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一文通晓塑料吹塑成型工艺

原标题:一文通晓塑料吹塑成型工艺

01

吹塑技术概论

1.注塑拉伸吹塑

目前,注塑拉伸吹塑技术应用比注吹更为广泛,这种吹塑方法实际也是注射吹塑,只不过增加了轴向拉伸,使吹塑更加容易及能耗降低。注拉吹可以加工制品的体积比注吹要大一些,吹制的容器体积在0.2~20L,其工作过程如下:

① 先注塑型坯,原理同普通注塑;

② 再将型坯转至加热调温工序,使型坯变软;

③ 转至拉—吹工位,合模。型芯内推杆沿轴向拉伸型坯,同时吹气使型坯贴紧模壁并冷却;

转至脱模工位取件。

① 先注塑型坯,原理同普通注塑;

② 再将型坯转至加热调温工序,使型坯变软;

③ 转至拉—吹工位,合模。型芯内推杆沿轴向拉伸型坯,同时吹气使型坯贴紧模壁并冷却;

转至脱模工位取件。

注—拉—吹过程:

注塑型坯→加热型坯→合模拉伸并吹起→冷却并取件

注拉吹机械结构示意图

2.挤出吹塑

挤出吹塑是吹塑成型中应用最多的一种吹塑料方法,其加工范围很广,从小型制品到大型容器及汽车配件、航天化工制品等,加工过程如下:

①先将胶料熔融、混炼,熔体进入机头成为管况型坯;

②型坯达到预定长度后,吹塑模具闭合,将型坯夹在两半模具之间;

③吹气,将空气吹入型坯内,将型坯吹胀,使之贴紧模具型腔成型;

④冷却制品;

⑤开模,取走已冷硬的制品。

①先将胶料熔融、混炼,熔体进入机头成为管况型坯;

②型坯达到预定长度后,吹塑模具闭合,将型坯夹在两半模具之间;

③吹气,将空气吹入型坯内,将型坯吹胀,使之贴紧模具型腔成型;

④冷却制品;

⑤开模,取走已冷硬的制品。

挤出吹塑加工过程:

熔料→挤出型坯→合模吹塑→开模取件

挤出吹塑原理示意图

(1—挤出机头; 2—吹塑模; 3—型坯; 4—压缩空气吹管; 5—塑件)

3.注射吹塑

注射吹塑是综合了注射成型与吹塑特性的成型方法,目前主要应用于吹制精度要求较高的饮料瓶、药瓶及一些小型的结构零件等。

① 在注塑工位,先注塑出型胚,加工方法同普通注塑。

② 注塑模开模后,芯棒连同型坯移动到吹塑工位。

③ 芯棒把型坯置于吹塑模之间,合模。接着,压缩空气通过芯棒中间吹入型坯内,吹胀使之贴紧模壁,并使之冷却。

④ 开模,芯棒转至脱模工位,将吹塑件取出之后,芯棒再转入注射工位循环。

① 在注塑工位,先注塑出型胚,加工方法同普通注塑。

② 注塑模开模后,芯棒连同型坯移动到吹塑工位。

③ 芯棒把型坯置于吹塑模之间,合模。接着,压缩空气通过芯棒中间吹入型坯内,吹胀使之贴紧模壁,并使之冷却。

④ 开模,芯棒转至脱模工位,将吹塑件取出之后,芯棒再转入注射工位循环。

1)注吹机的工作过程

吹塑型坯→注塑模开模转至吹膜工位→合模吹塑及冷却→旋转至脱模工位取件→型坯

注射吹塑原理示意图

2)注射吹塑优缺点

优点:

制品强度相对较高,精度高。容器上不形成接合缝,不需修整,吹塑件透明度及表面光洁度较好,其主要运用于硬质塑料的容器与广口容器。

缺点:

机器的设备造价很高,能耗大,一般只成型容积比较小的容器(500ml以下),不能成型形状复杂的容器,难以成型椭圆形制品。

总结:

无论是注射吹塑或注拉吹,挤拉吹塑,其都分为一次成型及两次成型法工艺,一次成型法自动化程度高,型坯的夹持及转位系统要求精度高,设备造价高。一般大多厂家都使用两次成型法,即通过注塑或挤出先成型型坯,再将型坯放入另一台机械(注吹机或注拉吹机)吹出成品,生产效率较高。

02

吹塑产品设计

1.设计概论

吹塑制品广泛应用于各行业,尤其是饮料及药品包装业得到大量的应用,玩具业应用亦很广泛。

1)棱角处做R过渡

一般地,吹塑制品的拐角,棱角处都要做成R过渡,因为尖角处的吹胀比比较大容易造成壁厚不均匀,另外锐角处也容易产生压力开裂,制件的R过渡可使制品壁厚均匀。

2)增加抗压、拉、扭方面的结构设计

随着制品要求不同,亦可增加一些抗压、拉、扭方面的结构设计:

A.如要使制品增加纵向抗压力,可沿受力方向设计一些加强筋;

B.如要改善制品的抗瘪陷性能,也可将表面设计成利于受力的弧状结构并辅以加强筋,瓶类制品肩部要斜一些,不能太平直。

一般瓶底做成内凹形状增加强度及放置稳定性。例如,我们通常见到的盛装食用油的瓶子,表面常常有一些凹凸的形状,除可增加瓶体强度外,也有利于贴商标等。

2.吹塑材料要求及介绍

吹塑技术之所以发展及应用如此广泛,与吹塑材料的发展是相辅相承的。吹塑材料已由最初的LDPE、PET、PP及PVC制品逐渐发展可以吹塑工程塑料、橡胶,以及一些复合材料。

1)各种吹塑料方面对胶料的特殊要求

A.挤出吹塑

挤出吹塑是在粘流态下进行的,所以为减少型坯垂伸,优化壁厚分布,通常用分子量较大的塑料。

B.注射吹塑

注射吹塑是在高弹态下进行,为减少注塑型坯能耗,使用一些易于流动的塑料(分子量较小的塑料)。

C. 注射拉伸吹塑

一般使用非结晶塑料,因非结晶塑料分子间缠结力较小,更易于拉伸。虽然PET也结晶,但其仍是最主要的拉伸吹塑材料,结晶速度相当慢。总之,吹塑级塑胶绝大部分都具有中等至较高的分子量分布。

2)吹塑材料种类

A. 聚烯烃类

HDPE、LLDPE、LDPE、PP、EVA一般用于吹塑工业用制品,容器及玩具配件,化学药品的贮存容器等。

B.热塑性聚脂

PETG、PETP主要用于吹制碳酸饮料包装瓶、酒瓶等已逐步取代PVC而被广泛应用,缺点是其成本较高,主要用于注拉吹塑。

C.工程塑料(合金)

ABS、SAN、PS、PA、POM、PMMA、PPO等已被逐渐应用在汽车、医药、家电、化工等行业,尤其是PC及其共混塑胶,可吹制高档的容器及汽车用品(PC/ABS等)。

D.热塑性弹性体

通常有SBS、SEBS、TPU、TPE等吹塑做胶料,而热固性塑料及硫化橡胶及交联PE是不能进行吹塑加工的。

总结:

注射吹塑常用材料

PE、PET、PVC、PP、PC及POM,主要用于成型精度要求较高,体积较小的容器及结构件;

注射拉伸吹塑常用的材料

PETP、PVC、PP、PAN,尤以PETP最常用,而PC、PS、PA也可用于此工艺。

03

吹塑模具及主要辅件设计要点

模具通常只有型腔部分,没有凸模,模具表面一般不需做硬化处理,型腔所承受的吹胀压力比注塑要小很多,一般为0.2~1.0MPG,造价较低

吹塑模具结构图

1.模具材料

通常使用铝合金制造,而对于有腐蚀性的胶料如:PVC和POM,也使用铍铜或铜基合金。对于寿命要求较高的模具,如吹塑工程塑料ABS、PC、POM、PS、PMMA等需用不锈钢来制做模具。

模具

2.模具设计要点

1)分型面

一般要放置在对称面上,减小吹胀比,如椭圆形制品,分模面在长轴上,巨形制品,则通过中线。

2) 型腔表面

对PE料应稍微有点粗糙,幼砂表面有利于排气;而其他塑料(如:ABS、PS、POM、PMMA、NYLON等)的吹塑,其模具型腔一般不能喷砂,可在模腔分模面处做排气槽,或在型腔上做排气孔,一般型腔上的排气孔直径φ0.1~φ0.3,长度为0.5~1.5mm。

3)型腔尺寸

型腔尺寸的设计要考虑塑料的收缩率,具体可以参考常见塑料收缩率。

4)切断刃口和尾料槽

一般地,对吹塑工程塑料及较硬质的塑料,切断刃口处要用耐磨性好的材料,如铍铜、不锈钢等来制造。而对于LDPE、EVA等软质塑制制品,一般铝合金则可以了。

切断刃口要选择合理的尺寸,过小会降低接缝处强度,过大则无法切断及分模面处夹口大,而在切断刃口下方开尾料槽,尾料槽处设计成夹角,切断时可将少量熔体挤入接合缝,从而提高接合缝处强度。

5)注射吹塑模具

设计不同于挤出吹塑,主要区别是,注吹模不需切断刃及尾料槽,注吹件的型坯设计非常重要,其直接关系到成品品质。

6) 注吹模具——型坯设计原则

a.长径长≤10/1;

b.吹胀比3/1~4/1(制品尺寸与型坯尺寸的比值);

c.壁厚2~5.0mm;

d.按制品的形状,在吹胀比大的地方,壁厚要厚,而在吹胀比小的地方,壁厚要薄一些;

e.对椭圆比大于2/1的椭圆形容器,芯棒需设计成椭圆形,对小于2/1有椭圆制品,圆形芯棒就可以成型椭圆容器。

7)吹气杆设计

吹气杆的结构根据模具结构及制品要求而定,一般进气杆孔径的选取范围是:

L<1 :孔径φ1.5 ;

4>L>1 :孔径φ6.5 ;

200>L>4 :孔径φ12.5(L:为容积,单位为升)。

HDPE0.4-0.7Mpa PS0.3-0.7Mpa PC0.5-1.0Mpa
LDPE:0.2-0.4Mpa PVC0.5-0.7Mpa PMMA0.3-0.6Mpa
PP0.5-0.7Mpa ABS:0.3-1.0Mpa POM0.7-1.0Mpa

常见塑料吹塑吹气气压

04

各种吹塑工艺的缺陷及排除

(一)吹塑产品纵向壁厚不均匀

产生原因:

①型坯自重下垂现象严重;

②吹塑制品纵向两个横截面直径相差太大。

解决措施:

①降低型坯熔体温度,提高型坯挤出速度,更换使用熔体流动速度较低的树脂,调整型坯控制装置 ;

②适当改变制品设计,采用底吹法成型。

(二)吹塑产品横向壁厚不均匀

产生原因:

①型坯挤出歪斜;

②模套与模芯内外温差较大 ;

③制品外形不对称;

④型坯吹胀比过大。

解决措施:

①调整口模间隙宽度偏差,使型坯壁厚均匀;闭模前,拉直型坏;

②提高或降低模套加热温度,改善口模内外温度偏差;

③闭模前,对型坯进行预夹紧和预扩张,使型坯适当向薄壁方向偏移;

④降低型坯吹胀比。

(三)吹塑产品表面出现橘皮状花纹或麻点

产生原因:

①模具排气不良;

②模具漏水或模具型腔出现冷凝现象;

③型坯塑化不良,型坯产生熔体破裂现象;

④吹胀气压不足;

⑤吹胀速度慢;

⑥吹胀比太小。

解决措施:

①模具型坯进行喷砂处理,增设排气孔;

②修理模具,调整模具冷却温度到"露点"以上;

③降低螺杆转速,提高挤出机加热温度;

④提髙吹胀气压;

⑤清理压缩空气通道,检査吹气杆是否漏气;

⑥更换模套、模芯,提高型坯吹胀比。

(四)吹塑产品容积减少

产生原因:

①型坯壁厚增大,导致制品壁增厚;

②制品收缩率增加,导致制品尺寸缩;

③吹胀气压小,制品未吹胀到型腔设计尺寸。

解决措施:

①调节程序控制装置,使型坯壁厚减小;提高型坯熔体温度,降低型坯离模膨胀比;

②更换收缩率小的树脂,延长吹气时间,降低模具冷却温度;

③适当提髙压缩空气的压力。

(五)吹塑产品轮廓或图文不清晰

产生原因:

①型腔排气不良;

②吹胀气压低;

③型坯熔体温度偏低,物料塑化不良;

④模具冷却温度偏低,模具有"冷凝"现象。

解决措施:

①修理模具,型腔喷砂处理或增设排气槽;

②提高吹胀气压;

③适当提高挤出机及机头加热温度,必要时添加适量的填充母料;

④把模具温度调高到露点温度以上。

(六)吹塑产品飞边太多、太厚

产生原因:

①模具胀模,锁模压力不足;

②模具刀口磨损,导柱偏移;

③吹胀时,型坯偏斜;

④夹坯刀口处逃料槽太浅或刀口深度太浅;

⑤型坯充气启动过早。

解决措施:

①提高模具锁模压力,适当降低吹胀气压;

②修理模具刀口,校正或更换模具导柱;

③校正型坯与吹气杆的中心位置;

③修整模具,加深逃料槽或刀的深度;

④调整型坯充气时间。

(七)出现过深的纵向条纹

产生原因:

①模口处肮脏;

②模套,芯边缘有毛刺或缺口;

③色母料或树脂分解产生深色条纹;

④过滤网穿洞,物料混入杂质沉积在模口。

解决措施:

①用铜刀清理模口;

②修整口模;

③适当降低温度,更换分散性好的色母料;

④更换过滤网板,使用沾的边角料。

(八)成型时型胚被吹破

产生原因:

①模具刀口太尖锐;

②型坯有杂质或气泡;

③吹胀比过大;

④型坯熔体强度低;

⑤型坯长度不足;

⑤型坯壁太薄或型坯壁厚薄不均匀;

⑥容器在开模时胀裂(放气时间不足);

⑦模具锁模力不足。

解决措施:

①适当加大刀口的宽度及角度;

②使用干燥原料,潮湿原料烘干后使用,使用清洁原料,清理模口;

③更换模套、模芯,降低型坏的吹胀比;

④更换合适的原料,适当降低熔体温度;

⑤检查挤出机或储料缸机头的控制装置,减少工艺参数变动,增加型坯的长度;

⑥更换模套或模芯,加厚型坯壁; 检査型坯控制装置,调节模口间隙;

⑦调整放气时间或延迟模具启模启动时间;

⑧提高锁模压力或降低吹胀气压。

(九)吹塑制品脱模困难

产生原因:

①制品吹胀冷却时间过长,模具冷却温度低;

②模具设计不良,型腔表面有毛刺;

③启模时,前后模板移动速度不均衡;

④模具安装错误。

解决措施:

①适当縮短型坯吹胀时间,提髙模具温度;

②修整模具;减少凹槽深度,凸筋斜度为1:50或1:100;使用脱模剂;

③修理锁模装置,使前后模板移动速度一致;

④重新安装模具,校正两半模的安装位置。

(十)吹塑制品质量波动大

产生原因:

①型坯壁厚突然变化;

②掺入的边角回料混合不均匀;

③进料段堵塞,造成挤出机出料波动;

④加热温度不均匀。

解决措施:

①修理型坯控制装置;

②采用好的混料装置,延长混料时间;必要时减少边角回料的用量;

③去除料口处结块物;

④降低料口处温度。

附录:

表1 热坯吹塑与冷坯吹塑成型制品用材料

型坯生产设备 吹塑方式 应用材料
热坯吹塑 挤出机 挤一吹 HDPE、LDPE、PP、PVC、PET
挤出机 挤一拉一吹 PVCPPHDPE
注塑机 注一吹 PEPPPSPETPVCPCPANPOM
注塑机 注一拉一吹 PET,PC,PVCPP
冷坯吹塑 挤出机 挤一吹 PP,PVC
挤出机 挤一拉一吹 PVCPP
注塑机 注一吹 PVCPPPCPSPANPOM
注塑机 注一拉一吹 PET,PVC

2 常用塑料注塑型坯工艺条件

塑料名称 热流道温度/℃ 熔料注塑温度/℃ 注射压力/Mpa 模具温度/℃
聚苯乙烯 185~195 140~240 60~110 40~70
聚乙烯 160~170 150~180 60~100 40~80
聚丙烯 200~280 240~280 55~100 40~80
聚氯乙烯 180~190 170~190 80~130 35~70
热塑性聚酯 250~280 250~280 100~105
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