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1、第五章 塑料包装容器及成型,包装材料学,包装用塑料容器有瓶、罐、桶、箱以及杯、盘、盒等。1塑料瓶塑料瓶主要用于包装饮料、液体调料、香水、药水、洗涤剂等。可用的塑料品种有：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。2塑料桶塑料桶主要采用：聚乙烯和聚丙烯塑料。优点是耐腐蚀、重量减轻、不易破损。3塑料箱 广泛应用的聚丙烯周转箱，新型的塑料高密度聚乙烯瓦楞板，其强度/重量比值很高，是包装箱的好材料，用以代替木材和纸板等。,塑料包装容器,包装材料学,4塑料罐 塑料罐除了传统采用全塑料结构外，又发展了许多新结构以薄纸板为基体的复合结构。薄纸板与镀铝塑料薄膜复合以及发泡聚苯乙烯与铝箔复合，
2、广泛用作食品饮料包装，代替金属罐。5塑料杯、盖、盒 塑料片材热成型工艺的发展，为高效生产塑料小型容器创造了条件。薄壁塑料杯供包装果汁、冷饮和固体饮料以及作为旅行用饮料杯。发泡聚苯乙烯浅盘用以包装新鲜鱼肉、果脯点心、蔬菜水果，表面蒙上一层拉伸薄膜或收缩薄膜封闭，由自动包装机连续化生产，大量被超市采用。可烘烤塑化纸板，是由薄纸板涂敷聚酯或聚丙烯塑料制成。主要用于生食品及快餐包装。送入微波加热炉中，将食品煮熟即可食用。,第一节 注射成型,包装材料学,用注射成型的方法可以生产一些形状复杂的包装制品，例如周转箱、各种盖子以及其它容器。注射生产还用于注射吹塑成型瓶子的型坯的制造。注射成型时，使用的设备是注
3、射成型机，简称注射机。注射机在结构上很像塑料挤出机，但是注射机要求螺杆能在机筒里前后移动。注射成型工作原理：塑料在注射机的机筒里熔化。随着螺杆的转动，熔体聚集在螺杆头部，产生压力使螺杆在机筒里后移。当聚集了所需要量的熔体时，螺杆停止旋转，螺杆再以机械方式或液压为动力向前迅速移动，将熔体由喷嘴挤出通过流道注入模具。当制品冷却到能够保持其形状不变时，模具沿着分模线打开，顶出制品。,注射机,包装材料学,第二节 吹塑成型,包装材料学,吹塑在包装工业中主要生产塑料瓶，也可用来制作大型容器如塑料桶，吹塑主要分两种类型:1.挤出吹塑2.注射吹塑,一、挤出吹塑成型,包装材料学,挤出吹塑成型 挤出吹塑是生产塑料
4、瓶最常用的方法。原理：（1）开始就像吹塑薄膜的操作，挤出的方向是向下的。先将一个空心的塑料型坯挤出。（2）然后瓶子模具的两个模瓣闭合在塑料型坯上，插入一根吹杆，将空气吹进型坯。制品的内部只靠空气来成型。（3）容器是通过与模具的热传导进行冷却的，当冷却到能保持其形状不变形时，将其移出。（5）把容器颈部和底部的飞边裁掉，裁下的飞边料被粉碎后随纯树脂重新使用。,挤出吹塑成型示意图,包装材料学,挤出吹塑成型,包装材料学,应用：挤出吹塑可用来生产各种形状和尺寸的容器，尤其适合生产带肩的和偏口的瓶子。而这些容器用注射吹塑法就不能有效地制作。容积小于200mL的瓶子常常不采用挤出吹塑法生产。一台单独挤出机可
5、以给多个吹塑模供料，连续生产多个型坯，并在多个模腔里吹塑。,二、注射吹塑成型,包装材料学,注射吹塑成型注射吹塑分两步操作，这也是瓶子的主要成型方法。第一步，由注射模制成型坯；第二步，把型坯放入第二个模具内，制成最终的容器形状。对于小型瓶子，通常注射吹塑优于挤出吹塑，而对于大型瓶子，挤出吹塑更为经济。因为注射吹塑要求两套模具，一套用于型坯，一套用于最终容器，因此注射吹塑的模具成本高于挤出吹塑的模具成本。,注射吹塑成型工艺过程,包装材料学,注射吹塑成型特点,包装材料学,注射吹塑成型的特点：不足之处是生产带提手容器的能力十分有限，该方法还不能制作带空心提手的容器。注射吹塑法生产的容器质量高于挤出吹塑
6、法生产的容器，尤其是修饰公差。挤出吹塑能够生产各种规格和形状的容器，而且生产效率高，小型瓶子除外。挤出吹塑适合用PVC，PE、PP。而注射吹塑适合用PS、PET、PE和PP。,三、拉伸吹塑成型,包装材料学,在成型过程中，由于在吹塑阶段出现了拉伸，通过对瓶子的纵向和横向拉伸而被双轴取向，该过程是拉伸吹塑。双轴向取向的容器提高了耐冲击强度、气体阻隔性、亮度和表面光洁度。如果该过程用挤出型坯生产，称为挤出拉伸吹塑，简称挤一拉一吹；如果型坯是用注射生产的，称为注射拉伸吹塑，简称注一拉一吹。大多数PET瓶是采用注射拉伸吹塑生产的，包括所有PET软饮料瓶。PEN瓶和一些PP瓶也是用注射拉伸吹塑生产的，挤出
7、拉伸吹塑用来生产一些PVC瓶和PE瓶。在一步拉伸吹塑过程中，型坯的制作、拉伸和吹塑是在同一台机器上完成，型坯吹出后迅速冷却到拉伸温度，然后立即拉伸并吹塑。在两步成型过程中，型坯被完全冷却，在拉伸吹塑之前再重新加热。,注射拉伸吹塑成型,包装材料学,拉伸吹塑成型,包装材料学,一步生产过程的优点:节省能源、效率高。两步成型吹塑过程的优点:型坯和成品可以在不同时间、不同地点吹塑。两步成型过程广泛用在饮料瓶制作上，型坯可以在集中地方生产，吹瓶在灌装线上进行。,四、热定型和其它瓶子的改进,包装材料学,热灌装时的一个特殊问题:当容器冷却时，它们常保留一些热应力，如果以后对容器加热，它们就会应力松弛，使容器尺
8、寸发生变化。（热产品灌装温度一般在7793之间）。PET瓶在温度超过65，就会严重变形，主要原因是它们经历了拉伸吹塑过程。防止这种变形的方法:(1)方法一是使用热吹塑模，瓶子成品在热的模具内保持足够的时间，以让应力释放并增加结晶度。(2)方法二是采用两步吹塑步骤，可以在8085温度条件下热灌装。,瓶子的改进,包装材料学,用于热灌装的瓶子，当其冷却时也必须经受内部产生的部分真空，这会引起瓶子瘪陷。因此，要对瓶子进行特别的设计，(1)在不影响容器外观的条件下允许某种变形，把瓶子做成椭圆形而不是圆柱形，就可以达到这一目的。(2)另一种改进是对PET瓶的颈部螺纹结晶化的处理。在连续热灌装过程中，高结晶
9、度的螺纹增强了抗变形的能力，可以获得更好的密封。,五、复合树脂瓶,包装材料学,1共混聚合物 将不同的树脂在挤出机中进行混合，并按通常的方法那样制作容器。如尼龙和HDPE的共混料，尼龙在HDPE中形成片晶，由此提高了容器的阻隔性能。2共挤出瓶 共挤出瓶的制作过程是每一种树脂在单独的挤出机里塑化，把它们送入机头，成型为多层管状型坯，然后按通常的方法吹塑成容器。,3共注射型坯吹塑瓶,包装材料学,共注射型坯吹塑瓶 多层共注射型坯吹塑瓶的技术比多层挤出型坯吹塑瓶的技术困难。采用共注射型坯吹塑制造的容器并不多，生产这些瓶子的型坯有两项技术，（1）一项技术是同时把两种或多种树脂注入模具型腔，这项技术是用来制
10、作PETEVOH瓶。（2）第二项技术是多个型坯模具装置，在每个装置单独注射树脂。只要把多层型坯制出来，最后吹塑阶段与一般的注射吹塑是相同的，也可以采用拉伸吹塑。PETEVOH瓶子采用拉伸吹塑的生产方法。,第三节 塑料的热成型,包装材料学,热成型通常是将热塑性塑料片状材料加热至高弹态，采用适当的模具或夹具，在压力作用下使其贴近模具的型面，经过冷却获得制品的一种成型方法。,热成型工艺的特点,包装材料学,1制品适应性强 热成型方法可以制造特大、特小、特厚、特薄的制件。热成型制件大多为敞口薄壁制品。2制品应用范围广 小制品有杯、碟、日用器皿及食品和药物包装，大制件有汽车车顶，建筑构件、化工设备、冰箱内
11、衬、浴缸、船壁、雷达罩、飞机舱罩，还有玩具、帽盔、医用器皿等。3设备投资少 热成型需用压力不高，造价低廉，投资少。4模具制造方便 对模具的材质可以用钢材、铝、木、塑料、石膏等材料来制造。成本仅为注射模具的十分之一，而且产品设计变换快，很适合小批量制件的生产。,二、热成型方法,包装材料学,1差压成型 先用夹持框将片材夹紧在模具上，采用加热器进行加热，当片材加热变软时，移开加热器使片材两面受到不同的气压，形成差压，使片材弯曲，紧贴模具表面。待冷却后，通压缩空气自模具底部通气孔将成型制件吹出，经过修整成为制品。(1)真空成型是通过从模具底部抽真空；(2)加压成型从片材顶部通人压缩空气。加压成型与真空
12、成型相比：可采用较厚的片材生产较大的制品，较低的成型温度，生产周期较短。差压成型是各种热成型方法中最简单的一种。其产品特点是：与模贴合面呈比较鲜明和精细的结构，光洁程度高；凡坯料与模面贴合得愈晚的部位，其厚度愈小。,差压成型,包装材料学,这种方法（又通称为自由成型）制成的制品形状都呈半球状罩形体，其表面十分光滑，不带任何瑕疵。对透明塑料，其光学性能几乎不发生变化，故常用来制造飞机部件、仪器罩和天窗等。,差压成型工艺,包装材料学,2覆盖成型,包装材料学,覆盖成型适宜制造壁厚和深度较大的制品，可采用单阳模、单阴模和无模具成型。覆盖成型制品的特点：与模具贴合面表面质量较高，呈鲜明和细致结构；最大壁厚
13、部位在模具的顶部，而最薄的部位则在模具侧面与底面交界区，在制品侧面上常出现牵伸和冷却条纹。,覆盖成型工艺,包装材料学,3柱塞助压成型,包装材料学,差压和覆盖成型所得制品都有制件壁厚不均匀的缺点，当制件高度和宽度越大，制件结构越复杂，这种缺点越突出，为改善制件壁厚的均匀性，可采取先将坯料拉伸，再进行真空或气压成型。,柱塞助压真空成型,包装材料学,4对模成型,包装材料学,对模成型与前述几种方法不同，是采用两个彼此扣合的阳模、阴模配对的模具来成型。成型工艺：成型时，将片材用框架夹待于两模之间并采用可移动的加热器对片材进行加热，达到要求的温度后，移走加热器，由压机将两模合拢，施加压力。在合拢过程中，片
14、材与模具间的空气则由设置在模具上的气孔向外排出，经冷却、脱模和修整后，成为制品。特点:对模成型的制件有复制性和尺寸准确性较好、结构可复杂、能成型具有刻字或刻花的表面、厚度的分布依赖于制件的造型等。,对模成型工艺,包装材料学,三、热成型设备,包装材料学,三、热成型设备 热成型大多数要在成型机上进行，成型机的动作应包括下列5个工序：片材的夹持；片材的加热；热成型；冷却；脱模。其中以热成型最为重要和复杂，随热成型方法不同有较大差别。,四、模具,包装材料学,在热成型中，不管是加压成型还是真空成型都需要有模具，模具又是影响产品质量、生产率和成本的关键。一般对生产量大、要求表面光洁程度高、结构精细而复杂的
15、制件选用钢、铝、铜等金属材料制模；要求较低的，可选用硬木、高强度模型石膏或塑料等材料制模。,模具,包装材料学,1木材 凡组织紧密，不易变形，不裂的木材，均可选做模具，批量以不超过1000个为宜。2石膏 产量不超过50000个的可以选石膏为材料制造模具。3环氧树脂 利用环氧树脂为基料，加入适当填料制成模具，可以承受较大的压力，产量最多可达50000个。4铝合金 用这种材料制造模具，加工方便。可以在模具内部增加水冷却通道来提高生产效率，通常可以在模具内表面镀一层铬，这类模具最多可以生产50万个以上的制品。,五、影响热成型工艺的因素,包装材料学,主要有：塑料片材的选材、成型方法选择、成型温度、成型速
16、度、冷却脱模及片材厚度等。1选材 热成型的塑料有聚氯乙烯及其共聚物、聚烯烃、ABS、聚苯乙烯及改性聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、乙烯一醋酸乙烯共聚物等。较难热成型塑料：聚碳酸酯，聚酰胺等材料。,2成型方法选择,包装材料学,成型方法选择 选择成型方法主要根据材料的流动性能、片材的厚度和制件的结构等要求。（1）材料流动性能好，适用于气压成型和真空成型；流动性差，适用模压成型，特别是单模成型；（2）材料的厚度在0.2mm以下的软制品（薄膜）适用真空成型；厚度在0.25mm1mm的硬片可用气压成型和真空成型，厚度在1mm3mm的薄板适宜用模压成型和气压成型；（3）当制件表面有精细花
17、纹图案时，对于薄膜可选用气压成型和真空成型，对于板材则采用模压成型或对模成型；（4）当制件需要大的拉伸比时，可选用柱塞辅助成型，当制件拉伸比小时，不需要选用柱塞，可视其它性能决定。,3成型工艺条件,包装材料学,成型工艺条件(1)塑料热成型温度对伸长率和抗张强度有明显的影响。片材加热时间主要取决于材料的品种和片材厚度、片材比热容和导热系数。(2)成型速率也不宜过大或过小，过大的成型速率，因熔料流动不足，而使制品在凹凸部位出现过薄现象；相反，过小的成型速率，因片材的先行冷却而出现裂缝。(3)牵伸的速率取决于片材的温度，薄型片材的牵伸应高于厚型的，因为前者的温度在成型过程中下降较快。(4)冷却时间 由于塑料导热性差，随着片材厚度的增加，冷却时间延长，必须采用强制冷却方法来缩短成型周期。冷却不足，制件脱模后易变形，冷却过分常使制件紧包在模具上，使脱模发生困难。,思考题,包装材料学,1简述挤出成型过程。2根据挤出机中塑料熔化过程，简述料筒温度的选择对物料的机械降解有何影响？3何为注射成型？影响制品质量的因素有哪些？4简述注一枚一吹工艺流程及其优点。5效成型过程中塑料温度对熔体粘度变化有何影响？热成型中影响制品质量的工艺因素有哪些？怎样控制？6简述挤出、注射、热成型及其它方法成型制品特点及基本成型工艺过程。,
