鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)-第七章中空成型

第七章中空成型7.1概述7.2中空吹塑裝備7.3擠出吹塑工藝過程及控制因素7.4注射吹塑7.5拉伸吹塑7.6多層吹塑7.7大型中空吹塑鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!中空吹塑產(chǎn)品7.1概述鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!成型過程：

中空吹塑是將擠出或注射成型所得的管坯置于模具中，在管坯中通入壓縮空氣將其吹脹，使之緊貼于模腔壁上，再經(jīng)冷卻脫模得到中空制品的成型方法。它主要借鑒歷史悠久的玻璃容器的吹制工藝。分類：◆根據(jù)管坯成型方法不同分類：擠出吹塑：生產(chǎn)方法簡單，產(chǎn)量高，精度低，應(yīng)用較多注射吹塑：精度高，質(zhì)量好，價(jià)高，適于大批量生產(chǎn)◆根據(jù)成型工藝不同分類：普通吹塑拉伸吹塑：產(chǎn)品經(jīng)拉伸，強(qiáng)度高，氣密性好擠出—拉伸—吹塑(簡稱擠—拉—吹)注射—拉伸—吹塑(簡稱注—拉—吹)◆根據(jù)管坯層數(shù)不同分類：單層吹塑多層吹塑：綜合性能好，生產(chǎn)復(fù)雜，適于包裝要求高的產(chǎn)品包裝。

鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!應(yīng)用：吹塑成型方法可生產(chǎn)瓶、壺、桶等各種包裝容器，包括辦公用品、文化娛樂用品、汽車工業(yè)用零件、日常用品和兒童玩具等。

—用于中空吹塑的塑料品種有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、線形聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、醋酸纖維素和聚縮醛樹脂等?！渲懈呙芏染垡蚁┑南牧空际孜?。它廣泛應(yīng)用于食品、化工和處理液體的包裝。高分子量聚乙烯適用于制造大型燃料罐和桶等。—聚氯乙烯因?yàn)橛休^好的透明度和氣密性，所以在化妝品和洗滌劑的包裝方面得到普遍應(yīng)用。隨著無毒聚氯乙烯樹脂和助劑的開發(fā)，以及拉伸吹塑技術(shù)的發(fā)展，聚氯乙烯容器在食品包裝方面的用量迅速增加，并且已經(jīng)開始用于啤酒和其它含有二氧化碳?xì)怏w飲料的包裝?！€形聚酯材料是近幾年進(jìn)入中空吹塑領(lǐng)域的新型材料。由于其制品具有光澤的外觀、優(yōu)良的透明性、較高的力學(xué)強(qiáng)度和容器內(nèi)物品保存性較好，廢棄物焚燒處理時(shí)不污染環(huán)境等方面的優(yōu)點(diǎn)，所以在包裝瓶方面發(fā)展很快，尤其在耐壓塑料食品容器方面的使用最為廣泛?！郾┯捎谄錃饷苄?、耐沖擊強(qiáng)度差早期應(yīng)用不廣，因樹脂的改性和加工技術(shù)的進(jìn)步，如雙軸拉伸吹塑工藝出現(xiàn)后，使用量也逐年增加。中空吹塑所使用的材料：鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!7.2中空吹塑設(shè)備型坯擠出有連續(xù)和間歇（斷）兩種，前者是連續(xù)擠出預(yù)定長度的型坯，被移動的模具接納，并在機(jī)頭處切斷，送至吹塑工位，后者是指擠出預(yù)定長度的型坯后，擠出機(jī)停止轉(zhuǎn)動和出料，待型坯吹脹定型后再啟動擠出機(jī)開始下一個(gè)操作。吹塑擠出機(jī)：—具有連續(xù)調(diào)速的驅(qū)動裝置，保證在穩(wěn)定的速率下擠出型坯—適宜的螺桿長徑比，保證物料塑化良好、溫度均勻—保證型坯能在較低溫度下擠出，以避免重力下垂所導(dǎo)致的壁厚不均勻鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!型坯進(jìn)入模具型腔后，吹脹裝置將管狀型坯吹脹成型腔所具有的精確形狀，進(jìn)而冷卻、定型、脫模并取出制品，吹脹系統(tǒng)包括吹氣機(jī)構(gòu)、模具及其冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等部分。

◆吹氣機(jī)構(gòu)

—針吹法

●優(yōu)點(diǎn)：適于不切斷型坯連續(xù)生產(chǎn)的小型吹塑成型制品

●缺點(diǎn)：制品需要修飾加工—頂吹法

●優(yōu)點(diǎn)：直接利用型芯作為吹氣芯軸經(jīng)芯軸進(jìn)入型坯，簡化了吹氣機(jī)構(gòu)

●缺點(diǎn)：制品需要修飾加工，不能確定內(nèi)徑和長度，氣體從機(jī)頭經(jīng)過影響機(jī)頭溫度控制—底吹法

●優(yōu)點(diǎn)：制備大型容器、開口多或具有異形的容器●缺點(diǎn)：吹氣位置在溫度較低的底部，容易導(dǎo)致吹脹不充分吹脹裝置鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!◆

原料的選擇

首先要求原料的加工性能必須符合吹塑工藝的要求；其次原料的性能滿足制品的使用要求，尤其是氣密性和耐沖擊性。如：高密度聚乙烯取0.94-0.96克／10min熔體指數(shù)范圍。低熔體指數(shù)樹脂吹塑時(shí)有利于防止型坯下垂，容易得到壁厚均勻的管坯。但是螺桿轉(zhuǎn)速增高時(shí)，低熔體指數(shù)的樹脂外觀粗糙。因此對于上述熔體指數(shù)范圍的選用，大中型吹塑制品以防止型坯下垂為主，宜偏低一些，分子量大的；小型吹塑制品選偏高一些，分子量小的?！?/p>

溫度的控制

在擠出管坯過程中溫度控制的精確度對于管坯質(zhì)量影響很大。例如溫度過低型坯表面粗糙，溫度高表面光澤好，但下垂嚴(yán)重。在擠出聚氯乙烯等容易熱降解的樹脂時(shí)，還要注意控制溫度使其不超過降解溫度。

管坯制造過程中的影響因素鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!◆吹氣壓力

吹塑中，壓縮空氣有兩個(gè)作用，一是使管坯脹大而緊貼模腔壁，形成需要的形狀；二是起冷卻作用。根據(jù)塑料品種和型坯溫度的不同，空氣壓力也不一樣，一般控制在0.2-0.7兆帕之間，最適宜的是能使制品在成型后外形、花紋等表露清晰的壓力。

—對于粘度較低、容易變形的取較低值

—對于粘度和模量較高的塑料取較高值

—大容積和薄壁制品宜用較高壓力

—小容積和厚壁制品則使用較低壓力鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!◆吹脹比

通常把制品的尺寸與型坯尺寸之比稱為吹脹比。當(dāng)型坯的尺寸和重量一定時(shí)，制品的尺寸越大，型坯的吹脹比也越大。根據(jù)塑料的品種、性質(zhì)、制品的形狀和尺寸以及型坯的尺寸等來決定吹脹比的大小。通常把吹脹比控制在2、4倍。

◆成型周期

吹塑的周期包括擠出型坯、截取型坯．合模、吹氣、冷卻、放氣、開橫、取出制品(其后的修整，配套，包裝另計(jì))等過程。鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!7.3注射吹塑工藝

◆工藝過程

注射吹塑一般是兩步成型法,即注射型坯和吹塑(見圖7-14)◆工藝特點(diǎn)

適宜生產(chǎn)批量大精密容器,廣口容器

—制品的壁厚均勻一致,不需要后期加工修飾;

—制品無熔接線,廢料少;

—必須使用兩副模具,成本加大;

—不適于制造大容量和帶把手的制品;鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!◆管坯溫度與吹塑溫度

注射型坯時(shí)，管坯溫度是關(guān)鍵，溫度太高，熔料粘度低易變形，使管坯在轉(zhuǎn)移中出現(xiàn)厚度不均，影響吹塑制品質(zhì)量;溫度太低，制品內(nèi)常帶有較多的內(nèi)應(yīng)力，使用中易發(fā)生變形及應(yīng)力破裂。

為能按要求選擇模溫，常配置模具油溫調(diào)節(jié)器，由精度較高的數(shù)字溫控儀控制。鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!7.4拉伸吹塑

◆拉伸吹塑是經(jīng)雙軸拉伸的一種吹塑成型方法。其料坯一般通過擠出或注射的方法來制得，將料坯處理至適宜拉伸的溫度，經(jīng)內(nèi)部（芯棒）或外部（拉伸夾具）機(jī)械力進(jìn)行縱向拉伸，同時(shí)或延遲一段時(shí)間后進(jìn)行壓縮空氣吹脹而實(shí)現(xiàn)橫向拉伸。

◆拉伸的目的是實(shí)現(xiàn)物理性能的改善。

—

對于非晶材料，拉伸應(yīng)在其熱彈性范圍內(nèi)進(jìn)行；

—對于熱塑性結(jié)晶材料，拉伸應(yīng)在低于結(jié)晶熔點(diǎn)較窄的范圍內(nèi)進(jìn)行，同時(shí)還要考慮到晶體成核和生長速率，有的甚至要加入成核劑來強(qiáng)化其成核速率；—為保證分子鏈的拉伸定向在吹脹前不會松弛，要保持一定的拉伸速率。

鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!—擠出型坯定向拉伸吹塑

一種方法是將塑料擠成管材，并切成一定的長度做為冷坯，然后輸送至加熱裝置加熱至拉伸溫度后,使型坯的一段形成瓶頸，在軸向拉伸100－200％后再吹脹；另外一種方法是把加熱后的型坯一邊在拉伸裝置中軸向拉伸，一邊送往吹塑模具中，然后吹脹成型。 鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!◆

拉伸吹塑的工藝要點(diǎn)

拉伸吹模主要受到型坯的加熱溫度，吹塑壓力，吹塑時(shí)間和吹模模具溫度等工藝的影響。

—型坯的再加熱由于注射型坯后要放置一段時(shí)間才能拉伸吹塑，所以吹塑前再加熱，以PET為例，加熱溫度為195～230℃，恒溫10～20s，以達(dá)到熱平衡；

—拉伸比（拉伸速率，拉伸長度，吹氣壓力和速率）是影響制品質(zhì)量的關(guān)鍵?？v向拉伸比是通過拉伸桿的移動來實(shí)現(xiàn)的，橫向拉伸比是通過吹塑空氣來實(shí)現(xiàn)的。一般而言橫向拉伸比5倍，縱向拉伸比2.5倍的時(shí)候，PET瓶子的質(zhì)量最好。鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!產(chǎn)品特點(diǎn)舉例鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!

◆機(jī)頭包括多孔板、濾網(wǎng)連接管與型芯組件等，對機(jī)頭的要求是：流道呈流線型，表面具有較高的光潔度，無阻滯部位，以防止流動不暢而產(chǎn)生分解老化。◆吹塑機(jī)頭一般分為如下幾種：

—轉(zhuǎn)角機(jī)頭

—直通式機(jī)頭

—帶儲料缸式機(jī)頭(主要生產(chǎn)大型吹塑制品)機(jī)頭和口模：鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!◆模具的材質(zhì)

—鋁、銅

●主要利用其良好的導(dǎo)熱性能以及易機(jī)械加工性（如雕刻花紋）

—鋼

●用來吹塑硬度較大的塑料，表面拋光鍍鉻◆模具的冷卻系統(tǒng)

—其要求和注射模塑類似

◆模具的排氣系統(tǒng)

—其要求和注射模塑類似，但其排氣孔尺寸一般較大吹塑模具鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!7.2擠出吹塑工藝由擠出裝置擠出半熔融狀管坯；當(dāng)型坯到達(dá)一定長度時(shí)，模具移到機(jī)頭下方閉合，抱住管坯，切刀將管坯割斷；型坯頭部成型定徑；模具移到吹塑工位，吹氣桿進(jìn)入模具吹氣，使型坯緊貼模具內(nèi)壁而冷卻定型；打開模具，取出制品。鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!◆螺桿轉(zhuǎn)速對擠出管坯的影響

螺桿轉(zhuǎn)速是影響管坯質(zhì)量的一個(gè)重要因素。高的擠出速度能夠提高產(chǎn)量，減少型坯下垂，但是型坯表面質(zhì)量下降。尤其是剪切速率增大造成某些塑料，如高密度聚乙烯，可能出現(xiàn)熔體破裂現(xiàn)象。而且轉(zhuǎn)速提高時(shí)大量摩擦熱的產(chǎn)生使聚氯乙烯等塑料有瞬間降解的危險(xiǎn)。所以一股吹塑機(jī)都選用大一點(diǎn)的擠出裝置，使螺桿轉(zhuǎn)速在70轉(zhuǎn)／分以下?！艨谀D出管坯的影響

口模是決定型坯尺寸及形狀的重要裝置，所以要求內(nèi)表面光潔度應(yīng)達(dá)到10且尺寸必須按設(shè)計(jì)要求加工。口模定型段尺寸一般可選用8倍口模芯棒之間隙數(shù)值。鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!◆充氣速度

為了縮短吹氣時(shí)間，以利于制品獲得較均勻的厚度和較好的表面，充氣速度(單位時(shí)間內(nèi)流過的空氣體積)要盡可能大一些．但也不宜過大，否則會給制品帶來不良影響，一是會在空氣進(jìn)口處造成真空，使這部分的型坯內(nèi)陷，而當(dāng)型坯完全吹脹時(shí)，內(nèi)陷部分會形成橫隔膜片；其次是口模部分的型坯有可能被極快的氣流拉斷，造成廢品．為此需要加大吹管口徑或適當(dāng)降低充氣速度。鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!◆模溫和冷卻時(shí)間

為保證制品質(zhì)量，模具的溫度應(yīng)分布均勻，模溫一般保持在20-50℃。模溫過低，會使夾口處塑料的延伸性降低，不易吹脹，并使制品在此部分加厚，同時(shí)使成型困難，制品的輪廓和花紋等也不清晰。模溫過高，冷卻時(shí)間延長，生產(chǎn)周期加長。制品脫模變形，收縮增大。模溫的高低取決于塑料的品種，當(dāng)塑料的玻璃化溫度較高時(shí)，可以采用較高的模溫；反之，則盡可能降低模溫。

通常隨著制品壁厚的增加，冷卻時(shí)間延長。有時(shí)除對模具進(jìn)行冷卻外，還可對成型制品進(jìn)行內(nèi)部冷卻，即向制品內(nèi)部通入各種冷卻介質(zhì)(如液氮、二氧化碳等)進(jìn)行直接冷卻。

鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!

◆芯棒和模具設(shè)計(jì)要求

芯棒主要有注射成型型坯時(shí)充當(dāng)陽模,把型坯運(yùn)送至吹塑模具中去,并充當(dāng)高壓氣體和控溫介質(zhì)的通道的功能。所以要求芯棒具有較高的表面精度,硬度高,剛度大,韌性好,耐腐蝕。吹塑模具是容器成型的關(guān)鍵裝置，直接呈現(xiàn)制品的形狀。模體材料一般選用耐腐蝕的碳素工具鋼和普通合金剛制造。鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!◆注射吹塑的樹脂

適合注射吹模的樹脂應(yīng)具有較高的分子量和熔融粘度，而且熔體粘度受剪切速率及加工溫度的影響較小，制品具有較好的沖擊韌性，有合適的熔體延伸性能，以保證制品所有棱角都能均勻地呈現(xiàn)吹塑模腔的輪廓，不會出現(xiàn)壁厚明顯偏薄薄厚不均。鄭州大學(xué)：塑料成型工藝學(xué)鄭國強(qiáng)(模具方向)——第七章中空成型共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!◆拉伸—吹塑有熱型坯法和冷型坯法，又稱一步法和兩步法。前者具有生產(chǎn)過程連續(xù)進(jìn)行，自動化程度高，節(jié)省能量的優(yōu)點(diǎn)，后者具有比較容易達(dá)到高產(chǎn)量的優(yōu)點(diǎn)。拉伸吹塑工藝包括如下幾種：注射型坯定向拉伸吹塑、擠出型坯定向拉伸吹塑、多層定向拉伸吹塑等?！⑸湫团鞫ㄏ?/p>