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第七章　中空成型

第七章　中空成型. 7.1 概述. 1 中空吹塑的定义 中空吹塑（ blow molding 吹塑成型）:借助气体压力使闭喝在模具中的热熔塑料型坯吹胀形成空心制品的工艺。 型坯类型：挤出；注射。 挤出型坯，管状型坯－两瓣模具－闭合－切断－封闭坯料上下端－针头注司气－吹胀－冷却－开模－制品 注射型坯：注入型坯模－有底型坯－闭合吹塑模－吹胀－冷却脱模. 2、特点与应用 吹塑制品：瓶子、容器、汽油箱、保险杠、燃料油管等各类中空制品，日用和工程（工程吹塑） 制品特点：耐应力开裂、气密性、耐冲击、耐药品、韧性、耐挤压等

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第七章　中空成型

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  1. 第七章　中空成型

  2. 7.1 概述

  3. 1 中空吹塑的定义 • 中空吹塑（blow molding 吹塑成型）:借助气体压力使闭喝在模具中的热熔塑料型坯吹胀形成空心制品的工艺。 • 型坯类型：挤出；注射。 • 挤出型坯，管状型坯－两瓣模具－闭合－切断－封闭坯料上下端－针头注司气－吹胀－冷却－开模－制品 • 注射型坯：注入型坯模－有底型坯－闭合吹塑模－吹胀－冷却脱模

  4. 2、特点与应用 • 吹塑制品：瓶子、容器、汽油箱、保险杠、燃料油管等各类中空制品，日用和工程（工程吹塑） • 制品特点：耐应力开裂、气密性、耐冲击、耐药品、韧性、耐挤压等 • 原料：要求熔体流动速率：0.04~1.12，聚乙烯（用量最大），聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、PET、PA等。 • 低密度乙烯，食品；高低混合，商品容器；超高，大型容器。 • 聚氯乙烯，透明，用于洗涤液等 • 聚酯，饮料瓶

  5. 7.2 中空吹塑设备 • 吹塑工艺：挤出吹塑（绝大部分中空制品）；注射吹塑；拉伸吹塑 　拉伸吹塑：包括挤出－拉伸－吹塑，注射－拉伸－吹塑 • 过程：型坯的制造，型坯的吹胀 • 拉伸吹塑：纵向拉伸，横向吹胀，两个方向定向。 • 挤出吹塑：最普遍的加工方法

  6. 7.2.1　型坯的成型装置 • 间断式：挤出规定长度停机，完成吹胀再启动 • 连续式：连续挤出型坯，在机头切断，移走。 １、挤出机 • 可以调速、稳定挤出、与吹胀协调 • 长径比，塑化，温度等要求 • 低温挤出，熔体强度高，减少下垂，厚薄均匀 ２、机头和口模 • 组成：多孔板、滤网、型芯部件，要求流线型 • 类别：转角机头，直通机头，贮料缸机头

  7. (1)、转角机头 • 较大压缩比，较长的定型段 • 适合：聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、ABS

  8. 螺旋状沟槽芯轴机头：熔体转向自由平滑，减少停滞，消除熔接线。螺旋状沟槽芯轴机头：熔体转向自由平滑，减少停滞，消除熔接线。

  9. 调压机头：增大熔体压力，消除熔接线

  10. （２）、直通机头 • 与挤出机轴线呈一条直线，料流不改变方向，停留时间短。 • 用于热敏性塑料，如硬聚氯乙烯 • 结构：与管材机头类似

  11. （３）、带贮料缸的机头 • 原理：按照一定周期所需熔体数量贮存于贮料缸内，贮料缸柱塞定时、间歇将所贮物料全部迅速推出，形成大型的型坯。 • 用途，大型制品，如啤酒桶、垃圾箱

  12. 贮料缸式机头：

  13. 7.2.2　吹胀装置 • 作用：型坯进入模具闭合，将管状型坯吹胀成模腔所具有的精确形状，冷却，定型、脱模，得到制品。 • 组成：吹气机构、模具、冷却系统、排气系　　　统 １、吹气机构 • 针管吹气、型芯顶吹、型芯底吹

  14. （１）、针吹法 • 工序：闭合－穿破型坯壁－吹胀－吹针回缩－熔料愈合 • 特点：适合连续旋转吹塑、小型容器、带有手柄、

  15. （２）、顶吹法 • 工序：闭合－底部夹住－顶部开口－型芯通气－吹胀－旋转刀具切除余料 • 型芯作吹气芯轴，机构简化

  16. （３）、低吹法 • 颈部开口偏离制品中心线

  17. ２、吹塑模具 • 材质：结构简单、承压要求低、强度要求低，铝、锌合金、铍铜、钢材，工具钢内部镀铬。 • 冷却系统：水孔 • 排气系统：型坯和模腔壁之间的气体，分型面开槽。

  18. 7.2.3　辅助装置 １、型坯厚度控制装置 • 调节口模间隙（如图） • 改变挤出速度 • 改变型坯牵引速度 • 预吹胀 • 型坯厚度的程序控制（如图）

  19. 程序控制 • 控制原理：以吹胀比为依据，调节厚度

  20. ２、型坯长度控制 • 控制型坯长度与设定长度之间的变化，可以采用光电控制，测长度，反馈螺杆转速。 ３、型坯切断装置 • 不同产品，不同方式 • 两瓣模吹胀模具，模腔上下口加工成为刀刃式切料口。刀刃要加热。

  21. 7.3　挤出工艺过程及控制因素 7.3.1 　挤出吹塑工艺过程 • 过程：挤出型坯－夹住型坯－定位合模－头部成型－导气吹胀－冷却定型－开模脱出－制品修正 • 间歇：过程在机头的下方完成，挤出中断，易降解，适于热稳定性塑料 • 连续：同步进行，往复式，轮换出料式，转盘式，可以用于热敏性塑料

  22. 挤出吹塑方式

  23. 7.3.2　挤出吹塑控制因素 • 型坯温度，挤出速度，吹胀压力，鼓气速率，吹胀比，模具温度，冷却时间 １型坯温度和挤出速度 • 型坯温度：温度均匀，适度偏低 过高，下垂，厚度不均，熔体强度低，难成型 过低，膨胀突出，长度收缩，壁厚增加，内在和表面质量差，温度与型坯重量的关系见图 • 粘度计算：管状型坯挤出的表观粘度： ηα ＝158L2 ρ /υ 表观粘度ηα（Pa.s）L(cm) ρ(g/cm3) υ(cm/s)

  24. L υ ρ可以计算粘度ηα，通过调节温度实现．

  25. 实际温度控制，温度稍低，转速提高则可以得到表面光滑，质地均匀，不易下垂的型坯．通用塑料推荐值，见表．实际温度控制，温度稍低，转速提高则可以得到表面光滑，质地均匀，不易下垂的型坯．通用塑料推荐值，见表．

  26. ２　吹气压力和鼓气速率 • 压力，种类材料各异，　0.2~1MPa 高粘度取高，如聚碳酸酯；低粘度，取低值，如聚酰胺．壁厚，小容积取低，壁薄，大容积取高． • 鼓气速率：大，减少时间，厚度均匀，表面质量好．但是，防止从口部拉断

  27. ３　吹胀比 • 指型坯吹胀倍数： 大型薄壁１．２～１．５；小型厚壁２～４；细口瓶５～７ ４　模具温度 • 要求均匀，保证制品均匀固化 　低，冷却速度快，不易吹胀，影响厚度均匀，表面花纹不清 　高，冷却时间长，脱模变形，收缩率大 • 实际控制：低于软化温度４０度

  28. ５　冷却时间 • 因制品情况确定，保证制品要求的前提下加快冷却． 时间长，弹性恢复小，外形规整，结晶度大，韧性和透明下降 时间短，制品内应力大 • 加速冷却的方法：冷冻水气，液氮，固体二氧化碳 • 时间的设置：主要根据厚度确定，见图

  29. 冷却时间与厚度关系 • 平衡冷却概念：大制品，颈部高效介质，主体薄壁 • 一般介质

  30. 7.4 注射吹塑 7.4.1 注射吹塑生产工序 • 两步法成型：注入型坯模具－管状型坯－坯模退出－吹塑模具闭合－吹胀－冷却－脱模 • 适合：大批量，小型精制，广口容器，应用于日用，化妆，医药，食品包装 • 原料：PP, PE, PS, SAN(苯乙烯－丙烯晴共聚), PVC, PC • 特点（与挤出吹塑比较）：厚度一致，无后修理，无合缝线，废边料少．模具要求高，尺寸受限，容器不能带手柄．

  31. 注射吹塑工艺图

  32. 7.4.2 注射吹塑设备特点 • 注射吹塑设备：二工位，三工位，四工位，设置在转动盘上，180, 120, 90度的角度布置．三工位最普遍 １　注射型坯模具中型腔和芯棒的要求 • 型坯模具：两瓣模具，芯棒，底板，颈圈 • 型坯：1.5~5mm厚度 • 芯棒作用：型坯阳模，制品内表面，运载型坯，加热保温，吹气通道与控制． • 芯棒要求：直径小于颈部最小尺寸，容器的最小直径应大一些，保证一定的吹胀比． • 制造要求：表面高精度，七级以上．材质强度高．

  33. ２　吹塑模具设计要求： 　　　形状表面质量保证，冷却设计充分合理，合模面紧密，开排气槽（合模面上）

  34. 7.4.3 注射吹塑工艺要点 １　管坯温度与吹塑模具温度 • 管坯温度：关键温度， 　高，粘度低变形，厚度不均，影响质量； 　低，吹胀产生内应力． • 模具温度：准确控制，选择较低温度，周期缩短 ２．注射吹塑树脂 　　　要求：较高分子量，熔体延伸性能好，粘度受剪切和温度影响小，材料的韧性高．

  35. 7.5　拉伸吹塑 • 双轴定向拉伸：挤出注射型坯－温度调节－纵向拉伸－横向拉伸－制品 • 非结晶型：热弹性范围 • 非结晶型：低于结晶熔点较窄的范围内 • 拉伸速度：在吹胀以前分子链处于拉伸状态而没有松弛，不给松弛时间。 • 结晶影响：比较复杂，现在认为，形成一定的结晶，对拉伸定向有利。所以加成核剂 • 拉伸定向对制品的性能有利，以聚丙烯为例，见表。

  36. 注射型坯定向拉伸吹瓶物性

  37. 挤出型坯定向拉伸吹瓶物性

  38. 7.5.1　拉伸吹塑工艺 • 一步法：热型坯法，挤出机＋吹塑机组，注射机＋吹塑机组。 一步法挤出拉伸吹塑，PVC加工 一步法注射拉伸吹塑，PET RPVC • 两步法：冷型坯法，第一步，成型型坯－冷却；第二步，型坯加热－拉伸－吹塑 两步法挤出拉伸吹塑，PVC PP 两步法注射拉伸吹塑，PET

  39. 1 注射型坯定向拉伸吹塑 • 型坯（有底），传送，加热炉，拉伸，吹胀

  40. ２　挤出型坯定向拉伸吹塑 • 挤出管状，冷却，切割，加热，成型 • 成型：成型台－成型瓶颈－拉伸－合模吹胀。

  41. 7.5.2 拉伸吹塑工艺控制要点 １、原材料的选择 • 双向拉伸满足性能要求的塑料：PVN PET(最多) PVC PP ２　注射型坯工艺控制 • 工艺条件：温度，时间，压力相互影响和制约 • PET为例：熔点260度，分解开始290度，注射温度取在两个温度之间． 　　由于结晶聚合物，且在140~180度结晶最快，所以要快速冷却到玻璃化温度70~78度以下． 　　注射工艺参数见表：

  42. PET　型坯注射工艺参数

  43. ３　拉伸吹塑工艺控制特点 • 加热温度，吹塑压力，吹塑时间，模具温度 （１）型坯再加热 • 两步法的特征，型坯冷却到室温，存放达到热平衡．再加热使得侧壁达到热塑范围． • 设备，使用远红外或者石英恒温箱，轨道输送，型坯转动，温度分布平衡．一般达到玻璃化温度以上10~40度． PET瓶型坯温度达到195~230度，10~20秒保温 （２）拉伸吹塑和双轴定向 • 拉伸比： PET瓶，横向5倍，纵向2.5倍 • 吹塑空气压力： PET瓶20Pa

  44. 7.6　多层吹塑 • 两台以上挤出机，同种或异种塑料，同一个机头，制造多层中空容器 • 复合层组合：PA/PO PE/PVC/PE PVA/PE PS/PAN/PP　主要目的满足容器气密性要求。 • 技术关键：各层之间的黏结，方法 ①混入有黏结性能的树脂， ②添设黏结材料层，设备更复杂 • 形式：共挤吹塑，多层注坯吹塑

  45. 7.6.1　多层注坯吹塑 • 过程：阳模上形成第一层后，改变模腔在第一层上形成第二层，第三层。再吹胀成型 • 特点：无废边，瓶底无切割痕迹。设备要求高，大批量，广口容器。

  46. 7.6.2　多层共挤出设备 １　多层结构的材质选择 • 阻隔层塑料：PA，PAN EVOH（乙烯／乙烯醇共聚物）　 • 内外层：PE PP PC • 再生层：回收料。 • 要求：良好的热封合性，印刷性等 １　多层共挤设备 • 可以使用通用挤出机

  47. 多层共挤机头

  48. 7.6.3 多层共挤出拉伸吹塑 • 对多层吹塑的改进，形成双向拉伸，制品的性能提高，比如多层吹塑不透明，多层共挤出拉伸吹塑可以使得产品透明度增加，且机械强度也随之增加． • 因为多层属于完全不同的塑料，所以工艺要求要综合考虑 • 设备投资，工艺控制复杂，成本提高

  49. 7.7 大型中空吹塑 • 大型：大于20升的叫做大型中空吹塑容器 • 超大型：现在已有：100~3000升 • 新材料：UHMW-PE • 用途：太阴能，汽车油箱，化工等工业贮罐，供水压力容器，水处理容器等 • 使用专用机电一体化设备

  50. 7.7.1　大型中空吹塑设备特征 １　挤出机 • 适合高粘度熔体的驱动：直流电机 • 高效能的塑化螺杆，料筒 • 挤出机的安装高度可调：适合不同的模具系统 ２　机头 • 贮料缸式机头：快速成型型坯 • 环形活塞式贮料缸机头：有利条纹，不滞料 • 型坯长度控制：贮料缸活塞冲程 • 型坯壁厚控制：可调壁厚程序控制装置

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