第十章 中空成型

1、第十章 中空成型|概 述|中空成型的原理|中空成型的分类及特点|中空成型工艺过程|中空吹塑设备及模具|中空吹塑的工艺过程及影响因素主 要 内 容第一节 概 述 BLOW Molding 又称吸塑模塑，是制造空心塑料制品的成型方法。 借鉴于玻璃容器吹制工艺。 20世纪30年代发展成为塑料吹塑技术。 中空吹塑：借助气体压力使闭合在模具中的热熔塑料型坯吸胀形成空心制品的工艺。 应用：应用： 中空吹塑制品就是包装各种物料的容器。诸如工业用耐酸容器，各种化学药品的包装瓶，以及食品和化妆用品的包装瓶等，应用非常广泛。原料：原料： 聚乙烯，聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、热塑性聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、醋酯酸纤维

2、素和聚缩醛树脂等，其中又以聚乙烯使用得最广泛，凡熔融指数为0.04一1.12都是比较优良的中空吹塑材料，大多用于制造包装药品的各种容器。用于中空吹塑的材料应具备下列特性：耐环境应力开裂性（做容器用）气密性好耐冲击性耐药性、抗静电、耐挤压等适用树脂：凡熔体流动速率在0.042R10min范围内。 低密度聚乙烯主要用作食品包装容器；高低密度聚乙烯混合物用于制造各种商品容器；超高分子量的聚乙烯则用于制造燃料罐和大型捅等； 聚氯乙烯塑料因透明度和气密性都较良好，也是中空吹塑常用材料之一，但是由于卫生性差，不宜用作食品包装； 聚丙烯因其气密性仅为聚氯乙烯的30-40，刚性也较差；而冲击强度和成型性能又都

3、较PE差，所以作中空吹塑的用量有限。 但是自从采用双向定向拉伸吹塑成型工艺后，可作薄壁瓶子，主要用于洗涤剂、药品和化装品的包装容器。 PET因透明性好、韧性高、无毒、阻隔性好，已大量应用于饮料包装。制品特性：制品特性：1、耐环境应力开裂性：作为容器，当与表面活性剂溶液接触时，在应力作用下，应具有防止龟裂的能力。一般是选择分子量较大的材料。2、气密性：是指阻止氧气、二氧化碳、氮气及水蒸气等向容器壁内外透散的特性。3、耐冲击性：为保护容器内装物品，制品应具有从一米高度落下不破不裂的耐冲击性。4、耐药品性、抗静电性、韧性和耐挤压性等吹塑成型制品吹塑成型制品第二节 中空成型的原理一、中空成型的粘弹性原

4、理1.数学描述 聚合物由于其长链结构及分子链的柔顺性。一般情况下，将聚合物置于一定温度下，从受外力作用开始，大分子的形变经历一系列中间状态过渡到与外力相适应的平衡状态是一个松驰过程，其形变随时间的变化为： 在聚合物的玻璃化温度以上，普弹形变在总形变中所占比例很小，可忽略。于是： 式中t*为松弛时间，随温度升高而减小；为粘度，随温度升高而降低。 上式也可写为：高弹形变时间关系2.原理叙述 利用聚合物推迟高弹形变的松驰时间的温度依赖性，在聚合物玻璃化温度以上的Tf附近，使聚合物半成品（管，中空异型材等）快速变形，然后保持形变，在较短时间内冷却到玻璃化温度或结晶温度以下，使成型物的形变被冻结下来，这

5、就是中空成型的粘弹性原理。2.根据成型原理的推论 1.中空吹塑成型制品的使用温度应比聚合物的玻璃化温度或结晶温度低得多。 2.成型温度越高，制品中不可逆形变所占比例越大，成型物的形状稳定性越好。第三节 中空成型的分类及特点一、挤出吹塑挤出吹塑的工艺流程包括：管坯的形成：由挤出机挤出，并垂挂在安装于机头正下方的预先分开的型腔中；当下垂的型坯达到合格长度后立即合模，并靠模具的切口将型坯切断； 从模具分型面上的小孔插入的压缩空气吹管送入压缩空气，使型坯吹胀紧贴模壁而成型；保持空气压力使制品在型腔中冷却定型即可脱模管坯的形成合模切断型坯吹胀定型脱模二、注射吹塑 注射吹塑型坯的形成是通过注射成型方法将型

6、坯模塑在一根金属管上，管的一端通入压缩空气，另一端的管壁上开有微孔。注射模塑的型坯通常在冷却后取出，吹塑前重新加热到Tg以上，迅速移入模具中，并吹入压缩空气，型坯即胀大脱离金属管贴于模壁上成型和冷却。注射吹塑工艺流程注射吹塑工艺流程 注射吹塑特征：型坯在注射模具中完成，制品在吹塑模具中完成。三、拉伸吹塑 在型坯吹塑前于Tg-Tf间，用机械方法使型坯先作轴向拉伸，继而在吹塑中，型坯径向尺寸增大，又得到横向拉伸，后快速冷却至Tg以下。注拉吹成型工艺流程四、多层吹塑|以多层管坯复 合，并在同一 条件下进行吹 胀，冷却。第四节 中空成型工艺过程第一是制造型坯；第二是型坯定位；第三是吹塑成型；第四是制品

7、冷却。1.型坯的注射成型 一步法：一步法：注射型坯一经成型，还在塑性状态模具开启；进入成型的第二阶段，即把芯轴连同型坯迅速送到吹塑模具中，打开压缩空气阀门，经芯轴吹入压缩空气，使还处于熔融状态的型坯吹胀至模腔的形状，在模具内冷却后打开模具，取出制品。 二步法：二步法：型坯的注射与吹塑是分开的。一、制造型坯2.型坯的挤出成型（1）型坯挤出的机头结构直通机头转角机头贮料缸机头多层机头直通式坯管成型机头1. 挤出机料筒2. 机头连接体3. 分流体4. 成型机头5. 成型坯管转角式坯管成型机头芯模由分流梭固定的转角机头带储料缸的机头1.挤出机2.柱塞3.储料缸4.模具5.吹塑制品6.吹气管三层结构吹塑

8、机头2.型坯的挤出成型方法（1）直接挤出）直接挤出单模具直接挤出。水平旋转园盘法。（2）贮料缸法）贮料缸法间断挤出大直径厚壁型坯，可用来吹塑大型容器。直接挤出吹塑旋转园盘挤出吹塑二、型坯的定位，夹持，定颈，吹塑装置1注射吹塑装置双工位吹塑装置多工位吹塑装置2挤出吹塑装置a.型坯递送，模具固定系统 由一副位于挤出机头下适当距离的固定 的开关模组成，也有使用两副模具的。b.型坯静止，模具移动系统 可分为单模系统和多模系统，模具位于 挤出机口模下方，可以垂直上升或下降。固定模具系统单一型坯传递形式固定模具系统两副模具形式连续挤出型坯单移动装置型坯的吹塑方法1.横吹法2.顶吹法3.底吹法三、吹塑成型制

9、品的冷却1.冷冻空气法2.冷冻剂法3.二氧化碳冷却法4.空气和水绝热膨胀冷却法冷冻空气法二氧化碳冷却法第五节 中空吹塑设备及模具一、挤出吹塑的设备及模具挤出型坯方式 间断挤出连续挤出：连续生产型坯1.挤出机（1）挤出机应具有可连续调速的驱动装置，稳定速度挤出，挤出速率与最佳吹塑周期协调一致 。（2）螺杆长径比适宜（L/D为20-25；压缩比为2-4）小：塑化不良，型坯温度不均大：料温波动小，料筒温度低，型坯温度均匀 产品精度均匀性好适于热敏性塑料的生产（3）低温下挤出型坯，熔体粘度高，可减少型坯下 垂，保证壁厚均匀利于缩短成型周期，提高生产效率。挤出机内产生较高的剪切及背压，要求挤出机的传动和

10、止推轴承坚固耐用。2.机头和口模（1）机头组成：多孔板、滤网连接管、型芯组件 流道应呈流线型，内表面光洁无阻滞。（2）机头类型：转角机头 由连接管与之呈直角配置的管式机头组成，适合PE、PP、PC、ABS等的吹塑。 流道内压缩比较大，口模部分定型段较长。熔体在流道内易滞留，机头内熔体性能差异。特点：直通式机头|与挤出机呈一字形配置。|可防止熔体过热分解， 适 用于热敏性塑料，如：硬PVC透明瓶。 常采用螺旋状流动导向装置和侧面进料机头。 带贮料缸的机头|大型制品易下坠和缩径，冷却期较长，挤出机无法连续运行，因而发展带贮料缸的机头。|生产大型吹塑制品，如：啤酒桶、垃圾桶。（3）口模直径的确定：适

11、合制品外径的吹胀比（即制品外径与型坯外径之比） ) 1(/maxsBDDdDd：口模直径：口模直径Dmax：制品最大外径：制品最大外径B：吹胀比：吹胀比S：膨胀比：膨胀比 型坯的最大外径的确定，需考虑口模膨胀还可以由型坯切口的宽度来决定 ) 1(/2SPwDdPw：型坯切口宽2型坯壁厚 模芯外径：LPWDDdc/22Dc：模芯外径 W：制品质量L：制品长度：树脂密度 总体的要求：均匀地挤出所需要直径，壁厚和粘度的型坯。3. 吹胀装置 吹胀装置包括吹气机构、模具及其冷却系统、排气系统等部分。（1）吹气机构 根据设备条件，制品尺寸、制品厚度分布要求等选定。|吹气针管安装在模具型腔的半高处，压缩空气

12、通过针管吹胀型坯。|制品颈部有一伸长部分，以便吹针插入 。针吹法特点： 适于不切断型坯连续生产的旋转吹塑成型。 吹制首尾相连的小型容器。 在模具内部装入型坯切割器，可吹塑无颈制品。 适合吹制有手柄的容器，手柄与本体不相通。缺点： 开口制品需整饰加工， 模具设计较复杂。 不适宜大型容器的吹胀。顶吹法 |通过型芯吹气。|模具顶部向上，型坯底部夹住，顶部开口，压缩空气从型芯通入。|型芯直接进入开口的型坯内，并确定颈部内径，在型芯和模具顶部制件切断型坯。 顶吹法型芯定瓶颈内径旋转刀具，切除余料优点： 直接利用型芯作为吹气芯轴，压缩空气从十字机头上方引进，径芯轴进入型坯，简化了吹气机构。 缺点： 不能定

13、内径和长度，需附加修饰工序。 气从机头型芯通过，影响机头温度。 底吹法 挤出的型坯落到模具底部的型芯上，通过型芯对型坯吹胀。 型芯的外径和模具瓶颈配合以固定瓶颈的内外尺寸。适用：适用： 吹塑颈部开口偏离制品中心线的大型容器。 有异形开口或多个开口的容器。缺点：缺点： 进气口选在型坯温度最低的部位，也是型坯且重下垂厚度最薄的部位。 制品形状复杂时，吹胀不充分。 瓶颈耳状飞边修剪后留下痕迹。（2）吹塑模具由两瓣合成，没有冷却剂通道和排气系统。模具的材质： 铝（形状不规则容器）、锌合金、铍铜钢材。 铍铜：硬质塑料的吹塑，容器本体上有装饰制品。模具的排气系统 在型坯吹胀时，排除型坯和模腔之间的空气。

14、排气不畅，气体滞留，制品表面产生凹陷和皱纹。 图案和字迹不清晰，降低制品温度。 设置排气孔或排气槽。 模具的冷却系统 影响制品性能和生产效率，需合理设计和布置。 冷却水道与型腔的距离各处应保持一致，以保证制品各处冷却收缩均匀，距离一般为1015mm。 根据模具的材质，制品形状和大小而定。 冷却水温在515为宜。 可分段冷却，以加快冷却。 冷却机构： 内部互通的水道 铸成模后钻出水道 冷却蛇形管铸入模具 模具制造时一体制成 型腔制成后机械加工冷却系统 4. 辅助装置（1）型坯厚度控制装置 离模膨胀、自重下垂而影响型坯的尺寸及制品的质量。 1）调节口模间隙，控制型坯壁厚。2）改变挤出速度。（差动挤

15、出型坯法）。3）改变型坯牵引速度。4）预吹塑法，进入模具之前吹入空气，控制有底型坯壁厚。5）型坯厚度的程序控制：改变挤出型坯横截面的壁厚，吹塑制品的壁厚取决于型坯各部位的吹胀比。吹胀比大，部位愈薄。|吹塑制品与型坯横截面的壁厚变化关系。右边尺寸表示型坯横截面壁厚，左边尺寸表示制品横截面壁厚(单位：mm)（2）型坯长度控制 影响吹塑制品的质量和切除尾料的长短，涉及原料的消耗，取决于吹塑周期内挤出机螺杆的转速 转速快、长转速慢、短加料量的波动温度、电压的变化，操作变更等 采用光电控制系统。 （3）型坯切断装置 适应不同塑料品种的性能刀刃式切料口：平刃、三角形刀刃。大型挤吹中空塑料成型机 指容积超过

16、20L的中空吹塑成型机。 多用超高分子量聚乙烯的加工。 为适应塑料加工的特点，一般用低温干燥高压空气吹塑，可以缩短吹塑冷却成型时间，提高制品质量。储料式机头改进储料式机头改进 双层心形包络结构，先进先出合模机构改进合模机构改进 插销式无拉杆合模机构，锁模力大，容模量大二、注射吹塑的设备和模具基本特征： 型坯是在注射模具中完成。 制品是在吹塑模具中完成。注射吹塑设备可分成二工位、三工位、四工位。 二位机(相距180)组成 脱除制品是采用机械液压式的顶出机构来完成。二位机具有较大的灵活性。 三位机（相距120）组成，即增加脱除制品的专用工位。 四位机（相距90）组成。是在三位机基础上为特殊用途的工

17、艺要求而增加(预成型即预吹或预拉伸)而设的工位。 最常用的是二位机，约占90以上。 1.对注射型坯模中型腔和芯棒的设计要求 注射型坯模由两半模具、芯棒、底板和颈圈组成。（1）根据制品的形状、壁厚、大小和塑料的收缩性、吹胀比设计整体型坯的形状。 （2）型坯形状确定后，设计芯棒的形状。芯棒直径应小于吹塑容器颈部的最小直径；容器的最小直径尽可能大些。芯棒的作用： 充当阳模，成型型坯 输送型坯到吹塑模具 加热保温吹气通道 2.吹塑模具的设计要求 呈现容器形状、表面粗糙度及外观质量。 保证吹胀后能充分冷却定型，顺利排除气体，无合缝线。1.挤出吹塑工艺过程包括：挤出型坯。型坯达到预定长度时夹住型坯定位后合

18、模。型坯的头部成型或定径。压缩空气导入型坯进行吹胀，使之紧贴模具型腔形成制品。制品在模具内冷却定型。开模脱出制品，对制品进行修边、整饰。第六节 中空吹塑的工艺过程及影响因素一、挤出吹塑工艺过程及影响因素挤出型坯间歇挤出：间歇挤出： 挤出型坯、合模、吹胀、冷却、脱模均在机头下方进行。 物料流动中断，易过热分解。 聚烯烃、非热敏性塑料吹塑连续挤出：连续挤出： 型坯的成型和前一型坯的吹胀、冷却、脱模同步进行。 往复式、轮换出料式、转盘式 。 适用多种热塑性树脂的吹塑，PVC等热敏性塑料。2.挤出吹塑过程的影响因素管坯制造过程中的影响因素：原料的选择 熔体指数熔体指数：低熔指利于防止管坯下垂，但不宜过

19、低，否则易发生不稳定流动。 分子量分布：分子量分布：分子量分布宽有利于制得高质量管坯。 拉伸粘度：拉伸粘度：拉伸粘度随拉伸应力增加而增大的物料有利于吹塑加工。温度的控制T 型坯下垂严重，T表面粗糙，塑化不良，冷却过快螺杆转速 高的挤出速度能够提高产量，减少型坯下垂，但转速过快易产生不稳定流动，螺杆转速应视具体物料而定。口模高的光洁度好的流线型优化的结构便利的控制（2）吹气压力和鼓气速率 型坯的吹胀是利用压缩空气对型坯施加空气压力而吹胀并紧贴模腔壁。同时通过压缩空气的冷却形成所需要的形状和呈现模面花纹的中空制品。 1）吹气压力的大小与塑料的种类、型坯温度、型坯的模量、型坯的壁厚、制品的容积大小有

20、关。粘度低，壁厚、小容积制品，采用较低的吹气压力。一般在0.21MPa。 2）鼓气速率指充入空气的容积速率。鼓气速率大，可缩短型坯的吹胀时间，使制品厚度均匀，表面质量好。但鼓气速率大，会在空气进口处产生局部真空，造成该部分内陷，甚至将型坯从口模处拉断，无法吹胀。 3）吹胀比吹胀比：吹塑制品的外径（非圆形时，以横向尺寸最大处为准）与型坯直径之比，即型坯吹胀的倍数。 型坯的尺寸和质量一定时，型坯的吹胀比愈大则制品的尺寸就愈大。 加大吹胀比，制品的壁厚变薄，虽可节约原料，但制品的强度和刚度降低，吹胀比过小，原料消耗增加，制品壁厚，有效容积减小。制品冷却时间延长，成本升高。 一般为2-4。根据塑料的品

21、种、特性、制品的形状尺寸和型坯的尺寸酌定。（4）模具温度 影响制品的质量。温度控制在2050之间。 模具温度应保持均匀分布，以保证制品的均匀冷却。 根据塑料的种类、制品的薄厚来确定。小型制品模具温度偏低，低于软化温度40左右。 （5）冷却时间 控制制品的外观质量、性能和生产效率。 冷却时间延长，可防止形变，使外观规整，表面图纹清晰，质量好。但制品结晶度增大，韧性下降，透明读降低，生产周期延长，降低生产效率。 保证制品充分冷却，加快冷却速率。 方法：加大冷却面积； 采用冷冻水或冷冻气体； 液态氮或二氧化碳 冷却速度：冷却方式、冷却介质的选择、冷却时间、型坯的温度和厚度。（6）成型周期 包括挤出型

22、坯，截取型坯，合模，吹气，冷却，放气，开模，取出制品等过程。 成型周期的选择原则是在保证制品的能够定型的前提下尽量缩短。挤出吹塑的优点：适用于多种塑料生产效率较高型坯温度比较均匀、制品破裂减少能生产大型容器设备投资少二、注塑吹塑工艺过程及影响因素1.注塑吹塑工艺过程生产中空容器的两步成型法。适宜生产批量比较大的小型精致容器和广口容器。最大容积量4L。化装品、日用品、医药和食品包装。树脂：PP、PE、PS、SAN、PVC、PC等。2.注射吹塑过程影响因素 关键因素是温度（型坯），型坯温度过高时，熔融物料因粘度较低而容易变形，致使型坯在移动过程中，出现厚薄不均，会影响吹塑制品的质量，温度太低时，制

23、品内部会积存较多的内应力，在使用中易产生应力破裂。（1）管坯温度与吹塑温度 注射成型时：温度高，粘度低，易变形，转移过程中壁厚不均匀。温度低，内应力高，变形，开裂。 依靠模具油温调节器或水冷机调节。（2）注射吹塑树脂 应具有高的相对分子量，熔融粘度，受剪切速率和加工温度影响小。 优点： 制品壁厚均匀一致，无需后处理，无合缝线、废边废料少。 缺点： 一件制品两副模具，型坯需承受高压，模具成本加大，不宜生产带把手的容器。 注塑吹塑的优缺点三、拉伸吹塑工艺过程及影响因素 拉伸吹塑：经双轴定向拉伸的一种吹塑成型工艺。 （挤出或注射成型）型坯 纵向拉伸吹胀（横向拉伸） 拉伸的目的：改善塑料的物理机械性能

24、。 非结晶性的热塑性塑料：在热弹性范围内进行。 部分结晶的热塑性塑料：Tm以下较窄范围内进行。 保持一定的拉伸速度，在吹塑之前定向。 经拉伸后，透明性，冲击强度、硬度和刚性、表面光泽性、阻隔性明显提高。 1.拉伸吹塑工艺过程（1）一步法：热型坯法 型坯、拉伸、吹塑在一台机中完成。 型坯是处于生产过程中的半成品。 设备的组合方式有： 由挤出机和吹塑机组成； 由注射机和吹塑机组成。（2）二步法：冷型坯法 型坯冷却后，冷型坯经再加热，进行拉伸、吹塑。 包括注射型坯定向拉伸吹塑； 挤出型坯定向拉伸吹塑。目前拉伸吹塑有四种组合方式：步法挤出拉伸吹塑，用于加工PVC；两步法挤出拉伸吹塑，用于加工PVC相P

25、P；一步法注射拉伸吹塑，用于加工PET和RPVC；两步法注射拉伸吹塑，用于加工PET。 生产特点都是将型坯温度控制在低于熔点的温度下利用双向拉伸的原理来提高制品的强度。（1）注射型坯定向拉伸吹塑工艺过程 先注射成型有底型坯，并连续地由运送带(或回转带)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，最后再经吹胀成型。拉伸吹塑工艺过程 需要控制适宜的拉伸温度。可装多模腔(28个)进行成型，生产能力每小时可达到2502400只(容量为340一1800g饮料瓶)。（2）挤出型坯定向拉伸吹塑工艺过程 先将塑料挤成管材，并将其切断成一定长度而作为冷坯。放进加热炉内

26、加热到拉伸温度，然后通过运送装置将加热的型坯从炉中取出送至成型台上，使型坯的一端形成瓶颈和螺牙，并使型坯沿轴向拉仲1.01.3倍后，闭合吹塑模具进行吹胀成型。 另一种方法是从炉中取出加热的型坯，一边在拉伸装置中沿管坯轴向进行拉伸，一边送往吹塑模具，模具夹住经拉伸的型坯后吹胀成型，修整废边。此法生产能力每小时可达到3000只，容量为一公升的瓶子。（3）原料的选择 一般来讲，热塑性塑料都能进行拉伸吹塑。 PAN、PET、PVC、PP （4）注射型坯工艺控制 温度：树脂塑化温度 压力：产品形状和精度 成型周期：生产效率 （5）拉伸吹塑工艺控制型坯的再加热 增加到侧壁温度达到热塑范围，以进行拉伸吹塑，

27、拉伸吹塑温度为90100 拉伸吹塑获得充分的双轴定向。使PET瓶达到所需的物理性能和气密量，使制品透明、富有光泽，无暇疵和表面凹凸不平。拉伸吹塑和双轴定向 型坯经过再加热后达到高于玻璃化温度1040的范围内，送到拉伸吹塑区合模，拉伸杆启动，拉伸杆沿轴向进行纵向拉伸时，通入压缩空气，在圆周方向使型坯横向膨胀，当拉伸杆达到模具底部，型坯吹胀冷却成型后，拉伸杆退回，压缩空气停止通入时，即得产品。2.拉伸吹塑过程的影响因素（以线型聚酯为例）（1）型坯的成型及影响因素 线型聚酯为结晶性塑料，但结晶速度慢。在130220范围结晶速度较快，而低于130时结晶较慢，所以从增加透明度的角度看，应适当提高加工温度

28、，降低模具温度。（2）双向拉伸过程的影响因素拉伸温度： 各种树脂的最适宜拉伸温度有所差别，一般取伸长率较大的温度为拉伸温度，如PVC 和PET，一般比Tg 高1040。PET为90110，PVC为100140，对PP则比熔点低540为宜，一般为150。 拉伸温度过高，取向不充分，但拉伸温度过低，则影响容器的透明度（内应力所致）。拉伸倍率： 拉伸倍率计算方式为BR=HD/hd 。拉伸倍数等于容器尺寸（直径或高度）与型坯尺寸之比，BR一般取46。拉伸倍率示意图四、多层吹塑过程及影响因素 利用两台以上的挤出机，将同种或异种塑料在不同的挤出机内熔融混炼后，在同一个机头内复合、挤出，然后吹塑制造多层中空容器的技术。 多层结构有：尼龙聚烯烃、聚乙烯醇/聚烯烃、聚乙烯/聚氯乙烯聚乙烯、聚苯乙烯/聚丙烯腈聚丙烯等。 满足日益发展的化妆品、药品、食品