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第七章 中空吹塑成型机,吉晓莉,第一节 概述,认 识,,空压机,自动测漏仪,上料机,冷水机,辅线设备,中空吹塑----是在闭合的模具内利用压缩空气将挤出或注射成型得到的半熔融状态的塑料型坯吹胀,然后冷却而获得中空制件的一种加工方法。 其成型过程包括塑料型坯的制造和型坯的吹塑 。 吹塑中空容器主要用于制造薄壁塑料瓶、桶以及玩具类等塑件。,一、中空吹塑的定义,挤出型坯:管状型坯-两瓣模具-闭合-切断-封闭坯料上下端-针头注射气-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,适用于中空成型的塑料为PE、PVC、PS、PP、PC等. 用作中空吹塑成型的材料应具有的特性:1、耐环境应力开裂性.2、气密性.3、耐冲击性. 中空吹塑可分为:1、挤出吹塑 2、注射吹塑3、拉伸吹塑 4、多层吹塑,二、特点与应用 吹塑制品:瓶子、容器、汽油箱、保险杠、燃料油管等各类中空制品,日用和工程(工程吹塑) 制品特点:耐应力开裂、气密性好、耐冲击、耐药品、韧性、耐挤压等. 原料:要求熔体流动速率0.04-1.12cm3/10min,聚乙烯(用量最大),聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、PET、PA等。,SJ90-20/50-2 型全自动塑料中空成形机,,,三、中空吹塑的分类,第二节 中空吹塑设备,一、型坯的成型装置,(一)型坯的来源 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。 (二)型坯的成型装置 1、挤出机 要求: 可以调速、稳定挤出、与吹胀协调 低温挤出,熔体强度高,减少下垂,厚薄均匀 2、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,(1)、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。 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。 特点:较大压缩比,较长的定型段 适合:聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、ABS,,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。,,调压机头:增大熔体压力,消除熔接线,,(2)直通机头 与挤出机轴线呈一条直线,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,(3)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,二 吹胀装置,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,(一)吹气机构 中空吹塑的形式很多,通常使用的基本上为针管吹气、型芯顶吹、型芯底吹三种。至于采用哪一种可根据设备条件、成品尺寸和壁厚分布的要求加以选择。但是,不论采用哪一种形式,应以压缩空气中不包含油和水滴,其压力足以吹胀型坯得到轮廓明显和字母花纹清晰的制品为原则。,1、针吹法(横吹法) 吹气针管安装在模具的一半片中,当模具闭合时,针管向前穿破型坯壁,压缩空气通过针管吹胀型坯,然后吹针缩回,熔融物料封闭吹针遗留的针孔。 另一种方式是在制品颈部有一伸长部分,以便吹针插入,又不损伤瓶颈;。,针吹法在同一型坯中可采用几根吹针同时吹胀,以提高吹胀效果,2、顶吹法通过型芯吹气模具的颈部向上,当模具闭合时,型坯底部夹住,顶部开口,压缩空气从型芯通入吹胀,型芯直接进入开口的型坯内并确定颈部内径,在型芯和模具顶部之间切断型坯。,较先进的顶吹法是型芯由两部分组成,一部分定瓶颈内径,另一部分是在吹气型芯上滑动的旋转刀具,吹气后,滑动的旋转刀具下降,切除余料。型芯作吹气芯轴,机构简化,3、底吹法: 挤出的型坯落到模具底部的型芯上,通过型芯对型坯吹胀。,三、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,分型面开槽排气。,三、吹塑模具,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。,型坯填入模具,,与注塑模具相比,挤出吹塑模具有以下特点:,,,模具,,,,对吹塑模具的要求主要有:① 可成型形状复杂的制品;② 能有效地夹断型坯,保证 制品接合统的强度;③ 能有效地排气;④ 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。,A,B,8-2匹配挤出机及模具,,模具材料:,,,,,,,,(1)铝 是挤出吹塑模具中较早采用的材料,导热性能高、机械加工性与可延性好、密度低,铝合金的耐磨性较高。使用寿命(1~2)*106次。,(2)铜铍合金 较常用的一种材料,很好的导热性能、硬度、耐磨性、耐腐蚀性与机械韧性。缺点是成本高,机械加工性能比铝差。,(3)钢 主要用于制造PVC与工程塑料的吹塑模具,钢的 耐磨性、硬度与韧性极高,通过蚀刻模腔可使制品取得很好的 表面花纹。,(4)其他材料 锌合金、锌镍铜合金、合成塑脂等,,,挤吹成型模具设计点:,,,模具中的嵌块,排气,模具冷却,模具切口,型腔,分型面,,分型面上的排气,模腔内的排气,模颈圈螺纹槽内的排气,抽真空排气,第三节 辅助装置,一、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),,,,型坯壁厚控制技术,(1)预吹塑法 当型坯挤出时,通过特殊刀具切断型坯使之封底,在型坯进入模具之前吹入空气,称为预吹塑法。在型坯挤出的同时自动的改变预吹塑的空气量,可控制有底型坯的壁厚,(2)型坯厚度的程序控制 这是通过改变挤出型坯横截面的厚度来达到控制吹塑制品壁厚的一种先进控制方法 吹塑制品的壁厚取决于型坯各部位的吹胀比。吹胀比越大,该部位壁越薄;吹胀比越小,壁越厚。,程序控制 控制原理:以吹胀比为依据,调节厚度,,二、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。 三、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。刀刃要加热。,第四节 挤出工艺过程及控制因素,一、 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,挤出吹塑方式,,,二、挤出吹塑控制因素,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 1、型坯温度和挤出速度 型坯温度:温度均匀 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: ηα =158L2 ρ /υ表观粘度ηα(Pa.s)、L(cm) 、ρ(g/cm3) 、υ(cm/s),,,实际温度控制,温度稍低。 转速提高可得到表面光滑,质地均匀,不易下垂的型坯. 通用塑料推荐值,见表.,,2、吹气压力和鼓气速率 吹气压力:种类材料各异,0.2~1MPa 。高粘度取高值,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.但要防止从口部拉断,指型坯吹胀倍数: 大型薄壁1.2~1.5;小型厚壁2~4;细口瓶5~7,3、吹胀比,4、模具温度,要求均匀,保证制品均匀固化 模具温度低,冷却速度快,不易吹胀,影响厚度均匀,表面花纹不清。 模具温度高,冷却时间长,脱模变形,收缩率大、 实际控制:低于软化温度40度,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,5、冷却时间,模具冷却,在吹塑时,塑料熔体的热量将不断传给模具,而模具的温度过高又会严重影响生产率。为了使模温保持在适当的范围,一般情况下,模具应设冷却装置,合理设计和布置冷却系统很重要。,一般原则是:冷却水道与型腔的距离各处应保持一致,保证制品各处冷却收缩均匀。对于大型模具,为了改进冷却介质的循环,提高冷却效应,应直接在吹塑模的后面设置密封的水箱,箱上开设一个入水口和一个出水口。对于较小的模具,可直接在模板上设置冷却水通道,冷却水从模具底部进去,出口处设在模具的顶部,这样做一方面可避免产生空气泡,另一是使冷却水按自然升温的方向流动。模面较大的冷却水通道内,可安装折流板来引导水的流向,还可促进湍流的作用,避免冷却水流动过程中出现死角。,冷却时间与厚度关系,,,常见问题及解决方法,第五节 注射吹塑,一、 注射吹塑生产工序 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,无后续修理,无缝合线,废边料少.但模具要求高,尺寸受限,容器不能带手柄.,注射吹塑工艺图,,二、 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,1 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:1.5~5mm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. 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.,2 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),,三、 注射吹塑工艺要点 1、管坯温度与吹塑模具温度 管坯温度:关键温度,温度高:粘度低变形,厚度不均,影响质量;温度低: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 2、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.,第六节 拉伸吹塑,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。,注射型坯定向拉伸吹瓶物性,,挤出型坯定向拉伸吹瓶物性,,,一、拉伸吹塑工艺,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,1 注射型坯定向拉伸吹塑 型坯(有底),传送,加热炉,拉伸,吹胀,,2 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。,,二、 拉伸吹塑工艺控制要点,1、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 2 注射型坯工艺控制 工艺条件:温度,时间,压力相互影响和制约 PET为例:熔点260℃,分解开始290 ℃ ,注射温度取在两个温度之间.由于结晶聚合物,且在140~180 ℃结晶最快,所以要快速冷却到玻璃化温度70~78 ℃以下.注射工艺参数见表:,PET 型坯注射工艺参数,,3 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 (1)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10-40 ℃ . PET瓶型坯温度达到195-230 ℃ ,10-20秒保温,(2)拉伸吹塑和双轴定向 拉伸比: PET瓶,横向5倍,纵向2.5倍 吹塑空气压力: PET瓶吹塑空气压力20Pa,第七节 多层吹塑,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: ①混入有黏结性能的树脂, ②添设黏结材料层,设备更复杂 形式:共挤吹塑,多层注坯吹塑,一、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。,二、多层共挤出设备 1 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:PE 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 机头,,2、多层共挤设备 可以使用通用挤出机,三、 多层共挤出拉伸吹塑,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,第八节 大型中空吹塑,大型:大于20升的叫做大型中空吹塑容器 超大型:现在已有:100~3000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,一、大型中空吹塑设备特征,1、挤出机 适合高粘度熔体的驱动: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 2、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,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.,,3 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.4 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.,二、工艺过程分析,控制垂伸,帘流,制品变形 1 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 2 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. 3 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,中空吹塑的新技术,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:,,,挤吹中空成型加工对挤出设备的要求是什么? 挤吹中空成型多用哪几种类型挤出机?各自有什么特点? 挤吹中空成型中模头的作用是什么? 挤吹中空成型模具冷却方式有哪些? 挤吹中空成型模具吹气方式有哪些?各有什么特点? 挤吹中空成型过程中,模具一般采用哪些排气方式? 挤吹中空成型生产线上要控制哪些参数?其控制要求有哪些? 挤出吹塑中空制品加工工艺参数设定的依据是什么?如何进行设定?,挤出吹塑生产工艺控制,原料及配方:准确把握原料的质量配比及其内在性质,注意配方需确定各原料型号和厂家之后才有实际意义。 设备:混合设备,保证混合均匀;挤出设备,塑化良好。 模具:保证截面形状和壁厚尺寸;保证流道设计的差异。 工艺控制: 挤出成型:螺杆温度、压力、螺杆转速、型坯温度、挤出速度、型坯厚度和长度等。 吹塑成型:吹气压力、吹气速率、吹胀比、模温、冷却时间和冷却速度等诸多因素综合影响。,举例:挤出吹塑流程,生产线开机准备,物料预干燥到指定要求。 根据产品品种、尺寸,选定机头规格,按顺序安装:装机头法兰、多孔板及过滤网、模体、口模;根据需要确定是否更换过滤网。 检查水路、气路和各部件是否正常工作。 调整口模各处间隙均匀,检查主机与辅机中心线是否对准。 检查加料斗,不得有异物存在,尤其是金属和其它坚硬杂物。 整机各部位都达到预设温度后,稳定30分钟左右再投料试机。 启动运转设备,速度由快到慢,检查运转是否正常,观察仪表工作状态。 接好压缩空气管,气管通道必须保持畅通。 锁模装置在成型前进行无负荷运转检查。,开机,按工艺条件的规定,设定挤出机机头及各加热段温度并进行加热,达到设定温度后恒温0.5-1小时。 低速启动开车,空转,检查螺杆、电流表、压力有无异常(空转时间不能太长),切忌冷开机。 各部分达到设定温度时,对机头各衔接处的螺栓进行检查、拧紧,防止漏料。 逐渐少量加料,待型坯挤出正常,各控制装置显示的数值符合工艺要求后,方可提高螺杆转速至工艺要求,塑料未被挤出前,任何人不得处于口模正前方。 大量加入物料,调节型坯厚度。 型坯挤出稳定以后,进入正常操作。,生产线的调节方法,各运转设备正常运转后,就准备开机生产: 挤出机螺杆转速由低逐渐调高,同时观察物料塑化状况和口模出料情况,视挤出情况调整各部温度,直至正常生产状态。 在挤出物正常情况下,启动螺杆挤出排气段的真空系统,排除挥发物。 将挤出物引入吹塑模具装置。调整吹气压力、吹气速率、吹胀比、模温、冷却时间和冷却速度等诸多因素,直至产品符合要求。 观察制品的壁厚、尺寸是否合格,制品有无弯曲、翘曲,分析异常成因,进行相应调整。,生产线关闭方法及应急处理,停止加料,挤完生产料(单螺杆挤出)或加入停车料顶替生产料(双螺杆挤出)再关闭料筒和机头电源。 关闭主机电源同时,关闭各辅机电源,然后关闭总电源和冷却水阀门。 意外情况需短时间停车时,应切断电源,故障排除后可重新加热,逐渐替换排除滞留物料,再进入生产状态。 机头拆装清理时应使用专用工具,通常应用铜制工具清理机头内部积料,机头内的结垢只能用上光砂纸磨光。 长时间停车,拆除机头、口模和过滤器,清理干净后涂防锈漆保管。,
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