《PET瓶吹塑设备及其加工工艺.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PET瓶吹塑设备及其加工工艺.docx（34页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、PET瓶吹塑设备及加工工艺概述吹塑瓶可分为两类，一类是有压瓶，如充装碳酸饮料的瓶；另一类为无压瓶，如充装水、茶、油等的瓶。茶饮料瓶是掺混了聚蔡二甲酸乙二酯(PEN)的改性瓶或与热塑性聚芳酯的复合瓶，在分类上属热瓶，可耐热80C以上；水瓶则属冷瓶，对耐热性无要求。在成型工艺上热瓶与冷瓶相似。笔者主要讨论冷瓶中的有压饮料瓶成型工艺1设备随着科技的不断进步和生产的规模化,吹瓶机自动化程度越来越高，生产效率也越来越高。设备生产能力不断提高，由从前的每小时生产几千个瓶发展到现在每小时生产几万个瓶。操作也由过去的手动按钮式发展为现在的全电脑控制,大大降低了工艺操作上的难度，增加了工艺的稳定性。当前，注拉吹
2、设备的生产厂家主要有法国的SlDE1.公司、德国的KRONES公司等。虽然生产厂家不同，但其设备原理相似，一般均包括供坯系统、加热系统、吹瓶系统、控制系统和辅机五大部分。2吹塑工艺瓶吹塑工艺流程。影响瓶吹塑工艺的重要因素有瓶坯、加热、预吹、模具及环境等。2. 1瓶坯制备吹塑瓶时，首先将切片注射成型为瓶坯，它要求二次回收料比例不能过高（5%以下），回收次数不能超过两次，而且分子量及粘度不能过低（分子量31000-50000,特性粘度0.78-0.85cm3/g）0注塑成型的瓶坯需存放48h以上方能使用。加热后没用完的瓶坯，必须再存放48h以上方能重新加热使用。瓶坯的存放时间不能超过六个月。瓶坯的
3、优劣很大程度上取决于材料的优劣，应选择易吹胀、易定型的材料,并制定合理的瓶坯成型工艺。实验表明，同样粘度的PET材料成型的瓶坯，进口的原料要比国产料易吹塑成型；而同一批次的瓶坯，生产日期不同，吹塑工艺也可能有较大差别。瓶坯的优劣决定了吹塑工艺的难易，对瓶坯的要求是纯洁、透明、无杂质、无异色、注点长度及周围晕斑合适。2.2加热瓶坯的加热由加热烘箱来完成，其温度由人工设定，自动调节。烘箱中由远红外灯管发出远红外线对瓶坯辐射加热，由烘箱底部风机进行热循环,使烘箱内温度均匀。瓶坯在烘箱中向前运动的同时自转，使瓶坯壁受热均匀。灯管的布置在烘箱中自上而下一般呈区字形，两头多，中间少。烘箱的热量由灯管开启数
4、量、整体温度设定、烘箱功率及各段加热比共同控制。灯管的开启要结合预吹瓶进行调整。要使烘箱更好地发挥作用，其高度、冷却板等的调整很重要，若调整不当，吹塑时易出现胀瓶口（瓶口变大）、硬头颈（颈部料拉不开）等缺陷。PET注坯及吹瓶工艺要点molds,cn发布：-6-417:13:53来自：模具网浏览：1218次PET在饮料包装领域的应用推动了饮料包装业的高速发展。与此同时，饮料包装业的发展也为PET的应用提供了发展空间。严格控制PET注坯及吹瓶工艺是保证PET瓶的外观与其经济性的关键。PET的特性PET是乙二醇和对苯二甲酸缩合的产物，是饱和的热塑性聚合物。PET分子有线性和半结晶状态。生产PET最简
5、单的过程，就是对苯二甲酸与乙二醇反应形成单体（酯化），然后缩聚成长链聚合物PET。聚合度随温度和压力而变化。PET与很多塑料一样，加工过程中有三态变化，即玻璃态、高弹态、粘流态。其中涉及到三个温度转变：玻璃化温度Tg、结晶温度Tc、熔点Tf。从无定型玻璃态到橡胶态的转变叫玻璃化转变，它表示长链段开始运动。外部加热能够增加分子（链节）自由度，在玻璃态凝固的分子现在能够移动了。玻璃态转变依赖于PET的形态。当特性粘度（IV）高时结晶较明显，分子链的自由度受到限制，同时Tg较高。随着温度的升高逐步产生局部球晶，导致局部分子链因分子间力而重排，即结晶。对PET而言，最大结晶度约55%,该极限是由芳香环
6、重排缓慢造成的,因此说该芳香环妨碍晶区的形成。如果TVTc,PET的粘度妨碍链段向有序运动（不许结晶）；TTc,热作用妨碍无定形区的形成（趋向结晶）。熔点Tf即所有晶体解体时的温度。PET干燥水解固体PET极易从空气中吸湿。储存时，PET会吸湿直至与环境条件饱和。饱和值可高达0.6%重量份。一般，PET在供应商处发货时，其含水率低于0.1%重量份。为了获得最好的产品性能，有必要把含水率降低到0.004%,最好熔化前是30ppmo树脂中若含有水分，即使很低也会引起一系列的反应：当温度高于PET熔点（约250）时，水会很快地引起聚合物降解（由于水的降解导致化学链被切断），这样就会降低分子量，降低表
7、观粘度及相关的物理性能。事实上，水解在较低的温度下（如150）就开始发生，可是速度较低，其速度随温度升高而升高。在干燥和成型条件下，IV的降低不能大于0.02dlg。粘度太大的下降，会导致结晶速度增加，对瓶坯的透明度不利，并导致瓶子的机械性能下降，承载强度和冲击强度下降。热降解温度对干燥PET的影响很复杂，它不但影响水气的扩散速度，还对干燥时的化学过程有影响，因此最终会影响树脂的性能。考虑潜在的水解和热过程是非常必要的，如前所述，伴着IV的下降，水解的速度在150C以上时加快，因为热转变过程比扩散过程快，干燥时温度过早提高是不利的。同样，即使大部分水气能够抽走，可是过高的温度（如高过180C）
8、将导致热降解和热氧化（在空气干燥系统中），这样，聚合物链断裂，还释放出副产品物质，导致物理性能下降。副产品中有AA成份，物理性能的改变会在瓶坯上表现出来，如雾状结晶、IV的下降、产品发黄等。PET干燥机的干燥原理和基本性能在带干燥剂床的干燥器中，空气先被吸收湿气的干燥剂吸湿，一个热空气鼓风机将干燥的热空气压至斗中。回风又经过干燥剂干燥循环，被加热后，干燥剂释放出水气，冷却后又吸收湿气。因此，必须将两条分离的气路最小化，并有干燥剂存在。PET干燥机系统简图在该闭环系统中，干燥机组件要用密封管连接至料斗。主料斗圆柱形的长径比约2:1,必须绝热，保证能量。干的热空气流过充压的料斗和分流芯（分流芯是保
9、护料道和空气流道的），料斗的顶部关闭，有一根回风管通到干燥机的组件，在环路上的过滤器保证干燥剂不被污染。鼓风机将空气鼓至干燥剂床,在那里干燥，直接进入加热筒，最后进入料斗。同时，一只独立的风机和加热器对干燥剂进行再生。当再生后的干燥剂冷却下来后，又被切换到干燥系统中去干燥空气流。常见问题有效的操作系统应该是干燥条件容易达到、故障最少，但下述区域必须控制:1、空气过滤器例行的过滤器清洁是必须的。过滤器保护干燥剂床不受灰尘污染。要十分小心,不要损伤过滤器，否则，干燥剂床的效率将受到影响，导致干燥器的效率下降。2、冷水器故障如果阻塞或机械不灵，冷水机失效，将限制干燥剂的再生能力，导致高露点,不干燥。
10、3、加热器失效空气加热器失效将导致：不能达到正确的干燥温度或不能达到正确的干燥剂再生温度。4、周围空气的进入较干燥空气而言，周围空气很潮湿。如果让周围空气进入干燥器或切片处理系统，将影响露点和干燥效率。因此，如果干燥器的组件被拆下修理，必须小心地安装，有合适的密封圈，并检测是否泄漏。5、干燥机的工艺控制必须仔细控制两个关键参数：空气干燥温度和空气干燥露点。温度和露点检查必须有规律地进行。可靠干燥过程中的关键条件1 .正确的干燥温度：切片温度必须达到170180C,理想的是在干燥器出口处测量175oC02 .正确的除湿温度：不能超过190200C,在干燥器入口处测量。3 .正确的除湿空气露点：露
11、点不能高于-30,最好是低于-40,在干燥器出口处测量。4 .合适的除湿空气流速：大部分干燥器的能力是约1立方英尺/小时/磅切片,这是最低需要。很明显，气流必须是在正确的温度和露点下。5 .切片滞留时间（干燥时间）：PET的绝对滞留时间推荐不小于4小时，最好是68小时。这是经过理论计算出来的。6 .特别注意：要遵守干燥器制造商的操作说明。干燥机的计划维护每日检查：干燥空气的露点控制器; 合适干燥温度的检查； 检查后冷却器前后的回风温度； 检查料斗里的料位，即加载操作； 清洁回风过滤器，其它过滤器。每周检查： 检查气流的露点； 检查再生空气温度； 清洁后冷却器的过滤器，确保有合适的水流到达冷却器
12、； 检查是否有泄漏； 更换旧管、破损管。注意：干燥是最重要的工艺步骤，不按正确标准满足工艺要求就不能解决以后过程中的问题。成功干燥PET的关键是：仔细留心，良好的维护，遵守干燥器制造商和树脂供应商的建议。PET瓶坯的成型瓶坯成型过程中，最好的条件是以尽可能低的温度、尽可能短的时间，快速均匀并完全熔融，最大限度保持IV少下降，尽可能少产生AA,尽可能透明。与之相关的工艺条件有：温度成型温度是指料筒、热流道的温度。成型过程中的热量只有30%是来自外部加热，70%是来自于内摩擦热，因此除了合适的加热外，还要用好剪切热。注射和保压注射是为克服流道中的阻力，将熔料填充到模具中。对瓶坯来说，最好有三段速度
13、和压力，依次递减。注射速度太慢，剪切不够，充满前就冷却了，造成产品不饱满或欠注；太快，模腔内排气不及，导致充不满，缩水，AA高。保压有两个重要作用：防止熔料倒流和确保在压力下冷却（提高冷却效果）。太高会造成充填过量及胀模等，内应力会较高，还可能结晶。太低会造成缩水,瓶坯变形（冷却不够），浇口问题如针孔，气泡等，因为浇口处冷却速率下降。保压时间也要合适，太短也会造成针孔，拉丝等。释压释压是为了降低热流道内的压力，防止浇口堵塞，针阀动作不灵活等。但太过则会造成缩水、拉丝、针孔等。背压背压是在油马达带动螺杆旋转过程中液压系统经过螺杆施加给熔料的捏合力。作用：加强PET的塑化，消除气泡。刚开机时能够调
14、到0,等瓶坯出齐后慢慢往上加，加到瓶坯中无气泡或疤点时的背压是合适的背压。过高剪切作用就太强，会出现成型不良、堵浇口、热解等问题。缓冲区缓冲区是每次注射完毕后螺杆头前面的余量，过少会造成成型不良，过多会造成PET分解。一般是从少往大慢慢调，到瓶坯不发雾或结晶时的量为合适。冷却PET不透明，而瓶坯之因此透明，靠的就是冷却。冷却不好将降低瓶坯的冷却速率，会导致缩水、瓶坯变形和影响循环时间，为避免此情况，要做好：水质处理，定期清理水道，检查水流量及水压，型芯及型腔的拆洗等。PET瓶坯型常见问题与解决方案问题解决方案问题解决方案缩水清洁模具排气槽；检於模具的冷却；降低熔收温度；枪杳针阀；检杳注射速度；
15、检潮保压压力;臧少释压时间。变形检行注射速度；增加保压压力以加强冷却；延长冷却时间（也可延长保压时间同时降低相应冷却时间）。结晶调席支嘴祖度;降低保压压力;浇口阀关闭时间太长（或周期太长）；减少循环中的无效时间（如注欢不要等吹加）。支嘴问题，如太冷，阀针传热等;注射开始时速度适中，礴保结晶料不注到坯身而解在坯底；排气槽可能造成的问题：瓶坏注不满;拉丝;流纹；坯承不均（即使注满rI）；瓶口结晶发白。发雾枪簧干燥机；适当调高温度；级冲区太小；模具冷却不好。AA柿进料区树脂温度（来自干燎）尽最高，以防过剪切；料筒芍热流道温度尽M低；周期尽收短，减少材料的受热时间；级冲区尽不小；螺杆速度尽量低；背压尽
16、It低；注射速度适中吹瓶吹瓶过程吹塑过程是一个双向拉伸的过程，在此过程中，PET链呈双向延伸、取向和排列，从而增加了瓶壁的机械性能，提高了拉伸、抗张、抗冲强度，并有很好的气密性。虽然拉伸有助于提高强度，但也不能过分拉伸，要控制好拉伸吹胀比：径向不要超过3.54.2,轴向不要超过2.83.1。瓶坯的壁厚不要超过4.5mmo吹瓶是在玻璃化温度和结晶温度之间进行的，一般控制在90120度之间。在此区间PET表现为高弹态，快速吹塑、冷却定形后成为透明的瓶子。在一步法中，此温度是由注塑过程中的冷却时间长短决定的（如青木吹瓶机），因此要衔接好注一吹两工位的关系。吹塑过程中有：拉伸一一次吹一二次吹，三个动作
17、的时间很短，但一定要配合好，特别是前两步决定了料的总体分布，吹瓶质量的好坏。因此要调节好:拉伸起始时机、拉伸速度、预吹起始和结束时机，预吹气压力，预吹气流量等，如有可能，最好能控制瓶坯总体的温度分布，瓶坯内外壁的温度梯度。在快速吹塑、冷却过程中，瓶壁内有诱导应力产生。对充气饮料瓶来说，它可抗内压，有好处，但对热灌装瓶来说就要保证在玻璃化温度以上让它充分释放。常见问题与解决方案1 .上厚下薄：延后预吹时间，或降低预吹压力，减少气流量。2 .下厚上薄：与上述相反。3 .瓶颈下有皱折：预吹太晚或预吹压力太低，或此处坯冷却不好。4 .底发白：瓶坯太冷；过分拉伸；预吹太早或预吹压太高。5 .瓶底有放大镜
18、现象：瓶底料太多；预吹太迟，预吹压太低。6 .瓶底里面有皱折：底部温度太高（浇口处冷却不好）；预吹太晚预吹压力太低，流量太小。7 .整个瓶混浊（不透明）：冷却不够。8 .局部发白：过度拉伸，此处温度过低，或预吹太早，或碰到拉伸杆了。9 .瓶底偏心：与瓶坯温度、拉伸、预吹、高压吹等都可能有关系。降低瓶坯温度；加快拉伸速度；检查拉杆头与底模间的间隙；延后预吹，减小预吹压力；延后高压吹；检查瓶坯是否偏心。塑料瓶新型短瓶颈结构显著降低生产成本molds,cn发布：-6-417:14:08来自：模具网浏览：田77次对于塑料瓶而言，最大程度地节约材料，除了可针对瓶体本身之外，瓶颈和瓶盖的设计都是不可忽视的
19、组成部分，但特别重要的是不要忘记在改变瓶颈设计的同时保证或改进瓶型对现有生产线的适应性，必须考虑到与现有的预成型设备、吹塑设备和罐装设备最大程度的兼容。短瓶颈技术为了尽可能降低PET瓶的材料成本，众多公司陆续推出各自的短瓶颈技术。大量的技术让加工商常常无所适从：应该选择哪一种为我所用？但有一点是显而易见的：在选择瓶型时节约材料并不是唯一需要考虑的因素。首先短瓶颈表面与现有的瓶颈结构最大的兼容非常重要，这将直接影响现有的预成型工具、吹塑模具以及罐装和封盖生产线。瓶盖设计专家瑞士Eschlikon的Corvaglia设计的短瓶颈是当前唯一保持了防盗环到顶端(tamperband)距离与改进前一致的
20、短瓶颈。这意味着现有的夹紧装置能够直接应用于新瓶的罐装。而且，PCOCorvaglia的高度也与三头螺纹的26.8mm”AlaSka”瓶嘴一致。在同一条生产线上，从现有的Alaska瓶切换到PCOCOrVaglia所需的工作非常简单。瓶盖的密封性能也是不可忽视的一个重要方面。在热带国家，可能路面状况很差，对于填充了大量C02的软饮料或矿泉水要求瓶盖具有优异的密封性能。PeoeOrVaglia是唯一在短瓶颈上完成两圈以上螺纹的瓶型设计，其密封性能显然不是其它的瓶颈结构，如有的只有一圈螺纹所能够相提并论的。另外，PCOCorvaglia表面能够适应不同规格的瓶型以及不同形式的瓶盖。对于加气饮料，打
21、开瓶盖时内部压力的释放也应该是一个受控的过程，必须避免瓶盖飞出伤害消费者。在此，PCOCorVaglia的744。单头螺纹又一次表现出其优越性。而其它的短瓶颈结构一般都少于两圈螺纹，而且采用两头或三头螺纹存在更大的喷出风险。节约材料与标准的PC028相比，PCOCorvaglia短瓶颈每个瓶颈能够节约1.5gPET原料。另外，瓶盖能够节约0.7-1.2g的原料。Corvaglia能够提供三种应用PCOCorVagIia瓶颈的瓶盖设计。最轻的一款只有1.8g,用于不加气的水或饮料;2g和2.3g的瓶盖用于加气饮料，其中2.3g用于加气较多的饮料。以当前的原材料价格计算，使用这一技术在瓶子和瓶盖上
22、节约的原料量大约每100o个瓶子能够节约2.9-3.5欧元。装盖设备能够全效生产由于防盗环和螺纹的短距离设计，只有PCOCorvaglia能够使用PCO28或PCO19的瓶颈的防盗环设计。而其它的短瓶颈设计一般都会受到某些限制，例如，为了不影响封盖性能需要使用折叠的防盗环等。本文版权由雅式持有，如欲转载，请注明出处：”PET吹瓶molds,cn发布：-6-417:13:47来自：模具网浏览：于117次PET吹瓶过程中的节能Krones作为PET瓶全套解决方案的业界领先者之一，对于PET瓶加工不同环节的节能控制均有深刻的体会。加热中节能在拉伸吹塑工艺中，首先，最好间隔一定时间就更换灯；其次，需要
23、检查灯与型坯的距离，从而可将加热用的能量费用减少。研究表明：旧灯（使用约11,000小时后）比新灯多耗费高达30%的能量，因此，对灯的经常性检查和及时更换是明智的。第二个节省费用的要素是灯与型坯间的距离。在Krones新提出的灯的案例中，灯是紧靠着型坯放置的。这种新的塑化炉标准，能够促使在加热过程中减少近10%的能量消耗。将吹塑工艺成本消费减至最小在吹塑过程中，减少死角空间体积也可减少相关消费成本。根据加工工程学，将50Oml到25OnIl容器的阀区和吹塑喷嘴体积缩小不会产生任何缺陷，因为用于流动的横截面面积仍是相同的。这个区域的缩小是Contiform机械的一个标准特徵，而且对于已经安装的拉
24、伸吹塑设备也能够进行更新。将必须充满压缩气体的容积缩小，气体消耗成本可节省7%以上（在50Oml容器时可高达25%）,这一点取决于相关容器的尺寸。空气再利用在吹塑中另一个显著减少成本的做法是利用AirWiZard来再利用空气，这包括3或4个阶段。如果将最后吹塑的空气再用于预先吹胀中，能量成本可减少约9%0如果这一再利用不但仅用于预先吹胀中，还用于拉伸的话，能源节省可达到22%。如果反覆利用的空气再回喂到操作空气网络中，能源节省能够达到30%。如果将再利用空气直接回喂到压缩机中，一年能量成本甚至能够减少40%O操作Contiform机械的客户，从S系列开始,都能够经过更新减少死角空间体积，明显地
25、减少操作费用PET瓶重量越来越轻在PET瓶生产过程中，降低瓶子的重量不只意味着原料成本的降低，同时在加工过程中各种能源的消耗也能够显著降低。一年前，PETEngineering公司生产出10克的单次服务瓶。今天，该公司为BrauBeViale又提供了一个更轻的解决方案：一个100ml的瓶子只有5g重。这个专为乳类和功能性饮料设计的新容器，是PETEngineering公司与合作伙伴，加拿大的赫斯基注塑技术公司、美国的InViSta公司和SleeverInternational联合设计的。这一工艺使得耗费的原材料明显减少，且某些产品需要的高性能抗氧化剂需求也得到优化。该产品是一个高性能的瓶子，具
26、有很好的视觉冲击力，且经过采用合适衬套就能很容易地实现定制化生产。这一单剂量瓶相对于现在市场上的相似容器来说，重量轻了2g左右，从而降低了生产费用，并减少容器对环境的影响。这个容器设计最关键的是瓶坯的设计，由Husky公司和PETEngineering公司联合进行，从而使重量减至最小，而维持优秀的技术性能。这个新的单剂量瓶设计成两种版本：一种是用PET树脂，另一种用的是PolyShieldPET树脂。由于乳饮料单剂量瓶的优异性能和降低的生产成本，该瓶将有望取代市场上广泛使用的HDPE瓶塑料挤出吹塑冷却阶段温度场的有限元分析molds,cn发布：-6-417:13:20来自：模具网浏览：田51次
27、挤出吹塑过程可分为三个主要的步骤：型坯成型；夹持及吹胀型坯；冷却制品。对于厚度尺寸中等的制品，所需的冷却时间约占整个成型周期的60%,对于厚壁制品更是高达90%o冷却时间太长将降低生产效率；冷却时间太短,制品出模后与空气对流冷却的过程相对缓慢，导致制品各部分的收缩率有较大差异，最终制品的翘曲过大。不同的冷却速率会影响制品内部微观形态的演化以及最终残余应力的分布，从而影响制品的使用性能。对挤出吹塑冷却过程温度场进行数值模拟，能够分析制品不同部位温度随时间的变化以及制品壁厚分布，这对于合理设计冷却工艺，缩短开模时间，提高制品的合格率有着重要的意义。本文采用有限元法对聚丙烯（PP）挤出吹塑冷却过程的
28、温度场进行数值模拟，在有限元模型的基础上分析不同内冷方式、制品壁厚以及初始温度对制品温度场的影响。1数学模型1. 1基本方程挤出吹塑的冷却过程热传递问题可用以下方程描述：PG安=fVMOl式中：P为密度；Cp为比热容；箓为温度对时间的偏导，r为由于外界作用单位体积产生的热量；k为热导率；V为哈密顿运算子。1.2边界条件挤出吹塑的冷却方法可分为内冷却和外冷却。内冷却是指使用冷却介质（在本文中内冷却介质为空气）经过热对流冷却吹塑制品内壁，故内壁的边界条件可用对流项表示；外冷却是指在模具壁内开设冷却系统，制品的热量经过模具传导至冷却通道，然后由冷却通道内的冷却介质（在本文中外冷却介质为水）将热量带走
29、。严格意义上来说，制品外壁的边界条件为热传导，可是热传导问题涉及到接触热阻问题，难以建模，考虑到外壁的热量多由冷却水带走,将模具材料的热传导率转化为等效传热系数。内外壁的边界条件：kjIo=ho(TK)(2)Z祭Ih1.=儿(7。)(3)式中：x=0与x=1.制品的内外表面；ho、hn为制品内壁与外壁的传热系数；TO、Tn为冷却空气与冷却水的温度。2数学模型的求解2. 1初始条件在热分析过程中不考虑密度的变化，取PP的密度为840kgm30PP热导率随温度的变化，如图1所示。在本文研究的范围内热导率的变化不是很大，变化的范围为0.23Wmk0.33Wmko可是当pp制品由粘流态转变成高弹态时，
30、内能发生变化，内能的变化即为固化潜热。固化潜热在比热容图上表现出一峰值,由图2能够看出，PP的相变发生在90附近。h图1PP科的热导率挤出吹塑冷却过程的微分方程在一般情况下都难以求出解析解，建立在有限元基础上的求解方法由于对边界条件的适应能力强，能够方便合理地描述模具形状，已成一种主要的数值解析方法。本文采用PO1.YF1.OW有限元分析软件对上述数学模型进行求解。制品为100ml轴对称的吹塑瓶，因此只需分析1/4部分即可。为了准确地求解厚度方向的温度场，将厚度方向的尺寸划为12等分，沿圆周方向的尺寸划为20等分，将1/4部分吹塑瓶划为6060个单元。外冷却水的温度（Tn）为20,内冷却空气温
31、度（TO）为25。外冷却传热系数为（hn）1175Wm-2K-lo分析不同内冷方式、壁厚以及初始温度对吹塑瓶温度场的影响时，考虑三种内冷却方式：自然对流、强制对流和增强式对流（即经过增强冷却空气的流动速率以进一步提高传热系数），相对应的传热系数（h）为IOWm-2K-l、100Wm-2K-l250Wm-2K-l;吹塑瓶的初始温度（Ti）180、200220;壁厚分别为2mm、3mm4mm。2. 2材料参数图2PP料的比赛容3结果与讨论2.1 轴向截面上的温度场图3为吹塑瓶在吹塑模中冷却30s后截面上的温度场的等值线图，图4为转角处的等值线局部放大图。由于内冷却传热系数低于外冷却传热系数，因此，
32、吹塑瓶内壁的温度明显高于外壁的温度。内壁温度约为86,壁厚中部约为7C,外壁温度约为30o从吹塑瓶厚度中部到外壁，温度梯度较大，可是由内壁至厚度中部这段距离内，温度变化不大，温度梯度值小。在瓶身部分没有形成局部过热的现象，等值线均为直线。在瓶颈与瓶底转角处，等值线构成一环形等值曲线，在这些区域温度与其附近区域的温度相比高出4oC-8oCo98”如Bt0501,“22l762*O1fi760let*otTmeIndec30Mar21.2006F1.UENTzPost12$24O144te0t372eO129MO112OO1PO1.YF1.OWContoursofSabCTemperature(k
33、)1.图3冷却3OS后吹电瓶轴向饿面上的温度分布T=180t；/U=100Wm2K1；5=3mm（八）瓶颈转角(b)瓶底软角图4冷却30s后吹暨盾”向面上温度分布的局部放大在轴向方向，瓶身部分温度的等值线均较为平直，温度分布比较有规律。能够经过研究瓶身上某一高度壁厚方向温度随时间的变化来考察温度场的演化。选取距离瓶底40mm处，考察其30s内温度场随时间变化的过程。图5中每一条直线表明时间间隔为5s时厚度方向的温度分布。在冷却开始至5s,内外壁的温度下降都比较大，外壁温度由180C降至54,内壁的温度也下降至145。在5s-15s的冷却时间内各曲线间的间距较大，表明温度下降得比较多;从15s开
34、始后曲线间距较小，这说明冷却效率较低，温度下降较少。随着冷却时间的增加，最高温度对应的壁厚位置向内壁接近。S5不局冷却时间下温度分布77=1801；三lWm5K,；5=3mm对于PP料，由图2能够看出，其相变发生在92C左右，能够认为当吹塑瓶温度低于90C时，吹塑瓶的大部分热量已经经过模具冷却水和冷却空气带走，在图3的条件下进行温度场的模拟，冷却30s后吹塑瓶温度低于92。因此在考察初始温度、壁厚及内壁传热系数.三个因子对吹塑瓶温度分布的影响时,经过模拟在不同条件下距吹塑瓶底部4011rn处冷却30s后沿厚度方向的温度分布，以评估各因子对其温.度分布的影响。2.2 内壁传热系数对制品温度分布的
35、影响内冷却传热系数对于PP吹塑瓶温度分布影响非常显著。由图6能够看出，当内冷却传热系数由100Wm-2KT增至250怖1-2K-1时，冷却30s后内壁的温度由84降至57。若内壁采用自然冷却方式，对吹塑瓶的冷却不利，当外壁冷至接近模具温度时，内壁还处于Il(TC左右。冷却水的传热系数虽然远大于内冷却空气的传热系数，可是PP传导率较低，距离外壁较远的材料的热量很难在短时间内传导至外壁，因此增强内壁传热系数能够大大提高冷却速率。3. 3初始温度对制品温度分布的影响从图7能够看出，在不同初始温度下，吹塑瓶冷却30s后沿壁厚方向温度值的差别很小。吹塑瓶外壁的温度值相差最小，瓶壁中部相差较大。这是因为虽
36、然初始温度从180C增加到220,可是内外壁与吹塑瓶之间的温度梯度也相应增大，加快了热量的传递，造成初始温度由180C增至220C时对吹塑瓶温度分布的影响不是很明显。100T图7量厚方向湿度分布hn=100Wm2K13. 4壁厚对制品温度分布的影响图8表明壁厚的变化对吹塑瓶温度分布的影响很大。吹塑瓶外壁由于冷却水的对流冷却，温度相差较小；沿外壁至内壁，温度差值逐渐增大。当厚度由4mm降至3mm时，曲线间距较小，最高温度间的差值仅为17。可是当壁厚降至2mm时，壁厚方向上的最高温度为42,与壁厚3mm和4mm吹塑瓶的最高温度差值达52和68oS8厚方向堀度分布h=100WmK4结论在建立挤出吹塑
37、冷却过程的数学模型的基础上，应用PO1.YF1.OW软件对PP吹塑瓶的冷却过程进行数值求解，分析了不同内冷传热系数、初始温度、壁厚对冷却过程的影响。在本文研究的范围内，各因子对吹塑瓶温度分布的影响依次为：壁厚内冷传热系数初始温度。从减小开模时间的角度考虑，在满足制品性能要求的基础上应尽量减小壁厚，提高内冷却传热系数。吹塑机自动风环原理及应用molds,cn发布：-6-417:13:14来自：模具网浏览：于77次在吹塑薄膜生产过程中，薄膜厚薄均匀度是一个很关键的指标，其中纵向厚薄均匀度能够经过挤出和牵引速度稳定性加以控制，而薄膜横向厚薄均匀度一般依耐于模头精密制造，且随着生产工艺参数变化而变化，
38、为了提高薄膜横向厚薄均匀度，须引进自动横向厚薄控制系统，常见控制方法有自动模头（热膨胀螺丝控制）和自动风环，这里主要介绍自动风环原理与应用。1 .基本原理：自动风环结构上采用双风口方式，其中下风口风量保持恒定，上风口圆周上分为若干个风道，每个风道由风室、阀门、电机等组成，由电机驱动阀门调整风道开口度，控制每个风道风量大小。控制过程中，由测厚探头检测到薄膜厚薄信号传送到计算机，计算机把厚薄信号与当前设定平均厚度进行对比，根据厚薄偏差量以及曲线变化趋势进行运算，控制电机驱动阀门移动，当薄膜偏厚时，电机正向移动，风口关小;相反，电机反向移动，风口增大，经过改变风环圆周上各点风量大小，调整各点冷却速度
39、，使薄膜横向厚薄偏差控制在目标的范围。2 .控制方案设计自动风环是一种在线实时控制系统，系统被控对象为分布在风环上的若干个电机。由风机送来的冷却气流经风环风室恒压后分配到每个风道上，由电机驱动阀门作开合运动以调整风口及风量的大小，改变模头出料处膜坯的冷却效果，从而控制薄膜厚度，从控制过程看，薄膜厚度变化与电机控制量之间找不到明确关系，不同厚度薄膜以及阀门不同位置厚薄变化与控制量之间程非线性无规律变化，每调整一个阀门时对相邻点影响都很大，且调整有滞后性,使不同时刻之间又互相关联，对于这种高度非线性、强耦合、时变性和控制不确定性系统，其精确数学模型几乎无法建立，即使能建立数学模型，也非常复杂，难以
40、求解，以致没实用价值，而传统控制对较确定控制模型控制效果较好，而对于高度非线性，不确定性，复杂反馈信息控制效果很差甚至无能为力。鉴于此我们选择了模糊控制算法。同时采用改变模糊量化因子方式更好适应系统参数的改变。3 .模糊控制结构原理及实施模糊控制工作原理:模糊控制过程中，根据厚度设定值S与反馈值y的偏差量e以及偏差量的变化率e,按模糊控制算法运算，得出输出控制量u,再转换为电机控制脉冲，驱动阀门开口量，调整风量，控制薄膜厚薄度。实际控制过程中，偏差量e及偏差量的变化率e分别乘以量化因子Ke,Ke,得出模糊量E,E再调用查表程序，从控制表中查出对应模糊控制量的输出值,再乘以量化因子KU得出实际控
41、制量。模糊控制量表是根据现场调试经验总结出来的控制规律，利用输入输出各量的隶属函数表，计算出不同的E、E和U对应的模糊关系，并将它们关系合并，再经过合并运算，求出各种输入状态所对应的控制决策的隶属函数向量,然后由隶属函数最大原则进行判断，得出相应控制量模糊值U,当求出各种输入状态所对应模糊控制量输出值时，就能够得出模糊控制量表。为了使薄膜不同工艺参数下能得到较好控制效果，量化因子Ke、Kez.Ku根据系统参数改变而自动调节，在调试过程中，量化因子Ke、KM、KU对控制系统性能指标影响规律如下：a) Ke越大，稳态情况下误差较小，系统响应越快，但超调量会增加，甚至产生厚薄振动现象，Ke越小则反之
42、；b) Ke越大，系统快速性能减低，反映较慢，超调量会减小，对偏差量的变化率灵敏度增加，Ke越小则反之；C）KU越大，系统响应越快，超调量会增加，对输出的反映最为明显。根据以上规律，为了顾及系统快速动态性能和静态精度，运行过程中依据对被控制对象偏差值大小，对量化因子Ke、Ke、KU进行动态修改，修改方法是预先对于不同偏差值的各个量化因子Ke、KeKU设置相应分段曲线，控制过程中经过偏差值对应找出Ke、KeKu,各条曲线是在生产过程中根据经验调整后得出。控制过程中另一个难点是自动找点，厚度检测反馈信号与风环上风道是否对应将影响整个控制，每一次投入自动前都必须做一次自动找点，控制上是选择检测到曲线
43、中变化比较平缓，且较能反映控制效果的那一段区域做为检测对象，将相邻3个风道风量调小，其中中间风道为全关闭状态，左右开口度为50%,经过几周扫描测量稳定后，检测出区域内最薄点，该点就是对应全关闭状态的风道，控制软件再根据检测出来的偏移量进行补偿，另外，自动找点还与旋转牵引旋转速度，旋转方向，以及测厚传感器旋转速度，旋转方向有关，软件对这些都要进行补偿。4 .系统组成电气控制系统由旋转扫描式测厚传感器、计算机、工业控制器（PCC）、显示器、驱动器、控制器及电机、风道风口位置检测传感器等组成。5 .硬件简介旋转扫描式测厚传感器采用电容式测厚仪，根据不同厚度薄膜介电常数不同原理进行测量，测量范围为0200um,本系统采用计算机、PeC控制器。其中cpu采用CP380,CP476,步进控制采用高速I/O模块DO135,开关输入输出采用DM465模块，系统采用多CPUCAN网络总线结构，计算机与PeC之间采用以太网连接，PCC与扫描式测厚传感器之间采用PCD-1.INK通讯方式传输数据，CP380主要进行数据采集运算处理，CP476,D0135主要完成步进电机驱动控制,计算机主要完成测厚传感器数据采集、运算、统计、历史数据记录，运行状态监控等。经过多次试验、调试，自动风环研发获得成功，从使用情况上，能够使吹塑薄膜厚薄均匀都提高夕5%平均极限偏差达到4%,取得较好控制效果。
