这里主要指吹塑 ( 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构成中空制品的办法,是第三种最常用的塑料加工办法,同时也是开展较快的一种塑料成型办法。吹塑用的模具只要阴模 ( 凹模 ) ,与注塑成型相比,设备造价较低,顺应性较强,可成型性能好 ( 如低应力 ) 、可成型具有复杂起伏曲线 ( 外形 ) 的制品。
吹塑成型来源于 19 世纪 30 年代。直到 1979 年以后,吹塑成型才进入普遍应用的阶段。这一阶段,吹塑级的塑料包括:聚烯烃、工程塑料与弹性体;吹塑制品的应用触及到汽车、办公设备、家用电器、医疗等方面;每小时可消费 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开展;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、更具特征。
1 吹塑成型办法
1.1 成型办法
不同吹塑办法,由于原料、加工请求、产量及其本钱的差别,在加工不同产品中具有不同的优势。细致的吹塑成型过程可参考文献。这里从宏观角度引见吹塑的特性。
中空制品的吹塑包括三个主要办法: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办法,可加工双轴取向的制品,极大地降低消费本钱和改良制品性能。
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;在一切的吹塑产品中, 75 %属于双向拉伸产品。挤出吹塑的优点是消费效率高,设备本钱低,模具和机械的选择范围广,缺陷是废品率较高,废料的回收、应用差,制品的厚度控制、原料的分散性受限制,成型后必需停止修边操作。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,产品外表光亮,能经济地停止小批量消费。缺陷是成型设备本钱高,而且在一定水平上仅合适于小的吹塑制品。 中空吹塑的工艺条件,请求吹胀模具中型坯的紧缩空气必需洁净。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求高达 4MPa 。在塑料凝固中,低压使制品产生的内应力低,应力分散较平均,且低应力可改良制品的拉伸、冲击、弯曲等性能。
1.2 制种类类
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,应用范围也日益普遍。目前,容器约占 80 %的市场份额,每年增长 4 %左右;而工业及构造用制品占总量的 20 %,每年增长速度为 12 %。容器耗费量的增长在于可旋扭塑料容器的应用范围不时扩展,工业用制品的耗费量增长主要是由新型加工技术的改良所致,如多层型坯挤出、双轴挤出、非轴对称吹塑等。
1.3 吹塑成型停顿
(1) 原资料聚合物在成型过程中,首先经过口模时受高剪切力作用,然后物料呈现挤出收缩及垂缩现象,在构成下垂的型坯时,其收缩率接近为零。接着型坯被吹胀紧贴在模具上,这时呈现低的收缩率。过度的口模收缩会产生废品。过度的垂缩招致制件的顶端到底部壁厚厚度不平均,严重的以至不能成型。因而,在选择合适吹塑的聚合物时,必需弄清其剪切及收缩的粘弹特性。
HDPE 由于热稳定性好,又有多种改性产品,因此成为吹塑成型中应用最普遍的塑料。经过共聚和共混作用,对吹塑成型用原资料的研讨在连续挤出吹塑级树脂方面也获得了一些停顿,如 PA6 、 PP 和 PET 。间歇式型坯吹塑成型,理论上适用于构造板材和大型制件的二次加工,请求运用工程塑料,如阻燃型 ABS 、加强 pvc 、改性 PPO 和 PC 等,而这类挤出型塑料的耐高温性能普通较差,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,需将防氧浸透和防水气浸透的树脂如 ( 乙烯 / 乙酸乙烯醇 ) 共聚物 (EVOH) 和 HDPE 与 PET 构成复合层,并产生锚联层,以改善 PEN/PET 料的浸透性和热稳定性。目前正研讨将 HDPE 与 PA6 采用多层吹塑成型,消费燃油油箱。
(2) 设备与工艺技术停顿 吹塑机械设备已有很大的改良。
较新的成果有: ①采用改良型红外加热技术停止再吹塑成型; ②十分高速的旋转挤塑压力,主要应用在牛奶瓶的消费上; 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浸透性容器; ⑤经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厉控制,停止连续性热定形 PET 瓶的消费。
由于市场对复杂、迂回的保送管材制件的需求,推进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,该工序非常简单,型坯挤出后,被部分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。难点在于请求具有十分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浸透性容器,其改良工艺是增设一个阀门系统,在连续挤出过程中可改换塑料原料,因此可交替消费出硬质和软质制品。消费大型制件如燃油箱或汽车外构造板材时,在冷却过程中需降低模腔内压力以调整加工循环周期。处理办法是先将熔料贮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,从而确保消弭垂缩和挤出收缩现象。 储料缸式机头改良,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,在消费中可快速装拆以便当清算塑料,同时,对塑料的流变特性剖析及计算机流道剖析可设计流线型流道,以便于热敏性塑料的成型。
(3) 控制程序及吹塑模仿型坯的程序控制已有数十年的经历。 主要问题是型坯可拉坯变薄的最薄水平 ( 如瓶颈部位 ) ,增厚的型坯拉坯的最大水平 ( 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运用塑料的粘弹性特性上。对试管状的预成型坯壁厚的预测,也就是设计具有防浸透作用的型坯最佳壁厚厚度的选择根据。这是由预成型坯的结晶水平,所运用塑料与温度相关的应力一应变弹性特性,以及由注塑加工构成的冻结应力水平和散布等状况来决议的。
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需综合思索如下要素:不平均的型坯壁厚;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;以及构造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仿软件主要有原美国的 ACTech 公司的 C — PITA 、比利时的 POLYFLOw 等。数值模仿的难度在于:大应变、非线性资料行为、接触问题以及收缩过程中一些物理非稳定性,而这些复杂性将招致产生一系列需求迭代求解的非线性方程。其中,资料、吹塑成型机理的研讨不断是研讨的难点、热点,如拉伸吹塑被普遍应用,但对该过程的模仿所需求的应力诱导结晶的数学描绘,到目前为止尚无适宜的办法。而挤出吹塑的型坯,是聚合物熔体流经环形模头时构成的,环形管道的几何外形和资料的粘弹性质将直接影响型胚收缩,现有的粘弹性学问还无法描绘这个过程。 与相对成熟的注塑 CAE 技术相比,吹塑成型软件目前正处于开展的初期阶段。
1.4 吹塑成型的开展趋向
吹塑将随着市场对其制品的需求,在资料、机械、辅助设备、控制系统、软件等方面有如下开展趋向。
(1) 原资料为满足吹塑制品的功用、性能 ( 医药、食品包装 ) 请求,吹塑级的原料将愈加丰厚,加工性能更好。如 PEN 类资料,不只强度高、耐热性好、气体阻隔性强、透明、耐紫外线映照,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、氧气阻隔性能优秀,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开展。
(3) 吹塑机械及设备吹塑机械的精细高效化;辅助消费 ( 操作 ) 设备的自动化。“精细高效”不只指机械设备在消费成型过程中具有较高的速度和较高的压力,而且请求所消费的产品在外观尺寸动摇和件重动摇方面均能到达较高的稳定性,也就是说消费制品各个部位的尺寸和外形几何外形精度高,变形及收减少,制品的外观及内在质量和消费效率等指标均要到达较高的水准。辅助操作包括去飞边、切割、称重、钻孔、检漏等,其过程自动化是开展的趋向之一。
(4) 吹塑成型模仿吹塑机理的研讨愈加深化,吹塑模仿的数学模型的合理构建,数值算法的快速、精确是模仿的关键,吹塑成型模仿将会在制质量量预测、控制中发挥越来越重要的作用。
2 影响吹塑制质量量的要素及常见缺陷的扫除
2.1 吹塑成型的影响要素 下面从吹塑成型过程剖析各个阶段的成型参数。
吹塑成型过程可分为四个阶段:
(1) 型坯构成阶段聚合物在挤出机中的保送、熔融、混炼、泵出成型为型坯的构成阶段;在这一阶段,影响壁厚散布的主要工艺参数有: ①资料的分子量散布、均匀分子量; 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,型坯离模收缩和型坯垂伸这两种现象影响型坯成型。影响壁厚散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) 型坯预吹阶段为防止型坯内外表的接触、粘附,改善制品壁厚的平均性,要对型坯停止预吹胀。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,影响壁厚散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,完成产品塑性成型阶段。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。而影响壁厚散布的主要工艺参数有:资料的收缩率;吹气压力、时间;模具资料、构造、模具排气系统以及模具冷却系统,如冷却水道散布、冷却水进水温度等。虽然影响吹塑制质量量的要素较多,但当消费条件、制品请求肯定后,调整吹塑工艺参数能有效改善制质量量。优化的工艺参数能够进步消费效率,降低原资料耗费,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请求的根底上,产品壁厚尽可能平均,产品件重尽可能小 ( 减少资料耗费 ) 。工艺参数设定的合理办法是,将经历与数值剖析技术分离。根本过程为:
①应用已树立的计算机模型,模仿吹塑模具、下料型坯、夹料板等状态;
②输入各阶段对型坯壁厚散布影响的参数;
③对得到的模仿结果停止剖析,经过计算机模仿显现哪些部位壁厚达不到请求,而哪些部位壁厚超厚;
④应用人工经历,调整输入的参数,反复①~③的过程,保证产品各部位在到达最小壁厚的前提下,尽可能减小产品各部位壁厚。
⑤对多个工艺计划的结果剖析、比拟,最终肯定优化的工艺参数。拉伸吹塑又称双轴取向吹塑,是在聚合物的高弹状态下经过机械办法轴向拉伸型坯、用紧缩空气径向吹胀 ( 拉伸 ) 型坯以成型包装容器的办法。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良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、产生的缘由及处理方法。
(1) 挤出吹塑挤出吹塑是挤出成型最主要的成型办法。有连续挤出和不连续挤出两种办法。
(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。注射吹塑可对制品停止准确的控制,能消费无刮痕、精度高、外表润滑的制品,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 μ m 。
(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时开展的,在吹塑产品的设计、消费过程中,不时融人现代设计思想、设计工具,工程技术人员应充沛应用先进的设计理念,分离人工经历,使制品设计、制造各个环节的效率进步,从而进步吹塑制品的质量及市场竞争才能。