（3）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。7.3.3辅助装置（一）型坯厚度控制装置型坯从机头口模挤出时，由于离模膨胀、自重下垂而影响型坯的尺寸及制品的质量。39控制型坯尺寸的方式有如下几种：（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来达到控制壁厚和质量。制品的壁厚取决于型坯各部位的吹胀比。吹胀比越大，部位越薄。7.3中空吹塑设备7.3.3辅助装置（一）型坯厚度控制装置40（二）型坯长度控制型坯长度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，型坯长；转速慢，型坯短。此外，加料量的波动、温度、电压的变化、操作变更等都会影响型坯长度。一般采用光电控制系统。（三）型坯切断装置切断装置要适应不同塑料品种的性能。切料口刀刃形状直接影响产品质量。刀刃形式有平刃和三角形