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PK牛牛吹塑成型特点
浏览: 发布日期:2019-09-23

  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。 1 吹塑成型方法 1.1 成型方法 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, 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 4MPa 。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,口▲=○▼ 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 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 POLYFLOw 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) 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 垂伸这两种现象影响型坯成型。 影响壁厚分布的主要工艺参数是吹塑机的模头直径和壁厚控 制系统, 其中控制系统包括轴向壁厚控制系统和周向壁厚控制系统, 以调整模唇与模芯的间 隙。 (3) 型坯预吹阶段为避免型坯内表面的接触、粘附,改善制品壁厚的均匀性,要对型坯进行 预吹胀。在型坯预吹阶段,从型坯下方往型坯内喷气,以护持型坯,减小其垂伸。在这一阶 段,影响壁厚分布的主要工艺参数有:预吹压力、预吹时间。 (4) 型坯高压吹阶段高压吹胀型坯,使之贴紧模具型腔,●实现产品塑性成型阶段。该阶段, 影响产品成型的是型坯受高压吹胀变形、 型坯与模腔接触变形。 而影响壁厚分布的主要工艺 参数有:材料的收缩率;吹气压力、时间;模具材料、结构、模具排气系统以及模具冷却系 统,如冷却水道分布、冷却水进水温度等。尽管影响吹塑制品质量的因素较多,但当生产条 件、制品要求确定后,调整吹塑工艺参数能有效改善制品质量。优化的工艺参数可以提高生 产效率,降低原材料消耗,优化产品的综合性能。 2.2 吹塑成型工艺条件的设定 工艺条件调整的目的是,在满足产品最小壁厚要求的基础上,产品壁厚尽可能均匀,产 品件重尽可能小 ( 减少材料消耗 ) 。工艺参数设定的合理方法是,将经验与数值分析技术 结合。基本过程为, ①利用已建立的计算机模型,模拟吹塑模具、下料型坯、夹料板等状态; ②输入各阶段对型坯壁厚分布影响的参数; ③对得到的模拟结果进行分析,通过计算机模拟显示哪些部位壁厚达不到要求,而哪些 部位壁厚超厚; ④利用人工经验,调整输入的参数,重复①~③的过程,保证产品各部位在达到最小壁 厚的前提下,尽可能减小产品各部位壁厚。 ⑤对多个工艺方案的结果分析、比较,最终确定优化的工艺参数。拉伸吹塑又称双轴取 向吹塑,是在聚合物的高弹状态下通过机械方法轴向拉伸型坯、用压缩空气径向吹胀 ( 拉 伸 ) 型坯以成型包装容器的方法。拉伸吹塑有一步法、二步法。○▲ 2.3 吹塑成型常见的制品缺陷及其改进这里给出挤出吹塑成型、注射吹塑成型、拉伸吹塑成 型常见的问题、产生的原因及解决办法。 (1) 挤出吹塑挤出吹塑是挤出成型最主要的成型方法。有连续挤出和不连续挤出两种方法。 表 5 给出挤出吹塑常见制品缺陷及改进方法。 (2) 注射吹塑注射吹塑是先用注射法制成有底型坯,再将它吹移至吹塑模具中成型中空制 品。注射吹塑可对制品进行精确的控制,能生产无刮痕、精度高、◇•■★▼表面光滑的制品,无需二 次加工;其中制品的件重可控制在± 0 . 1g ,螺纹的精度可为± 100 ? m 。注射吹塑常见 制品缺陷及改进方法见表 6 。 (3) 拉伸吹塑 3 结语 吹塑成型技术是随着塑料工业、机械制造等多种技术的进步而不断发展的,在吹塑产品 的设计、生产过程中,不断融人现代设计思想、设计工具,工程技术人员应充分利用先进的 设计理念,结合人工经验,使制品设计、制造各个环节的效率提高,从而提高吹塑制品的质 量及市场竞争能力。PK牛牛平台

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