[科普中國(guó)]-吹塑成型

吹塑成型主要指中空吹塑(又稱(chēng)吹塑模塑) 是借助于氣體壓力使閉合在模具中的熱熔型坯吹脹形成中空制品的方法，是發(fā)展較快的一種塑料成型方法。吹塑用的模具只有陰模 (凹模) ，與注塑成型相比，設(shè)備造價(jià)較低，適應(yīng)性較強(qiáng)，可成型性能好 (如低應(yīng)力) 、可成型具有復(fù)雜起伏曲線 (形狀) 的制品。

簡(jiǎn)述吹塑成型主要指中空吹塑(又稱(chēng)吹塑模塑)，是制造空心制品的一種常用方法，也是塑料制品加工方法中除擠出、注塑、模壓之外另一種最常用的方法，且發(fā)展迅速，屬于二次成型技術(shù)范圍。它首先利用熱塑性樹(shù)脂通過(guò)擠出或注射成型得到半熔融狀態(tài)的管狀型坯，然后趁熱(或加熱到軟化狀態(tài))將型坯置于各種形狀的模具巾，閉模后立即在型坯內(nèi)通入壓縮空氣，借助于氣體壓力使閉合在模具型腔中處于類(lèi)橡膠態(tài)的型坯吹脹，使之緊貼于型腔內(nèi)壁上形成中空制品。型坯的制作和吹脹兩個(gè)過(guò)程可以分開(kāi)獨(dú)立進(jìn)行。
19世紀(jì)30年代，以玻璃吹塑技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化吹塑成型設(shè)備誕生，并獲得了專(zhuān)利。
1949年，德國(guó)的Norbmt和Reinold Hagen兄弟發(fā)明了用熱塑性塑料生產(chǎn)瓶子的加工方法和裝置，并于1950年5月獲得了德國(guó)專(zhuān)利，從此擠出中空成型技術(shù)在歐洲開(kāi)始發(fā)展；
20世紀(jì)50年代后期，隨著高密度聚乙烯的誕生和吹塑成型機(jī)的發(fā)展，吹塑技術(shù)得到了更加廣泛的應(yīng)用；特別是到了80年代，吹塑成型的應(yīng)用更是得到了快速發(fā)展。
吹塑成型最常用的原料包括PE、PP、PVC等聚烯烴及PA、PC等工程塑料，電包括彈性體，其中，使用最多的是PE塑料。吹塑成型工藝不僅可用于成型日常生活和工業(yè)中各種大小不同、形狀各異盛裝液體、藥品的瓶子、兒童玩具、熱水瓶外殼等，而且可用于成型各種形狀復(fù)雜的中空工業(yè)零部件，特別是汽車(chē)工業(yè)的零部件，吹塑成型的制品的應(yīng)用范圍涉及汽車(chē)、辦公設(shè)備、家用電器、醫(yī)療、文娛器具、家具等方面。其中，汽車(chē)塑料油箱是日前產(chǎn)量最大的中空吹塑汽車(chē)部件，1973年開(kāi)始生產(chǎn)，至2000年已占整個(gè)汽車(chē)油箱90%的份額。近年來(lái)，吹塑技術(shù)得到了更快的發(fā)展，已從單層吹塑發(fā)展到雙層和多層吹塑。吹塑成型工藝出現(xiàn)了擠出吹塑、注射吹塑以及擠出或注射拉伸吹塑等多種新工藝。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在吹塑成型工藝中也發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用，計(jì)算機(jī)CAE/CAM技術(shù)日益成熟。吹塑成型工藝向著生產(chǎn)更大的和更多樣性的中空制品以及更快的生產(chǎn)速度和更高品質(zhì)的方向發(fā)展。1

工藝吹塑成型工藝是塑料包裝容器成型的常用方法。吹塑成型是將擠出或注射成型所得的半熔融態(tài)管坯(或型坯)置于模具中，然后閉合模具，在管坯中通入壓縮空氣將其延伸、膨脹，使之緊貼于模腔壁上，再經(jīng)冷卻脫模得到一定形態(tài)中空制品的一種加工方法。

根據(jù)成型方法不同，吹塑工藝可分為多種。

1．?dāng)D出吹塑

擠出吹塑是塑料包裝容器成型應(yīng)用最多的一種方法。將熱塑性塑料的粒料(或粉料)，在經(jīng)過(guò)擠出機(jī)塑化后，通過(guò)特定的模頭，制備成熱熔融狀的管狀型坯，待型坯達(dá)到預(yù)定長(zhǎng)度時(shí)進(jìn)入模具，閉合模具，然后進(jìn)行吹塑。
這種成型方法的特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，型坯溫度均勻，對(duì)中空容器的形態(tài)、大小和壁厚的允許范圍較大，適應(yīng)性強(qiáng)，吹塑制品強(qiáng)度較高，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少。但制品精度不高，螺紋的內(nèi)壁隨外壁螺紋的變化而變化，且容器底部有拼接縫。多數(shù)HDPE瓶采用擠出吹塑而成型，如洗發(fā)水瓶、沐浴露瓶等。
2．注射吹塑
注射吹塑是利用注塑機(jī)將型坯注射到芯棒上，待型坯經(jīng)適當(dāng)冷卻后(使型坯表層固化，移動(dòng)芯棒時(shí)不致使型坯形狀破壞或垂涎變形)，芯棒與型坯一起被送入到吹塑模具中，將吹塑模具閉合，通過(guò)芯棒導(dǎo)入壓縮空氣，使型坯吹脹而形成所需要的制品，冷卻定型后取出產(chǎn)品。
這種成型方法的特點(diǎn)：制品無(wú)拼接縫，不需后修整；螺紋和瓶口尺寸精度高，頸部?jī)?nèi)壁為光滑的圓柱面；產(chǎn)量可以極大，輔助設(shè)備少：產(chǎn)品的底部強(qiáng)度高，材料損耗少：壁厚均勻，生產(chǎn)效率高。但設(shè)備投資大，加工生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，且對(duì)操作人員要求高，形狀不能太復(fù)雜，容器尺寸受限制(容器的高度不能過(guò)高)。適于生產(chǎn)小型精密容器。藥用塑料瓶和廣口瓶常采用此方法成型。
3．拉伸吹塑

拉伸吹塑是型坯瓶口已經(jīng)定型，將加熱在熔點(diǎn)以下的適當(dāng)溫度的有底型坯置于模具內(nèi)，采用拉伸桿進(jìn)行軸向拉伸后再馬上進(jìn)行吹塑的成型方法。在成型的同時(shí)，制品的壁中產(chǎn)生大分子的定向排列并固定下來(lái)，從而大幅度提高塑料容器的性能。
這種成型方法的特點(diǎn)：廢品率少，生產(chǎn)效率高，重量易控制。制品沖擊韌性高，剛性提高，透明性與光澤度改善，阻隔性、氣密性好，但拉伸溫度控制要求高，設(shè)備投資大。多數(shù)PP瓶和PET瓶都采用注拉吹的方法成型，如可樂(lè)瓶等。
4．多層吹塑
多層吹塑是使用多層復(fù)合型坯，經(jīng)吹塑成型工藝，制備多層容器的成型方法。通過(guò)各種不同塑料層的合理匹配，實(shí)現(xiàn)各層塑料性能的有效互補(bǔ)，從而克服單層塑料容器的某些固有的缺點(diǎn)。

這種成型方法的特點(diǎn)：可提高塑料容器的物理機(jī)械性能和改善容器性能，如遮光性、絕熱性、降低可燃性、適印性等。2

工藝條件工藝條件調(diào)整的目的是，在滿(mǎn)足產(chǎn)品最小壁厚要求的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品壁厚盡可能均勻，產(chǎn)品件重盡可能小 ( 減少材料消耗 ) 。工藝參數(shù)設(shè)定的合理方法是，將經(jīng)驗(yàn)與數(shù)值分析技術(shù)結(jié)合?；具^(guò)程為，

①利用已建立的計(jì)算機(jī)模型，模擬吹塑模具、下料型坯、夾料板等狀態(tài)；

②輸入各階段對(duì)型坯壁厚分布影響的參數(shù)；

③對(duì)得到的模擬結(jié)果進(jìn)行分析，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬顯示哪些部位壁厚達(dá)不到要求，而哪些部位壁厚超厚；

④利用人工經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整輸入的參數(shù)，重復(fù)①～③的過(guò)程，保證產(chǎn)品各部位在達(dá)到最小壁厚的前提下，盡可能減小產(chǎn)品各部位壁厚。

⑤對(duì)多個(gè)工藝方案的結(jié)果分析、比較，最終確定優(yōu)化的工藝參數(shù)。拉伸吹塑又稱(chēng)雙軸取向吹塑，是在聚合物的高彈狀態(tài)下通過(guò)機(jī)械方法軸向拉伸型坯、用壓縮空氣徑向吹脹 ( 拉伸 ) 型坯以成型包裝容器的方法。拉伸吹塑有一步法、二步法。

工藝過(guò)程吹塑成型過(guò)程可分為四個(gè)階段：

(1) 型坯形成階段聚合物在擠出機(jī)中的輸送、熔融、混煉、泵出成型為型坯的形成階段；在這一階段，影響壁厚分布的主要工藝參數(shù)有：

①材料的分子量分布、平均分子量；

②吹塑機(jī)的溫度控制系統(tǒng)和螺桿轉(zhuǎn)速，其中溫度控制系統(tǒng)包括料斗溫度，料筒 1 區(qū)、 2 區(qū)、 3 區(qū)、 4 區(qū)溫度，法蘭溫度，以及儲(chǔ)料模頭；

(2) 型坯下料階段型坯從模唇與模芯的間隙中擠出為下料階段。此時(shí)，型坯離模膨脹和型坯垂伸這兩種現(xiàn)象影響型坯成型。影響壁厚分布的主要工藝參數(shù)是吹塑機(jī)的模頭直徑和壁厚控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)包括軸向壁厚控制系統(tǒng)和周向壁厚控制系統(tǒng)，以調(diào)整模唇與模芯的間隙。

(3) 型坯預(yù)吹階段為避免型坯內(nèi)表面的接觸、粘附，改善制品壁厚的均勻性，要對(duì)型坯進(jìn)行預(yù)吹脹。在型坯預(yù)吹階段，從型坯下方往型坯內(nèi)噴氣，以護(hù)持型坯，減小其垂伸。在這一階段，影響壁厚分布的主要工藝參數(shù)有：預(yù)吹壓力、預(yù)吹時(shí)間。

(4) 型坯高壓吹階段高壓吹脹型坯，使之貼緊模具型腔，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品塑性成型階段。該階段，影響產(chǎn)品成型的是型坯受高壓吹脹變形、型坯與模腔接觸變形。而影響壁厚分布的主要工藝參數(shù)有：材料的收縮率；吹氣壓力、時(shí)間；模具材料、結(jié)構(gòu)、模具排氣系統(tǒng)以及模具冷卻系統(tǒng)，如冷卻水道分布、冷卻水進(jìn)水溫度等。盡管影響吹塑制品質(zhì)量的因素較多，但當(dāng)生產(chǎn)條件、制品要求確定后，調(diào)整吹塑工藝參數(shù)能有效改善制品質(zhì)量。優(yōu)化的工藝參數(shù)可以提高生產(chǎn)效率，降低原材料消耗，優(yōu)化產(chǎn)品的綜合性能。

發(fā)展趨勢(shì)吹塑將隨著市場(chǎng)對(duì)其制品的需求，在材料、機(jī)械、輔助設(shè)備、控制系統(tǒng)、軟件等方面有如下發(fā)展趨勢(shì)。

(1) 原材料為滿(mǎn)足吹塑制品的功能、性能 ( 醫(yī)藥、食品包裝 ) 要求，吹塑級(jí)的原料將更加豐富，加工性能更好。如 PEN 類(lèi)材料，不僅強(qiáng)度高、耐熱性好、氣體阻隔性強(qiáng)、透明、耐紫外線照射，可適用于吹制各種塑料瓶體，并且填充溫度高，對(duì)二氧化碳?xì)怏w、氧氣阻隔性能優(yōu)良，且耐化學(xué)藥品。

(2) 制品包裝容器、工業(yè)制品將有較大增長(zhǎng)，而且注射吹塑、多層吹塑會(huì)有快速的發(fā)展。

(3) 吹塑機(jī)械及設(shè)備吹塑機(jī)械的精密高效化；輔助生產(chǎn) ( 操作 ) 設(shè)備的自動(dòng)化。“精密高效”不僅指機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)成型過(guò)程中具有較高的速度和較高的壓力，而且要求所生產(chǎn)的產(chǎn)品在外觀尺寸波動(dòng)和件重波動(dòng)方面均能達(dá)到較高的穩(wěn)定性，也就是說(shuō)生產(chǎn)制品各個(gè)部位的尺寸和外形幾何形狀精度高，變形及收縮小，制品的外觀及內(nèi)在質(zhì)量和生產(chǎn)效率等指標(biāo)均要達(dá)到較高的水準(zhǔn)。輔助操作包括去飛邊、切割、稱(chēng)重、鉆孔、檢漏等，其過(guò)程自動(dòng)化是發(fā)展的趨勢(shì)之一。

(4) 吹塑成型模擬吹塑機(jī)理的研究更加深入，吹塑模擬的數(shù)學(xué)模型的合理構(gòu)建，數(shù)值算法的快速、準(zhǔn)確是模擬的關(guān)鍵，吹塑成型模擬將會(huì)在制品質(zhì)量預(yù)測(cè)、控制中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

楊曉紅 - 副教授 - 西南大學(xué)