关于塑料挤出吹塑成型工艺研究报告

【摘要】：吹塑成型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。

适合中空吹塑成型的塑料品种有PE、PP、PS、PVC、EVA、PA、PC、POM、线形聚酯PET、聚苯并噻唑等。其中，PE塑料以其无毒、吹塑性能好，广泛采用，熔融指数在0.04~1.12的吹塑性能好。PVC透明度好、气密性好也广泛用于油类包装，但要无毒配方。PET、PP广泛用于拉伸吹塑。

【关键词】：.成型方法、吹塑成型分类、型坯厚度控制、吹塑过程及工艺控制挤出吹塑过程、

型坯温度和挤出速度、型坯挤出速度、充气压力、时间和充气速率、吹胀比

【研究目的】：其研究探讨的问题对工艺的优化和生产效率的提高有重要意义。

【研究内容】 ：

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。

2、吹塑成型分类：

中空吹塑又分为注射吹塑、挤出吹塑和拉伸吹塑，注射吹塑是用注射成形法先将塑料制成有底型坯，再把型坯移入吹塑模内进行吹塑成形。挤出吹塑成形过程，管 坯直接由挤出机挤出，并垂挂在安装于机头正下方的预先分开的型腔中；当下垂的型坯达到规定的长度后立即合模，并靠模具的切口将管坯切断；从模具分型面的小 孔通入压缩空气，使型坯吹胀紧贴模壁而成型；保压，待制品在型腔中冷却定型后开模取出制品。 

　　用于中空吹塑成形的热塑性塑料品种很多，最常用的原料是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和热塑性聚酯等，常用来成形各种液体的包装容器，如各种瓶、桶、罐等。

3. 型坯厚度控制：

型坯从挤出机机头挤出时会产生膨胀现象，壁厚和直径增大；悬挂在口模的型坯会因自重下垂，纵向厚度不均。调节方式：

3.1间隙用调节螺栓或用圆锥形口模，通过液压缸驱动芯轴上下运动，调节口模间隙，控制壁厚。

3.2出速度挤出速度越大，离模膨胀越大，使型坯外径不变，厚度分级变化，可改善下垂的影响，这种方法称为差动挤出法。

3.3坯牵引速度周期性改变牵引速度控制型坯纵向壁厚

3.4法在型坯挤出时，用特殊刀具封口，进入模具之前，吹入空气，在挤出同时自动改变预吹塑空气量，可控制有底型坯的壁厚。

3.5度的程序控制确定型坯长度方向各部位的吹胀比（吹胀比越大，壁越薄）。根据吹胀比不同，通过计算机系统绘制型坯程序曲线，通过控制系统操纵机头芯棒轴向位移，变化型坯横截面壁厚。型坯壁厚沿长度方向变化的部位越多，制品壁厚越均匀。

4.吹塑过程及工艺控制挤出吹塑过程：

挤出型坯——>合模——>型坯头部成型或定径——>压缩空气导入吹胀使之紧贴模具型腔形成制品——>模内冷却——>开模脱出制品——>修边整饰。

4.1挤出吹塑的优点：

4.1.1成型设备简单，适用材料范围广；

41.2型坯从挤出机头流出后可直接引入吹塑模内成型，无须再二次加热。生产效率高；

4.1.3型坯温度均匀，在吹塑过程中变形能力一致，制品内应力小，强度高。

5. 型坯温度和挤出速度：

5.1严格控制温度的目的：在吹胀之前有良好的形状稳定性；保证吹塑制品有光洁的表面、较高的接缝强度和适宜的冷却时间。

5.1.1型坯温度过高,变形量越大，挤出速度慢，型坯易下垂，纵向厚度不均；延长冷却时间；甚至丧失熔体强度，难以成型。

5.1.2型坯温度过低，型坯长度收缩和壁厚增大现象就更明显，严重时出现鲨鱼皮症和合流痕等缺陷，且制品的内应力大，壁厚的不均匀性也明显增大。

5.1.3型坯温度不均会造成厚度不均，径向厚度不均，会发生型坯上卷现象，方向偏向壁薄一边。

6.型坯挤出速度：

6.1经验证明：熔融塑料的剪切应力为零时的表观粘度ηa=158L2ρ/ν

L型坯长度（cm）；ρ熔体密度（g/cm）；ν挤出速度（cm/s）。

在挤出吹塑时，可计算出型坯的黏度ηa，然后调节熔体温度使实际黏度大于计算值，即可保持型坯的形状。

6.2塑料的熔体黏度对温度的敏感性大的，吹塑型坯不易控制。如PP比PE的温度敏感，加工性差，而PE适合吹塑。

6.3控制原则：在挤出机不超负荷前提下，控制稍低而稳定的温度，提高螺杆转速，可挤出表面光滑、均匀不下垂的型坯。

7.充气压力、时间和充气速率：

7.1充气压力作用：使型坯吹胀紧贴模腔壁，同时压缩空气也起冷却作用。空气压力一般0.2～1MPa，个别可达2MPa。

7.1.1充气压力与塑料品种、型坯温度、型坯壁厚、模具温度、制品大小、型坯吹胀比有关。

粘度高模量大的取高值，粘度小取小值。

7.1.2厚壁小容积制品取小值，薄壁大容积制品取大值。

7.1.3提高充气压力，可降低制品脱模时的温度，即提高冷却速率，缩短冷却时间，降低容器成型后的收缩率，不过要在模具排气良好情况下。

7.2充气时间在一定充气压力下保持一定时间，才能充分冷却、定型。一般充气时间占整个成型周期时间的1/2～2/3。

7.3充气时间长短影响因素：

冷却速率慢的塑料、熔体温度高、模具温度高、充气压力低、容器体积大、壁厚大时，采用较长充气时间。

充气时间长，有利于制品外观光滑、图文清晰、收缩率小，但会使脱模困难、延长成型周期、降低生产效率。

7.4充气速率：指充入空气的容积速率。

较大的充气流率可以缩短吹胀时间。有利于制品壁厚均匀性的提高，获得较好的表面质量。

充气速率过大会使进口区出现减压，从而使这个区域的型坯内陷，定位后的型坯颈部可能被高速气流拖断，产生废品。因此，要加大吹管直径。对于细颈瓶，只能降低容积速率。

8.吹胀比：

此处吹胀比是指制品最大直径与型坯直径之比。

吹胀比越大，制品尺寸越大，加大吹胀比，制品壁厚减薄，节约原料，但吹胀困难，制品强度降低。

吹胀比过小，原材料成本提高，制品壁厚，有效容积减小，制品冷却时间延长。

一般吹胀比2～4范围。其中大型薄壁制品成型时，吹胀比取小值，而小型厚壁制品吹胀比取大值。吹胀细口颈瓶时，吹胀比可超过4，取5～7。

9.影响吹塑制品质量的因素及常见缺陷的排除：

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：

9.1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：

9.1.1材料的分子量分布、平均分子量；

9.1.2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

9.2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。 

9.3 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。

9.4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。

10.吹塑成型的发展趋势：

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。

10.1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。 

10.2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。

10.3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。

10.4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。

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。