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今日吹塑成型发展现状

发布时间:2021-07-22 16:48:56 阅读: 来源:四通厂家

吹塑成型发展现状

摘要:介绍吹塑成型方法、吹塑成型控制因素及吹塑成型的新进展,讨论吹塑制品质量的影响因素和常见制品缺陷的改进方法。吹塑成型技术是仅次于挤出成型、注塑成型的第三类塑料成型方法,可生产具有复杂、不规则形状的中空制品。

关键词:吹塑成型挤出吹塑注射吹塑拉伸吹塑制品鑫达团体研发团队采取国际先进的挤出及注塑装备缺陷改进方法

吹塑,这里主要指中空吹塑(又称吹塑模塑)是借助于气体压力使闭合在模具中的热熔型坯吹胀形成中空制品的方法,是第三种最常用的塑料加工方法,同时也是发展较快的一种塑料成型方法。吹塑用的模具只有阴模(凹模),与注塑成型相比,设备造价较低,适应性较强,可成型性能好(如低应力)、可成型具有复杂起伏曲线(形状)的制品。吹塑成型起源于19世纪30年代。直到1979年以后,吹塑成型才进入广泛应用的阶段。这一阶段,吹塑级的塑料包括:聚烯烃、工程塑料与弹性体;吹塑制品的应用涉及到汽车、办公设备、家用电器、医疗等方面;每小时可生产6万个瓶子也能制造大型吹塑件(件重达180kg),多层吹塑技术得到了较大的发展;吹塑设备已采用微机、固态电子的闭环控制系统,计算机CAE/CAM技术也日益成熟;且吹塑机械更专业化、更具特色。笔者从吹塑成型方法、制品种类、质量控制、发展趋势等方面予以介绍。

1吹塑成型方法

1.1成型方法

(1)再生医学产品

不同吹塑方法,由于原料、加工要求、产量及其成本的差异,在加工不同产品中具有不同的优势。详细的吹塑成型过程可参考文献。这里从宏观角度介绍吹塑的特点。中空制品的吹塑包括三个主要方法:挤出吹塑:主要用于未被支撑的型坯加工;注射吹塑:主要用于由金属型芯支撑的型坯加工;拉伸吹塑:包括挤出一拉伸一吹塑、注射一拉伸一吹塑两种方法,可加工双轴取向的制品,极大地降低生产成本和改进制品性能。此外,还有多层吹塑、压制吹塑、蘸涂吹塑、发泡吹塑、三维吹塑等。但吹塑制品的75%用挤出吹塑成型ldquo;铜陵的软硬环境,24%用注射吹塑成型,1%用其它吹塑成型;在所有的吹塑产品中,75%属于双向拉伸产品。挤出吹塑的优点是生产效率高,设备成本低,模具和机械的选择范围广,缺点是废品率较高,废料的回收、利用差,制品的厚度控制、原料的分散性受限制,成型后必须进行修边操作。注射吹塑的优点是加工过程中没有废料产生,能很好地控制制品的壁厚和物料的分散,细颈产品成型精度高,产品表面光洁,能经济地进行小批量生产。缺点是成型设备成本高,而且在一定程度上仅适合于小的吹塑制品。

中空吹塑的工艺条件,要求吹胀模具中型坯的压缩空气必须干净。注射吹塑空气压力为0.55~1MPa;挤出吹塑压力为0.2l~0.62MPa,而拉伸吹塑压力经常需要高达4M直接注塑成型便可实现各种珠光、炫彩或金属的外观效果Pa。在塑料凝固中,低压使制品产生的内应力低,应力分散较均匀,且低应力可改进制品的拉伸、冲击、弯曲等性能。1.2制品种类吹塑制品有容器、工业制件两类。其中容器包括:包装容器,大容积储桶/储罐,以及可折叠容器。但随着吹塑工艺的成熟,工业制件的吹塑制品越来越多,应用范围也日益广泛。目前,容器约占80%的市场份额,每年增长4%左右;而工业及结构用制品占总量的20%,每年增长速度为12%。容器消耗量的增长在于可旋扭塑料容器的应用范围不断扩大,工业用制品的消耗量增长主要是由新型加工技术的改进所致,如多层型坯挤出、双轴挤出、非轴对称吹塑等。表2列出了部分吹塑制品的应用及其性能要求。

1.3吹塑成型进展

(1)原材料聚合物在成型过程中,首先通过口模时受高剪切力作用,然后物料呈现挤出膨胀及垂缩现象,在形成下垂的型坯时,其膨胀率接近为零。接着型坯被吹胀紧贴在模具上,这时呈现低的膨胀率。过度的口模膨胀会产生废品。过度的垂缩导致制件的顶端到底部壁厚厚度不均匀,严重的甚至不能成型。因此,在选择适合吹塑的聚合物时,必须弄清其剪切及膨胀的粘弹特性。HDPE由于热稳定性好,又有多种改性产品,因而成为吹塑成型中应用最广泛的塑料。通过共聚和共混作用,对吹塑成型用原材料的研究在连续挤出吹塑级树脂方面也取得了一些进展,如PA6、PP和PET。间歇式型坯吹塑成型,理论上适用于结构板材和大型制件的二次加工,要求使用工程塑料,如阻燃型ABS、增强PVC、改性PPO和PC等,而这类挤出型塑料的耐高温性能一般较差,仅有少数树脂可在常规设备上吹塑成型大型制件。在聚萘二甲酸乙二酯(PEN)/PET共混料吹塑成型时,需将防氧渗透和防水气渗透的树脂如(乙烯/乙酸乙烯醇)共聚物(EVOH)和HDPE与PET形成复合层,并产生锚联层,以改善PEN/PET料的渗透性和热稳定性。目前正研究将HDPE与PA6采用多层吹塑成型,生产燃油油箱。

(2)设备与工艺技术进展

吹塑机械设备已有很大的改进。较新的成果有:

①采用改进型红外加热技术进行再吹塑成型;

②非常高速的旋转挤塑压力,主要应用在牛奶瓶的生产上;

③模具附设在梭式压机上以补偿喷流现象;

④多层连续挤出吹塑成型防渗透性容器;

⑤通过对取向结晶和热结晶、预成型坯和模温、吹气压力,以及型坯在模腔内停留时间的严格控制,进行连续性热定形PET瓶的生产。

由于市场对复杂、曲折的输送管材制件的需求,推动了偏轴挤出吹塑技术的开发,这种技术笼统称为3D或3维吹塑成型。

理论上,该工序十分简单,型坯挤出后,被局部吹胀并贴在一边模具上,接着挤出机头或模具转动,按已编的2轴或3轴程序转动。难点在于要求具有非常大的惯性量的大型吹塑机械在高速合模时误差要低于10%。多层吹塑成型工艺常用于加工防渗透性容器,其改进工艺是增设一个阀门系统,在连续挤出过程中可更换塑料原料,因而可交替生产出硬质和软质制品。生产大型制件如燃油箱或汽车外结构板材时,在冷却过程中需降低模腔内压力以调整加工循环周期。解决方法是先将熔料储存在挤出螺杆前端的熔槽中,再在相当高速下挤出型坯,以最大限度减少型坯壁厚的变化,从而确保消除垂缩和挤出膨胀现象。

储料缸式机头改进,使之能挤出热敏性塑料如ABS—R、改性PPD和PVC。而且,重新设计的机头,在生产中可快速装拆以方便清理塑料,同时,对塑料的流变特性分析及计算机流道分析可设计流线型流道,以便于热敏性塑料的成型。

(3)控制程序及吹塑模拟型坯的程序控制已有数十年的经验。

主要问题是型坯可拉坯变薄的最薄程度(如瓶颈部位),增厚的型坯拉坯的最大程度(如容器瓶体或边角部位),以及设计一个壁厚度变化部位,例如凹边和瓶肩等。其工作重点应集中在所使用塑料的粘弹性特性上。对试管状的预成型坯壁厚的预测,也就是设计具有防渗透作用的型坯最佳壁厚厚度的选择依据。这是由预成型坯的结晶程度,所使用塑料与温度相关的应力一应变弹性特性,以及由注塑加工形成的冻结应力程度和分布等情况来决定的。1980年,GE公司就为热成型和吹塑成型开发了:PITA程序设计。

型坯吹塑成型的控制软件必须综合考虑如下因素:不均匀的型坯壁厚;型坯截坯口和环绕型吹塑管材截口;在合模前预先吹胀型坯;吹胀过程控制和截坯口开设的部位;以及结构件吹塑成型中对型坯边缘的裁切定位等。目前,商业化的吹塑成型模拟软件主要有原美国的ACTech公司的C—PITA、比利时的POLYFL采取挤压拉拔复合技术制备铝基铅合金复合材料Ow等。数值模拟的难度在于:大应变、非线性材料行为、接触问题以及膨胀过程中一些物理非稳定性,而这些复杂性将导致产生一系列需要迭代求解的非线性方程。其中,材料、吹塑成型机理的研究一直是研究的难点、热点,如拉伸吹塑被广泛应用,但对该过程的模拟所需要的应力诱导结晶的数学描述,到目前为止尚无合适的方法。而挤出吹塑的型坯,是聚合物熔体流经环形模头时形成的,环形管道的几何形状和材料的粘弹性质将直接影响型胚膨胀,现有的粘弹性知识还无法描述这个过程。

与相对成熟的注塑CAE技术相比,吹塑成型软件目前正处于发展的初期阶段。

1.4吹塑成型的发展趋势

吹塑将随着市场对其制品的需求,在材料、机械、辅助设备、控制系统、软件等方面有如下发展趋势。

(1)原材料为满足吹塑制品的功能、性能(医药、食品包装)要求,吹塑级的原料将更加丰富,加工性能更好。如PEN类材料,不仅强度高、耐热性好、气体阻隔性强、透明、耐紫外线照射,可适用于吹制各种塑料瓶体,并且填充温度高,对二氧化碳气体、氧气阻隔性能优良,且耐化学药品。

(2已发展成为通过国际展览同盟UFI认证、中国设备制造业最具影响力的国际工业品牌展)制品包装容器、工业制品将有较大增长,而且注射吹塑、多层吹塑会有快速的发展。

(3)吹塑机械及设备吹塑机械的精密高效化;辅助生产(操作)设备的自动化。“精密高效”不仅指机械设备在生产成型过程中具有较高的速度和较高的压力,而且要求所生产的产品在外观尺寸波动和件重波动方面均能达到较高的稳定性,也就是说生产制品各个部位的尺寸和外形几何形状精度高,变形及收缩小,制品的外观及内在质量和生产效率等指标均要达到较高的水准。辅助操作包括去飞边、切割、称重、钻孔、检漏等,其过程自动化是发展的趋势之一。

(4)吹塑成型模拟吹塑机理的研究更加深入,吹塑模拟的数学模型的合理构建,数值算法的快速、准确是模拟的关键,吹塑成型模拟将会在制品质量预测、控制中发挥越来越重要的作用。

2影响吹塑制品质量的因素及常见缺陷的排除

2.1吹塑成型的影响因素

下面从吹塑成型过程分析各个阶段的成型参数。吹塑成型过程可分为四个阶段:

(1)型坯形成阶段聚合物在挤出机中的输送、熔融、混炼、泵出成型为型坯的形成阶段;在这一阶段,影响壁厚分布的主要工艺参数有:

①材料的分子量分布、平均分子量;

②吹塑机的温度控制系统和螺杆转速,其中温度控制系统包括料斗温度,料筒1区、2区、3区、4区温度,法兰温度,以及储料模头1区、2区、3区、4区温度。

(2)型坯下料阶段型坯从模唇与模芯的间隙中挤出为下料阶段。此时,型坯离模膨胀和型坯垂伸这两种现象

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