挤出吹塑成型

1、挤出吹塑成型实验研究进展 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。 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

2、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

3、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

4、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

5、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。 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 Sommerffeldt6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，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

6、较繁琐。 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 Kalyon8。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

7、布随时间的变化关系。 Ryan和Dutta9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 Kalyon10在Kamal8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

8、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

9、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Oeynhauser12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

10、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，Edward13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

11、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

12、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。 挤塑-产品功能范围 -加入时间：2006-5-22 来源：不详 针对不同大小、不同复杂程度的挤塑机及挤塑流程的软硬件标准自动化系列几乎所有的可选装备都已包含在项目标准中，在需要时只要在屏幕上对其进行数据组合即可整套设备的自动启动程序对各类流程数据和质量数据进行网上收集、监控及评估网上语言切换完成整套项目解决方案（包括开关箱在内）的运送，并当场投产使用。

13、挤塑机工作流程 -加入时间：2006-5-22 来源：不详 挤塑机被应用于钢管，型钢，板材，合成箔的生产制造领域。在应用过程中，各合成材料颗粒源源不断地被送往一个旋转中的螺旋输送器中，此螺旋输送器固定于一个加热的金属桶内。由此产生的摩擦热以及外界的热量使合成材料颗粒熔化，旋转的输送器使这些熔化液分铺开，并同时把它们送入已装有所需产品轮廓的塑型喷嘴中。如此，合成材料的熔化液就可被塑成例如窗户型钢、精密针头、钢管等种种形状的产品。复杂精密的校准冷却工序也将一一完成。 大多情况下，挤塑的最后程序是成型挤出，顾名思义，就是将成型的产品从挤塑机中挤出。如果把多个挤塑机联合挤塑，人们就可以用一道工序完成由

14、不同合成材料组成的高精度、多层次产品的挤塑工作，例如汽车汽油管，出于安全需要，汽油管内壁通常由四层或更多材料组成。 整套设备的所有工序都将受到设备的统一控制，并在中央控制区域可视。所提供的不同大小的系统解决方案可满足各式各样的挤塑程序特点。通常情况下，细微调整可以在产品使用地当场通过简单的数据组合步骤完成，而无需通过费时的软件修改。 挤出成型设备的组成部分 -加入时间：2006-5-22 来源：不详 一台挤出设备通常由主机(挤出机),辅机及其控制系统组成.通常这些组成部分统称为挤出机组.1. 主机一台挤出机主机由挤压,传动,加热冷却三部分系统组成.挤压系统主要由螺杆和机桶组成,是挤出机的关键部

15、分;传动系统中起作用是驱动螺杆,要保证螺杆在工作过程中具备所需要的扭矩和转速;加热冷却系统主要来保证物料和挤压系统在成型加工中的温度控制.2. 辅机挤出设备的辅机的组成根据制品的种类而定.一般说来,辅机由剂透定型装置,冷却装置,牵引装置,切割装置以及制品的卷取或堆放装置等部分组成.3. 控制系统挤出机的控制系统主要由电器,仪表和执行机构组成,其主要作用为:(1)控制主,辅机的拖动电机,满足工艺要求所需的转速和功率,并保证主,辅机能协调地运行. (2)控制主,辅机的温度,压力,流量和制品的质量. (3)实现整个机组的自动控制.传统螺杆挤出机的控制1) 在传统的螺杆挤出机系统中,螺杆由直流电机驱动

16、.在直接传动情况下螺杆直接由齿轮箱驱动;在间接传动情况下,螺杆由皮带和牵引盘驱动.传统的直流电机本身存在着一定的缺点:例如直流电机的电刷每个月就要更换一次,在多粉尘或腐蚀性环境中直流电机需要经常清洗,有时甚至还需要从车间外为直流电机通入洁净的冷却空气.2) 间接传动螺杆挤出机的缺点在于:存在于皮带滑差,皮带会造成一定的能量损失,更多的机械装置增加了磨损和发生故障的可能性.而直流电机最大的弊端噪音过大,电刷打火,转子污染,电机温度过高,排气不充分和电机震动.因此使用直流电机的螺杆挤出机维护费用更高,直流电动机的最初成本也更高一些. 挤出成型简介 -加入时间：2006-5-22 来源：不详 挤出成型是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法,也称为“挤