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常用塑料种类大体分为PE、PP、PVC、PET、EPS、ABS、PA等;其中PE有塑料大棚料、工业包装薄膜、乳酸饮料瓶、洗洁精瓶类等;PP有编织袋、打包带、捆扎绳、部分汽车保险杠等、PVC有塑料门窗型材、管材等;PET有可乐、雪碧等茶饮料瓶;EPS俗称泡沫塑料.
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1.什么是塑料薄膜?
国外专家如是说:任何碳水化合物,只要是在一定的温度和压力条件下,能够流动,并且在常温下又保持形态不变的材料通称为塑料。现在的塑料,一般是指以合成树脂为基本成分的高分子有机化合物。在一定的温度和压力条件,就可塑城一定的形状,而在常温下又可以保持形态不变的物质。那么将其用吹胀或流延的加工方法制成的,厚度小于0.254~0.3mm膜就是塑料薄膜。
2.塑料软包装常用的塑料薄膜有哪些?
(1)PE(聚乙烯)吹胀的塑料薄膜;(2)CPE(聚乙烯)未拉伸的流延塑料薄膜;(3)PP(聚丙烯)吹胀的塑料薄膜;(4)CPP(聚丙烯)未拉伸的流延塑料薄膜;(5)OPP(聚丙烯)单项拉伸的塑料薄膜;(6)BOPP(聚丙烯)双向拉伸的塑料薄膜;(7)ZBOPP(聚丙烯)双向拉伸的珠光塑料薄膜;(8)XBOPP(聚丙烯)双向拉伸的消光塑料薄膜;(9)BOPET(聚酯)双向拉伸的塑料薄膜;(10)PA(尼龙)吹胀或者共挤的塑料薄膜;(11)BOPA(尼龙)双向拉伸的塑料薄膜;(12)KBOPA(涂敷聚偏二氯乙烯)高阻隔的尼龙双向拉伸塑料薄膜;(13)PVC(聚氯乙烯)薄膜或聚氯乙烯热收缩塑料薄膜;(14)OPVC(聚氯乙烯)的单向拉伸扭结薄膜或撕裂薄膜;(15)PVA(聚乙烯醇)塑料薄膜;(16)PVDC(聚偏二氯乙烯)高阻隔的塑料薄膜;(17)PT(玻璃纸)塑料薄膜;(18)EVA(醋酸乙烯)塑料薄膜;(19)Al金属铝箔(压延铝箔或纯铝箔);(20)DAl真空蒸渡铝塑料薄膜等。
3.塑料包装应具备的功能性?
塑料软包装应具备的三大功能,首先是具备保值的功能。它能很好的保护商品和延长内装物的保质期限,是包装的最基本功能。其次是它要具备广告的功能性,这是塑料软包装的宣传性功能、推销性或叫塑料软包装的装潢特性功能,用其包装上新颖的图案、绚丽的色彩诱导市场的购买消费。再次是应该具备使用方便的功能性,如各种不同品种类的塑料软包装有着防水、防潮、防油、易于运输、方便携带、易撕开封等使用上的种种方便。
4.食品塑料软包装的要求?
用于包装食品的塑料软包装要求,首先是无毒、无味、无容剂残留污染、无和内装食品起化学反应的物质,符合食品卫生的标准。其次要求又能起到保障被包装食品的安全、卫生和延长被包装食品的保质期限的性能。
如水果和鲜肉的保鲜、保湿的塑料软包装,面粉和大米的防潮、防蛀的塑料软包装,干果和炒货的防潮、房霉变的塑料软包装,油炸食品的阻油、防质变的塑料软包装,膨化食品和茶叶的防潮、防碎充气的塑料软包装,熟肉和肉制品的真空、蒸煮塑料软包装,豆制品的防黏、防霉的塑料真空包装,纯奶和奶制食品的无菌或灭菌的塑料液体软包装,食用盐的承重、防潮、防腐蚀包装,酒、酱油、醋的抗渗漏液体包装,八角、胡椒等调味品的保香包装等。
5.日用化学用品和工业用品的塑料软包装要注意什么?
包装日用化学用品和工业用品的塑料软包装,主要是对包装所用的塑料薄膜物理性能和耐化学性能上的选择。
(1)如果包装重物品,则要选择塑料薄膜的抗拉强度和抗冲击力的大小,像塑料颗粒的包装、大包装的洗衣粉、水泥的包装、金属锭的收缩包装等。
(2)包装形状物品,则要选择塑料薄膜的抗穿刺的性能,如铁钉、螺钉的包装、电器组件的包装、五金部件的贴体包装或泡罩包装等。
(3)包装液体就要选择塑料薄膜的抗渗漏性、非溶胀和不相溶性,比如洗洁净、衣物柔顺剂的软包装,润肤液、美容霜的软包装,工业添加剂的包装等。
(4)包装芳香性物品要选择塑料薄膜的保香性和阻隔性,像樟脑片、樟脑丸的包装,檀香丸和熏衣香料的包装等。
6.是不是什么食品都可以用PE(聚乙烯)塑料薄膜来包装
在我国出现最早、最常用和使用最广泛的塑料软包装袋就是PE(聚乙烯)薄膜制成的,它的用途极为广泛,特点是造价低廉、防水型好,但阻气性差。PE塑料薄膜是无毒的,依有关规定可以做食品包装。
PE保鲜薄膜的透气性能好,对水果、蔬菜有保持水分和呼出二氧化碳气体的效果,但是植物油会对它迅速溶胀、渗透,使其变色。长时间接触植物油还会使PE薄膜的内在物萘析出,溶于植物油,有害物萘溶入植物油后,对身体的健康极其有害。这样一来,也就大大地缩短含有植物油的食品保质期,产生人所共知的哈喇味,所以PE膜不宜用来包装油炸食品和含有植物油的食品。另外PE塑料薄膜在常温下可以耐酸、碱、盐等溶液,那么内装物的温度一旦超过60℃,PE膜自身内的增塑剂等就会析出、溶入,也不宜作蒸煮包装。同时PE塑料薄膜抗渗漏性差、阻气性差,所以PE塑料薄膜不能作真空包装或包装有辛辣和挥发性的芳香食品。
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软包装造型设计的创意是无限的,尤其是当包装造型与色彩丰富的印刷图案,以及阻隔性能相配合时,以前通过冲切制作软包装袋的技术现在还可以添加新的元素,例如字体设计、特色图案以及功能性的改进等,可以采用预制包装袋直接进行冲切,或者与成型、充填、密封等加工流程一次连线完成。可重复密封性能为包装增加压合式拉链、“滑动”拉链,乃至吸嘴都有利于保持内装物的新鲜,同时也方便消费者打开封口之后重复密封。软包装袋可以较方便地增加便利性或功能性的设计元素,这种灵活性正在改变和影响着软包装设计的趋势。消费者对于包装袋所能提供的便利性比较认可,重复购买的次数会不断增加,品牌忠诚度也将在这一过程中不断提升,许多新型以及改进的可重复密封设计为软包装提升附加值提供了更多选择。吸嘴形式吸嘴是消费者比较熟悉的一个包装特征。现在,消费者也表现出很大的兴趣愿意去尝试这种新型包装,众所周知,这对任何新产品、新包装的推广都是非常重要的。现在,市场上越来越多的饮料、调味品、、护理品,以及很多其他产品都开始采用软包装袋。包装设计师和市场人员也正考虑将吸嘴作为包装设计和功能性元素的一部分,以吸引更多层面的消费者。吸嘴现在可选择的形式和结构已经有很多,再加上其可以进行独特的封口设计,适用于防盗包装和儿童安全包装领域。圆棒包装形式目前,一种新颖的细长形包装开始涌入北美市场,这种包装也被称为“圆棒包装”。由于这种创新的包装形式向消费者提供更多便利,也有利于更好的对附加值较高的新产品进行定位,因而获得了各种类型消费品企业的青睐。圆棒包装最具创新的一个应用领域就是单份的粉末状浓缩饮料包装,这确实在饮料行业引起了不小的震动。这类产品包装被定位为便利型的“grab-on-go(轻便)”包装,采用这种包装的产品可以把任何瓶装水转换成美味的饮料。展望未来,包装袋的创新将越来越广泛,整个包装行业可选择的包装形式也将更加丰富,包装这个无声的推销员也需要不断创新。 |
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常见的塑料包装有塑料周变箱、钙塑瓦楞箱、塑料桶、塑料瓶、塑料软管、盘、盒、塑料薄膜袋、复合塑料薄膜袋、塑料编织袋以及泡沫塑料缝冲包装等,广泛适用于食品、医药品、纺织品、五金交电产品、各种器材、服装、日杂用品等包装。 第一 塑料的基本组成及性能特点
塑料是以合成的或天然的高分子化合物如合成树脂、天然树脂等为主要成分,并配以一定的助剂如填料、增塑剂、稳定剂、着色剂等经加工可塑成型,并在常温下保持其形状不变的材料。
(一)高聚物 由人工合成的高分子化合物称为合成树脂,又称高聚物或聚合物。合成树脂是塑料的主要成分,它在塑料中起胶结作用,塑料的性质主要取决于所采用的合成树脂。 (二)增塑剂 为改进塑料成型加工时的流动性和增进制品柔顺性而加入的一类物质叫增塑剂,它可以通过降低聚合物分子间的作用力来达到上述目的。增塑性大多是低挥发性的液体有机物,少数为熔点较低的固体。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁脂等。增塑剂的用量一般不超过40%。 (三)稳定剂 凡能阻缓材料老化变质的物质即称为稳定剂,又叫防老化剂。稳定剂能阻止或抑制聚和物在成型加工或使用中因受热、光、氧、微生物等因素的影响所引起的破坏作用,它分为热稳定剂、光稳定剂(紫外线吸收剂、光屏蔽剂等)及抗氧剂等。稳定剂的用量一般低于2%,但有时可达5%以上。 (四)填充剂 能改善塑料的某些性能的惰性特质称为填充剂,又称填料。填充剂一般都是粉末状的物质,如碳酸钙、硅酸盐、粘土、滑石粉、木粉、金属粉。加入填充的目的是为了改善塑料的成型加工性能,改进和赋予塑料某些物理性能和降低成本。填充剂的用量一般在40%以下。 (五)增强剂 为了提高塑料制品的机械强度而加入的纤维类材料称为增强剂。增强剂实际上也是一种填充剂。最常用的增强剂有玻璃纤维、石棉纤维、合成纤维和麻纤维等。
(六)着色剂 能使塑料具有色彩或特殊光学性能的物质称为着色剂。着色剂不仅能使制品鲜艳、美观,有时也能改善塑料的耐候性。常用的着色剂是无机颜料、有机颜料和染料。
(七)润滑剂 为改进塑料熔体的流动性及制品表面的光洁度而加入的物质叫润滑剂。常用的润滑剂有脂肪酸皂类、脂肪酯类、脂肪醇类、石蜡、低分子量聚乙烯等。润滑剂的用量一般低于1%。常用的助剂还有抗静电剂、阻烯剂、驱避剂、发泡剂等。塑料的性能是由合成树脂和所用助剂的性能所决定的。根据实际使用要求,不同的塑料可选用不同的助剂,而同一种树脂,加入不同的助剂,可制成性能上相差很大的塑料制品。
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1.新方法:用乙酸乙酯擦,ABS不起丝,HIPS会起丝,但只是指纯的。
2.常用方法:ABS,PS的识别方法有很多种,就ABS而言,表面亮度好,韧性优于PS,火烧后表面会有密密麻麻的小孔,味道有淡淡的甜味;PS又分GPPS,HIPS,EPS三种,较脆,透明的产品较多,HIPS的亮度一般,韧性比ABS要逊色一点,火烧后表面光亮,有苯乙烯的味道。HIPS的截断面发白,但GPPS没有,EPS主要用于泡沫。
电视机壳料而言,有ABS,HIPS之分,一般要根据表面特征,物理特征来区分,表面的亮度好的一般是ABS,用钳子掰时ABS要优于HIPS ,其硬度较高,需要力度大一些,然后根据火焰与味道来区分。
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酸式滴定管(玻璃滴管) 一. 玻璃滴管的玻璃活塞是固定配合该滴定管的,所以不能任意更换。要注意玻塞是否旋转自如,通常是取出活塞,拭干,在活塞两端沿圆周抹一薄层凡士林作润滑剂(或真空活塞油脂),然后将活塞插入,顶紧,旋转几下使凡士林分布均匀(几乎透明)即可,再在活塞尾端套一橡皮圈,使之固定。注意凡士林不要涂得太多,否则易使活塞中的小孔或滴定管下端管尖堵塞。在使用前应试漏。 一般的滴定液均可用酸式滴定管,但因碱性滴定液常使玻塞与玻孔粘合,以至难以转动,故碱性滴定液宜用碱式滴定管。但碱性滴定液只要使用时间不长,用毕后立即用水冲洗,亦可使用酸式滴定管。
二. a 在装滴定液前,须将滴定管洗净,使水自然沥干(内壁应不挂水珠),先用少量滴定液荡洗三次,(每次约5~10ml),除去残留在管壁和下端管尖内的水,以防装入滴定液被水稀释。 b 滴定液装入滴定管应超过标线刻度零以上,这时滴定管尖端会有气泡,必须排除,否则将造成体积误差。如为酸式滴定管可转动活塞,使溶液的急流逐去气泡;如为碱式滴定管,则可将橡皮管弯曲向上,然后捏开玻珠,气泡即可被溶液排除。 c 最后,再调整溶液的液面至刻度零处,即可进行滴定。
三. a 滴定管在装满滴定液后,管外壁的溶液要擦干,以免流下或溶液挥发而使管内溶液降温(在夏季影响尤大)。手持滴定管时,也要避免手心紧握装有溶液部分的管壁,以免手温高于室温(尤其在冬季)而使溶液的体积膨胀(特别是在非水溶液滴定时),造成读数误差。 b 使用酸式滴定管时,应将滴定管固定在滴定管夹上,活塞柄向右,左手从中间向右伸出,拇指在管前,食指及中指在管后,三指平行地轻轻拿住活塞柄,无名指及小指向手心弯曲,食指及中指由下向上顶住活塞柄一端,拇指在上面配合动作。在转动时,中指及食指不要伸直,应该微微弯曲,轻轻向左扣住,这样既容易操作,又可防止把活塞顶出。 c 每次滴定须从刻度零开始,以使每次测定结果能抵消滴定管的刻度误差。 d 在装满滴定液后,滴定前“初读”零点,应静置1~2分钟再读一次,如液面读数无改变,仍为零,才能滴定。滴定时不应太快,每秒钟放出3~4滴为宜,更不应成液柱流下,尤其在接近计量点时,更应一滴一滴逐滴加入(在计量点前可适当加快些滴定)。滴定至终点后,须等1~2分钟,使附着在内壁的滴定液流下来以后再读数,如果放出滴定液速度相当慢时,等半分钟后读数亦可,“终读”也至少读两次。 e 滴定管读数可垂直夹在滴定管架上或手持滴定管上端使自由地垂直读取刻度,读数时还应该注意眼睛的位置与液面处在同一水平面上,否则将会引起误差。 读数应该在弯月面下缘最低点,但遇滴定液颜色太深,不能观察下缘时,可以读液面两侧最高点,“初读”与“终读”应用同一标准。 f 为了协助读数,可在滴定管后面衬一“读数卡”(涂有一黑长方形的约4×1.5cm白纸)或用一张黑纸绕滴定管一圈,拉紧,置液面下刻度1分格(0.1ml)处使纸的上缘前后在一水平上;此时,由于反射完全消失,弯月面的液面呈黑色,明显的露出来,罗茨鼓风机读此黑色弯月面下缘最低点。滴定液颜色深而需读两侧最高点时,就可用白纸为“读数卡”。若所用白背蓝线滴定管,其弯月面能使色条变形而成两个相遇一点的尖点,可直接读取尖头所在处的刻度。 g 滴定管有无色、棕色两种,一般需避光的滴定液(如硝酸银滴定液、碘滴定液、高锰酸钾滴定液、亚硝酸钠滴定液、溴滴定液等),需用棕色滴定管。 |
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在很多论坛看到大家清洗用完的精油瓶或基底油瓶都是用开水蒸+酒精的方法.
这种方法应该是可以洗的比较干净了, 不过我感觉过程过于复杂和繁琐. 于是弄来些丙酮来清洗瓶瓶罐罐.
这个东西就是用在洗甲水里的主要成份, 在卖化工用品的地方就能买到, 溶解油的能力比酒精强好多倍, 而且沸点很低只有30几度, 挥发速度极快, 清洗的时候按少量多次的方法, 基本上3次左右就可以洗的很干净了, 清洗后敞口让丙酮的气味散掉就可以.
需要注意的是, 这个不适宜直接用来清洗橡胶皮头和大部分
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第一看你那装盐酸的是什么瓶子,如果原本带有滴管,当然可以放回去,如果没有的话,放到一个空烧杯里不管是玻璃滴管还是玻璃棒,上面只要有酸或者缄,一定要放到玻璃器皿中 |
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胶头滴管又称胶帽滴管,它是用于吸取或滴加少量液体试剂的一种仪器。种类和规格:胶头滴管由胶帽和玻璃滴管组成。有直形、直形有缓冲球及弯形有缓冲球等几种形式。胶头滴管的规格以管长表示,常用为90 mm、100 mm 2种。使用注意事项:1)握持方法是用中指和无名指夹住玻璃管部分以保持稳定,用拇指和食指挤压胶头以控制试剂的吸入或滴加量。2)胶头滴管加液时,不能伸入容器,更不能接触容器。3)不能倒置,也不能平放于桌面上。应插入干净的瓶中或试管内。4)用完之后,立即用水洗净。严禁未清洗就吸取另一试剂。5)胶帽与玻璃滴管要结合紧密不漏气,若胶帽老化,要及时更换。6)胶头滴管向试管内滴加有毒或有腐蚀性的液体时,该滴管尖端允许接触试管内壁。
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在谈精油的容器之前,先大致谈谈按照用途分类的精油级别
第一级,食用级精油,这也是级别管制最严格的精油,也是我们平时提到的芳疗级第一级,特别是在欧洲,欧盟法令有重金属包括砷,铅,镉,汞的含量限制管理,另外农药残留也是管制范围,因为试验费用高昂,非食用级一般都不会采用 第二级,药用级别精油,欧洲很多国家都有药典,法典来管理这类精油
第三级,化妆品级别精油
第四级,香水业使用的精油
第五级,工业用精油
食用精油的容器按照材质可以分食用精油的容器按照材质可以分
1,玻璃,使用第三型之药用钠钙玻璃(纯碱-钙玻璃)或有色的阻光性玻璃,平时购买的精油瓶是否达至此标准,就要看该生产厂商是否供应药用玻璃容器
2,不锈钢,须至少含有13%铬成分,且含有镍或者锰
3,铝制品,铝的纯度必须至少99%质量,所有不纯物总计不得超过1%,质量
药用精油的容器按照材质可以分药用精油的容器按照材质可以分
1,玻璃,使用第三型,且符合药典标准中抗水解性能,尽可能使用有色的雾面玻璃瓶
2,铝制品,铝的纯度必须至少99%质量,所有不纯物总计不得超过1%
3,塑胶材料,要求如一般药典规定,接受特别鉴定的特别塑胶容器
化妆品,香水业,工业用精油除上述容器外,还可以用其他塑胶容器
但必须通过对二氧化碳,氧气,水蒸气,香味等透气试验,以及填充产品之老化试验(不用惊奇,我确实知道某个供应商的仓库中大容量精油就是放在塑胶容器中)
顺便讲一个玻璃容器的问题,大家有没有听过有的商家告诉消费者: 他们的精油瓶是蓝色的,是一种特殊的玻璃,放在这种蓝色玻璃瓶中的精油保质期会延长半年我就听到一个商家很优越的这样讲,结论是这句话既对也不对他们的精油瓶是蓝色的, 对,是因为顶级的蓝色玻璃是通过添加钴元素而获得蓝色而钴元素的最大特性是具有磁性,并在摄氏982度的高温下保有硬度,抗氧化性特别好所以添加了钴元素的蓝色精油瓶确实可以延长产品的保质期. 不对,是因为现在普通市面上蓝色精油瓶并非添加钴元素,而是二价铁做成蓝色是因为蓝色,绿色比茶色玻璃更容易保证颜色的均匀和成品色彩一致(有时是配合客户的喜好和产品系列的美观,我之前就超喜欢蓝色化妆品包装,例如:高丝) 如果真是添加钴粉制成的蓝色玻璃瓶,那么批发价格就不会和茶色相若了
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作者:青岛佳丽彩印包装有限公司 陈希荣 李娜 摘要:本文探讨了纳米聚酯PET瓶的研究现状、成型工艺及其应用,重点研究了PET啤酒瓶包装的技术问题与市场前景。 关键词:纳米聚酯瓶 成型工艺 PET啤酒瓶 最新成果
(一)PET聚酯瓶的市场竞争力
玻璃瓶具有阻气性好、存放寿命长、透明度好、易回收等优点,但存在生产中能耗大、笨重以及易爆炸伤人等问题。近来,以啤酒包装为主目标的高阻隔性PET瓶的开发研究已成为业界的一个热点,经过长期的、大量的研究工作,已取得实质性进展。
啤酒对光和氧极端敏感,而货架寿命通常要达到120日,要求啤酒瓶的氧渗透性在120日中不大于1×10-6g,CO2的损失不超过5%。该要求是纯PET瓶阻透性的2~5倍;另外,一些啤酒厂对啤酒采用巴氏消毒法,要求耐峰值温度达到298℃,而纯PET瓶的强度,耐热性,气体阻隔性均达不到啤酒瓶的要求,因此,人们竞相研究开发各种阻透,增强的新材料及新工艺。
目前,用聚酯瓶取代玻璃瓶和金属罐装啤酒的技术已经成熟,商品化过程已经起步。据《Modern Plastics》杂志预测,未来3~10年,全世界将有1%~5%的啤酒改用PET瓶包装。
据预测,仅啤酒瓶一项每年世界将增加90万吨PET的市场要求,到2005年全球塑料啤酒瓶市场的年需求量将达到300亿支。
我国是一个啤酒生产和销售大国,国内有非常广阔的啤酒聚酯瓶包装市场。
经过改性后的各种PET啤酒瓶具有卓越的阻隔屏蔽二氧化碳、氧、水,以及芳香性能,且具有高抗冲击性能、高强度、耐热性、高抗压强度、高透明度、高超美学艺术性、高纯度、高洁净度、良好机械加工性、良好成型性、良好尺寸稳定性、抗化学性、抗吸潮性及轻质性等优点,而且成本低廉。例如,由澳大利亚开发的表面喷涂环氨胺的冰啤酒PET瓶,在非冷藏条件下的货架寿命为100~120天。PET(90%)/EVOH(10%)啤酒瓶的货架寿命为25~40星期(与瓶容积有关);由德国支持开发的表面涂布二氧化硅PET啤酒瓶,货架寿命大大超过6个月,该瓶透明光泽度好,可100%回收再利用;由法国Sidel公司开发的高氢化非结晶碳涂布的PET啤酒瓶(涂布技术来自美国),阻氧性提高30倍,阻二氧化碳性提高7倍,货架寿命达一年,引起世界啤酒业界的震惊。该瓶已由FDA批准使用,可100%回收再利用。PET容器已被人们普遍认为是环境适应性最佳的塑料品种之一。受到法国、英国、美国、意大利等国家的重视。
一项新的包装技术能否进入市场,主要取决于它的先进性能和价格。上述的各种高新技术已经为PET瓶装啤酒推向市场准备了条件。
(二)纳米阻隔技术现状
美国Eastman Chemical公司采用纳米复合材料阻隔技术,将高分子纳米复合材料应用于PET树脂,使其成为整个高分子的一部分,这些纳米粒子能够阻塞分子间隙,使气体难以扩散渗透,从而提高了PET树脂瓶的阻隔性。由于加入的纳米材料数量非常少,这种材料可以在现有的各种制瓶机上直接应用,不需要更新设备。产品保持PET瓶无色透明的外观。
另外,Dupont公司提供两种能够提高聚酯瓶阻隔性的新技术,第一种是使聚合物改性,能使原来PET的阻隔性提高2~3倍;第二种是使用“透明铝化合物”表面涂覆技术,能使原来PET的阻隔性提高30~40倍。使用这种涂层不存在回收方面的问题。这两种新技术已经接近商品化。
据瑞士Tetra Pak公司报告,已经有两项涂覆阻隔层的技术获得了专利,一项叫做“Glaskin”,另一项叫做“Sealica”。前者能用一步吹瓶机成型,后者则适用于二步吹塑成型机。这两种专利技术都能利用现有的包装机,所以在成本方面具有很大的竞争力。
Glaskin系统采用热隔内涂覆的技术,在PET瓶内壁涂覆一层10~20纳米的透明氧化硅(SiOx)其技术是向吹塑瓶内注入一种气态化合物,然后加热,把SiOx融结在内壁上。测试表明,这种有内涂层的聚酯瓶装啤酒的包装有效期可达4~12个月,外形可以任意设计,容积为200ml~2L,涂覆速率可以达到18000只/小时。该项技术容许在吹瓶车间建立灌装线,使涂覆聚酯瓶直接供给灌装设备。用Glaskin内涂覆技术制造的PET瓶可以完全回收,阻隔性涂层可以承受一定应力,不怕挤压塌陷等损伤而引起的涂层脱落。瑞典领先的酿酒商Supendrups成为第一个用户,2000年1季度已推出0.5Lglaskin瓶包装的啤酒产品。
Sealica技术是先用注塑机制成一个预制品,只使用60%~70%的PET树脂,因而厚度较薄。稍冷后,模具一边绕心轴旋转,一边注入一层热塑阻隔性材料,充填量约为模腔剩余体积的30%~40%,再将另一半模具闭合,用PET树脂注满模腔。Sealica技术不需要特殊的设备,对通常的PET树脂注塑机稍加改进,即可应用,注塑成型周期与以前完全相同。
Tetra Pak公司使用的阻隔性材料是与Dow Chemical公司联合研制的,它含有间苯二酚的衍生物,即间苯二酚二环氧甘油醚(RDGE),它是制造高阻隔性复合材料的原材料,RDGE与单乙醇胺反应得到具有极高阻隔性的化合物。通过控制阻隔层的厚度可以调节阻隔性能,以满足不同应用的要求。
日本Kirin啤酒公司和Samco国际实验室利用化学气相淀积(CVD)技术在PET瓶内壁沉积了一层类似金刚石的薄膜(DLG)作为阻隔层,1999年已经在世界范围内申请并获得了专利权。这项技术是在PET瓶内和瓶子与模具之间产生真空,然后充入甲烷或乙炔气体,并施加射频或微波电磁场使气体放电,产生等离子体,从而生成碳和氢离子,在内表面沉积一层厚度为20~40纳米的DLG薄膜。经过沉积涂覆的PET瓶,其阻隔性能比末涂覆的高10倍。这个涂层耐酸碱,抗破裂,带有浅棕色,具有高的透明性。
SIPA公司采用Hoechst Trevira公司提供的PN-100PEN均聚物制成啤酒瓶,厚度仅有玻璃的一半,具有优异的耐紫外线性能,啤酒的口味和香味与玻璃瓶没有明显的差别。
MXD6尼龙的阻透性比PET高19-20倍,其加工温度与PET相似,Mitsubishi气体化学美国公司提出30%的MXD6与PET共混,但产品的雾度较高,正在开发PET和LCP/MXD6共混物的多层瓶。
(三)PET瓶成型工艺
PET瓶主要是利用双向拉伸成型,生产过程可分为一步法和两步法。对于不同用途的PET瓶,其一步法和两步法的定义不尽相同。
1、冷灌装PET瓶的成型工艺
冷灌装PET瓶的工艺程序为:管坯注塑→管坯温度调整→拉伸吹塑→制品取出。冷灌装PET瓶的一步法和两步法工艺流程基本一致,不同点在于一步法的整个工艺过程在一台注、拉、吹成型机上完成;而两步法的瓶坯制备和拉伸吹塑分别在两台独立的机器上完成。一步法又称热成型法,这种方法成型的管坯在注塑工位成型后,直接送到下一个工位调节温度,然后转移到再下一个工位拉伸吹塑,自动化程度高,耗能少;而两步法则是在管坯生产后放置24h以上,再进行加热、拉伸吹塑,自动化程度低,耗能也高,但设备简单,投资小,使用和维修容易。
2、热灌装PET瓶的成型工艺
热灌装PET瓶的工艺是在冷灌装PET瓶的工艺基础上展起来的。由于热灌装PET的特殊要求,其一步法和两步法的成型工艺流程不再一致。热灌装PET瓶的瓶口有特殊的要求,一步法要求在成型瓶坯时对瓶口作相应处理;而两步法只要求在再加热前进行处理即可。一般而言,如果瓶口材料用PC,则可用一步法和两步法成型,成型时先成型瓶口后再用嵌件注塑的方法或采用共注塑法生产出瓶口不再收缩的瓶坯:如果瓶口与瓶身都用PET树脂,则只能用两步法加工(这里的两步法与冷灌装PET瓶的两步法定义的内容不一致,只是沿用而已,因为这里所谓两步法生产的热灌装PET瓶的瓶口结晶定型是在独立的机器上完成的)。热灌装PET瓶的一步法生产工艺流程为:PET树脂→干燥→共注塑或嵌件成型管坯→管坯温度调节→拉伸吹塑→高温热定型→冷却定型→制品取出→成品。对两步法而言,如果用上述一步法生成的管坯,则流程与一步法的流程基本一致;但如果瓶口瓶身用同种类的PET树脂,则工艺过程为:PET树脂→干燥→瓶口结晶→管坯再加热→拉伸吹塑→高温热定型→冷却定型→制品取出→成品。这也是目前做热灌装PET瓶用得较多的方法。
3、PET啤酒瓶的成型工艺
PET啤酒瓶的成型工艺过程也是在冷灌装PET瓶的工艺基础上发展起来的。但相对于以上两种PET瓶来说,由于啤酒瓶要求氧气透过率非常小,并要求具有一定的避光能力,所以对PET瓶的结构和成分要求都发生了变化(这也是PET瓶经过这么多年才逐渐在啤酒行业运用的直接原因)。目前较流行的PET啤酒瓶加工工艺一类是以法国西得勒(Sidel)公司的镀层法(即在瓶子的内表面镀一层SiOx膜或碳膜),即用冷灌装PET瓶的生产工艺先生产出普通的PET瓶,然后对之进行内表面镀层加工;另一类是以美国和日本等公司开发的多层复合PET瓶,其加工艺与冷灌装PET瓶的不同点在于其管坯加工是通过共注塑成型的三层复合管坯。
(四)几种新型的纳米聚酯塑料及包装应用
1、PET瓶表面阻隔层涂复技术
利用氧化硅等表面涂层改善PET薄膜的阻隔性能已在工业中得到实际应用,人们亦试图通过在PET瓶壁上采用真空涂复的办法来提高PET瓶的阻隔性,满足啤酒包装的需要,但由于涂层强度差,至今尚未实用化。 日本日精ASB机械株式会社和法国西得乐(Sidel)公司积极推广表面涂覆PET啤酒瓶技术,基本原理都是采用等离子沉积表面涂覆技术,在塑料瓶内壁形成一层阻隔层。
这种称为AC-TIS阻隔层(无定性碳处理内表面)的新技术是藉着把乙炔气体在真空条件下送进瓶内,然后利用微波的能量,把乙炔转化为等离子状态。这种等离子会以无秩序的方式,高速地在瓶子内运动,当高能量的离子碰到瓶的内壁时,会陷入到内壁的表面,最终凝聚并生成一层厚度为0.1um的高度氢化无定型碳的固体薄膜,该镀层极易回收再利用,环保适应性好。对O2的阻透性比纯PET瓶提高了30倍,对CO2的阻透性提高了7倍。可比PET瓶延长啤酒保质期达六个星期以上。瓶壁中影响饮料品味的乙醛的迁移性减少6倍。Sidel公司生产的第一种商用设备Actis20每小时可处理1万个最大容积为0.6L的PET瓶。据称在满足啤酒瓶阻隔性能的前提下,其成本低于玻璃瓶和铝罐。因此ACTIS技术被认为是一种PET瓶高阻隔性的比较理想的方法。而日精ASB开发DLC蒸气沉积技术,具体涂覆过程按以下步进行:完成拉伸吹塑的瓶会被安排每次八个一组送进HBB-8的涂装室中,然后抽出空气,形成真空状态。利用一条管子把乙炔气通过瓶颈引入瓶内。以高频电流作用在电极上,这时,涂装室为外电极,乙炔管为内电极;由于电流放电作用把乙炔分解为离子碳和离子氢,离子碳和离子氢在瓶子内表面相结合,形成精细的涂层。
这种通过蒸汽沉积的碳基涂层,其厚度为20nm~40nm,其比普通PET瓶阻气性大20倍,防CO2的渗透性提高七倍,防H2O渗透性提高了八倍,防紫外线能力亦有增强。
2、带阻透性涂层的PET瓶
采用各种高阻透性涂料和涂覆技术,在PET瓶的内或外表面,形成很薄的阻透层,也可有效地延长PET瓶装啤酒的货架期。其中等离子体涂覆技术从1999年以来成为竞相开发、应用的热点。
(1)等离子体涂覆“无定形碳”涂层
日本麒麟啤酒公司与三菱商事公司、吹瓶机制造商日精ASB机械公司和等离子体化学蒸汽沉积(CVD)装置制造商Youtec公司合作,较早开发出PET瓶的等离子CVD涂覆专利技术。该技术是在PET瓶内外抽真空,瓶内充填甲烷、乙炔等烃类气体,瓶外侧用高周波或微波放电,使瓶内的烃类气体分解、等离子体化,产生的碳离子、氢离子一同蒸着于瓶的内壁,形成厚度仅0.02~0.04μm的“钻石状碳”(DLC)涂层。据称,这种涂覆瓶的气体阻透性是普通PET瓶的10倍以上,可与玻璃玻璃瓶匹敌,且涂层柔软,不易龟裂。现在开发实用化的生产设备,使之商业化。据报道,这些日本公司看到传统的啤酒瓶包装容器在中国供不应求,因此,打算首先在中国推广应用他们的这项技术。
(2)PET啤酒瓶阻透工艺
日本三菱商事塑料公司,日精ISB机械公司和尤泰克公司日前宣布,三家公司已联合开发出PET瓶内贴膜技术,可在瓶内均匀地贴上一层厚度为20~30nm的碳酸膜,达到玻璃瓶同等的防渗效果,500mL的啤酒瓶重30g,为玻璃瓶的1/10。
瑞士Geneva的Tetra公司和东京的Toyo Seikan公司开发的PET瓶拉坯吹塑的三合一新阻隔技术可能对啤酒包装市场产生很大的影响。Toyo Seilan公司开发了称为S-Cosmos的新型拉吹塑系统作为配套,可生产耐热和耐压的500mlPET,它可经受75℃以下400min的巴氏灭菌法的条件,并可按30000个/小时的速度生产。 杜邦公司还开发了一项被称为“透明的铝”的外涂覆技术。这种涂覆瓶的阻透性是普通PET瓶的30~40倍,现正进行测试,已接近于商业化。
3、提高阻透性/耐热性的纳米技术
德国Krupp Corpoplast、日本Toyo Seikan和美国Plastic Solutions Molding等公司开发了各自的分别名为“Mono Therm”、“S-Cosmos”和“Cr-yopak”的热定形技术,可显著提高PET瓶的结晶度和耐热性,例如分别从20%和85℃左右提高到39%~42%和120℃,使之适于灌装后进行原位巴氏灭菌啤酒的包装,而无需设计采用加强筋和加强板。这些热定形技术尚需与阻透涂覆技术结合使用,以达到要求的货架期。
我国中科院化学所和物理所另辟蹊径,进行PET/蒙脱土纳米复合材料及其应用的探索研究,已用之制成半透明的啤酒瓶样品,阻透性比PET瓶高3~4倍,耐热性也有所改善。
聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)主要用于纤维、瓶材和薄膜,工程塑料用量只占其总产量的很小一部分。作为工程塑料,PET树脂的性能十分诱人,但其熔体强度差、结晶速度慢、尺寸稳定性差,难以满足工业上快速成型的需要。世界上各大公司纷纷投入大量人力物力,开发出了各种快速结晶成核剂,从而提高了PET的结晶速率,但由于这些成核剂价格昂贵,制约了PET工程塑料的大规模应用。中科院化学所发明的PET聚合插层复合技术,将有机蒙脱石与PET单体一起加入到聚合釜中,成功地制备了PET纳米塑料(NPET)。NPET的熔体黏度和结晶速度显著提高,克服了普通PET树脂加工中常见的“流淌”弊端,改善了材料的加工性能及制品性能。与普通PET相比,NPET的阻燃性能也得到了很大改善,而且具有自熄灭性。结合NPET开发出的增强阻燃型NPET工程塑料,经权威部门测试,各项性能指标均达到或超过了国内外PET工程塑料产品(见表3),可以制作各种电器部件,代替价格昂贵的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂。NPET的阻隔性较纯PET有了很大改善,符合食品包装要求,可直接用来吹制啤酒、饮料、农药和化妆品的包装瓶。 表3 PET纳米塑料的性能
4、尼龙纳米复合材料用移层PET容器
据英国《欧洲化学新闻》报道,伊士曼化学公司与纳诺科尔公司共同研制成功用于制造多层PET容器和尼龙纳米复合材料,该材料阻隔性高,加工性与PET相似,并且可与PET粘接,现已开始试销。这种阻隔性高的PET容器的应用范围包括啤酒包装、碳酸盐软饮料、果料和用番茄加工制成的食品包装。用含纳米复合材料制成的产品可在现有的设备,如预成型注塑机和拉伸吹速机上加工。
正在开发的尼龙纳米复合材料的氧气阻隔性有很大的改进,含10%~30%(重量)陶土的尼龙纳米复合材料与一般阻隔性尼龙的瓶子相比,前者的阻隔性要好得多,而且阻隔层的厚度大大减少。这种材料的浊度为15%~30%完全可以制造琥珀色的容器。然而,需要降低浊度,以便使这种材料可用与制造透明包装容器。纳米复合材料的成本与性能比非常具有竞争力,陶土对于回收加工工艺没有影响,因此纳米复合材料有着广阔应用领域。
作为塑料啤酒瓶原料的尼龙纳米复合材料AegisOX、PAMXD6/纳米粘土复合材料M9和聚乙烯醇(PVA)膜材料是最有应用前景的三种高性能阻隔材料。
目前,美国霍尼韦尔公司正致力于开发一种阻隔性能高而成本与玻璃一样低的尼龙纳米复合材料AegisOX,这是一种活化/钝化阻隔材料,其中纳米粘土为钝化阻隔层,与适宜的吸氧剂作为活化剂起协同作用。据称,该材料能使PA6的氧透过率(OTR)降低100倍,氧的掺入量几乎为零。一些大PET瓶厂正在将AegisOX作为三层结构啤酒瓶的芯层,其货价寿命可达180天。
Eastman化学公司还与美国纳米粘土生产商Nanocor公司合作,开发了一种尼龙纳米复合阻透材料PAMXD6/纳米粘土阻隔材料M9名为Imperm, 2000年6月商品化供应。Imperm的氧阻透性据说比PET大50~100倍。该纳米级粘土粒子还能增加熔体强度和瓶子刚性。比标准PAMXD6对二氧化碳和氧的阻隔率分别提高50%~70%,透明性和抗剥离性与标准PAMXD6相同。该公司测试了25种29g重的PET/Imperm/PET3层瓶,其阻透层分别构成瓶壁的4%和10%。前者的氧阻透性比PET瓶高3~5倍,雾化物少8%,后者的氧阻透性高6~11倍,雾化物少15%。这些高阻透性PTE瓶的用途包括啤酒、碳酸软饮料和果汁等。三层结构(PET/M9/PET)啤酒瓶可达到美国(110天)和欧洲(180天)的啤酒保质期。
5、共混掺合纳米材料
纳米材料就是用晶粒尺寸为1~100nm的晶体构成的材料,由于晶粒尺寸比常规材料的晶粒细微得多,因而在其晶界面上原子数多于晶粒内部的原子数,这样就赋予纳米材料以许多特殊的优异性能,如蒙脱土(montmorillonite clay)填充,由于微细晶粒融入到聚合物晶格阵内部,其中片状硅酸盐层就会阻碍在材料扩散通道中散布分子的流动,从而提高材料的阻隔性。
聚合物/粘土型纳米复合材料可以用常规的热塑性塑料加工设备来进行处理,由于天然蒙脱土是一种亲水材料,与大多数有机高分子材料不相容,通过利用有机阳离子替代中间层空间中的钠或钙的离子,就有可能获得亲合有机物分子的蒙脱土。这种有机离子与铵离子或含磷离子的交叉反应可以形成亲有机物的表面。乙醇铵能降低无机基质材料的表面能量,改善表面的润湿性,有利于聚合物与粘土材料之间界面的结合。
纳米复合物材料的结构可以分为两类:夹层型和片层型。其前者,通过把单一伸展的高分子链插入硅酸盐各基层中间即可获得排列整齐的多层相夹结构的复合材料,在片层或分层型复合材料中,各层之间迭合是可分开的,并且单一硅酸盐层在聚合物基体内是分散存在的。聚合物/硅酸盐纳米复合材料可以由多种聚合物材料来制造,如聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、环氧树脂和有机玻璃。
少量的纳米材料就可获得很高的阻隔性,2%蒙脱土就可使聚酰亚胺渗透性降低一半。在尼龙-6中掺入一定比例的片晶硅酸盐后也能赋予尼龙优异的氧气阻隔性能和力学性能。这种材料较传统的尼龙-6具有更均匀的阻氧层,不透气性更好,阻氧效率提高一倍,氧气的渗透率(OTR)减少一半,而其他性能几乎保持不变。
6、纳米聚酯类复合包装材料的应用
为了提高聚酯类包装材料的性能和应用范围,欧洲、美国和澳大利亚开展了聚酯类复合材料试制工作。1997年下半年开始PET、PEN和液晶聚合物(LCP)的复合试验。美国Superex聚合物公司首先在世界上采用PET/AD/LCP的三层结构(AD为粘接层)制作330-600ml啤酒瓶,正在与日本某酒厂联合推广应用。1997年底,德国Hoechst Trevira公司,已开始PEN复合啤酒瓶的试验,参加啤酒瓶市场的竞争。澳大利亚Aslp公司正在开发一种聚酯类多层结构的包装容器,以延长贮存期。1997年日本开始生产无色纳米透明型陶瓷膜/聚酯类高级包装材料。日本东洋钢板公司则投资40亿日元,开发了钢板或铝板两面粘合聚酯薄膜的复合包装材料,大大提高了包装罐的防护性能和生产效率。
克郎斯公司开始推出啤酒的“PET吹瓶-灌装一体生产线”(欧洲的年销售额已达1亿马克,今后将达20亿马克)。在未找到适应啤酒灌装PET瓶更好的吹制工艺方法之前,目前有等离子法的内涂层和外涂层、PEN/PET法、多层瓶法,但是这些方法各有优缺点。
作为啤酒的包装容器,第一是安全性(爆瓶)问题,B-瓶并没有让爆瓶绝迹;第二是轻量问题,一般640ml啤酒瓶是460~540g,或者从安全角度出发提高瓶的耐压能力,将瓶重提高到600 g;第三是卫生问题,玻璃瓶卫生性好,新材料需要有说服力的认证;第四是外观,消费者的感官与时尚问题。
现在,传统的一步法吹瓶比较难保证容器的几何尺寸,运输成本高,存在二次污染问题,纳米技术在PET啤酒瓶的产业化上的应用,最好要考虑采用两步法。将利用现有设备与纳米技术结合起来。
对聚酯薄膜生产企业,希望将纳米技术引入聚酯薄膜的生产,解决阻隔性问题。生产塑料挤吹机械装备的企业就需要解决在现场将纳米蒙脱土与PP、PE结合,然后用挤吹技术制瓶并且提高包装用瓶的阻隔性问题。
啤酒是不稳定的胶体物,对其包装的生物稳定性和非生物稳定性,除了有隔氧问题,还有遮光问题。啤酒生产企业换包装会产生影响。新型PET瓶灌装啤酒,一次性使用,若容器用彩印商标的方法,无菌灌装,对现有的灌装生产线影响不小(例如,减少了洗瓶机、杀菌机、贴标机等工艺装备,整个输瓶系统都要改变)。国外吹瓶机械的生产能力已达到20000~60000瓶/h,国内产品生产能力太低,是一个要引起机械装备生产企业注意的方向。 (end)
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newmaker 来源:PT现代塑料 双挤出薄膜和吹塑容器的生产厂家始终处于这样的压力下:即不断改善其产品性能,降低其产品成本,要求他们延长其包装产品的储存期限,生产出弹性更好、强度更高、且成本更低的薄膜。双挤出产品结构上更耐屈服、更经济。
通过双挤出可提高聚合物的某一特定性能,弥补一些聚合物在某些方面的不足,从而使薄膜结构中每一聚合物性能均达到最好。为此,包装材料生产厂家需要能够加工多种复合层结构、且生产成本低的万能加工仪器。
使用更多层数以增强膜结构
使用专用挤出机将更多 的层数进行复合可以获得弹性更好的产品,且更节约成本。如,可将离子交换树脂表层分解成两层,其中一层用一种比较便宜的通用树脂取代价格比较昂贵的离子交换树脂,仍能够达到离子交换树脂的作用。 通过这种方式,在某一结构中增加更多的层数,可使膜更加结实、更加经济。用两层薄薄的尼龙夹一层EVOH 形成的薄膜具有很好的阻断性能,且保持了尼龙的耐刺性能和良好的强度。聚酰胺层给EVOH提供了骨架层,因而改善了这种膜结构的抗弯曲龟裂性能。用于肉类食品包装的薄膜,将EVOH和尼龙相互复合,可以更好地阻断气味和氧气的传播。
将一层分成两层,能够改善最终产品的结构和力学性能,增加层数也可增强阻断性能。如,与双层贴合中的每层尼龙相比,双层结构阻断性能好,且用此制成的包装膜柔软,抗弯曲、龟裂性能好,结构不对称时不易卷曲。同样,使用两薄层EVOH取代一厚层,可减少小孔,提高密度。 据统计,双层的尺寸稳定性要优于一层的结构,这是因为在这种膜中任何厚度上的偏差均被邻近层的同种材料所弥补。因此,这种复合层结构改善了性能,减少了表面张力,薄膜更易于加热成型。
有关新型双挤出以膜概念
有一项新的、致力于双挤出膜和吹塑膜的研究正在进行中,由此诞生了一项新的专利,称之为双螺杆体系(DSS)。DSS在每层膜中有两个相同的螺旋流,在模具的两个相对面上沿相反方向流动,这种分层方式使得加工者能够在不花钱增加设备的情况下增加层数以改善制品的性能。将每一单层划分为两个独立的层有利于改善每种材料层的结构,改善其力学性能。一台5层 DSS 吹塑模压机能够加工出10层的半成品。
针对传统的叠放膜进行的改进是双层膜,一层膜带有两个相同的、在两个相对面上沿相反方向流动的螺旋流,因而改善了特定层规格的稳定性和整个层面规格的均一性。这是因为任何潜在高位在同一膜中均有邻近的、相对应的低位。当两层相互结合时,一层中的规格偏差被另一层所抵消。在一层膜中结合两个螺杆,未曾增大模具的复杂程度,也未曾增大加工模具的费用。
在膜中形成温度—混合通道,以消除物料交叉流动中材料性能的不同,每个螺杆由两个料口送料,使均一的熔体借助流道中的热量和黏度进入螺杆, 通道壁上的冷的、流速慢的物料被夹在热的熔融的物料中,由于热的熔融的物料对流道有润滑作用,因而不会由于黏度的不同而产生流动不均的趋势。这种结构改善了混合效果,从而有利于挤出层规格的控制。另外,切换树脂种类和改换树脂颜色均可快速完成。
使用传统模具中,改换树脂颜色是一个逐渐变化的过程,树脂颜色在各端口中快速变淡,但每一端口中形成一个连续的、明显的段带,并持续较长的时间;使用流动—混合通道,在较短的时间内,物料颜色即与周围全部环境达到一致。树脂品种切换中的情况是一样的。
DSS使用了一个叫锥形锁Taper-Lock 的装置,这种装置在传统模具中多年来一直是必不可少的,锥形锁Taper-Lock消除了模具泄漏的几率,很好地确保了加工出的层膜直径的统一。DSS 的每一面固定在一个锥子上,这个锥子与组成模的另一板相互联接,这种接合使得模具重新组装非常容易
膜的比较
与其它的圆柱模相比,DSS改善了流线,没有急转弯,因而不易形成死角。 传统的圆柱吹塑共挤出膜有死区,导致物料降解;另外,在一个圆柱5层膜中,聚合物/金属接触面积,外层面积比内层面积大5~8倍, 不仅滞留时间长,而且限制了 膜的层数。
表1给出了新型DSS设计之后的概念与目前所用堆模的比较情况,这两种设计均使在垂直于模具轴的模板上的聚合物分配系统重新定向,但新概念设计中有两个独立的分配面,用于每层被挤出的聚合物,新膜中的每个层面均与螺旋流系统相联接,螺旋流系统将聚合物分配在整个螺旋流中, 这就确保了聚合物能够均匀地分配于整个体系中,避免了由于膜中心先流出而在挤出膜上形成银纹。在两种设计中,一旦聚合物被分流,它能够迅速流向模中心,并在膜中心处改变流向,沿轴向进行流动。轴向流束起始于内层,然后层数不断增加至填满整个构件,最后出膜。
可通过将每一单独的层分解成两层,对其结构进行增强并改善其力学性能。在相同厚度的情况下,复合层结构的膜比单层结构的膜强度大。相应地,双挤出膜具有较高的熔体强度,因而能够以较高的速度进行挤出,且不产生气泡。复合层传统膜一般在相邻层的接合处有结合点。然而,对于双层分配螺旋流体系,其制件尺寸偏差降低,因为两个螺旋流中送出的样量是相同的。
规格偏差试验
对三层120mm DSS吹出膜整个膜及层与层之间的规格偏差进行测试。某膜设计以25%/10%/65%比例加工尼龙/线/ LDPE复合膜,额定加工能力为70 kg/h,挤出机是3个 50mm 通用单螺杆。进行此项分析的主要目的是研究将层进行分离是否在传统叠膜(没有分层)的基础上性能有所改善。由于叠层已经被证明可降低规格尺寸偏差,所以整个规格尺寸偏差得到极大的改善,但由于双挤出中层与层之间规格偏差比整规格尺寸偏差更重要,所以为了保证膜的阻断性能的均一,主要控制的是层的厚度。
阻隔性能
膜的阻隔性能与其厚度成正比。如果阻断层有薄有厚,则其阻断性能只能达到最薄处的阻隔能力。加工者为了弥补薄处的阻隔能力,不得不将整个阻隔层的厚度加厚,这必然增大材料消耗量,因而降低了其收益。此外,膜的整个尺寸规格控制较好时,无需对层与层之间的规格过分严格要求。
层—层复合膜的厚度是在不加结合层时进行测试的,这时每一阻隔层能够分离开,因而单独进行测试。
设计、加工上弹性增加
挤出不同品种树脂的能力越大,在同一条生产线上设计、生产不同结构膜的能力则越高,加工中在不花钱增购设备的情况下,可利用万能仪器增加膜的层数。DSS的分流层概念使得在不增加膜费用的情况下可提高膜的性能。
吹膜中增加层数的设计使得一条生产线的加工多样性增强,即在一条生产线上可加工更多品种的聚合物,加工多种结构的膜,它可在不修改膜的几何尺寸的情况下开发出新的品种投入市场,以满足市场不断变化的需求。此外,使用多层复合可节约成本,因为可将较为昂贵的层进行分解,代之以较为便宜的材料。
就三层DSS体系试验的结果表明:聚烯烃树脂整体膜偏差不超过±5 %,阻断材料的偏差不超过±6%。层与层之间的偏差略微大些,为±8%,层与层之间的偏差较一般堆膜的略大些。
DSS使一膜中的层数成倍增加,但其费用并未成倍增加。传统膜每层均为一个单层模,而DSS中,每一膜有两层膜。DSS双挤出膜一膜中能够加工成倍层数,改善了物料的流线、熔融物的混合情况及绝热情况。
用户对包装的需求是不断变化的,具有生产多层膜的能力使得加工者具有了满足不同加工需求的能力,而无需为了满足市场不断变化的需求而增购大型的设备。
在美国、亚洲、南美洲和欧洲,双螺流体系已经用于双挤出膜加工中。该公司最近将两台350mm,5层DSS双挤出机发货给一加工商,该加工商在南美洲和欧洲均有生产装置,这两套装置均是专门生产食品包装膜的,挤出机主要用于加工含有EVOH和尼龙的阻断膜,同时在不作膜改动的情况下也可加工聚烯烃。
表2给出了该膜系在美国的运行情况。
就该机进行大量试验,收集其工艺数据,包括压力、规格偏差、从一种颜色切换成另一种颜色时所需要的持留时间及对不同品种树脂的兼容性。表2给出了加工商提供的加工能力360 kg/h机的试验数据。
层与层之间偏差的测定是:加工LDPE与尼龙6复合层(中间没有粘合层),然后将尼龙层与LDPE分开(由于它们之间没有粘合),用标尺测试分离层的尺寸。
兼容性试验是通过评价不同品种的树脂在不同层中所占的百分比及至何处为界面稳定。最极端的情况是在D层中以总量的3%加工熔指4.5的接合树脂,而其它层仍保持其最大加工量加工熔指0.2的LLDPE。由于各层之间粘度相差巨大,使得接合层非常薄,界面极为不稳定,但DSS模系中不会出现导致界面极为不稳定的V形流动现象。(end)
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作者:山东医药包装研究所 白冰 来源:PT现代塑料 六十至七十年代我国固体剂型的药品包装均采用黄圆玻璃瓶为主,由于传统的玻璃原材料主要是钙钠玻璃,经过玻璃炉窑人工或者机械吹制,工艺相对比较传统和落后,由于玻璃原材料价格不断上涨,能耗高生产成本逐步上升,玻璃在制造过程中还会产生粉尘、废水、噪音等环境的污染。为此玻璃品生产企业的利润普遍较低,制约了企业的技术改造和进一步发展。药用玻璃瓶在运输和使用过程中还易破碎,破碎率高达百分之十至三十,进一步加大了生产成本。另外在制药厂使用玻璃瓶盛装药品前,需对瓶体进行清洗并消毒处理。装药后还需要在瓶口处塞入软木塞进行封蜡密封,这样的生产工艺远远达不到药品包装的要求。为了改变我国药品包装的落后状况,在八十年代初首先由原上海玻璃三厂、五厂、天津力生制药厂、山东新华制药厂从美国“威顿”公司,德国“巴顿菲尔德.费舍”公司引进先进的注射吹塑成型设备生产药品固体剂型包装用塑料瓶。随后我国其它包装行业又引进优质塑料瓶生产线四十余条,这种一次成型的注射吹塑设备的生产工艺为:首先在密闭环境内对瓶口螺纹部分进行注塑定型,从而保证了瓶口及螺纹部位的尺寸精度,然后再吹塑瓶体。这种成型方式,适应了药品固体剂型包装的特殊要求,能防止盛装在瓶内药物气体的挥发和外部污染空气向瓶内渗透。
目前国内在药品片剂包装方面,已逐步实现以“塑”代“玻”的转变。优质的高密度聚乙烯瓶的加工与应用,离不开合理的瓶体结构设计、优质的原材料配方设计、完善的生产设备以及成熟的成型工艺方法。由此高密度聚乙烯瓶在药品包装中方兴未艾。同时我们也总结出了从瓶体造型到原料配方,从设备成型方式到工艺参数等一系列成熟经验。从改革开放开始引进设备与技术到现在我国已能生产注塑设备用了近十几年的时间,瓶子的产量由最初的几万个到94年的17亿个到现在的几十亿个,基本满足了我国固体型药品包装的需求。
瓶体造型特点
药用高密度聚乙烯瓶的外部形状有圆形、方形、椭圆形等。圆形瓶体的应用量最大,尤其是容量在15毫升至200毫升的瓶体,其特点是瓶体壁厚均匀,吸收外来冲击能量的能力较高,生产成本较低,但储存或运输时有效面积的利用率低。而方形瓶体储存的有效面积利用率高,稳定性能好,但较易发生瓶体鼓胀变形现象。椭圆形瓶体在药品包装上应用量最少,而化妆品包装用得较多。由于高密度聚乙烯瓶用量较大,外形美观。适合于药品固体剂型包装,其瓶外型设计具有特色。圆形瓶口、瓶颈瓶肩、与瓶身瓶底的设计上都比较合理,具有一些特点:
其一,为了盛装片剂、胶囊固体剂型机械装药的方便,在瓶口直径的设计通常是考虑盛装药品单个体积加上适当余量空间。塑料瓶颈部处的螺纹形状的横截面多数呈半圆形,从外部看为两头细螺纹,也有呈梯形的螺纹,称为单头螺纹。瓶口颈部螺纹的形状设计主要取决于瓶盖具有良好的互配性,因为药品包装的阻湿性能很大程度上取决于瓶口与瓶盖的配合并施加扭力后的紧密度,此处是反映瓶口密封性能是否优良的主要部位。起初的设计是在瓶盖内有密封的垫圈,外部采用防盗式盖,这种防盗瓶盖可对密封破坏提供可见的痕迹,其结构主要是瓶盖周围沿侧裙底有一圈小孔,以形成断开线。当扭转瓶盖时由于波形翻边棘爪紧锁于瓶口下端的凸环下,反旋转瓶盖即可沿折开线与锁圈断裂。现在塑料瓶口均采用铝箔垫片电磁感应封口,其防潮、密封防盗性能同时具备,再用防盗盖的形式就没有必要了。
其二,从高密度聚乙烯瓶颈与瓶肩的设计看,纵向解剖瓶体剖面,看到瓶颈与瓶肩部有两个相切的圆弧半径组成,并从切点分成两段的圆台旋转体。设计时需计算出瓶颈与冲心线的距离,肩部半径,颈部圆弧半径,并相应得出瓶颈与瓶肩的总高度。影响瓶肩强度的主要因素是瓶肩部位的倾斜角度,当瓶肩过于平坦时,瓶体容易发生瘪陷,因此当瓶肩长度为十毫米时,肩部倾斜角度应超过十五度,此部位厚度不应小于1毫米,以保证在盛装和储存药品及使用过程中瓶体不发生肩部破裂现象。其三,高密度聚乙烯瓶的瓶身是呈圆柱形的圆形回转体。对瓶身的要求是壁厚均匀,瓶壁过厚会增大瓶体的重量,原材料消耗增大,同时瓶内应力增加,收缩量也将会增大,瓶壁过薄难以吹塑成型且强度低。一般要求是除瓶口处加强筋和螺纹部位较瓶体厚度大以外,其它部位壁厚应均匀一致。为提高塑料瓶的阻隔性及其强度,瓶身厚度取值一般在1.2-1.5毫米。塑料瓶底部的设计均采用凹底或平底双圆角结构居多,凹底即瓶底向瓶内凹起形成拱穴,可增强瓶体的抗内压能力,并保证了瓶体的稳定性能。凹底在吹塑成型时还可以避免塑料塌陷并可使瓶底厚度均匀。而平底双圆角的瓶底结构多数适用于大容积的瓶底,它能更好的承受内压力。
瓶体原料配方
在瓶体配方设计中,首先确定塑料原料品种能否符合设备成型的要求。诸如塑料原料的融体指数及物化指标,能否满足成品的性能。目前,主要原料采用的是高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP),此类结晶型塑料具有良好的耐冲击性能、耐环境应力性、耐化学性以及具有良好的气体阻隔性、阻湿性且无毒。其次是选用塑料配合剂如:遮光剂、着色剂、增塑剂等。因为对药品质量影响最大的光线范围290-450毫微米强度的光线。美国、日本药典规定塑料瓶包装药品,瓶体对以上范围光透过率不超过10%,这样才能保证药品不受光线照射而变质。选用的配合剂耐化学药品性、耐迁移性、耐光性要好,能保持瓶体良好的机械强度和瓶体的尺寸精度且无毒。加入增塑剂的目的是考虑在注射吹塑成型工艺加工过程中,改善工艺加工性能,并能减少塑料分子间作用力,这样在瓶体表面贴标签也就很容易了,否则用普通粘合剂贴标签就不行。当确定塑料品种及配合剂后,要按一定比例制定出基本配方,并确定配方的变量实验方法,使得各类配合剂用量达到合理。优选出的配方,确定能反映特殊机械性能的试验方法,并进行物理性能测试,诸如塑料的耐冲击试验、跌落试验、耐气候老化试验、耐应力开裂试验等。最后还应在实验室内对基本配方进行变量试验,从而精选出最佳配方,并连续进行复试,在测试结果中再精选出最优配方试制成品,保证塑料与配合剂的工艺加工性能及各项物性指标可靠合理,并符合设备运行时的最佳工艺条件,确定出大批量生产的实用配方。
设备的成型方式塑料瓶的成型方法有多种,选择的设备不同,生产的瓶体外部形状和精度也有差异,成型方法有挤出吹塑方法、注射吹塑方法、挤拉吹塑、注吹拉塑等。通常小型药用塑料瓶选用注射吹塑成型方式,设备注嘴可对瓶口进行注塑,能保证瓶口部位以及螺纹的精度,然后再由机械配置的芯棒吹塑瓶体,保证了塑料瓶体的精度尺寸。由于注射吹塑成型机需要两套模具(型坯模、吹塑模各一套),故设备投资费用较挤出吹塑成型设备要高。
塑料瓶成型工艺参数
由于设备精度及型式不同,其工艺参数不尽相同,但遵循的设计原则应当一致。当高密度聚乙烯(HDPE)或聚丙烯(PP)瓶形状尺寸及配方确定后,可根据吹塑设备特点确定瓶体的成型工艺参数,其参数设置内容及原则有:
◆注吹机筒温度参数 ◆设备注塑流道及注嘴温度参数 ◆吹塑模温度及瓶体的冷却时间参数 ◆注射压力参数 ◆注射速度参数 ◆吹塑压力和吹塑速度参数
条形码的使用
药店、超市和连锁店等,一定要做到“单品”管理,才能实现条码管理。对于每一种商品和药品,应根据其属性和特征,按照一定的规则,必须编制“后台码”,这是计算机管理所必需的基础工作。在“后台码”中,通常包括了商品大类、中类、小类、供应商、所属柜组、质料、尺码、颜色、品牌等内容,依靠计算机按“后台码“来进行统计和分析工作。
必须指出的是“前台码”和“后台码”不可混为一谈。“后台码”通常长达到20位字符以上,因此不可用作前台操作码。反之,前台操作码不可能太长,通常不超过13位,不足以完全表示商品的属性和特征等内容。
在国外使用条码管理的商场中,有两种做法:一是无论商品上原来有无条码,一律使用用户自己制作的“店内码”,另一种做法是充分利用商品上原有的条码,对没有条码的商品才标上自己制作的店内码。
前一种做法基本上是中高档商场或专卖店,后一种基本上是所有超市和连锁店,因为商品价值较低、商品销售量大,全部使用店内码会增加商品的成本。
全部使用“店内码”的好处是可以根据用户自己对管理商品的要求来编制“店内码”,从而达到用户自己的管理要求。另一个好处是可以采用流水作业自动生成店内码,提高了条码制作效率。
有些用户还不知道“店内码”的编制规定。“店内码”的编制,应按照中国物品编码中心的规定来进行。制作“店内码”必须配置专用条码打印机,最好是采用能与计算机接口的条码打印机,可以通过预先编制好的程序来制作所需的“店内码”,从而减少人工输入的差错,并可大大提高工作效率。如果用户全部使用“店内码”,则可通过POS系统中的应用程序采用流水作业法自动生成店内码,使条码制作更方便,更省力,效率更高。
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挤出吹塑是一种制造中空热塑性制件的方法。广为人制的吹塑对象有瓶、桶、罐、箱以及所有包装食品、饮料、化妆品、药品和日用品的容器。大的吹塑容器通常用于化工产品、润滑剂和散装材料的包装上。其他的吹塑制品还有球、波纹管和玩具。对于汽车制造业,燃料箱、轿车减震器、座椅靠背、中心托架以及扶手和头枕覆盖层均是吹塑的。对于机械和家具制造业,吹塑零件有外壳、门框架、制架、陶罐或到有一个开放面的箱盒。
聚合物
最普通的吹塑挤塑料原料是高密度聚乙烯。其他聚烯烃也常通过吹塑来加工。根据用途,苯乙烯聚合物、聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯和其他热塑性塑料也可以用来吹塑。
最近工程塑料在汽车行业被广泛接受。材料选择是以机械强度、耐候性、电学性能、光学性能和其他性能为依据的。
工艺
3/4的吹塑制品是由挤出吹塑法制造的。挤出工艺是强迫物料通过一个孔或模具来制造产品。
挤出吹塑工艺由5步组成:1.塑料型胚(中空塑料管的挤出);2.在型胚上将瓣合模具闭合,夹紧模具并切断型胚;3.向模腔的冷壁吹胀型培,调整开口并在冷却期间保持一定的压力,打开模具,写下被吹的零件;5.修整飞边得到成品。
挤塑
聚合物混配备定义为通过熔体混合使聚合物或聚合物体系提高等级的一种过程。混配过程从单一添加剂的加入到多种添加剂处理、聚合物合金和反应性混培,其范围甚广。据估计,美国三分之一的聚合物生产要经过混佩。混配料可根据最终应用的性能要求进行定制。混配产品具有杂混的性能,例如高光泽和优良的抗冲击强度,或精密模塑性和良好的刚度。
混配好的聚合物通常被切粒用于进一步加工。然而工业上越来越来感兴趣的是将混配与下一步过程结合起来,例如型材挤出,这样可避免再次加热聚合物。
混合
人们使用各种类型的熔体混合设备,从辊炼机和分批混合机到单螺杆和双螺杆挤塑机。连续混配给(挤塑机)是最常用的设备,因为他可提供质量一致的产品,并且可降低操作费用。有两种混合类型:
分布式混合 品料再婚配料中无需采用高剪切应力就可以均匀地分布。这类混合液被称为延伸性混合或层流性混合。
分散式混合 亦称强力混合,其中施加高剪切应力来打碎内聚成团的固体。例如当添加剂料团被打碎时,实际的颗粒尺寸就变小了。
混配操作经常在一个过程中需要两种混合类型。(end) |
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PET实际上是最早发现的聚酯产品,早在1847年瑞典化学家本泽路斯(Benzelius)就合成第一个聚酯(PET)树脂,却因无人问津而束之高阁。此後经过近100年历史变迁,1941年英国化学家温菲尔德(Whinfield)和迪克生(Dickson)在已有尼龙合成工艺的基础上终於用对苯二甲酸和乙二醇缩聚制成聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂,即PET。 PET瓶在饮料瓶中的用量是最大的
但是,由於当时合成的PET树脂成型性能差,并没有得到广泛应用。直到1987年,随着成型工艺与合成方法的改进,PET树脂开始实现商业化生产,成为塑料工业发展的支柱之一并迅速发展。从近年PET的发展走势来看尤以瓶用PET发展最快,PET薄膜次之,PET纤维则逐渐萎缩。最近世界PET增长速度虽有趋缓的趋势,但仍有10%左右的增长。
饮料瓶占据PET消费最大的市场份额
在PET大范围应用之前,饮料的包装几乎是玻璃和金属包装的一统天下。PET瓶首先在清凉饮料包装领域获得一席之地。
在饮料包装中,聚酯瓶碳酸饮料的应用最为成功,已占PET瓶总量的1/3。PET瓶具有外观漂亮、设计灵活、强度高、对二氧化碳密封性好和可靠的卫生性,使聚酯瓶成为碳酸饮料理想的包装容器。目前,中国碳酸饮料包装中PET瓶已占到57.4%。
中国PET聚酯瓶产量较大的企业以珠海中富和上海紫江集团为最,分别占有国内PET瓶30%和20%的市场份额。珠海中富公司2002年PET瓶达到32亿个,其中热灌装7亿个,销售额达到23.4亿元,在各地拥有30多家工厂。上海紫江集团近年来发展很快,设在各地的控股公司已发展到15家,占据了武汉、郑州、天津、长春、昆山、成都等市场,其中热灌装瓶总的生产能力达到4.85亿个。
随着国内茶饮料市场异军突起,茶饮料产量已达300万吨,因此85℃~90℃热灌装PET瓶成为聚酯瓶增长最快的品种,年增长率超过50%。在日本市场,PET瓶已经成为日本茶饮料的首选和最重要的包装容器,用PET瓶包装的茶饮料占日本全部茶饮料的67.1%。
PET罐和小型PET瓶是正在开发中的市场。这些应用将使PET超出一次性服务的饮料瓶市场,进入当前被金属罐支配的领地。
饮料包装之外,牛奶包装、调味品包装、化妆品包装、医药包装等都成为PET瓶消费的巨大市场。
啤酒包装应用备受关注
PET包装在饮料包装领域的成功应用,使人们把更多的眼光投向啤酒包装这一巨大的市场。PET已成为啤酒包装开发中最为热门的材料,它对CO2、O2、水、香味等均有良好的阻隔性,兼之具有高抗冲击、高强度、高抗压、高透明度、高洁净度、良好的加工性、稳定性、耐高温、抗吸湿和轻量性等优点,使各个国家的啤酒厂家、研发机构对PET包装特别垂青。各种PET啤酒包装技术已在许多国家获得不同程度的应用,并被看作啤酒包装最大的潜在市场。
但是啤酒包装与其他包装不同,PET本身的阻隔性能并不能满足啤酒长货架期的需要,而往往需要材料复合或单独增加阻隔层。
法国西得乐公司开发出一种高氢化非结晶碳涂布的PET啤酒瓶,其阻氧性提高10倍,阻CO2性提高7倍,产品货架期长达一年,可全部回收利用,已在法、英、意等国应用。
意大利西帕公司开发出一次成型PET啤酒瓶生产线,从PET颗粒到成瓶、灌装均在一条流水线上完成。在刚生产出的瓶子外部立即涂层与着色,在线灌装和压盖,有效防止瓶壁粘附氧气,释放到产品中去。
美国Miller公司开发出聚(西先)胺屏蔽层5层结构(PET/屏蔽层/PET/屏蔽层/PET)的PET啤酒瓶。该瓶采用巴氏杀菌,不会变形、破裂与软化,物理性能及强度稳定,啤酒货架期超过4个月。
中国科学院开发出PET纳米(NPET)塑料瓶,使用PET聚合插层复合技术,NPET比普通PET阻隔性更强,啤酒可经4~5个月保存,其口味与新鲜啤酒相同。
日本、瑞典、澳大利亚等,也纷纷推出新型啤酒包装瓶,其技术差异只是所选用的阻隔层材料不同或处理的工艺不同。
尽管啤酒PET包装的优点有很多,但是要采用多层或涂层的方法来防止啤酒变质,因而造成包装成本增加,同时也增加了回收的难度。受到成本的压力,PET瓶在全球范围内短时间内还不可能取代玻璃瓶。但随着人们对环保重要性的认识、限制包装材料的相关政策出台,再加上PET阻隔技术的成熟和普及,啤酒PET包装的成本将逐渐为公众所接受。
BOPET膜增长迅速
双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)秉承PET材料的诸多优点,以优良的物理化学特性,在电子、电器、磁记录、包装、装潢、制版印刷和感光材料等方面具有广泛的用途。近年来BOPET膜的产量和消费量显着增加,其中包装薄膜是BOPET膜需求增长最快的应用领域。
统计资料显示,目前全球人均消费BOPET薄膜220克/年,而日本人均消费为2500克/年。随着中国经济的快速增长,国内BOPET市场也必将迅速发展,据行业协会预测,未来几年国内BOPET需求增长率将达15%,至2006年国内市场需求可望达到35万吨。
中国BOPET专业委员会统计,截至2003年底,全国主要的BOPET生产企业已有18家,各类生产线26条,年生产能力超过17万吨。其中产能规模较大的佛山杜邦鸿基、山东新立克、上海紫东等企业以薄型的薄膜为主,产品集中在烫金、镀铝、彩印及复合包装上,而杭州大华、汕头海洋、四川东方、乐凯胶片等设备引进较早、生产规模较小的企业,产品主要集中在磁记录基材、感光基材、绝缘材料及护卡、胶带、标牌、装潢装饰、转移基材等方面。
在包装用膜中使用量最大的是彩印复合包装即软包装,其结构主要为PET铝箔/PE或PET镀铝/PE和PET/PE,目前的奶粉、豆粉、茶叶、饼乾、休闲食品等均要求采用这类复合包装材料。预计到2006年,中国BOPET的年生产能力将达到56万吨,是2001年产能的5倍,而且新增生产线的产品基本定位在量大面广的包装用膜上。
由於国内现有的较大规模及拟建的BOPET生产线,定位均以包装用膜为主,BOPET的供需矛盾将日益突出,普通包装用膜的市场竞争将进一步加剧。随着BOPET薄膜价格的降低和消费者对包装要求的提高,BOPET将以其优异的产品特性部分取代BOPP,使聚酯薄膜的应用领域更加广泛。只有不断开拓新的应用领域,才能使BOPET薄膜的需求量逐年上升,缓解供需矛盾。
持续发展必须重视环保
随着PET市场应用的不断扩大,每年消耗的PET一次性包装数量相当惊人。如日本市场制瓶用PET消耗量已从1996年的20.3万吨上升到2002年的47.3万吨,增长势头十分惊人。预计全球瓶用PET消耗量也将从2002年的210万吨增加到2006年的350万吨。目前PET包装还是以一次性使用为主,不处理好回收问题,一方面会造成相当大的环境压力,另一方面也是资源的巨大浪费。
德国两家资源回收厂商Freudenberg与Rethmann合资成立“First PET”企业,专门回收PET饮料空瓶。First PET每年约可回收再生2万吨PET,其回收的PET料,主要用於加工鞋垫、车顶内垫、引擎隔热板、地毯防滑垫、滤纸等,用途十分广泛。
1995年日本制订了《容器包装再生利用法》,近年又出台了《废物再生利用法》,这些法规的建立和实施有效地推动了PET瓶的回收和再生利用。由於政府重视,加之企业看到回收利用的良好前景,日本在2002年的PET回收已经过半,达到53.4%,居世界最高水平。
中国市场PET消耗量与应用领域也在不断拓展,巨大的消耗量同样需要有效的环保政策、环保手段来保证行业的健康发展。中国市场需要有远见的企业投资PET包装回收。 |
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摘要: 本文对挤出吹塑成型过程的三个阶段:型坯成型、型坯吹胀以及制品冷却与固化阶段的实验方法和装置的研究现状进行了详细论述。
关键词:挤出吹塑; 实验方法; 研究进展
1.概述
挤出吹塑是塑料中空制件生产的主要成型方法之一,适于PE、PP、 PVC、热塑性工程塑料、热塑性弹性体等聚合物及各种共混物,主要用于成型包装容器,储存罐与大桶,还可成型用于汽车工业等工业制件。挤出吹塑成型跟其他的塑料中空成型一样,其主要优点是生产的产品成本低,工艺简单,效益高,但其突出缺点是制品壁厚尺寸及均匀性不易控制[1]。
挤出吹塑成型是将挤出成型的半熔融状态的塑料管坯(型坯),趁热置于各种形状的模具中,并即时在管坯中通入压缩空气将其吹胀,使其紧贴于模腔壁上成型,经冷却脱模后得到中空制件的热成型过程。它的整个成型过程可以分为:型坯形成、型坯吹胀以及冷却和固化三阶段。
国内外的研究者从60年代一直到现在都力图用不同的方法来研究挤出吹塑成型的各个阶段以及全过程,但总的来说大致可分为两大类:实验研究和数值分析技术。数值分析法是建立在连续性方程,运动方程和能量方程三大基本方程上,须做大量假设来简化方程,用有限差分或有限元法求解。而且本构方程中的某些流变参数数据也不易得到。对于形状复杂的在制品,需要耗大量的计算机时间。实验研究则是最简单直接的方法。
下面对挤出吹塑各个阶段的实验研究状况进行综述分析。
2.型坯成型阶段研究状况
型坯形成是指通过挤出成型得到半熔融状态的塑料管坯(型坯)。随着中空吹塑制件的几何形状越来越复杂,设计良好的预成型型坯对以最小的材料消耗获得所需求的壁厚分布且结构稳定的制件有着重要的意义,也就是在型坯成型阶段通过采用调节型坯的壁厚分布形状,以使吹塑制品的壁厚分布趋于均匀。由于型坯形成时的挤出膨胀、下垂、回弹等因素使得型胚成型阶段型胚尺寸在长度方向不一致而变得非常复杂。 由于挤出的聚合物型坯温度高而无法直接测量,对挤出吹塑中型坯成型阶段的实验研究主要是设计实验方法来测量型胚直径分布和壁厚分布。最早用实验方法研究而获得型坯尺寸的是Sheptakr等人。他们设计了一种被称为“夹坯型”的特殊模具来分析型坯。这种装置只能得到型坯的质量膨胀Sw,但不能直接得到型坯的直径和壁厚膨胀。Kalyon等[2]在上述装置上增加了一套摄像装置,可用于拍摄模具夹坯前型坯的图像,从而可获得型坯的直径分布。这种方法能得到较精确的型坯直径分布,但较费时,且不能用于在线测量,因此限制了它的实际应用。
另一种测量型坯膨胀的方法是塑料熔体直接挤出到与熔体相同温度和密度的油中,这样可以在无垂伸和固化的条件下测量型坯的膨胀;同时由于油箱侧壁是透明玻璃,可在一定的时间间隔内对型坯进行拍照;又由于塑料熔体的透明性,根据照片就可确定型坯内外的直径分布。由于型坯膨胀,型坯的形状尺寸沿着型坯长度方向是不一致的。为了标识数据测量的位置,每隔固定时间用喷墨装置把碳黑粒子喷射到型坯表面上做记号。但这种方法没有考虑垂伸的影响,难以在实际生产中应用。
随着图像分析技术的发展,越来越多的研究者都偏向使用图像分析技术来确定型坯尺寸。型坯的直径分布可通过图像直接测量,但型坯的厚度分布则不能,它只能间接计算得到。许多的研究者试着用不同的测量手段和算法来计算型坯壁厚分布。P.L.Swan 等[3]设计了一套使用两台摄像机的装置来测量型坯膨胀尺寸(如图4所示)。让型坯挤入到温度与型坯一样的容器中,位于下面的摄像机(9)对准型坯的末端,而位于上端的摄像机(5)发出信号通过计算机控制摄像机(9)的位置以保证其在型坯挤出过程中总是对准型坯的末端。通过图像可以得到型坯的直径和壁厚尺寸。但实验装备复杂且只考虑等温的情况,实际应用不广。
R.W.Diraddo和A.Garcia-Rejon[4]提出只建立在图像分析基础上非接触式测量型坯壁厚分布的方法。该实验只使用一台摄像机对型坯挤出过程进行拍照,测量出型坯长度随时间的变化关系、型坯的直径分布、挤出流率、型坯沿长度方向的温度梯度,再根据型坯壁厚分布与这些参数的关系计算出型坯壁厚分布。R.W.Diraddo等用此方法分别研究了不同分子量大小的HDPE树脂,流率、熔体温度、口模间隙对型坯壁厚分布的影响。这种方法理论复杂,实验数据处理较繁琐。
W.I.Patterson和M.R.Kamal[5]开发了型坯壁厚尺寸分布在线闭环控制系统。在该系统中,型坯的长度和直径可通过相机及与其相连的图像分析仪直接得到,型坯壁厚分布则通过几何关系计算获得,但其中所用的经验参数比较难得到。若要实现对型坯壁厚尺寸分布的在线闭环控制,则需要一种能直接在线测量型坯壁厚分布的方法。
假定熔体流量为一常数的前提下,型坯壁厚可由一简单方法计算得到,且可用于在线测量。最早使用该方法的是德国Kaise,后由Svein Eggen和Arne Sommerffeldt[6]改进,测量装置简图如图5所示。由摄像机和向型坯表面喷墨的装置及图形分析仪组成。型坯的直径分布可直接由所拍摄的图片得到,再测量相邻墨点间的距离,根据流量为一常数的假设,型坯的壁厚分布可由计算得到。
其中R是型坯半径,q是流率,ρ是熔体密度,z是相邻墨点间的距离。这种方法理论简单,实验装置简易,测量精度较高,但实验数据较多,处理较繁琐。
有些研究者利用光学方法来研究型坯成型。P.L.Swan、M.R.Kamal和A.Garcia-Rejon[7]研制开发了一套光学传感器测量装置,如图6所示,它可在闭模前在线测量型胚的厚度尺寸分布。该装置是基于光学中光线反射的原理设计的。一束激光一定的角度射向型坯表面,激光束经型坯内外表面反射形成两束激光,摄像镜头检测出这一间隔并将送入计算机分析系统,根据几何关系,计算机就能算出型坯壁厚分布。但在光线反射的同时还存在光线的折射问题,而光线的折射在这种测量方法中是不容忽视的,要把折射考虑进去并且要确定型坯的折射率无疑给这种测量方法增加了很大的复杂性和难度。
3.型坯吹胀阶段研究状况
型坯吹胀是指将塑料管坯趁热置于模具中,并即时在管坯中通入压缩空气将其吹胀,紧贴于模腔壁上成型,这个阶段的成型直接影响制品的外形,壁厚均匀性以及制品的性能,是整个成型过程的关键环节。
在这一阶段,型坯吹胀的实验研究主要包括两个方面:一方面是型坯吹胀动力学研究,另一方面是型坯吹胀完毕后,型坯壁厚尺寸的测量。最早建立实验装置对型坯吹胀动力学研究的是Musa R.Kamal、Victor Tan和Dilhan Kalyon[8]。他们自行设计透明吹塑模具,并用两台摄像机来拍摄型坯在模具内的胀大行为,其装置简图如图8所示,所拍的图片送入图形分析仪分析,从而确定型坯的直径分布随时间的变化关系。
Ryan和Dutta[9]利用摄像技术在无模具条件下监测了型坯的自由膨胀行为,并得到了型坯胀大尺寸。其后大部分研究者都是用此类似的方法来研究型坯的吹胀行为的。
Wagner和 Kalyon[10]在Kamal[8]基础上再设计内部装有固体压力传感器,如图8所示。它可测量型坯吹胀时的压力,同时,另一压力传感器装在模具型腔的飞边上,这样,两传感器就可测量吹塑过程中吹塑阶段型坯内外的真实压力差。他们用此装置研究了三种PA-6在吹胀压力下对吹胀行为的影响。
最近Yong Li等[11]使用可以测得瞬时表面形状的高速光学测量系统来测量聚合物薄膜的胀大行为。其测量简图如图9所示。聚合物薄膜型坯两端固定在两平板间,通入压缩空气至压力腔使聚合物薄膜型坯胀大。光学探头内有CCD摄像机和光栅发射器。测量时,光栅发射器发射光栅投到聚合物薄膜型坯表面,光栅随着聚合物薄膜型坯变形而变形,因此光栅图中就包含了聚合物薄膜型坯表面形状的信息。摄像机快速拍摄到光栅图并送入计算机内处理就可得到聚合物薄膜型坯胀大尺寸。MCDL是多通道数据集线器,它可同时采集压力和光栅图信号以便得到胀大过程中压力与聚合物薄膜型坯形状之间的关系。实验证明其测量精度比图7高得多。
型坯壁厚尺寸测量有离线测量和在线测量,由于离线测量测简单,因此使用较多。离线测量包括有红外,超声波和千分尺测量。这些方法不仅费时,而且由于离线测量而引起的时间滞后需对加工过程产生的偏差进行修正,导致测量的不精确而出现许多不合格制品。
在线测量制品壁厚尺寸能把滞后时间减少到最小,因此提高加工过程工过程产生的偏差修正的精度。Diderichs 和Oeynhauser[12]使用置于模具内的超声波传感器来测量壁厚分布。其测量原理如图10所示。在超声波传感器内压电晶体产生的短超声波在物体,之后被物体壁面反射,返回传感器。被测量物体的壁厚s就等超声波在物体内的速度乘超声波在物体内传送所需时间的一半。但是超声波测量的精度受聚合物性能(如密度、结晶度)与温度的影响很大。
4.制品冷却及固化阶段研究进展
制品冷却及固化是指型坯吹胀紧贴模壁后凭借热扩散率较高的模具和压缩空气进行冷却,冷却至一定温度后开模,再在空气中冷却的过程。一般包括外冷却(制品外表面与模腔间的导热),内冷却(制品内表面与冷却空气或其它介质间的对流传热)及开模后冷却(制品的内外表面与空气或其它介质的自然对流传热)。
制品冷却及固化阶段的实验研究主要是测量制品瞬态温度、收缩率、翘曲等。
制品的瞬态温度一般是利用高灵敏度的热电偶和数据采集器来测量。1981年,Edward[13]等人设计“半瓶成型实验”来验证其挤出吹塑冷却过程的理论预测。如图11所示。实验中外表面的瞬时温度用热电偶测得,内表面温度在制品一离开模具用辐射高温计测得。其结果与理论预测结果基本一致。1995年Diraddo等[14]用六个热电偶从模具的不同部位插入制品的不同厚度处,并通过与之连接的温度采集器采集温度,获得制品不同厚度处的瞬态温度,这与只测量内、外表面温度有了较大的改进。
而最早测得制品的收缩率是Diraddo等[14]。他们在模腔内加工出尺寸为5mmx5mm的网格,型坯吹胀后网格印在制品的表面上,这样可直接测出制品在轴向和周向收缩,然后根据质量守恒定律计算径向收缩。
制品翘曲一般用三维激光数字系统测量制品的形状[15],进而得到制品的收缩和翘曲。
5.结论
实验研究一直是指导工程应用最直接的方法,也是理论研究的基础和依据。挤出吹塑成型过程包括型坯成型、型坯吹胀以及制品冷却与固化三个阶段。各国的研究者正采用不同的实验方法和装置对挤出吹塑各个阶段进行研究,其研究发展对工艺及模具结构优化和生产效率的提高有重要意义。随着科技的发展,实验手段的改善,挤出吹塑成型过程的实验研究将会更上一层楼,为实际生产提供更好的指导,生产出在质量、性能等各方面适应社会需求的中空吹塑件。
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聚对苯二甲酸乙二酯(PET)吹塑瓶的生产按型坯的预成型不同可分为注射拉伸吹塑(简称注拉吹)和挤出拉伸吹塑(简称挤拉吹)。在这两种成型方法中,由于注拉吹工艺易控制,生产效率高,废次品少而较为通用。
PET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萘二甲酸乙二酯(PEN)的改性PET瓶或PET与热塑性聚芳酯的复合瓶,在分类上属热瓶,可耐热80℃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,PET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。
目前,注拉吹设备的生产厂家主要有法国的SIDEL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
PET瓶吹塑工艺流程。
影响PET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PET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)。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。
瓶坯的优劣很大程度上取决于PET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。
2.3 预吹
预吹是二步吹瓶法中很重要的一个步骤,它是指吹塑过程中在拉伸杆下降的同时开始预吹气,使瓶坯初具形状。这一工序中预吹位置、预吹压力和吹气流量是三个重要工艺因素。
预吹瓶形状的优劣决定了吹塑工艺的难易与瓶子性能的优劣。正常的预吹瓶形状为纺锤形,异常的则有亚铃状、手柄状等,如图2所示。造成异常形状的原因有局部加热不当,预吹压力或吹气流量不足等,而预吹瓶的大小则取决于预吹压力及预吹位置。在生产中要维持整台设备所有预吹瓶大小及形状一致,若有差异则要寻找具体原因,可根据预吹瓶情况调整加热或预吹工艺。
预吹压力的大小随瓶子规格、设备能力不同而异,一般容量大、预吹压力要小;设备生产能力高,预吹压力也高。
即使采用同一设备生产同一规格的瓶子,由于PET材料性能的差异,其所需预吹压力也不尽相同。玻纤增强的PET材料,较小的预吹压力即可使瓶子底部的大分子正确取向;另一些用料不当或成型工艺不适当的瓶坯,注点附近有大量的应力集中不易消退,如果吹塑,常会在注点处吹破或在应力测试中从注点处爆裂、渗漏。根据取向条件,此时可如所示把灯管移出2-3支至注点上方开启,给予注点处充分加热,提供足够热量,促使其迅速取向。
对于已加热二次使用的瓶坯或存放时间超标的瓶坯,由于时温等差效应,二者成型工艺相似,与正常瓶坯相比,其要求的热量要少,预吹压力也可适当降低。
2.4 辅机及模具
辅机主要指维持模具恒温的设备。模具恒温对维持产品的稳定性有重要作用。一般瓶身温度高,瓶底温度低。对冷瓶来说,由于其底部的冷却效果决定了分子定向的程度,将温度控制在5-8℃为佳;而热瓶底部的温度则要高得多。 模具是影响PET瓶吹塑工艺的重要因素,模具形状的优劣会减轻或加大工艺调整的难度,如加强筋、过渡区的弧度及底部的散热状况等都对工艺调整有影响。
2.5 环境
生产环境的好坏对工艺调整也有较大影响,恒定的条件可以维持工艺的稳定及产品的稳定。PET瓶吹塑成型一般在室温、低湿状态下为佳。
3 其它要求
有压瓶应同时满足应力测试与耐压测试的要求。应力测试是为防止PET瓶灌装饮料时瓶底与润滑剂(碱性)接触过程中产生分子链的降解而发生开裂、渗漏等进行的内在质量控制;耐压测试则是防止瓶内充入一定压力气体后产生爆裂而进行的质量控制。为满足这两种需要,中心点厚度要控制在一定范围内,一般情况是中心点薄,应力测试较好,耐压较差;中心点厚,耐压测试较好,应力测试较差。当然,应力测试的结果还与中心点周围过渡区域料的堆积有很大关系,这要根据实际经验进行调整。
4 结语
PET瓶吹塑工艺的调整,是针对相应的材料进行的,如果材料不佳,对工艺的要求就很苛刻,甚至于难以吹塑出合格的瓶子。 |
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注塑吹塑成型是生产塑料瓶的两步法工艺。第一步将塑料用注塑成型法制成有底空心型坯。当塑料注人预成型模内芯杆周围的时候瓶颈和型坯便形成。在这一步,型坯进行温度状态调节。然后型坯经芯杆转移到吹塑模内,空气经芯杆导入,将型坯吹塑成模型的形状。瓶子成型完毕以后,转移到排出段。注塑吹塑成型设备如图1所示。
注塑吹塑成型的优点很多:
无下脚料,尺寸精确,瓶子制成后无需二次加工。
成品瓶子的重量精确度可控制在土0.l克。
瓶颈的形状和瓶子内外成型精度可达 ± 0.004英寸。
瓶子重量与尺寸的可重复性适于匹配,并易于与灌装线连接。
由于有一定的双轴取向作用,可使多种不同材料的透明度与强度获得改善。
在排出段瓶子受控于一定的方向,从而可进行自动化在线装饰和灌装。
操作人员的工作量很小。
设备
用现有的注塑吹塑成型机进行有盈利的塑料瓶生产时,瓶的大小和形状受到一定限制。
市场上可以买到的注塑吹塑成型机有数种,它们从一段向另一段转移芯杆的方法不同,包括穿棱式的,两位(段)旋转式的,轴向移动式的和三段及三段以上旋转式的。当今三段或四段旋转机颇受欢迎。
这类设备可分为两大类:即吹塑总成组件,这种组件可以安装在某些工业注塑成型机上;和成套注塑吹塑成型设备,配有塑炼机、液压装置、控制装置和其他配套部件。
这些设备还可进一步区分为:带垂直作往复式螺杆塑炼机的,和带水平往复式螺杆塑炼机的。
垂直式的比往复式的简单得多,在相等的充模速度和较低注射压力下(如有必要)注射量相同时,它的部件少、能耗小、占地少、维修简便。
往复式螺杆塑炼机主要是为注射成型研制的;虽然它的结构比垂直式的复杂,但操作的可靠性较好。
当前的成型机械,包括大型的标准生产装置,可在较高的生产速度下生产出较大的瓶子来;注射装置的完善使聚氯乙烯和含丙烯睛的树脂更易于加工;增加工段(位)的开发工作正在继续进行。
通常,医药工业和化妆品工业是16央司和更小的注塑吹塑成型塑料瓶的市场。
专门为这种工艺开发的新原料已经使注塑吹塑成型工厂进入其他市场。聚丙烯共聚物加工容易,透明度好,而且成型快,故实际上已经取代了装咳嗽感冒药和漱口剂的玻璃瓶。
其他新型树脂有注塑吹塑级聚氯乙烯均聚物和聚碳酸酯。这些结晶透明的材料已经比较容易地在垂直螺杆机上进行了加工,也在装有连续柱塞螺杆的水平螺杆机上进行了加工。
新型的流线型歧管加上改进的含丙烯腈树脂和聚氯乙烯树脂已经使多腔室操作成为现实,尽管这些树脂是热敏性的。一个8一腔室模具已成功地用于聚氯乙烯加工,数个12一腔室的模具目前已应用于含丙烯睛树脂瓶的生产。
现有数个公司正要用8一腔室模具生产聚氯乙烯瓶子,它01的材料是经过改性的,以降低其热敏性。 现已明显,采用较大的机器,较高的合模压力和较大的压板面积将能经济地生产出4升以下的塑料瓶。精确的瓶颈和无下脚料这样的优点将能逐步补偿工模具的较高成本。
由于机器的发展(增加段数)和模具设计的革新,未来的开发工作将致力于树脂定向性的改善。模具设计技术的进步已能制造偏颈塑料瓶、方颈塑料瓶,可使瓶底上带精密的槽,和减少整个瓶壁的厚度,缩短制作时间。
模具设计的发展将使注塑吹塑成型逐步进入家用化学品、玩具,特别是食品容器市场。
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拜耳公司开发出一种吹塑技术,为摩托车、雪撬、拖拉机和越野车辆的吸震座椅带来了新的弹力。拜耳的这种工艺已经获得了专利,能挤坯吹塑弹性热塑性聚氨酯(TPU)。这创造出了单件的软硬质结合的塑钢复合物结构,提高了非汽车用座椅的性价比。
拜耳的座椅新概念将多隔室TPU气囊与硬质底座综合在一起。在金属位置,硬质嵌件可以由尼龙6或66、或PC/PET合金构成。
“这种方法扩展了我们在软硬结合的塑钢复合件的吹塑能力,”高级加工工程师和此项新工艺的联合发明者Chris Cooper称。将玻璃增强型尼龙注塑在金属嵌件上,产生按钮状连锁,这样制出硬硬结合的塑钢复合件,拜耳已经在这项技术处于领先地位。这些复合物被广泛应用于轿车和卡车车头部件、散热格栅、刹车踏板和油桶中。
拜耳的市场经理和此工艺的另一位联合发明者Gerry DiBattista指出,与现有制作抗震座椅的方法相比,TPU吹塑复合物提高了座椅性能,降低了整体成本。现在的座椅利用的是易于开裂的PVC面皮气囊、泡沫或凝胶填充的衬垫、和其它缓冲方法,它们需要复杂而费时的安装步骤。
DiBattista补充说:“TPU气囊所提供的缓冲效果将良好的耐用性和设计灵活性结合在一起。”这种材料能很好地抵御气体渗透、穿孔和其它化学品所引起的侵蚀,带来了低温柔韧性,并能再利用废料。复合物中硬质和软质成分可用来增加塑件的牢固性,消除生产步骤。
复合式座椅的成型
拜耳的TPU吹塑复合技术由机械手开始,它把硬质金属或塑料嵌件放置于吹塑模具当中。嵌件具有特别设计的孔洞式样,是被冲压或成型在它们之中的。一个具有储料头的挤出吹塑机器接下来把一个料泡滴加到模具当中。然后模具闭合,加上普通气压,吹出TPU气囊。熔融态的TPU被强制通过孔洞,形成钮扣状模样,保护软质和硬质部分。TPU透过孔眼就形成了钮扣样,在孔眼出口迅速扩散,然后与冷的模具壁接触而凝固下来。
拜耳在其18×18塑钢复合式座椅上演示了这些按扣的支持强度。支持强度平均为43.5磅,TPU囊状隔室的吹塑在座椅中产生出可调节的压缩区。空囊可以被永久性封闭,或者可以包括焊接或成型上的气阀。TPU囊可以着色、匹配或补充硬质嵌件的颜色,易于被装饰。
拜耳推荐其Texin 985U级别的TPU用于塑钢复合式座椅。这是一种芳香族聚酯树脂,其肖氏硬度达85。拜耳也正在开发聚酯和脂肪族TPU,利用于各种软硬结合的塑钢复合产品当中。
广阔前景指日可待
DiBattista说:“TPU吹塑复合材料的直接机会就是缓冲性座椅,但潜力还会更大。”目标终端用途包括草地和花园设备、农用车辆、私人水上船只、机动脚踏两用车和其它野外车辆上的座椅。易于清洁的TPU表面对于轮椅座来说具有卫生上的优点。
其它有前途的应用有自行车和摩托车座椅,以及体育场馆座椅,和在体育和娱乐场合越来越普遍的便携式座椅。在汽车市场,TPU吹塑复合产品于头垫、腰部支撑等方面具有潜力。
拜耳也正在研究硬硬结合的塑钢复合概念,用于吹塑大型承载汽车部件,如管道、顶梁和仪表盘。这种方法将把金属嵌件二次注塑于玻璃增强型尼龙之中。开发项目是要把金属顶梁和气管融合到多功能塑钢复合部件之中。(end) |
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控制溢料的不利影响对于成功挤压操作而言极为重要。生产过程中的任何变化,会使型坯受到挤压,在顶部和底部出现夹断现象,进而吹塑出一个模具腔的物品。而且,顶部和底部的夹断还会产生过量的溢料。
溢料限制了吹塑的效率,如在模制后,额外需用专用设备进行的去除溢料,可能还会损坏好的成品;因为溢料较厚区域所需冷却时间的增加,因此还会大大延长模制生产的周期。
溢料冷却缓慢
溢料产生于窄点,这就意味着溢料的厚度通常是产品最大厚度的两倍。这样,溢料的冷却时间至少是模制过程所需总时间的两倍。
实际上,大多数生产厂商用溢料在完全冷却之前就抽出产品的方法法来减少冷却时间上的损失,即,在溢料还处于松软状态时就抽出产品。但这样做也会引起一些其他问题:一是在模制过程中抽出产品,溢料容易打卷并粘附在产品之上;二是溢料太热也很难做修整处理。这两种情形的总损失都会大大增加产品的不合格率。
理论上讲,解决这个难题的方法在于减少溢料冷却时间与产品冷却时间之间的范围差异。要想达到这个目的,需要懂得冷却和挤压吹塑的力量,以及将其中的专有技术转化成工具设计及工具改进的方法。
冷却时间受模具撤热速率的影响,该速率反过来可通过空气、水或者冷却油道模具加工的巧妙设计得到优化。冷却介质最常用的是水。
模具内的水流动形式(以及与水流动形式相关的冷却率)可以用雷诺数(RE)来定义。雷诺数的基本方程式为:
RE=pVd/N
其中, P:代表流体密度 V:代表平均流速 D:代表管道直径 N:代表流体粘度
一般来讲,如果雷诺数小于等于2100,管线内的水流会出现层流现象,这对撤热(BTUs)的效率来说比较差;相反,雷诺数如果大于2100,管线内的水流可能会出现湍流形式,这使撤热效果极其显著。显而易见,在设计吹塑冷却管道时,首先要考虑导致产生或者改善水流的湍流形式的设计。对于有些情况比如注模,可以使用机械装置(比如螺杆)在冷却管道中帮助产生湍流。
较为困难的是在低温下,加速冷却速率、减少冷却时间的模制工作。实际上,这种做法不会成功,原因有两个:其一,在产品上可能会出现积累的内应力;其二,模具内的水温如果低于大气温度,可能会导致“模具出汗”或者模具上冷凝有小水珠,这样,在产品表面会产生“橘皮”缺陷,必须要杜绝出现这种严重缺陷的根源。工业上通常的做法是,使用的工具必须有一个安全限度。
溢料补救措施
先分析得出减少溢料所致的时间损失的几种可行补救方法。对于大多数的瓶塑而言,在出现溢料的地方设计成单独的插件,这样做是因为夹断之处通常需要一个专用的金属插件(比如QC7铝制插件),不但耐用,而且还可以增加热传递速率。
这样可使瓶塑的设计者在设计插件(或者重新设计现有插件)时的工作简单化,将这种插件作为单独的冷却区域进行设计,其冷却效率可大大得到提高。包括冷却插件在内的更新做法,通常是合理可行的。
传统吹塑插件接合线的截面通常采取水平方式,这样做的主要原因是:对于模具制造商来说,制造更简单,而且加工成直线形式投资更少。但是,梯形截面可以大大增加模具与溢料的接触面积,因此撤热的效果会更好。梯形插件的截面也能增加溢料的稳定性,使“热尾”在稠热状态下更不易打卷。
对于1加仑63g的瓶子而言,上述的双重补救方法结合使用,效果会更好。将插件作为单独冷却区域的设计和插件梯形形状的机械加工两种措施一起使用,可以将冷却时间减少4s,这样,整个工作时间可由原来的13s减少到9s,或者说减少了31%,可以大大弥补其他方面所增加的投资。
梯形截面接合线也有助于解决在吹塑花盆中所碰到的问题。厂商采用的五点分度轮设备,能每隔2.5s将产品放置在传送装置上(借助于冷却风机),即完成冷却。然而,在“热尾”抵达修整处时,因为太稠而得不到有效的切割。模具上额外增加的梯形截面凹槽夹断插件,这样可以提高冷却的效率。对于不规则形状的部件,可将整个接合线设计成梯形截面,两个半块的接合线得以弥补,以此确保接合线碰在一起,这样既可以提高溢料的稳定性,又可降低产品的不合格率。(end) |
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