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吹塑PET成型工藝簡述

2016-12-03

       近年來，PET吹塑瓶以其質(zhì)輕（占同等玻璃瓶的1／10）、強度高、透明、無毒等優(yōu)點被大量用于飲料包裝，特別是碳酸性飲料的包裝（如可樂等）更是異軍突起。
一般對于熱灌裝瓶來講，從瓶坯生產(chǎn)到灌裝飲料期間，擺放時間建議：瓶子儲存期：>1L兩周內(nèi)使用，<1L三周內(nèi)使用；但近來越來越多的廠商使用了輕量瓶并連線生產(chǎn)，即吹即灌，瓶子貯存期在6小時內(nèi)。
PET吹塑瓶成型工藝
近年來，PET吹塑瓶以其質(zhì)輕（占同等玻璃瓶的1／10）、強度高、透明、無毒等優(yōu)點被大量用于飲料包裝，特別是碳酸性飲料的包裝（如可樂等）更是異軍突起。另外，由于捆裝的玻璃啤酒瓶屢次出現(xiàn)爆炸傷人事故，國外已有意轉(zhuǎn)向PET瓶包裝，因此PET吹塑瓶市場前景廣闊。
PET吹塑瓶的生產(chǎn)按型坯的預(yù)成型不同，可分為注射拉伸吹塑（簡稱注拉吹）和擠出拉伸吹塑（簡稱擠拉吹）兩種成型方法。
注拉吹的工藝過程為，先注射有底瓶坯，冷卻后由輸送帶連續(xù)送至加熱爐（紅外線或電加熱）經(jīng)加熱至拉伸溫度，而后納入吹塑模內(nèi)借助拉伸棒進行軸向拉伸，最后經(jīng)吹脹吹制成型。以下是對預(yù)成型瓶坯經(jīng)過再加熱、拉伸吹塑成型的工藝影響因素進行了探討。
1、設(shè)備
目前國內(nèi)使用的多為德、法等國制造的、國際上較先進的二步吹塑機，該種設(shè)備自動化程度高、產(chǎn)量大、廢次品率低、工藝易控制，每臺設(shè)備可裝4-40個模具，多的可達60個以上，每小時產(chǎn)量約幾千個，有的可達六萬個。這類設(shè)備一般由供坯系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、主機、控制系統(tǒng)和輔機五大部分組成，其中較重要的是主機，全電腦控制，包括主機啟閉、烘箱燈管啟閉和成型工藝的調(diào)整等。
2、影晌因素
工藝中的影響因素有：瓶坯及其加熱，預(yù)吹（位置、壓力和流量），拉伸桿，高壓吹（壓力、位置），以及模具等。
2.1 瓶坯
瓶坯又稱為型坯，是PET粒料經(jīng)注射成型的，它要求回收料比例不能超過10％，回收次數(shù)不能超過兩次。注塑成型后的瓶坯或加熱后再用的瓶坯必須冷卻48h以上，而且使用的瓶坯存放時間不能超過6個月，不同生產(chǎn)日期，特別是間隔過長的瓶坯不能混用，主要原因是瓶坯所用原料型號、混入的二次料比例和瓶坯內(nèi)殘余應(yīng)力不同所致，而這些因素對吹瓶的成型工藝都有重大影響，應(yīng)根據(jù)實際情況具體對待。
2.2 加熱
瓶坯的加熱由加熱爐來完成，由人工設(shè)定，自動調(diào)節(jié)。加熱爐的高度在25mm左右為宜，離輸送輪19.6mm左右。瓶坯在輸送輪上連續(xù)運轉(zhuǎn)通過整個烘箱，這樣瓶坯受熱較為均勻，能更好地成型，克服了以前瓶坯靜止加熱、人工轉(zhuǎn)動而受熱不勻的缺點。但是加熱爐如調(diào)整不當，會造成吹制的瓶子壁厚上下分布不勻（如上輕下重）、瓶口變大超標、硬頸等制品缺陷，甚至造成機械部件的扭力故障。
瓶坯加熱溫度一般設(shè)定為85-120℃，無色瓶坯要高一些，帶色瓶坯則要低些。溫度設(shè)定太高或太低都會造成制品缺陷，如拉破、白霧等。各個區(qū)域的溫度可根據(jù)制品成型情況具體調(diào)整，同時要考慮烘箱燈管開啟情況。另外，烘箱輸出功率的設(shè)定對瓶坯的加熱也有很大影響，它控制著整個烘箱熱量的輸出。當長期不開機，再次開機時，初始輸出功率應(yīng)相應(yīng)設(shè)定高一些，正常生產(chǎn)過程中再逐步降低到正常狀態(tài)，輸出功率一般為80％左右為宜，特別是環(huán)境溫度在5℃以下時，效果更為顯著。
吹瓶生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)環(huán)境溫度也有一定關(guān)系，環(huán)境溫度一般以室溫（22℃左右）為宜。如溫度太高，則制品易出現(xiàn)凝點結(jié)塊；溫度太低，機器啟動時產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，具體操作要根據(jù)實際情況和經(jīng)驗來調(diào)節(jié)。
2.3 預(yù)吹
預(yù)吹在吹制過程中的作用是使瓶坯初具形狀，同時由拉伸棒縱向拉伸增大其縱向強度。整個過程是預(yù)吹凸輪在吹瓶過程中把三通閥推到預(yù)吹位置，并由單向閥配合完成。預(yù)吹位置、壓力和流量都能影響瓶子的質(zhì)量。
（1）位置 預(yù)吹位置提前，會出現(xiàn)瓶子底部中心點偏斜、變薄，腳部壁厚不勻且發(fā)白，上重下輕，硬頸，甚至底部穿透等缺陷；預(yù)吹位置錯后，則會出現(xiàn)上輕下重、中心點變厚、凹陷等缺陷。
（2）氣流量 預(yù)吹氣流量由單向閥控制，一般開3-4圈為宜。氣流量大，底部重，中心點薄、偏，腳部發(fā)白，壁厚不勻；氣流量小，中心點變厚，分段件重超標。
（3）壓力 預(yù)吹氣壓力在0.8-1MPa為宜。壓力高時，可能造成上重下輕，中心點偏斜，腳部壁厚不勻，發(fā)白等；壓力低時，不能充分拉伸，底部重，中心點厚。
瓶子腳部、中心點的成型情況對瓶子質(zhì)量影響最大，調(diào)整不當常引起爆瓶（正常實驗條件下）、滲漏等致命缺陷。
2.4 拉伸桿
拉伸桿是在預(yù)吹的同時在預(yù)吹氣配合下把加熱后的瓶坯拉伸的裝置，它在高壓吹后、排氣前復(fù)位。拉伸桿必須在吹瓶過程中能上下垂直平穩(wěn)移動，驅(qū)動壓力為0.55-0.8MPa，與底模的間隙為2.3-2.5mm，也即瓶坯厚度1／3-1／2。間隙過大，會造成瓶底中心點偏移；間隙過小，中心點變薄。
2.5 高壓吹
高壓吹的作用是使熔料充分伸展，緊貼模具壁，使瓶子充分成型，同時進行
三、 生產(chǎn)過程中影響耐熱PET瓶品質(zhì)的幾種主要因素
1. 瓶坯：特性粘度≥0.81cm3/g，粘度降≤4%，存放時間不能超過3個月。色澤純潔、透明、無雜質(zhì)、無異色、注點長度及周圍暈斑合適。
2. 加熱：在烘箱中由遠紅外燈管發(fā)出遠紅外線對瓶坯輻射加熱，由烘箱底部風(fēng)機進行熱循環(huán)，使烘箱內(nèi)溫度均勻。瓶坯在烘箱中向前運動的同時自轉(zhuǎn)，使瓶坯壁受熱均勻。烘箱的熱量由燈管開啟數(shù)量、整體溫度而設(shè)定，烘箱功率及各段加熱比共同控制。
3. 預(yù)吹：拉伸桿下降的同時開始預(yù)吹氣，使瓶坯初具形狀。預(yù)吹位置、預(yù)吹壓力、吹氣流量是三個重要工藝因素。
4. 模具溫度：模具的溫度控制在120℃～145℃，用來消除瓶胚拉伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，提高瓶身塑料結(jié)晶度以抵受高溫熱液，使瓶子不變形。
5. 環(huán)境：室溫、低溫（空調(diào)）狀態(tài)下為佳。
四、耐熱PET瓶子在生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)的一般質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因及解決方法
瓶頸歪斜
1. 油路堵塞 疏通模身油路
2. 拉伸桿排氣孔堵塞 疏通拉伸桿吹氣孔
3. 噴嘴密封圈損壞 更換噴嘴密封圈
中心點偏
1. 預(yù)吹氣壓力太高 降低預(yù)吹氣壓力
2. 預(yù)吹流量太大 減小預(yù)吹氣流量
3. 預(yù)吹氣位置太早 推遲預(yù)吹氣位置
4. 拉伸桿彎曲 更換拉伸桿
5. 拉伸桿離底模間隙太大 調(diào)整拉伸桿間隙
6. 瓶坯溫度太高 降低瓶坯設(shè)定溫度
瓶子底部變形
1. 底模油溫太高 降低熱油機油溫
2. 底模吹氣閥損壞 更換底模吹氣閥
3. 瓶坯底部溫度太高 降低瓶坯底部溫度
瓶底部褶皺
1. 預(yù)吹氣壓力太小 增大預(yù)吹氣壓力
2. 預(yù)吹氣流量太小 增大預(yù)吹氣流量
3. 預(yù)吹氣太遲 提早預(yù)吹氣
硬頸
1. 頸部加熱不足 增加頸部加熱量
2. 預(yù)吹氣壓力太大 減小預(yù)吹氣壓力
3. 預(yù)吹氣流量太大 減小預(yù)吹氣流量
4. 預(yù)吹氣太早 延遲預(yù)吹氣
5. 加熱爐位置太高 調(diào)整加熱爐位置
6. 拉伸桿速度慢 檢修拉伸氣缸
合模線成形不良
1. 模具補償密封圈損壞 更換補償密封圈
2. 模具間隙調(diào)整不當 調(diào)整好模具間隙
灌前側(cè)壁變形
1. 冷卻吹氣時間太短 延長冷卻吹氣時間
2. 模身溫度太高 降低模身溫度
3. 拉伸桿中無冷卻氣吹出 檢修拉伸桿吹氣系統(tǒng)
灌后側(cè)壁變形
1. 模身溫度太低 提高模身熱油溫度
2. 瓶坯設(shè)定溫度太低 提高瓶坯設(shè)定溫度
3. 冷卻吹氣時間太長 減少冷卻吹氣時間
4. 塑料分布不勻 調(diào)整吹瓶工藝使料分布均勻
5. 熱油流量太小 疏通油路及清洗油路過濾網(wǎng)
收縮率大
1. 模具溫度低 提高模具溫度
2. 瓶坯溫度低 提高瓶坯設(shè)定溫度
3. 冷卻吹氣時間太長 縮短冷卻吹氣時間
4. 油路堵塞 疏通油路
直徑偏大或偏小
1. 冷卻吹氣時間設(shè)定不當 調(diào)整冷卻吹氣時間
2. 塑料分布不均勻 調(diào)整工藝使料分布均勻
五、PET瓶在熱灌裝線使用過程的常見問題及其解決方法
1. 儲存和運輸條件及瓶子的儲存期。
由于PET具有吸濕性能，因此將PET（包括切片、瓶坯和瓶子）擺放在空氣中，它就會吸收空氣中的水分，擺放時間越長，吸水越多。而PET中的水分含量會直接影響到它的性能。對于熱灌裝瓶子，會影響到熱灌裝瓶子的耐熱溫度。水分含量越多，瓶子的耐熱溫度就越低。
一般對于熱灌裝瓶來講，從瓶坯生產(chǎn)到灌裝飲料期間，擺放時間建議：瓶子儲存期：>1L兩周內(nèi)使用，<1L三周內(nèi)使用；但近來越來越多的廠商使用了輕量瓶并連線生產(chǎn)，即吹即灌，瓶子貯存期在6小時內(nèi)。即吹即灌的瓶子可灌裝95℃的熱液，吹后存放超過24小時以上的瓶子只能灌裝88℃的熱液。
瓶子的材料、儲存條件（室溫、相對濕度、儲存時間的長短），都會影響到熱灌裝瓶子的技術(shù)指標，即：生產(chǎn)瓶子時要根據(jù)以上不同的材料、儲存條件、客戶要求等，相應(yīng)地調(diào)整吹瓶的工藝、技術(shù)參數(shù)等。
PET在通常濕度情況下，進行熔融塑化時會發(fā)生水解反應(yīng)。高濕度含量常常導(dǎo)致立即反應(yīng)，結(jié)果分子鏈斷裂、降解，分子量降低（也就是IV降低）。PET的機械性能與特性粘度IV有關(guān)，IV越低則PET的機械性能越差。
江南和沿海地區(qū)全年平均相對濕度為85%，部分地區(qū)春天和夏天相對濕度可高達90%以上，在高濕度環(huán)境下，PET會吸濕并達到最大的飽和濕度。
水分含量越高，則PET的IV值下降越大。某一型號PET在含水量為0.01%時，其特性粘度為0.73，含水量為0.02%時其特性粘度變?yōu)?.63。在180℃時由于干燥時間減少3/4小時，特性粘度下降0.10。
干燥時間越長則PET原料里水分越低，但過度干燥也會造成PET降解。當加熱至180℃時，對于最大初始水分含量0.3%的原料，水分下降至0.14%；干燥4小時可獲得0.004%的水分含量，這是瓶坯控制水分含量的上限。瓶口部分的分子內(nèi)的水分會加快PET的結(jié)晶，而瓶身部分分子內(nèi)的水分會影響分子鏈的排列。
2. 耐熱性能不良。
◆ 熱灌裝瓶是這樣實現(xiàn)耐熱的：
（1） 用特別的模具設(shè)計來抵受瓶內(nèi)負壓：
① 瓶身有長方形凹塊（在模具上可進出移動），用來吸收液體冷卻后瓶內(nèi)產(chǎn)生的負壓。
② 瓶子設(shè)計，用頸、腰（凹環(huán)）來防止瓶子變成橢圓形。
③ 用瓶底設(shè)計（一般為花瓣形）來抵受應(yīng)力或二氧化碳壓力（常溫灌裝高溫殺菌類瓶子采用凹底設(shè)計）。
（2） 用熱油機高溫油提高模溫（模具溫度在120℃～145℃），用來消除瓶坯拉伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，提高瓶身塑料結(jié)晶度，以抵受高溫熱液，使瓶子不變形。
◆ 改善瓶子耐熱性能的措施：
① 選擇合理的瓶坯與瓶子設(shè)計。最優(yōu)化的瓶坯形狀設(shè)計與瓶子模具設(shè)計有助于改善瓶子的壁厚分布狀況，避免在瓶身不同區(qū)域產(chǎn)生扭曲或收縮變形；
② 瓶坯注射冷卻時間控制。嚴格控制瓶坯注射冷卻時間，讓瓶坯盡早脫模。這樣即可縮短成型周期并提高產(chǎn)量，又可因較高的殘余溫度而誘發(fā)球狀結(jié)晶。球狀結(jié)晶的晶體直徑極?。▋H0.3mm～0.7mm），并不影響透明度；
③ 嚴格控制注射和拉坯-吹瓶工藝參數(shù)以及各區(qū)域溫度分布，避免殘余應(yīng)力在PET玻璃化溫度（>75℃）下釋放而導(dǎo)致瓶子變形。
④吹瓶模調(diào)溫技術(shù)的運用。通常用熱油循環(huán)法給吹瓶模加溫，吹瓶模調(diào)溫共有三種循環(huán)：
瓶身熱油循環(huán)。將吹瓶模加熱至120℃～145℃。這樣，瓶坯與吹瓶模腔間的溫度差減小，促發(fā)進一步結(jié)晶。延長吹瓶保壓時間，使瓶壁與型腔長時間接觸并有充足時間來提高瓶身結(jié)晶度，達到35%左右，但又不破壞透明度。100℃以下的模溫對瓶身結(jié)晶度的影響極小，因為瓶身結(jié)晶發(fā)生在100℃以上。
瓶底冷卻水循環(huán)。瓶子底部保持低溫（10℃～30℃），避免未經(jīng)拉伸的瓶底部分過度結(jié)晶而發(fā)白。
瓶頸調(diào)溫（選用）。非結(jié)晶瓶口部分從注塑模脫模后一直處于完全冷卻狀態(tài)。非結(jié)晶瓶口多數(shù)采用加強瓶口設(shè)計（增加瓶口壁厚），從而改善封口性能，避免壓蓋過程中瓶口變形。通常，灌裝后瓶口橢圓度控制在0.2mm以內(nèi)，螺紋外徑收縮率低于0.6%。
⑤ 循環(huán)吹氣技術(shù)。當采用熱吹瓶模時，如何控制瓶子脫模后變形至關(guān)重要。吹瓶模開模前吹入空氣并排空循環(huán)，對瓶身進行冷卻并定形，從而控制脫模后的變形量。循環(huán)冷卻空氣的進氣通過與初吹、二次吹相同的通道，但從拉坯桿頭部小孔經(jīng)拉坯桿內(nèi)排氣。循環(huán)吹氣時間約為0.5秒～2秒。因此，耐熱瓶制瓶機的高壓空氣消耗量比普通瓶制瓶機高得多。
3. 容量波動較大。
雙軸拉伸PET瓶具有一定的收縮率，最大收縮率約為2%左右，影響PET瓶容量的因素主要有以下幾個方面：
（1） 模具的影響
PET瓶的容量主要受模具尺寸和形狀影響。每一種瓶型模具尺寸通常是固定不變的。不同形狀的瓶子在設(shè)計其收縮率時會有所不同，瓶身上加強筋越少、瓶厚度越薄則瓶的收縮率越大。
（2） 環(huán)境因素的影響
環(huán)境溫度和濕度對瓶子的容量影響較大，環(huán)境溫度越高，濕度越大則瓶的容量收縮越大。
（3） 生產(chǎn)工藝的影響
形狀復(fù)雜的瓶子吹瓶時要求有較高的吹瓶壓力，如吹瓶壓力不足，則瓶成型不良，容量會偏??；模具溫度偏高也會造成容量偏小。
（4） 瓶子的自然收縮
由于PET瓶會自然收縮，瓶模具尺寸在設(shè)計時應(yīng)設(shè)計成可調(diào)形式（加減墊片）。以1.5LPET瓶為例，剛生產(chǎn)的瓶子平均容量為1508ml左右，室溫下存放3天后，瓶容量會減少5ml～6ml；隨著瓶存放時間延長瓶子容量還會縮小并難以控制。目前，越來越多的生產(chǎn)線采用連線吹瓶，即吹即灌，避免瓶子（容量與耐熱性能）的衰減問題。
（5） 灌裝方式的影響
不同的灌裝方式，對容量控制的影響也有較大差別。定量灌裝方式對容量影響最小，自重式灌裝對容量影響最大，對1.5LPET瓶，最多可能差別20 ml～25ml。
所以，要解決瓶子的容量問題，可適當調(diào)整模具（墊片），控制生產(chǎn)工藝，改善倉儲條件，最重要的是應(yīng)盡可能縮短瓶子的儲存時間。