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注射吹塑成型工艺与应用


注射吹塑成型工艺与应用
一、前言
我国医药包装品今年来迅速发展, 其塑料包装容器需求量日趋增加, 塑料包装容器成型设 备也在不断增长。由于注射吹塑成型设备在运行过程中,首先对瓶口进行注射,包装瓶口的 精度,然后再吹塑瓶体,因而能防止容器内的气体挥发和外部气体行瓶内渗透,保证了瓶口 与瓶盖之间具有很好的密切性能。我国塑料注射吹塑中空容器的设备在“六五”和“七五”

期间虽能少量生产,但设备本身的精度及各项性能均不及国外设备。目前,此类设备的生产 要在提高精密程度上下功夫,成为名副其实的精密注吹机。所谓“精密注吹机”不仅指设备 成型过程中高速高压具有很好的稳定性, 而且要求生产出的容器尺寸波动和质量波动方面达 到较高的稳定性, 也就是生产的容器各部分尺寸和几何形状精度要高, 容器的外观及内在质 量生产效率等其它指标也能达到较高水平。

二、注射吹塑成型设备
注射吹塑设备主要有注塑机、注塑模、吹塑模和芯模传送装置等组成。成型制品的卧室注 射机均可用于注射吹塑,但注射压力较低,螺杆的比径比较小,压缩比亦不宜过大,注射型 坯用的模具与一般注射模具在所用制模材料与设计要求等方面并无不相同, 若注射时需成型 瓶颈螺纹,则应将瓶颈与注射一并设计。另外注射吹塑成型设备具有二、三或四工位,注射 与合模的结构形式有卧式、直角式等。不同生产厂家,设备的生产能力各有不同。然而,注射 吹塑机最基本的规则就是能同时在一付模具中注射成塑料型坯,在另一付模具中进行吹胀制 成容器。二位机就是基于此原理而设计的,制品的脱出是用机械式或液压式的顶出机构来完 成。三位机与二位机一样,不过其脱出制品有专用的土位来完成。四位机是在三位机的基础 上,为特殊用途如预吹、 预拉伸等工艺要求而另增加一个工位。 现在最常用的是三位机,约占 gQ%以上,目前国内所使用的注吹设备大多数是从国外引进的。

三、注射吹塑成型工艺流程
对于所有的塑料包装厂家来说,注射吹塑工艺绝对是所有塑料加工工艺中重中之重的技 术,各种塑料包装制品、塑料包装容器的制造加工,都需要注射吹塑成型技术来完成。如这 种塑料制品成型工艺可生产塑料瓶、塑料桶、防静电托盘等。不同于挤出吹塑成型工艺,注 射成型的成本会更高一些。 一个完整的注射吹塑成型工艺流程可分为两步:第一步,型坯制备。由注射机在高压下 将熔融物料注入带有吹气芯管的管坯模具内成型管状型坯。开模后,型坯留在芯管上,通过 机械装置将热管坯与芯管一齐转移到吹塑模具内;第二步,吹塑。闭合吹塑模具,将压缩空 气通入芯管,使管坯吹胀达到吹塑模腔的形状,并在空气压力下冷却定型,最后脱模取得制 品。 注射吹塑成型所生产的中空容器主要用于日用品、化妆品、医药、食品等的包装。所使用 的树脂有 PP、PE、PS、SAN,PVC、PC 等。与挤出吹塑成型法相比,制品壁厚均匀一致,重量 公差小,制品颈部尺寸精确稳定易与瓶盖配合,制品形状一致,二次加工量少,废边废料少。 存在的缺点是每种制品必须使用两付模具(注射型坯模和吹胀成型模),注射型坯模要承受高 压,且两付模具的定位公差等级较高,因此模具成本昂贵,故此法最适宜于生产批量大的小理 精致的制品,目前一般能生产的容器最大容犷量不超过 4 升。 另外,此法还不能生产有把手的
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容器,容器的形状还不能多样。

四、注射吹塑工艺要求
应该说,各种热塑性塑料都具备一定的吹胀性能。但是,每种材料的分子结构不同,其吹胀 性能也有不同,甚至差异十分大。一般吹胀性很小的材料视为不能吹胀材料。加工工艺的不 同,对其吹塑性能也有一定的影响。过去,中空容器一般用挤吹工艺生产,所用的材料大多以 PE 为主。近年来,由于塑料品种的改性奋如透明 PVC 也能用挤吹法制成中空制品,且用途十 分广泛,正在逐步取代某些领域内的 PE 制品。在注吹工艺中,除上述原料外,还选用有 PP、 PS、PA、PET 等材料,它们同样地具备较好的吵胀性能。 第一、应根据产品的用途选择适合制造该产品的原料。如医药品包装容器选用 PE、Pr(美 国制造商选用 CM77 劝 HDPE 一姑一翻成的容器完全符合 FDA 许可证要求,其性能和卫生标准 均达到或超过美国药典第二十版所刊的标准)日用品、 化妆品包装容器选用 PE、 透明 PVC PS、 等;食品包装容器选用 PE、PS、无毒透明 PVC、PET 等,有特殊用途的包装容器则选用 PET、 PA 等材料。 第二、根据材料的吹胀性设计制造模具。膜具必须配设预热、冷却系统及吹气系统,还要 考虑产品最终形状与型坯的关系。 一般说来,型坯径向厚薄必须一致,纵向厚薄在能脱模的前 提下允许有差异,但不能影响产品质量及吹胀性。 第三、 确定的加工温度、 注射压力、 预热温度,吹胀气压等工艺条件,经生产确认为最佳时, 记录后编制工艺单存档。 第四、 每批产品必须检验。 尤其对食品,医药包装容器必须选送样品经监测中心检验合格, 确认符合卫生标准方可出

五、影响注射吹塑成型的工艺因素及控制
影响注射吹塑成型的工艺因素主要有温度、压力、时间等。 (1) 温度。 与挤出吹塑成型不同,在注射吹塑生产的最初循环阶段,由于熔体的温度、各工位的模具 及芯棒温度还不相适应,温度控制不稳定,会导致型坯注射不足,型坯吹塑失败,容器易出 现较多缺陷。需要继续生产一段时间,注射吹塑才能转入正常的循环周期。桥或堵塞现象, 影响物料的向前输送。为了控制加料段温度,需通入冷却水冷却。注射机的熔融、混炼段应 维持较高的加热温度。熔体温度适当提高,可增加型坯注射量,改善型坯出现缺口及颈部出 现龟裂现象;减少着色塑料,因颜料分散不佳会导致型坯上出现颜色条纹,使型坯容易吹腔 表面温度。其控制区域包括颈部、瓶身、底部等部位。型坯模具温度可直接影响型坯在型腔 内的冷却速度,如控制恰当,可缩短成型周期,减少型坯废品和容器成型时的废品。 ①注射机的温度控制。 注射机在料筒进料段的温度要低一些, 以防止物料在料口处出现架。 型坯模具靠近注射机喷嘴的型坯底部,温度较高;瓶身部位次之(一般为 65—135℃);颈 部温度最低(有些低至 5℃)。型坯模具温度的控制,要根据塑料品种、容器的形状和大小,

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经试验后确定。提高颈部和瓶身部位的温度,型坯成型时,不易出现缺口,但应防止出现型 坯粘模(芯棒)现象。底部温度过高,易使型坯吹胀时出现漏底现象。 ②型坯芯棒温度的控制。 在每一个注射吹塑成型周期, 型坯芯棒都要经过加热和冷却循环, 并把这个循环维持在极限,以保证高质量容器的生产。不同品种的塑料,在成型时要求芯棒 有特殊的温度分布(如为提高 PP 瓶的透明度,为保证 PET 瓶不结晶);为实现型坯的各部 位同步吹胀,还要求同一部位的芯棒和模腔的温度差异不能太大,若芯棒温度过高,熔体很 容易在该部位粘模。芯棒的温度,可采用热交换介质,从芯棒内部进行调节。在进入注射工 位前,芯棒也可用调温套,从外部进行调节。注射吹塑中的型坯粘模现象,也可在模腔或芯 棒上喷射脱模剂,或在塑料中混入少量的脱模剂、润滑剂加以改善。 ③吹塑模具的温度控制。吹塑模具,可使用冷却水控制温度。吹塑模具的温度,要比型坯 模具的温度低 10~30cI 二左右。 (2)压力。 ①注射压力及保压压力。注射压力可在注射机额定压力范围内调整。注射压力不足,型坯 表面不平整,熔体充模量不足,易造成型坯缺口、漏底、螺纹尺寸不足等缺陷;注射压力过 高,易出现型坯芯棒偏斜,型坯出现飞边。注射压力可控制在(2.0~2.5)×10’Pa。熔体 被注射充模后,注射机仍需保持足够的保压压力,才能得到尺寸准确、表面平整光洁、比容 值较低的型坯。与此同时,锁模装置亦需要保持足够的锁模力,以防胀模。模具的锁模力与 注射压力及型腔最大投影面积有关。 ②吹胀气压。 吹胀气压是指在吹塑模具内将型坯吹胀成容器的压缩空气压力。 压缩空气压 力,一般控制在 0.8~1.0MPa 范围内。提高吹胀气压,可减少型坯吹胀不足、肩部变形、瓶 身凹陷等缺陷;提高压缩空气的体积流量(充气速度)可提高生产效率,改善容器的表面光 泽度和壁厚均匀性。 (3)时间。 注射吹塑成型周期是各段工艺过程所需时间的综合。 它包括物料混炼塑化时间、 注射时间、 模具等待时间、吹塑时间、模具启闭间隔时间,一般为 10~20So 成型周期是在保证容器质 量的前提下,取得最高生产效率的综合平衡结果。加快物料塑化时间,可缩短成型周期,但 以不影响物料塑化质量为前提;延长注射时间、保压时间、吹胀时间,有利于改善容器的质 量,却会降低生产效率

六、注射吹塑成型生产技术的发展方向
为了提高成型制品的质量,扩大其应用领域,今后可能将朝着下面几个方面发展 (1) 高耐热性趋势 目前市场上大多数的塑料制品为注射-吹塑成型,由于其只能耐 65℃以下的温度,不能适 应 80~90℃热灌装温度,这样对塑料制品的生产技术有更高的要求,除了对塑料制品的物理 化学性能进行改进外,还必需改进热灌装 “注射-吹塑” 成型工艺,使其达到有较高的热定型、

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高温时收缩率低、抗压性好、灌装后的密封性好等优点,以适应热灌装高温消毒的需要。但 其生产工艺控制复杂,存在成本高,高温下饮料自身口味的改变及热灌装瓶子中乙醛含量受 热增高、 消耗较多的能量等不利因素。 因热灌装目的在于高温杀菌,所以,热灌装有很有可能 被常温无菌灌装所取代。 (2) 高阻隔性发展 为了提高 PET 瓶所盛装的饮料或啤酒的寿命,必须提高瓶子的阻隔性,既能保存瓶内的二 氧化碳,又能隔绝瓶外的氧气。先后出现的技术包括:单层 PET 或 PEN 瓶;利用注塑工艺的多 层瓶,即在 PET 材料中间夹入 EVOH 或 PEN 夹芯;在 PET 材料上使用涂覆材料如 PVDC;使用 PET 和 PEN 的混合材料,以及 SIDEL 的 PET 瓶内壁表面无定型碳处理工艺(ACTIS)。100%的 PEN 瓶生产成本过于昂贵;多层瓶的价格和废弃物对环境保护方面的限制制约了它的发展;混合 材料没有在价格和性能比上占据优势;涂覆技术和 ACTIS 有待进一步发展。 总之,啤酒对包装 提出了更高的要求。 (3) 轻量化及成型周期缩短 为了提高塑料制品对玻璃及纸包装品的竞争能力,必须减轻质量,在保证质量的前提下缩 短“注射-吹塑”成型周期,从而降低成本。

七、结语
近年来,在国外,注射吹塑成型技术,不论是在原料、 设备还是成型工艺均取得了长足发展, 在提高塑料中空容器的性能和生产速率的同时,也大大扩大了其应用市场;而在国内,尽管一 些注吹成型设备生产商也在研发方面投入了大量人力和物力,但是,就整体技术水平而言,我 国的注吹成型设备还是与国外先进水平有较大差距,对进口设备依赖度较大,尤其是高端设 备。 希望我国相关企业加大研发力度,同时国家有关方面也应给予政策支持,共同促进我国中 空成型设备制造技术的提高。

参考文献
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