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1、1,第七章中空成型设备,2,7.1 概述,3,1 中空吹塑的定义 中空吹塑（blow molding 吹塑成型）:借助气体压力使闭合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,4,1.挤出吹塑生产线总体认识,工艺流程图,认 识,5,双模液压中空成型机,大型吹塑机,认 识,6,水平旋转圆盘式单头型挤出吹塑成型机,双工位中空成型机,认 识,7,此部分与普通的单螺杆控制面板一致:电源及急停开关、料筒及模具的温度调节、螺杆转速调节、过载电流显示等,型坯控
2、制系统,认 识,8,中空挤吹制品:通过挤出吹塑成型工艺制得,中空薄壁的容器。其成型容器的容量小至几毫升，最大可至几万升。应用：广泛应用于食品、饮料、化妆品、药品、洗涤制品、儿童玩具等领域中。挤吹制品成型的塑料材料：LDPE、HDPE、PVC、PP、EVA、PC、PET等塑料，HDPE用量最广，约占68。,认 识,9,吹塑模具主要由两半阴模构成。因模颈圈与各夹坯块较易磨损,故一般做成单独的嵌块以便于修复或更换。,认 识,10,与注塑模具相比,挤出吹塑模具有以下特点:吹塑模具一般只有阴模;吹塑模具型腔受到的型坯吹胀压力较小，一般为0.21.0MPa；吹塑棋具型腔一般不需经硬化处理，除非要求长期生产
3、；吹塑模腔内，型坯通过膨胀来成型，这可减小制品上的流痕与接合经及模腔的磨损等问题；由于一般没有阳模，吹塑制品上较深的凹陷也能脱模（尤其对硬度较低的塑料），一般不需要滑动嵌块。,认 识,11,对吹塑模具的要求主要有:可成型形状复杂的制品;能有效地夹断型坯,保证制品接合统的强度；能有效地排气；能快速、均匀地冷却制品，并减小模具壁内的温度梯度以减小成型时间与制品翘曲。,吹塑模具对材料的要求较低,选择范围较宽吹塑模具材料的选择要综合考虑导热性能、强度、耐磨性能、耐腐蚀性能、抛光性能、成本以及所用塑料与生产批量等因素。,认 识,12,2、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
4、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：0.041.12，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,13,7.2 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,14,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
5、。、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、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,7.2.1型坯的成型装置,15,中空吹塑成型设备,1.挤出机,挤出成型机是中空挤出吹塑装置中的最主要设备。挤出成型机的结构特点和正确操作,对吹塑制品的力学性能和外观质量、各批成品之间的均匀一致性、成型加工的生产效率和经济性影响很大。挤出装置一般为通用型挤出机，但要求挤出机能适应周期性频繁停歇;开动和停歇的电钮应安装在离操作人员较近的地点。挤出机应具有可连续调速的驱动装置，在稳定的速度下挤出型坯。多采用三
6、段式单螺扦挤出机选用等距不等深的渐变形螺杆。对聚烯烃和尼龙类塑料可选用突变形螺杆。螺杆直径按制品的容积大小来选择。凡吹塑小型制品。常选用（4590）mm挤出机，吹塑大型中空容器选用（120150）mm的挤出机。也有选用二台中小型挤出机组合来吹塑大型制品的。,16,总 结,中空吹塑成型设备,1.挤出机,挤出机螺杆的长径比应适宜,一般选用长径比为2025。长径比太小，物料塑化不均匀，供料能力差，型坯的温度不均匀;长径比大些，分段向物料进行热和能的传递较充分，料温波动小，料筒加热温度较低，能制得温度均匀的型坯，可提高产品的精度及均匀性，并适用于热敏性塑料的生产。对于给定的贮料温度，料筒温度较低，可防
7、止物料的过热分解。螺杆的压缩比与塑料品种有关。对聚烯烃塑料，压缩比选34:1，料则选对聚氯乙烯则选22.5:1。挤出机的加热装置，要求能控制温度，使其波动范围小。控制温差小于2，有利于提高产品质量。,17,中空吹塑成型设备,2.机头,机头系指型坯模头。包括多孔板、滤网连接管与型芯组件。机头进料通道和螺杆接口应成直线,水平对准，以减少熔体料流在拐弯时的阻力。机头芯轴亡可设凸起结构，增加料流缓冲区，升高熔体压力，利于消除熔体流动时因变形引起的伤痕。机头结构形式:吹塑机头的结构和形式，根据制品容积的大小、变量和工艺方式来选择。一般分为:转角机头、直通式机头和带储料缸式机头三种类型。除一些特殊的装置（
8、如水平吹塑系统或采用立式挤出机）之外，绝大多数吹塑是采用出口向下的转角式机头。,18,总 结,中空吹塑成型设备,2.机头,a.转角机头转角机头由连接管和连接管呈直角配置的管式机头组成。结构如图10-l所示。这种机头内流道有较大的压缩比,口模部分有较长的定型段，适合于挤出聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、ABS等塑料。,19,总 结,中空吹塑成型设备,2.机头,由于熔体流动方向由水平转向垂直,熔体在流通中容易产生滞留，加之连接管到机头口模的长度有差别，机头内部的压力平衡受到干扰，会造成机头内熔体性能差异为使熔体在转向时能自由平滑地流动，不产生滞留点和熔接线多采用螺旋状流动导向装置和侧面进料机头。其结构如
9、图10-2所示。这种结构使熔体流道更加流线型化，螺旋线的螺旋角为4560，收敛点机加工成刃形，位于型芯一侧，与侧向进料口相对，在侧向进料口中心线下方约1619mm处。这种结构不能完全消除熔接线。常采用的措施:一是各分流道的物料应充分汇合，有达到均匀的机头内停留时间;二是提高机头压力，促进熔体的熔合。在管心的分流梭下游装置一个节流圈，其结构如图10-3所示，节流圈使机头内通道的有效截面缩小，增大熔体压力。节流圈的外形呈流线型。,20,总 结,中空吹塑成型设备,2.机头,21,总 结,中空吹塑成型设备,2.机头,b.直通式机头 直通式机头与挤出机呈一字形配置,从而避免塑料熔体流动方向的改变，可防止
10、塑料熔体过热而分解。直通式机头的结构能适应热敏性塑料的吹塑成型，常用于硬聚氯乙烯透明瓶的制造。,c.储料式机头带储料缸的机头生产大型吹塑制品（如啤酒桶及垃圾箱等）,由于制品的容积较大，需要一定的壁厚以获得必要的刚度，因此需要挤出大的型坯，而大型坯的下坠与缩径严重，制品冷却时间长，要求挤出机的输出量大。对大型挤出机，一方面要求快速提供大量熔体，减少型坯下坠和缩径，另一方面，大型制品冷却期长，挤出机不能连续运行，从而发展了带有储料缸的机头。其结构如图10-4所示。,22,总 结,中空吹塑成型设备,2.机头,由挤出机向储料缸提供塑化均匀的熔体,按照一定的周期所需熔体数量贮存于储料缸内。在储料缸系统中
11、由柱塞（或螺杆）定时、间歇地将所储物料全部迅速推出，形成大型的型坯。高速推出物料可减轻大型型坯的下坠和缩径，克服型坯由于自重产生下垂的变形而造成的制品壁厚的不一致性。同时挤出机可保持连续运转，为下一个型坯备料，该机头既能发挥挤出机的能力，又能提高型坯的挤出速度，缩短成型周期。但应注意，当柱塞推动速度过快不适应熔体粘度时，熔体通过机头流速太大，可能产生熔体破裂现象。,23,(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,24,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。,25,调压机头:增大熔体压力,消除熔接线,26,（）、直通机头与挤出机轴线呈一
12、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,27,（）、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,28,贮料缸式机头:,29,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、吹气机构针管吹气、型芯顶吹、型芯底吹,7.2.2吹胀装置,30,（）、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、,31,（）、顶吹法工序:闭
13、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,32,（）、低吹法颈部开口偏离制品中心线,33,、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。,34,、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）,35,程序控制控制原理:以吹胀比为依据,调节厚度,36,、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。、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
14、。刀刃要加热。,37,7.3.1 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,7.3挤出工艺过程及控制因素,38,挤出吹塑方式,39,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：158L2/表观粘度（Pa.
15、s）L(cm)(g/cm3)(cm/s),7.3.2挤出吹塑控制因素,40,L 可以计算粘度,通过调节温度实现,41,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,42,吹气压力和鼓气速率压力,种类材料各异，0.21MPa 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,43,吹胀比指型坯吹胀倍数:大型薄壁;小型厚壁；细口瓶模具温度要求均匀,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
16、际控制：低于软化温度度,44,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,45,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,46,7.4.1 注射吹塑生产工序 1、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
17、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,7.4 注射吹塑,47,注射吹塑工艺图,48,7.4.2 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：1.55mm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,49,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）,50
18、,7.4.3 注射吹塑工艺要点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,51,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。,7.5拉伸吹塑,52,注射型坯定向拉伸吹瓶物性,
19、53,挤出型坯定向拉伸吹瓶物性,54,一步法: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,7.5.1拉伸吹塑工艺,55,1 注射型坯定向拉伸吹塑型坯（有底）,传送，加热炉，拉伸，吹胀,56,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。,57,、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注射型坯工艺控制工艺条件：温度,时间，压力相互影响和
20、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140180度结晶最快，所以要快速冷却到玻璃化温度7078度以下注射工艺参数见表：,7.5.2 拉伸吹塑工艺控制要点,58,PET型坯注射工艺参数,59,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（）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1040度 PET瓶型坯温度达到195230度，1020秒保温（）拉伸吹塑和双轴定向拉伸比:PET瓶，横向5倍，纵向2.5倍吹
21、塑空气压力：PET瓶20Pa,60,两台以上挤出机,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，方法混入有黏结性能的树脂，添设黏结材料层，设备更复杂形式：共挤吹塑，多层注坯吹塑,7.6多层吹塑,61,7.6.1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。,62,7.6.2多层共挤出设备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：P
22、E PP PC再生层：回收料。要求：良好的热封合性，印刷性等多层共挤设备可以使用通用挤出机,63,多层共挤机头,64,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,7.6.3 多层共挤出拉伸吹塑,65,大型:大于20升的叫做大型中空吹塑容器超大型：现在已有：1003000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,7.7 大型中空吹塑,66,挤出机适合高粘度熔
23、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,7.7.1大型中空吹塑设备特征,67,型坯壁厚控制:对容器的不同部位,按其要求控制型坯壁厚，以吹胀比为基本数据，吹胀后，达到各部位厚度一致,68,锁模装置数字程序控制动作,准确，快速锁模结构坚固，锁模力大，油压20MPa紧密合缝，无飞边吹塑模具及冷却精确接缝，耐磨损合模刀口，合理的冷却水道，内腔表面高质量，排气好高强铝合金，传热好，高冷介质，冷冻汽水，二氧化碳，氮气,69,控制垂伸,帘流，制品变形型坯长度的垂伸影响:型坯质量，挤出时间，材料性能措施：高分子量高粘度，缩短时间，壁厚控制纵向误差产生帘流机头压力适当减低，膨胀少，误差少，可以减少帘状的纵向皱纹制品变形冷却设计要求均匀，排气彻底，模具内表面处理，强制定型配合退火处理,7.7.2工艺过程分析,70,多维挤出吹塑:不规则或者轴线非直线制品扁平吹塑：圆形型坯吹胀成扁形扁平型坯吹胀成扁平,缓冲器，保险杠等交替挤出吹塑：制造软硬组合的中空制品，软硬塑料组合见表：,7.8中空吹塑的新技术,
