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塑料中空容器质轻价廉、安全,吸引了许多以往采用玻璃作瓶子材料的企业,已广泛应用于饮料、医药、化妆品及食品的包装。设备供应商也积极因应市场需求,纷纷调整市场战略或推出新产品。 PET瓶市场迅速发展,增幅极为可观。在中国,不仅有像珠海中富和上海紫江这样的超级PET瓶生产企业,而且像娃哈哈、康师傅、汇源等饮料企业也均投入巨资引进设备生产PET瓶。中国每年用于引进国外先进PET瓶生产设备的资金估计不少于2亿美元。面对PET瓶这一巨大市场,吹塑设备供应商纷纷调整市场策略并推出新产品,以抢占更多市场份额。 共注-吹瓶技术 近几年,随着各种功能饮料与酒包装市场的发展,各种多层共注—吹塑成型技术成为市场的热点。 共注塑设备制造商Kortec公司与注—吹成型设备公司Uniloy Milacron合作,共同推出新型共注-吹成型系统-UMIB注吹成型机以供应医药包装市场。Kortec市场营销副总裁John Kermet表示,医药包装市场正从玻璃过渡到塑料,为公司缔造了多层包装设备的商机。 Kortec之所以选择Uniloy Milacron作项目的合作伙伴是因为后者的技术与众不同。他解释,Uniloy Milacron的设备为往复螺杆注射装置、独立充模/背压采用闭环循环控制,能确保高精度注射,与Kortec技术相辅相成。该共注UMIB吹塑成型机包含两套由Ferromatik Milacron公司制造的注射装置及B&R控制。据介绍,该控制系统已广泛应用于多部件成型系统,最多可包含6个射出装置;控制介面以MS Windows为平台。 灵活的一步法生产技术 注拉吹中空成型制品具有壁厚均匀、尺寸稳定性好、重量轻、强度大等优点,因此应用范围非常广泛。由于注拉吹工艺生产的容器多以PET、PP、PE、PVC等材料为原料,而使用这些原料生产的瓶子具有质轻、便携、无毒、透明、不易破碎、阻隔性较好等优点,使其越来越多地成为玻璃瓶的替代品而被应用于碳酸饮料、果汁饮料、饮用水、食用油、酒类、日化产品、药品等行业的包装中。 注拉吹加工工艺流程分为两步法和一步法。一步法是在一台设备上完成从原料到容器的整个成型过程。两步法工艺需要两台设备完成由原料到制品的成型过程。两步法主要适合大批量生产,而且灵活性大,既可以用一台注射机配多台吹瓶机,也可以用多台注射机配一台吹瓶机。当然,这主要应根据注射机与吹瓶的产量匹配而定。 意大利SIPA公司最近于drinktec 2005上展示了两款最新塑瓶生产专用机,其中一款为首次亮相。SIPA公司透露,以产量计算,两款机型分别为该公司最小和最大机型。除此以外,该公司还可提供配套的解决方案,满足客户需要。
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中国塑料机械工业协会和中国塑料加工工业协会日前在宁波举办注塑机技术发展趋势研讨会。两个协会表示,塑料机械和塑料制品行业今后应加强合作,共同实现良性发展。
目前中国塑机和塑料制品产量分别位列全球第一和第二位,是世界生产大国,但中国还未成为世界强国。这两个行业存在的突出问题都是产品技术含量不高,塑料制品行业新产品、新工艺推出速度较慢,而塑料机械行业则面临激烈的国际竞争,仅靠价格进行低端竞争已无优势可言。
塑料制品企业作为塑机的直接用户,直接影响塑机产业发展走势。塑机行业加强与塑料制品行业的联系,有助于塑机行业了解市场,及时调整经营方向和产品结构。另外,优秀的设备是促进制品更新换代的利器,加强塑机制品行业与塑机行业的沟通与合作,改变目前国内一些高精塑机仍主要依靠进口的局面,促进塑机国产化,就能使塑料制品企业生产成本大幅下降,从而进一步增强塑机制品企业的竞争力。
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薄膜的杨氏模量(E)。模量是决定薄膜挺度的重要因素,在薄膜厚度δ和宽度b一定时,那么薄膜的挺度I m=δ.b.E3/12,一般薄膜的横向模量数值比纵向大得多,检测时通常标注薄膜的纵向数值(MD,单位为N/mm2)。高收缩烟膜的模量比普通烟膜高。薄膜模量较高,具有更完美的刀片切割性,更有利于推式喂料,有利于膜在烟机上的高速传送,并保证烟膜的折叠规则及烟包的平整挺括。
薄膜的热收缩率。适当的热收缩率可使烟包包装紧凑,尤其是均衡的纵、横向收缩率(MD与TD数值相差在0.5左右),可保证薄膜具有更紧、更均匀的包裹性,防止不平衡收缩使烟包热封面产生皱褶或烟包单向松紧不一致而起皱纹等缺陷。有些高收缩薄膜在烟机热封包装后,仍保持有0.4%左右的后收缩性,在烟包下机装箱7~1 5天的时间内,可提高烟包薄膜包装的更加平整、紧贴,同时保证烟包长时间的紧绷而不松弛。
抗静电性能。低速包装机在抗静电性能上比高速机(400包/分及以上)宽容性更苛刻,但抗静电剂的选择及比例对薄膜的雾度影响较大。通过工艺改进,大大降低了薄膜表面静电电荷量,同时抗静电剂保证芯层电荷的向外迁移,一般薄膜表面体积电阻率下降为1011Ω级,静电半衰期缩短,衰减率≥20%。这样,薄膜表面堆积电荷能迅速释放,且断面电荷较小,因而对不同机器的速度、下膜装置及抄包机械手的差异有更广泛的适应性,甚至对烟包的防吸尘有很好效果。
光学性能(包括光泽度和雾度)。通过改变抗静电母料等添加剂的品种及添加比例的合理配制,优化拉伸倍数和冷却条件,使薄膜的光泽度、雾度指标达到国际领先水平,其中五层共挤普通型烟膜的光泽度为95~97(45°角入射),雾度在1.0%以下;YS型的光泽度为95。
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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(参见图1);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(如图3所示),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。
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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可以通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,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,常用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,通过改变风环圆周上各点风量大小,调整各点冷却速度,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u,再乘以量化因子Ku得出实际控制量。
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,就可以得出模糊控制量表。
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、Ke′、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、Ke′、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;
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、Ke’、Ku设置相应分段曲线,控制过程中通过偏差值对应找出Ke、Ke’、Ku,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0~200um,本系统采用计算机、PCC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cpu CAN网络总线结构,计算机与PCC之间采用以太网连接,PCC与扫描式测厚传感器之间采用PCD-LINK通讯方式传输数据,CP380主要进行数据采集运算处理,CP476,DO135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,可以使吹塑薄膜厚薄均匀都提高3~5%,平均极限偏差达到4%,取得较好控制效果。
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吹塑,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。吹塑成型起源于 19 世纪 30 年代。直到 1979 年以后,吹塑成型才进入广泛应用的阶段。这一阶段,吹塑级的塑料包括:聚烯烃、工程塑料与弹性体;吹塑制品的应用涉及到汽车、办公设备、家用电器、医疗等方面;每小时可生产 6 万个瓶子也能制造大型吹塑件 ( 件重达 180kg) ,多层吹塑技术得到了较大的发展;吹塑设备已采用微机、固态电子的闭环控制系统,计算机 CAE/CAM 技术也日益成熟;且吹塑机械更专业化、更具特色。 1 吹塑成型方法 1.1 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。 1.2 制品种类吹塑制品有容器、工业制件两类。其中容器包括:包装容器,大容积储桶 / 储罐,以及可折叠容器。但随着吹塑工艺的成熟,工业制件的吹塑制品越来越多,应用范围也日益广泛。目前,容器约占 80 %的市场份额,每年增长 4 %左右;而工业及结构用制品占总量的 20 %,每年增长速度为 12 %。容器消耗量的增长在于可旋扭塑料容器的应用范围不断扩大,工业用制品的消耗量增长主要是由新型加工技术的改进所致,如多层型坯挤出、双轴挤出、非轴对称吹塑等。表 2 列出了部分吹塑制品的应用及其性能要求。
1.3 吹塑成型进展
(1) 原材料聚合物在成型过程中,首先通过口模时受高剪切力作用,然后物料呈现挤出膨胀及垂缩现象,在形成下垂的型坯时,其膨胀率接近为零。接着型坯被吹胀紧贴在模具上,这时呈现低的膨胀率。过度的口模膨胀会产生废品。过度的垂缩导致制件的顶端到底部壁厚厚度不均匀,严重的甚至不能成型。因此,在选择适合吹塑的聚合物时,必须弄清其剪切及膨胀的粘弹特性。 HDPE 由于热稳定性好,又有多种改性产品,因而成为吹塑成型中应用最广泛的塑料。通过共聚和共混作用,对吹塑成型用原材料的研究在连续挤出吹塑级树脂方面也取得了一些进展,如 PA6 、 PP 和 PET 。间歇式型坯吹塑成型,理论上适用于结构板材和大型制件的二次加工,要求使用工程塑料,如:阻燃型 ABS 、增强 PVC 、改性 PPO 和 PC 等,而这类挤出型塑料的耐高温性能一般较差,仅有少数树脂可在常规设备上吹塑成型大型制件。在聚萘二甲酸乙二酯 (PEN)/PET 共混料吹塑成型时,需将防氧渗透和防水气渗透的树脂如 ( 乙烯 / 乙酸乙烯醇 ) 共聚物 (EVOH) 和 HDPE 与 PET 形成复合层,并产生锚联层,以改善 PEN/PET 料的渗透性和热稳定性。目前正研究将 HDPE 与 PA6 采用多层吹塑成型,生产燃油油箱。
(2) 设备与工艺技术进展
吹塑机械设备已有很大的改进。较新的成果有:
①采用改进型红外加热技术进行再吹塑成型;
②非常高速的旋转挤塑压力,主要应用在牛奶瓶的生产上;
③模具附设在梭式压机上以补偿喷流现象;
④多层连续挤出吹塑成型防渗透性容器;
⑤通过对取向结晶和热结晶、预成型坯和模温、吹气压力,以及型坯在模腔内停留时间的严格控制,进行连续性热定形 PET 瓶的生产。 由于市场对复杂、曲折的输送管材制件的需求,推动了偏轴挤出吹塑技术的开发,这种技术笼统称为 3D 或 3 维吹塑成型。 理论上,该工序十分简单,型坯挤出后,被局部吹胀并贴在一边模具上,接着挤出机头或模具转动,按已编的 2 轴或 3 轴程序转动。难点在于要求具有非常大的惯性量的大型吹塑机械在高速合模时误差要低于 10 %。多层吹塑成型工艺常用于加工防渗透性容器,其改进工艺是增设一个阀门系统,在连续挤出过程中可更换塑料原料,因而可交替生产出硬质和软质制品。生产大型制件如燃油箱或汽车外
结构板材时,在冷却过程中需降低模腔内压力以调整加工循环周期。解决方法是先将熔料储存在挤出螺杆前端的熔槽中,再在相当高速下挤出型坯,以最大限度减少型坯壁厚的变化,从而确保消除垂缩和挤出膨胀现象。 储料缸式机头改进,使之能挤出热敏性塑料如 ABS — R 、改性 PPD 和 PVC 。而且,重新设计的机头,在生产中可快速装拆以方便清理塑料,同时,对塑料的流变特性分析及计算机流道分析可设计流线型流道,以便于热敏性塑料的成型。
(3) 控制程序及吹塑模拟型坯的程序控制已有数十年的经验。 主要问题是型坯可拉坯变薄的最薄程度 ( 如瓶颈部位 ) ,增厚的型坯拉坯的最大程度 ( 如容器瓶体或边角部位 ) ,以及设计一个壁厚度变化部位,例如凹边和瓶肩等。其工作重点应集中在所使用塑料的粘弹性特性上。对试管状的预成型坯壁厚的预测,也就是设计具有防渗透作用的型坯最佳壁厚厚度的选择依据。这是由预成型坯的结晶程度,所使用塑料与温度相关的应力一应变弹性特性,以及由注塑加工形成的冻结应力程度和分布等情况来决定的。 1980 年, GE 公司就为热成型和吹塑成型开发了: PITA 程序设计。
型坯吹塑成型的控制软件必须综合考虑如下因素:不均匀的型坯壁厚;型坯截坯口和环绕型吹塑管材截口;在合模前预先吹胀型坯;吹胀过程控制和截坯口开设的部位;以及结构件吹塑成型中对型坯边缘的裁切定位等。目前,商业化的吹塑成型模拟软件主要有原美国的 ACTech 公司的 C — PITA 、比利时的 POLYFLOw 等。数值模拟的难度在于:大应变、非线性材料行为、接触问题以及膨胀过程中一些物理非稳定性,而这些复杂性将导致产生一系列需要迭代求解的非线性方程。其中,材料、吹塑成型机理的研究一直是研究的难点、热点,如拉伸吹塑被广泛应用,但对该过程的模拟所需要的应力诱导结晶的数学描述,到目前为止尚无合适的方法。而挤出吹塑的型坯,是聚合物熔体流经环形模头时形成的,环形管道的几何形状和材料的粘弹性质将直接影响型胚膨胀,现有的粘弹性知识还无法描述这个过程.与相对成熟的注塑 CAE 技术相比,吹塑成型软件目前正处于发展的初期阶段。 1.4 吹塑成型的发展趋势吹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。
(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。 (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。
(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。 (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。
2 影响吹塑制品质量的因素及常见缺陷的排除
2.1 吹塑成型的影响因素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:
(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:
①材料的分子量分布、平均分子量;
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。 (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。
(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。 (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。 2.2 吹塑成型工艺条件的设定工艺条件调整的目的是,在满足产品最小壁厚要求的基础上,产品壁厚尽可能均匀,产品件重尽可能小 ( 减少材料消耗 ) 。工艺参数设定的合理方法是,将经验与数值分析技术结合。基本过程为,
①利用已建立的计算机模型,模拟吹塑模具、下料型坯、夹料板等状态;
②输入各阶段对型坯壁厚分布影响的参数;
③对得到的模拟结果进行分析,通过计算机模拟显示哪些部位壁厚达不到要求,而哪些部位壁厚超厚;
④利用人工经验,调整输入的参数,重复①~③的过程,保证产品各部位在达到最小壁厚的前提下,尽可能减小产品各部位壁厚。
⑤对多个工艺方案的结果分析、比较,最终确定优化的工艺参数。拉伸吹塑又称双轴取向吹塑,是在聚合物的高弹状态下通过机械方法轴向拉伸型坯、用压缩空气径向吹胀 ( 拉伸 ) 型坯以成型包装容器的方法。拉伸吹塑有一步法、二步法。
2.3 吹塑成型常见的制品缺陷及其改进这里给出挤出吹塑成型、注射吹塑成型、拉伸吹塑成型常见的问题、产生的原因及解决办法。
(1) 挤出吹塑是挤出成型最主要的成型方法。有连续挤出和不连续挤出两种方法。表 5 给出挤出吹塑常见制品缺陷及改进方法。 (2) 注射吹塑注射吹塑是先用注射法制成有底型坯,再将它吹移至吹塑模具中成型中空制品。注射吹塑可对制品进行精确的控制,能生产无刮痕、精度高、表面光滑的制品,无需二次加工;其中制品的件重可控制在± 0 . 1g ,螺纹的精度可为± 100 μ m 。注射吹塑常见制品缺陷及改进方法见表 6 。 (3) 拉伸吹塑 3 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。
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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,大部分牛奶平时有这种聚合物制成的。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。
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热塑性塑料注塑成型这种方法即是将塑料材料熔融,然后将其注入膜腔。熔融的塑料一旦进入模具中,它就受冷依模腔样成型成一定形状。所得的形状往往就是最后成品,在安装或作为最终成品使用之前不再需要其他的加工。许多细部,诸如凸起部、肋、螺纹,都可以在注射模塑一步操作中成型出来。
注射模塑机有两个基本部件:用于熔融和把塑料送入模具的注射装置与合模装置。和模装置的作用在于:1.使模具在承受住注射压力情况下闭合;2.将制品取出注射装置在塑料注入模具之前将其熔融,然后控制压力和速度将熔体注入模具。目前采用的注射装置有两种设计:螺杆式预塑化器或双级装置,以及往复式螺杆。螺杆式预塑化器利用预塑化螺杆(第一级)再将熔融塑料注入注料杆(第二级)。 螺杆预塑化器的优点是熔融物质量恒定,高压和高速,以及精确的注射量控制(利用活塞冲程两端的机械止推装置)。这些长处是透明、薄壁制品和高生产速率所需要的。其缺点包括不均匀的停留时间(导致材料降解)、较高的设备费用和维修费用。
最常用的往复式螺杆注射装置不需要柱塞即将塑料熔融并注射。 二、挤出吹塑
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,大部分牛奶平时有这种聚合物制成的。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。
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吹塑成形设备的插送坯装置,包括与水平面成一定夹角的倾斜滑槽及设于该倾斜滑槽下端部下方的水平输送槽,倾斜滑槽近下端部的上方设有交错动作的第一气缸和第二气缸,该第一气缸和第二气缸沿倾斜滑槽下降方向依次排列的,其轴向均与倾斜滑槽垂直,水平输送槽的一侧设有可将其中的型坯推送至吹塑成形设备的加热装置的第三气缸。本实用新型通过采用简单的装置取替机械手,实现准确无误地将型坯套接于加势装置型坯座上的动作,更加容易实现,从而大大降低了其成本。 |
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吹塑成形品的成形方法,特别是以良好生产率生产有优异模型转印性例如表面光泽和压花表面以及优异的无凹痕、无翘曲外观的结晶性热塑性树脂中空成形产品的成形方法,该方法包含下列步骤:以保持在该结晶性热塑性树脂的(结晶温度-10℃)至熔点的范围内的模型温度用气体吹塑成形,使该成形品在(结晶温度-15℃)至(结晶温度-45℃)的温度范围内保持30~300秒,和使之在空气中冷却。 |
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多层共挤吹塑机组 由于此种产品用途广而受到欢迎。其中售价在10万元/ 台左右的下吹机组以其价格适中,性能优良受到青睐。这种机组可以使用PP、LDPE等原料,生产具有良好的密封、透明、蒸煮、保鲜、印刷等性能的包装薄膜和复合包装材料,可替代大部分CPP和BOPP薄膜材料,产品广泛应用于食品、农副产品、医药、化工、日用品和军用品的包装。 传统的聚乙烯薄膜吹塑组 主要生产农用产品,如农用地膜、滴灌软管,也可用于牛奶等的包装膜。这种机组适于LLDPE和HDPE、LDPE的共混原料,生产的薄膜成本低、厚度均镁、透明度高、塑化优良。 全自动高速吸塑成型机 用于生产各种颜色片材,成型各种敞开式薄壁容器制品。采用PVC、PET、PP、PS、植绒片材、光降塑料等作为原料,能够高速连续成型,并能在不停机的工作过程中实现各种程序动作的调整。产品可广泛用于食品(作为蛋糕盒、饼食品内衬等)、医药、日用品、玩具、电器元件等包装
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Agr*TopWave近日推出一套PETWallplus系统,这是一套吹塑机厚度监测系统PETWallplus。该系统用于检测吹塑机的单层PET容器的材料分布状态,是一种非接触装置。 均衡的材料分布是PET容器质量的关键,顶部负荷能力和耐破度等一些影响容器质量的因素都跟材料的分布不均有关。PETWallplus系统可对每个PET容器进行关键数据的检测和维护。 加工商通过PETWallplus可以检测每个瓶子材料分布的偏差、移位、加工中出现 的问题以及和材料分布相关的其它问题。独特的PETWallplus系统可提供具体的分布信息,这些信息与模具和转轴相互关联。操作员通过回馈掌握基本信息,以查明问题所在,确保设备的正常运作。 PETWallplus系统为包装容器加工商提供多项优势:在加工过程中识别偏差;在发生偏差的时候尽快做出反应;在问题发现后立即纠正;保证运作效率、减少返工和停工期。此外,无论有无经验的操作员都可通过PETWallplus系统提供的通用工具对设备的运作进行检测、根据情况进行调整,并可以立即看到调整后的结果。装配了PETWallplus系统的生产线还可以体现该系统的其它一些优势: ◆ 缩短检测和解决问题的反应时间 ◆ 提高生产效率和产品质量 ◆ 可生产符合质量要求的轻质容器 ◆ 自动识别并去除材料分布不均的容器 ◆ 提高转换期和适应期的运作效率 ◆ 节省劳动力和能源消耗 PETWallplus系统采用红外线吸收技术,精确测定PET容器中指定区域的厚度,对各种颜色、形状、装饰或无论有无水汽的容器都可适用。PETWallplus的检测传感器位于吹塑机内,利用吹塑机的传输和检查系统而不影响设备的运作。很多吹塑设备中都能看到PETWallplus系统,例如Krones的Contiform、SIG的Plastics Blowmax、Sidel的I系列和II系列。 该系统的模块化设计使每个容器可从四个不同的测量区进行检测,因此容器最关键的部分都可涵盖在内。测量信息通过高分辨率的彩色监视器以几种不同格式进行显示,由此操作员可检测容器的关键区域,迅速评估出整个吹塑机的运作性能。可提供的数据包括:单个容器的数据、检测的信息、生产运作的总体数据和实时趋势图。系统可精确检测不同形状和颜色的PET容器,速度达到每小时32,000瓶。
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近年来,PET吹塑瓶以其质轻(占同等玻璃瓶的1/10)、强度高、透明、无毒等优点被大量用于饮料包装,特别是碳酸性饮料的包装(如可乐等)更是异军突起。另外,由于捆装的玻璃啤酒瓶屡次出现爆炸伤人事故,国外已有意转向PET瓶包装,因此PET吹塑瓶市场前景广阔。 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)两种成型方法。注拉吹的工艺过程为,先注射有底瓶坯,冷却后由输送带连续送至加热炉(红外线或电加热)经加热至拉伸温度,而后纳入吹塑模内借助拉伸棒进行轴向拉伸,最后经吹胀吹制成型。笔者对预成型瓶坯经过再加热、拉伸吹塑成型的工艺影响因素进行了探讨。 1、设备 目前国内使用的多为德、法等国制造的、国际上较先进的二步吹塑机,该种设备自动化程度高、产量大、废次品率低、工艺易控制,每台设备可装4-40个模具,多的可达60个以上,每小时产量约几千个,有的可达二万个。这类设备一般由供坯系统、加热系统、主机、控制系统和辅机五大部分组成,其中较重要的是主机,全电脑控制,包括主机启闭、烘箱灯管启闭和成型工艺的调整等。 2、影晌因素 工艺中的影响因素有:瓶坯及其加热,预吹(位置、压力和流量),拉伸杆,高压吹(压力、位置),以及模具等。 2.1 瓶坯 瓶坯又称为型坯,是PET粒料经注射成型的,它要求回收料比例不能超过10%,回收次数不能超过两次。注塑成型后的瓶坯或加热后再用的瓶坯必须冷却48h以上,而且使用的瓶坯存放时间不能超过6个月,不同生产日期,特别是间隔过长的瓶坯不能混用,主要原因是瓶坯所用原料型号、混入的二次料比例和瓶坯内残余应力不同所致,而这些因素对吹瓶的成型工艺都有重大影响,应根据实际情况具体对待。 2.2 加热 瓶坯的加热由加热炉来完成,由人工设定,自动调节。加热炉的高度在25mm左右为宜,离输送轮19.6mm左右。瓶坯在输送轮上连续运转通过整个烘箱,这样瓶坯受热较为均匀,能更好地成型,克服了以前瓶坯静止加热、人工转动而受热不匀的缺点。但是加热炉如调整不当,会造成吹制的瓶子壁厚上下分布不匀(如上轻下重)、瓶口变大超标、硬颈等制品缺陷,甚至造成机械部件的扭力故障。 瓶坯加热温度一般设定为85-120℃,无色瓶坯要高一些,带色瓶坯则要低些。温度设定太高或太低都会造成制品缺陷,如拉破、白雾等。各个区域的温度可根据制品成型情况具体调整,同时要考虑烘箱灯管开启情况。另外,烘箱输出功率的设定对瓶坯的加热也有很大影响,它控制着整个烘箱热量的输出。当长期不开机,再次开机时,初始输出功率应相应设定高一些,正常生产过程中再逐步降低到正常状态,输出功率一般为80%左右为宜,特别是环境温度在5℃以下时,效果更为显著。 吹瓶生产工艺与生产环境温度也有一定关系,环境温度一般以室温(22℃左右)为宜。如温度太高,则制品易出现凝点结块;温度太低,机器启动时产品性能不稳定,具体操作要根据实际情况和经验来调节。 2.3 预吹 预吹在吹制过程中的作用是使瓶坯初具形状,同时由拉伸棒纵向拉伸增大其纵向强度。整个过程是预吹凸轮在吹瓶过程中把三通阀推到预吹位置,并由单向阀配合完成。预吹位置、压力和流量都能影响瓶子的质量。 (1)位置 预吹位置提前,会出现瓶子底部中心点偏斜、变薄,脚部壁厚不匀且发白,上重下轻,硬颈,甚至底部穿透等缺陷;预吹位置错后,则会出现上轻下重、中心点变厚、凹陷等缺陷。 (2)气流量 预吹气流量由单向阀控制,一般开3-4圈为宜。气流量大,底部重,中心点薄、偏,脚部发白,壁厚不匀;气流量小,中心点变厚,分段件重超标。 (3)压力 预吹气压力在0.8-1MPa为宜。压力高时,可能造成上重下轻,中心点偏斜,脚部壁厚不匀,发白等;压力低时,不能充分拉伸,底部重,中心点厚。 瓶子脚部、中心点的成型情况对瓶子质量影响最大,调整不当常引起爆瓶(正常实验条件下)、渗漏等致命缺陷。 2.4 拉伸杆 拉伸杆是在预吹的同时在预吹气配合下把加热后的瓶坯拉伸的装置,它在高压吹后、排气前复位。拉伸杆必须在吹瓶过程中能上下垂直平稳移动,驱动压力为0.55-0.8MPa,与底模的间隙为2.3-2.5mm,也即瓶坯厚度1/3-1/2。间隙过大,会造成瓶底中心点偏移;间隙过小,中心点变薄。 2.5 高压吹 高压吹的作用是使熔料充分伸展,紧贴模具壁,使瓶子充分成型,同时进行
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从农业温室到食品包装用多层塑料膜,意大利吹塑膜挤出技术已经历了多年创新。意大利现有20多家挤出生产线制造商,主要用户遍布全世界,从欧洲到美国、中国都有他们的用户。 医药包装用薄膜的挤出加工受多种因素的影响,其中最重要的有:生产线(必须满足高精度的工艺技术要求)、环境和工作条件,要求生产线被安装在无菌室中以防产品受有任何形式的污染。另外,对生产线和环境还必须定期进行卫生处理,以确保其长期清洁,具有应有的功能。特别是对于初级医药包装,环境要求是前提条件。 所有医药行业用薄膜都要进行消毒,根据结构和最终用途,有3种消毒方式:伽马射线、二氧乙烯和高压灭菌器(一般称为湿法或蒸汽法消毒)。高压灭菌是最常用的方法,具有高效、功能性强的特点。而其他方法则较昂贵且复杂,一般较多用于PE类薄膜,因为PE薄膜不能用蒸汽消毒。在高压灭菌器的消毒过程中,温度会超过121℃,所以,原材料和所生产的薄膜除具有预定用途的功能外,还要能承受热处理过程。 医药领域用基本原材料主要是聚丙烯均聚物和共聚物。市场上批准用于该行业的特殊聚丙烯相对于标准品级而言都经过了不同处理。COLINES是医药行业用扁平模头挤出生产线的专业制造商。它通过与伙伴公司合作又是薄膜生产商,其 3个伙伴公司,BPACK、B-PACK DUE 和 IMBALLAGGI PROTETTIVI每年加工20,000 t以上的聚丙烯,并可按照贮存期限和用户要求设计特殊的薄膜结构。需要的话,可根据待包装产品的预期寿命确定阻隔系数。对于需要达到长贮存期的产品,薄膜结构中将加入阻隔性原材料,如PA、PETG 或 EVOH等。 由于这些材料具有不同的物理机械性能,所以不能仅仅根据其对气体的阻隔程度来选取材料,还要考虑材料与其他材料的结合性能。按照适合于最终用途的配方,一种结构中可能采用两种阻隔材料结合到PP上,以获得高的防护性能;如果要求的贮存寿命较短,则可只用一种阻隔材料。上述所有材料在受控环境条件下适当地挤出后,可以用作初级包装材料,如直接与产品接触。在这种特殊情况下,最新带封装机构的可生产7层结构的Barriercast生产线能生产盛装静脉滴注和注射用糖和盐水溶液的灌装袋用薄膜。该集团的3家公司还生产二级包装,其主要起结构功能或补偿对消毒条件(高于121℃)耐热性的不足。例如,IMBALLAGGI PROTETTIVI公司采用在线工艺生产一种可变重量的共挤出PP片材,这种片材在医药和制药行业有几种用途。用均聚PP生产的Bubble Guard片材在消毒后用于医药运输过程中的中间层和疫苗托盘。除这些应用外,其还可制成盒子用于盛放医院固体废料或医疗器具,如注射器、剪刀或钳状骨针。结构和材料组合方式取决于所要求的贮存寿命和阻隔性能。其产品范围可以从B-PACK DUE公司生产的最多达5层的共挤出CPP膜(用于细长小刀和消毒纱布的初级包装)到B-PACK公司生产的高阻隔7层结构膜(可用于军队或救护车用输血设备)。医药行业迅速增长,再加上技术紧缺国家的需求,使最新的Barriercast生产线市场快速发展。该生产线在远东地区主要用于生产灌装袋,配备有7层喂料机构,一个用于封装的挤出机和Dittering系统。其主要技术参数为:可用幅面宽度2200 mm,保证对于阻隔膜的平均生产率为550 kg/h,PP膜高于600 kg/h。 气泡膜轻量、坚韧并利于生态,利用其弹性和耐磨性能可形成缓冲保护层,现在在全球用于从高质量包装到隔热、隔声的多种用途中。气泡可起到对冲击的完全保护作用,可防止主要由压缩引起的损坏,而且形成的包装质轻、透明、无害,并耐酸、碱、油和其他化学品以及水和潮气。利用气泡膜可以减小包装的体积,由此并可降低运输成本。气泡膜可印刷,也可与PE或其他PE类材料层合,并可100%回收。由于其生产灵活,并可使用不同的材料,现在这种薄膜已用于包装多种不同产品和消费品,包括玻璃、家具、食品、医药和电子产品以及办公设备等。 TORNINOVA公司为这一应用设计的生产线,灵活性被认为是其主要特徵,从而可使加工商通过适用于多种应用场合的气泡膜来满足不断增长的市场需求。其产品范围包括:用于通用包装的由PE加工的2-3层标准产品,用于隔热和隔声的3层产品(LDPE用于气泡,PE涂覆的mPET用于基材和第三层),用于包装大型产品,如家具和沙发的3-4层产品(由LDPE制造气泡和基材,由发泡PE制造第三层,或为4层时,用层合HDPE做底)等
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随着人们生活水平的提高,乳制品以其丰富的营养价值和保健功能受到欢迎。而乳品包装质量的高低,直接影响着乳业的发展。采用HDPE吹塑中空容器包装液体牛奶,具有方便携带、质量轻、成本低的特点,而且HDPE瓶具有耐冲击性好、防碎、防漏、盖子可重复开闭、可回收利用等诸多优点,因而在乳品领域有着良好的发展前景。 据悉,目前很多国家的乳品包装已经由原来的纸、玻璃制品转为塑料包装。在美国,0.5加仑~1加仑容量的HDPE液体牛奶包装绝大部分都使用吹瓶系统加工而成。而与普通的Shuttlemachine(往复式设备)相比,UniloyMilacron公司的Re-cip系列吹瓶机生产成本低、模具模腔数高、生产周期短。例如:吹制容积为1l以内的HDPE瓶的循环时间控制在5秒~6秒,则可大大提高整个设备的生产量。该系统的工作原理是螺杆在塑化过程中不停旋转,在需要料坯时,以螺杆注坯技术替代传统的挤坯技术;同时,设备还采用了简洁、独特的锁模结构以及全闭环电脑控制系统。该设备针对的原材料除高密度聚乙烯(HDPE)外,还有低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。生产出来的产品可应用在液体牛奶、调味奶、豆奶、液体发酵乳、果汁、水饮料及茶饮料等包装上。据报道,Recip系列往复式设备能够支持两个瓶坯以口对口(necktoneck)的方式在一个模具上同时挤出,进而使产量翻倍,提高生产效率。这样,用户在无需加大设备型号的情况下就可得到双倍的产品输出量。这种生产方式适用于无手柄的包装瓶,容积在50ml~1000ml之间,生产出的塑料瓶为无菌产品,可直接进行灌装操作。瓶口的位置可以根据用户不同的需求放置在瓶顶中央,也可以放在上角的位置。
面对市场竞争,很多乳品企业对乳品包装的要求也越来越高,例如很多富含维他命的乳制品,为保持其营养成分不被光照、日晒等破坏,包装瓶壁内要求加有UV隔离层,对光线,尤其是UV光及氧气具有屏蔽性。在欧洲,以法国为例,自1990年起通过使用多层共挤的HDPE包装
UHT奶产品,产品的市场份额不断增长,多层HDPE塑料瓶已占据近70%的乳产品包装市场
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在近期于美国芝加哥举行的NPE展会上,全电式机器成为了参展的吹塑机生产商的时髦字眼。
对加工商来说,全电式机器是对抗能源成本高涨的一剂良方。
总部位于美国新泽西州Carlstadt的Paradigm Packaging公司的西方业务副总裁Steve Kostecki说:“本来我们的能源成本高得惊人,是全电式机器实现了注吹塑领域的一大飞越。这也是我来NPE参展的主要原因。”
在日精ASB机械公司的展台上,公司官员采用全电式单级注拉吹塑机生产PET睫毛膏包装容器,该机将于一年后投入市场。
ASB公司销售部主管Jamie Pace说:“我们认为现在正是为市场注入新动力并朝高端市场竞争发展的好时机。这是我们赖以衡量市场需求的技术平台。”
这台全电式机器的耗电量仅为液压式注吹机的30%。公司官员说,该机的模塑性能稳定,污染少,噪音低,最适用于小规模批量生产。
此外,为增强企业的市场竞争力,日精公司已重新将其印度和中国的吹塑机生产厂纳入了发展重点。
这意味着已将模具产能提高50%的印度工厂将成为日精的生产中心。该公司将先在印度生产小型单级吹塑机的零配件,再运往上海进行装配。
Pace说,日精公司将继续在上海工厂生产再热型吹塑机,而日本工厂仍以大中型机器生产为主。
今年年底之前,公司还将对印度工厂进行大规模扩能。
5月24日,Ichiro Mizuuchi在公布日精公司2006上半年的财务业绩时说:“我们特别重视提高支柱产品的市场竞争力。”
“我们把工程人员派往印度,帮助公司将生产迁往印度工厂。”
Pace说,在2005年当中,日精公司发现美国的吹塑机市场变得愈发活跃起来。
他说:“虽然2005年我们完成了北美区的销售目标,但上半年的销售增长非常缓慢,直到下半年才开始大幅攀升。”
相比之下,日精公司已顺利完成了今年上半年的北美销售任务。
同时,总部位于意大利佛罗伦萨的Meccanoplastica srl公司也借助NPE展会,首次向北美市场推出一台全电式注吹机。该公司与总部位于美国伊利诺斯州Centralia的模具公司Big 3 Precision Products Inc.公司进行合作,力求在美国市场站稳脚跟。
美国宾夕法尼亚州New Hope的MBK/Blow Molding Machinery LLC 公司副总裁Jack McGarry说:“这些企业拥有广泛的客户群,因此我们希望与之合作共同发展全电式技术。”
Meccanoplastica公司在自家展台上演示加工了针对酒店设施市场的聚丙烯瓶。每个瓶子重4克,在循环时间为9秒的8腔模具生产线上加工而成,每小时约能生产2300个聚丙烯瓶。
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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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长期以来,在包装瓶领域,pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)始终处于统治地位。但是,拉伸吹塑聚丙烯(pp)包装材料的成功问世,有望在纸箱或者高密度聚乙烯包装升级时成为pet有力的竞争者,其最重要的竞争优势便是其低廉的成本。
对于吹塑包装制造商来说,两段拉伸吹塑聚丙烯早已成为一种招牌产品。最近,聚丙烯已经和阻隔性材料一起共挤出吹塑用来代替pet、玻璃和金属的部分应用领 域。但是,大体积的两段拉伸吹塑应用则几乎被pet垄断,原因是虽然聚丙烯的成本较低,但其加工周期长,而且需要对现有pet装置进行改造才能加工聚丙 烯。但是,近来已经有一些材料供应商称,这一问题可以得到解决。
原料方面,由于聚丙烯的热容量较高, 需要较长时间才能获得足够的热量,因此,与pet相比,聚丙烯加工速度慢。但是最近,比利时的添加剂供应商milliken公司成功地研制出商品名为 ’hyperform’的成核剂。该成核剂可以降低聚丙烯的热容量,从而提高了加工速度,使得聚丙烯具有了与pet相竞争的可能。
在加工设备方面,法国西得乐公司生产的西得乐两段拉伸吹塑机是包装容器瓶生产最常用的机器。使用该吹塑机吹塑聚丙烯瓶,每腔生产速度可以达到1500个/ 小时,与加工pet持平。聚丙烯吹塑容器瓶的透明度除了在瓶颈部带有白色之外,其他性能均可以与pet瓶相媲美。
据预测,经过原料生产商和设备供应商等的共同努力下,商业化两段拉伸吹塑聚丙烯瓶将很快会实现。2004年初,milliken公司开始商业化生产并于6 月中旬在记者会首次展示了拉伸吹塑聚 丙烯瓶,该瓶使用了聚烯烃供应商丹麦的北欧化工公司提供的牌号为rf926mo的新等级聚丙烯,可用于包装变性酒精和 其他溶剂。溶剂供应商意大利gsg公司致力于使用由瑞士ottohofstetterag公司专门设计和制备的模具以及由意大利smiform公司提供的 两段拉伸吹塑设备来生产聚丙烯容器瓶。这种聚丙烯容器瓶的质量比其替代的高密度聚乙烯容器瓶轻30%,而且机械性能相当。
其他潜在的终端用户以及容器瓶供应商都在测试该材料。北欧化工公司在其举行的记者会上展示该公司制备的聚丙烯容器瓶样品牞瓶颈几乎是透明的,这在聚丙烯容 器瓶生产技术上确实已经提高到了一个新水平。北欧化工公司生产的聚丙烯材料含有一种成核剂,但该公司没有透露成核剂供应商的详情。
由于pet容器瓶具有更好的气体阻隔性能,因此聚丙烯容器瓶很难在诸如碳酸水或者软饮料包装领域取代它。但是,工业分析家相信一旦清洗剂和家用清洁剂包装 由挤出吹塑高密度聚乙烯升级换代,拉伸吹塑聚丙烯就能够抢占该市场的部分份额。由于聚丙烯热稳定性远好于pet,因此,拉伸吹塑聚丙烯在热灌装包装领域具 有发展潜力。
尽管拉伸吹塑聚丙烯具有优异的性能和广阔的发展潜力,学术界和工业界对此也颇为关注,但 拉伸吹塑聚丙烯要占领市场尚需时日,目前的应用仅仅是崭露头角。milliken和北欧化工公司取得技术进展将会极大地推动拉伸吹塑聚丙烯的市场应用,未 来属于拉伸吹塑聚丙烯的市场将是非常广阔的。
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受食品饮料等市场高速发展推动,中空制品应用领域越趋广阔。应用于中空成型的材料品种繁多,本文特对中空成型常用材料性能优劣,加工性能及应用进行比较分析。
高密度聚乙烯(HDPE)
优势:刚度、强度、硬度、抗蠕变性、光泽度与阻湿气渗透性均较高,耐油、脂、酸与硷等性能好。具有较好的抗冲击韧性、电绝缘性、抗撕裂性、耐低温性等,但不如LDPE。
劣势:阻O2与CO2渗透性能很差,会被强氧化剂破坏。一般HDPE的透明性较差,且柔软性、热氧老化及光老化性能差,通用级的HDPE容器长期盛装洗涤剂、油类物品会产生应力开裂,所以应选用特殊等级的HDPE。
加工:挤出吹塑用的HDPE一般为中宽到宽的分子量分布范围,熔体流动速率在1g/10min以下。低的熔体流动速率使型坯具有较好的熔体强度,可改变型坯自重下垂;宽的分子量分布可降低模口压力,减少型坯熔体的断裂,改善加工性能,提高速度。
注射—吹塑用的HDPE应具有中宽到宽的分子量分布范围,熔体流动速率在1g/10min以上。若以注射—吹塑方法生产化妆品瓶、洗发液瓶时,可使用窄分子量分布范围的HDPE;或加入少量润滑剂(0.1%-0.5%硬脂酸等),可改善瓶表面的粗糙度。
用途:广泛应用于生产各种容器,其容器可进行热灌装及蒸煮消毒;可作为各种酸、硷、盐溶液及有机溶剂等化学工业的包装;还可作为防潮包装。另外,HDPE还可制作其它工业制件,例如采用云母填充的HDPE可吹塑汽车内的座椅、地板、空气净化器的外壳等。
低密度聚乙烯(LDPE)
优势:柔软,表面硬度低,刚性低,低温性能好;化学性能稳定,对水蒸气和水的阻隔性好。
劣势:热膨胀系数高,耐蠕变性差;对烃类、卤代烃类、油类和脂类物质较敏感,盛装上述化学药品的容器,易产生吸收、溶胀作用。某些具有极性的有机化合物,如洗涤剂、植物油、苯甲醛、硝基苯等,易使包装容器产生环境应力开裂。对有机溶剂、氧、二氧化碳、挥发油、香精等气体的渗透性大,对空气阻隔性差。
加工:挤出吹塑用LDPE熔体流动速率一般在2g/10min以下,大、中容量的容器,熔体流动速率一般在0.1-0.5g/10min之间;注射吹塑用的LDPE熔体一般在2g/10min以上。
用途:主要用来生产强度要求不是很高的中空制品,如化妆品瓶、药品瓶、日用品、可折叠容器、纸塑或钢塑复合桶的内衬等。也可以通过在低密度聚乙烯中掺入HDPE来改善其表面硬度,以扩大其用途。
线性低密度聚乙烯(LLDPE)
优势:较好的的低温韧性、耐低温冲击性、耐环境应力开裂性、耐穿刺性等。茂金属聚乙烯是一种新型的LLDPE,具有比LLDPE更好的力学性能、抗穿刺性、耐环境应力开裂性和柔软性。
劣势:光学性能较差;性能随着密度、分子量、分子量分布的不同变化较大。
加工:具有较好的成型加工性。挤出吹塑用LLDPE,分子量分布较宽,熔体流动速率较低(1g/10min以下);注射吹塑用LLDPE,分子量分布较窄,熔体流动速率较高(大于2g/10min),制品的光泽度也较高。
用途:可用于吹塑桶衬,还适用于吹塑较大的制件,如道路交通用的隔离棚。更多的用于与其它烯烃树脂进行共混制造吹塑容器,从而改善中空制品的性能。
高分子量高密度聚乙烯(HMWHDPE)
优势:具有优良的耐环境应力开裂、高冲击强度和拉伸强度及好的刚性、化学稳定性、防湿性、耐磨性好,可长期在恶劣环境下使用。
劣势:流动性差,加工较困难。加工:一般生产HMWHDPE吹塑制品的挤出机及储料缸机头的结构要有特殊的要求。熔体粘度受温度的影响较小,由于分子量较高,型坯下垂较小,弹性很大,型坯有很高的“回缩”性,在合模前型坯会有较大的收缩。一般难以成型制品的棱角,在设计时应加以考虑。
用途:采用挤出吹塑成型生产大型及几何形状复杂的中空制品。适用于容量为250L的货运包装容器、容量为400L的城巿自卸垃圾载运箱、汽车燃油箱及工具箱、除草剂或农药喷雾器的药剂罐、容量为1250L的集装箱及工业用储罐等。
聚丙烯(PP)
优势:聚丙烯具有优良的耐热性,是唯一能在水中煮沸,并能经受135℃的消毒温度的品种。以PP为基材的多层容器可在温度高达90℃的条件下进行热灌装或消毒处理。具有优良的化学稳定性,除强氧化性酸(如发烟硫酸、硝酸)对它有腐蚀作用以外,室温下还没有一种溶剂能使聚丙烯溶解,只有低分子的脂肪烃、芳香烃对它有软化或溶胀作用。有优良的防止水蒸气透过性,经拉伸定向的聚丙烯容器,水蒸气透过率可进一步降低。其力学强度、刚性和耐应力开裂性都超过HDPE。具有优良的耐弯曲疲劳性。具有较好的隔音性能,适于吹制汽车内的通风管。耐蠕变性较好,长时间负荷下的变形量较小。
劣势:耐低温性能不如聚乙烯,低温甚至室温下的抗冲击性能不佳,低温下易脆裂是其主要缺点。在成型和使用中易受光、热、氧的作用而老化,在成型中应加入必要的助剂。
加工:具有良好的成型性,可采用注射吹塑、注射拉伸吹塑、共挤出吹塑等方法制成中空容器。但挤出吹塑成型性较差,巿场需求量较小,应用范围多在PE不能胜任的场合。
应用:广泛用于食品、药品、化妆品、化学试剂包装;更适宜要求热灌装、高接触透明度时使用;PP(特别是高分子量PP)还可用来吹塑工业制件,如双层中空制品(汽车保险杠)、带铰链的工具箱、箱包、耐热容器(电热水器的内罐)等。
聚苯乙烯(GPPS)
优势:GPPS为无色透明。具有高光泽性和高透明度,透光率可达到88%-92%;高度的刚性和表面硬度,良好的拉伸强度;吸湿性小,耐辐射性好;有良好的印刷性和着色性;电绝缘性优,耐高频性好;耐水、耐酸硷。
劣势:易积聚静电和吸尘;不耐冲击,软化点较低;耐日旋光性差,日光下易变色,超声波作用下易降解;易受酮类、烃类、高级脂肪类侵蚀软化,能溶于芳烃、四氯化碳、氯仿中,易被酸、醇、润滑脂、润滑油溶胀而产生开裂;不耐有机溶剂。
加工:易加工。吸水性低,加工前一般不需干燥,特殊需要时才干燥。收缩率较低。
用途:可采用挤出吹塑、注射吹塑及共挤出吹塑等吹塑工艺成型中空容器。应用最多的是用注射吹塑成型多种规格的药品包装瓶。通过加入弹性体可以得到具有较高韧性和冲击强度的HIPS。但HIPS透明性丧失,变为不透明白色,拉伸强度、硬度、耐热和光稳定性均有下降。可采用注射吹塑成型中空容器。
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HDPE是最常用的不透明中空吹塑原料,其具有很多优势:刚度、强度、硬度、抗蠕变性、光泽度与阻湿气渗透性均较高,耐油、脂、酸与硷等性能好。具有较好的抗冲击韧性、电绝缘性、抗撕裂性、耐低温性等,但不如LDPE。
加工:挤出吹塑用的HDPE一般为中宽到宽的分子量分布范围,熔体流动速率在1g/10min以下。低的熔体流动速率使型坯具有较好的熔体强度,可改变型坯自重下垂;宽的分子量分布可降低模口压力,减少型坯熔体的断裂,改善加工性能,提高速度。
注射—吹塑用的HDPE应具有中宽到宽的分子量分布范围,熔体流动速率在1g/10min以上。若以注射—吹塑方法生产化妆品瓶、洗发液瓶时,可使用窄分子量分布范围的HDPE;或加入少量润滑剂(0.1%-0.5%硬脂酸等),可改善瓶表面的粗糙度。
用途:广泛应用于生产各种容器,其容器可进行热灌装及蒸煮消毒;可作为各种酸、硷、盐溶液及有机溶剂等化学工业的包装;还可作为防潮包装。另外,HDPE还可制作其它工业制件,例如采用n-20纳米母粒改性的HDPE可吹塑汽车内的座椅、地板、空气净化器的外壳等。
但是,在实际中空生产中,HDPE也有很多劣势:阻O2与CO2渗透性能很差,会被强氧化剂破坏。因为刚性差,在生产旋盖密封桶时常常密封不严。一般HDPE的透明性较差,且柔软性、热氧老化及光老化性能差,通用级的HDPE容器长期盛装洗涤剂、油类物品会产生应力开裂,所以应选用特殊等级的HDPE或者对材料进行改性处理。根据这些现象,兰德梅克公司研制了n-20纳米母粒,该产品的加入在几乎不影响其他性能的情况下,大大改善了阻隔性、耐热性、刚性、强度和耐应力开裂性能。旋盖密封不严的问题得到彻底解决。
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