PET吹塑瓶开发方案

《塑料制品设计》
课程期末大作业
目录
前言 (1)
1、市场因素 (1)
1.1 选择PET的原因 (1)
1.2选择PET的可行性 (1)
1.3选择PET的前景 (2)
2、聚酯市场价格及分析 (4)
3、聚酯的质量标准： (5)
4、 PET饮料瓶的生产工艺设计 (6)
4.1 设备 (6)
4.2 吹塑工艺 (6)
4.2.1 瓶坯 (6)
4.2.2 加热 (7)
4.2.3 预吹 (8)
4.2.4 辅机及模具 (8)
4.2.5 环境 (9)
4.3 PET 瓶注射吹塑工艺参数取值 (10)
4.4 其它要求 (10)
5、参考文献： (11)
前言
本开发方案所述制品为有压饮料塑料瓶，可作为碳酸饮料苏打水啤酒等快销饮料产品的容器。

有压饮料塑料瓶选择的原料为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。

1、市场因素
1.1 选择PET的原因
首先，聚酯瓶质量轻、成型容易且瓶体牢固。

强度和弹性明显高于其它塑料材料，可以承受相当大的冲击力而不破损，最适合作为壁薄、质轻、强度高的包装瓶。

PET 瓶在我国上世纪 80 年代初问世后，便以锐不可当的势头迅速发展。

短短的二十几年时间便成为全球最主要的液体及固体包装容器。

在液体包装领域的应用中，在装液体容积相同的情况下，PET 瓶重量只相当于玻璃瓶的 1／10 左右；同样直径的包装瓶，PET 瓶的容量是玻璃瓶的 1.5 倍。

用PET 原料可以制作透明或不透明棕色的瓶体。

其次，PET 瓶具有良好的气体阻隔性。

在常用的塑料材料中，PET 瓶阻隔水汽、氧气性能最为优良。

PET 树脂的回收利用率高于其它塑料，作为废弃物燃烧处理时，由于它的燃烧热卡值低而易燃，而且不产生有害气体。

1.2选择PET的可行性
20世纪中叶以来，随着世界石油工业迅猛发展，聚酯原料市场得到了极大的丰富，PET聚酯工业也因此得到了快速发展。

，20世纪
50年代起，一些国家开始致力于PET非纤维用途的研究开发，其中PET塑料是应用开发的重点，并且已取得了广泛的应用，其应用主要涉及聚酯瓶、膜和片材及工程塑料等领域。

到2000年，世界上PET 塑料的产量已占PET总产量的33％，并且所占比例仍在不断提高。

PET塑料是通过美国FDA(Food and Drug Administration)认证，可以与食品接触的材料。

具有价格低、透明性好、无毒无味、阻隔性好等特性，同时，PET作为包装材料在加工过程中无需添加任何增塑剂或添加剂，加工过程环保，这些特性使得PET非常适用于包装材料。

1998－2003年我国软饮料产量从12 000 kt增长到23 740 kt，年均增长率为14.6%。

聚酯作为物美、价廉、质轻的包装材料成为饮料包装的首选材料。

我国饮料工业的快速发展推动了瓶用聚酯生产能力的快速提高。

目前我国软饮料产量中，采用聚酯包装比重已超过65%，聚酯在软饮料包装中的主导地位也越来越显著。

1.3选择PET的前景
在非纤聚酯方面，我国包括瓶片、薄膜在内的包装用聚酯生产能力的比例低于先进国家的水平，聚酯在包装领域也存在巨大的发展空间。

此外，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）啤酒瓶的开发，食品、药品、化妆品等包装的继续扩大，聚酯薄膜在电子、机械等行业应用的拓展，PET工程塑料的开发等，也为聚酯工业的发展提供了广阔的发展空间。

我国的聚酯塑料瓶行业已经具备了较为完善的基础条件，良好的
社会经济环境，广阔的市场空间，完善的工业配套体系，国家历来重视该领域的发展，相关引导和鼓励性政策频频发布，为行业发展注入政策动力。

“在《产业结构调整指导目录（2011 年本）》中，被列为鼓励类。

在 2009 年由工业和信息化部、科学技术部、财政部、国务院国有资产监督管理委员会四部委会同颁布的《重大技术装备自主创新指导目录（2009 年版）》中，指出将发展行业技术。

……”
慧聪塑料网讯：PET塑料瓶现阶段发展有四大趋势，包括增强可回收性、节能降耗、延长营养成分保存周期、拓宽应用范围。

通过新型添加剂的辅助，易于回收的PET塑料瓶能在更多领域替代玻璃瓶和聚乙烯PE塑料瓶。

美国嘉洛斯塑料着色剂（苏州）有限公司总经理蔡俊雄接受采访时说，再循环、能量节约、可持续发展的观念已经越来越深入人心了，塑料瓶生产商也在努力寻找这样的解决方案。

据了解，欧洲很多大品牌已经与嘉洛斯展开了合作，开始广泛应用PET塑料瓶。

他相信，PET在啤酒包装方面获得应用后，红酒、运动饮料、保健品的包装很快就会跟进，用塑料这种更易回收的原料代理玻璃。

随着世界经济从衰退中复苏推动商品消费量增长，预计到2020年全球聚对苯二甲酸乙二酯（PET）需求将以4.9%的年均速度继续增长。

2、聚酯市场价格及分析
由于原油价格持续上涨，全球PET市场价格继续维持上涨趋势。

在中国，国内PET生产商上调了2010年11月份基准价100-200元人民币/吨FD中国(出厂价)。

同时，出口市场价格也在上涨，PET报价较上周上涨了10-50美元/吨。

生产商表示主要因为上游成本较高。

在釜山FOB韩国出口报价由稳定转向走强，总体价格上升10美元/吨。

在上游市场，现货PTA价格上升了55美元/吨，乙二醇价格上涨了50美元/吨。

而PX 报价较前一周下跌了25美元/吨CFR亚洲。

市场人士表示，原油价格上涨，PTA产能停工以及聚酯需求强劲等的综合因素推动了原料成本较高。

欧洲市场方面，11月PX合同结算价上涨了175美元/吨FD NEW，因为受亚洲市场价格上涨带动。

同时，现货PX报价较上周上涨35美元/吨FOB NWE。

11月PET合同结算价上涨90欧元/吨(128美元/吨)。

在美国，PET生产商继续保持11月价格强势，部分厂家宣布提价154-198美元/吨。

3、聚酯的质量标准：
项目
指标
优等品一等品外观清澈透明，无沉淀物
纯度，% (m/m) ≥99.5 99.2 非芳烃含量，%(m/m) ≤0.10 0.20 甲苯含量，%(m/m) ≤0.10 —
乙苯含量，%(m/m) ≤0.30 —
间二甲苯含量，%(m/m) ≤0.30 —
邻二甲苯含量，%(m/m) ≤0.10 —
颜色（铂-钴色号），号≤10 20
酸洗比色
酸层颜色应不深
于重铬酸钾含量为
0.10g/L标准比色液
的颜色
酸层颜色应不
深于重铬酸钾含量
为 0.25g/L标准比
色液的颜色
溴指数，mgBr/100g ≤200 200
总硫含量，%(m/m) ≤0.0002 0.0005 馏程在（ 101.3KPa）下，
包括138.3℃, ℃≤
1.0
2.0
4、PET饮料瓶的生产工艺设计
聚对苯二甲酸乙二酯(PET)吹塑瓶的生产按型坯的预成型不同可分为注射拉伸吹塑(简称注拉吹)和挤出拉伸吹塑(简称挤拉吹)。

在这两种成型方法中，由于注拉吹工艺易控制，生产效率高，废次品少而较为通用。

PET吹塑瓶可分为两类，一类是有压瓶，如充装碳酸饮料的瓶；另一类为无压瓶，如充装水、茶、油等的瓶。

茶饮料瓶是掺混了聚萘二甲酸乙二酯(PEN)的改性PET瓶或PET与热塑性聚芳酯的复合瓶，在分类上属热瓶，可耐热80℃以上；水瓶则属冷瓶，对耐热性无要求。

在成型工艺上热瓶与冷瓶相似。

本次开发方案中，主要讨论冷瓶中的有压饮料瓶成型工艺。

4.1 设备
目前，注拉吹设备的生产厂家主要有法国的SIDEL公司、德国的KRONES公司等。

虽然生产厂家不同，但其设备原理相似，一般均包括供坯系统、加热系统、吹瓶系统、控制系统和辅机五大部分。

4.2 吹塑工艺
影响PET瓶吹塑工艺的重要因素有瓶坯、加热、预吹、模具及环境等。

4.2.1 瓶坯
制备吹塑瓶时，首先将PET切片注射成型为瓶坯。

用于瓶体吹塑的聚酯(PET)原料为饱合线性热塑性聚酯。

要求：
（1）二次回收料比例不能过高(5％以下)，回收次数不能超过两次。

（2）分子量及粘度不能过低(分子量31000-50000，特性粘度0.78-0.85cm3／g)。

能使吹塑瓶具有较高的机械强度与透明性。

（3）注塑成型的瓶坯需存放48h以上方能使用。

（4）加热后没用完的瓶坯，必须再存放48h以上方能重新加热使用。

瓶坯的存放时间不能超过六个月。

瓶坯的优劣很大程度上取决于PET材料的优劣，应选择易吹胀、易定型的材料，并制定合理的瓶坯成型工艺。

实验表明，同样粘度的PET材料成型的瓶坯，进口的原料要比国产料易吹塑成型；而同一批次的瓶坯，生产日期不同，吹塑工艺也可能有较大差别。

瓶坯的优劣决定了吹塑工艺的难易，对瓶坯的要求是纯洁、透明、无杂质、无异色、注点长度及周围晕斑合适。

4.2.2 加热
瓶坯的加热由加热烘箱来完成，其温度由人工设定，自动调节。

烘箱中由远红外灯管发出远红外线对瓶坯辐射加热，由烘箱底部风机进行热循环，使烘箱内温度均匀。

瓶坯在烘箱中向前运动的同时自转，使瓶坯壁受热均匀。

灯管的布置在烘箱中自上而下一般呈"区"字形，两头多，中间少。

烘箱的热量由灯管开启数量、整体温度设定、烘箱功率及各段加热比共同控制。

灯管的开启要结合预吹瓶进行调整。

要使烘箱更好地发挥作用，其高度、冷却板等的调整很重要，若调整不当，吹塑时易出现胀瓶口(瓶口变大)、硬头颈(颈部料拉不开)
等缺陷。

4.2.3 预吹
预吹是二步吹瓶法中很重要的一个步骤，它是指吹塑过程中在拉伸杆下降的同时开始预吹气，使瓶坯初具形状。

这一工序中预吹位置、预吹压力和吹气流量是三个重要工艺因素。

预吹瓶形状的优劣决定了吹塑工艺的难易与瓶子性能的优劣。

正常的预吹瓶形状为纺锤形，异常的则有亚铃状、手柄状等。

而预吹瓶的大小则取决于预吹压力及预吹位置。

在生产中要维持整台设备所有预吹瓶大小及形状一致，若有差异则要寻找具体原因，可根据预吹瓶情况调整加热或预吹工艺。

预吹压力的大小随瓶子规格、设备能力不同而异，一般容量大、预吹压力要小；设备生产能力高，预吹压力也高。

即使采用同一设备生产同一规格的瓶子，由于PET材料性能的差异，其所需预吹压力也不尽相同。

玻纤增强的PET材料，较小的预吹压力即可使瓶子底部的大分子正确取向；另一些用料不当或成型工艺不适当的瓶坯，注点附近有大量的应力集中不易消退，如果吹塑，常会在注点处吹破或在应力测试中从注点处爆裂、渗漏。

对于已加热二次使用的瓶坯或存放时间超标的瓶坯，由于时温等差效应，二者成型工艺相似，与正常瓶坯相比，其要求的热量要少，预吹压力也可适当降低。

4.2.4 辅机及模具
辅机主要指维持模具恒温的设备。

模具恒温对维持产品的稳定性
有重要作用。

一般瓶身温度高，瓶底温度低。

对冷瓶来说，由于其底部的冷却效果决定了分子定向的程度，将温度控制在5-8℃为佳；而热瓶底部的温度则要高得多。

模具是影响PET瓶吹塑工艺的重要因素，模具形状的优劣会减轻或加大工艺调整的难度，如加强筋、过渡区的弧度及底部的散热状况等都对工艺调整有影响。

4.2.5 环境
生产环境的好坏对工艺调整也有较大影响，恒定的条件可以维持工艺的稳定及产品的稳定。

PET瓶吹塑成型一般在室温、低湿状态下为佳。

由于加工聚酯时，其中所含的水分会在水解过程中与聚酯熔体发生化学反应而快速消耗，即水分在制品中产生气泡。

水解会降低聚酯熔体的特性粘度，也影响制品的机械强度与性能，而聚酯原材料是吸湿性聚合物，故加工前应经严格干燥，使其剩余湿气含量小于0.005％。

聚酯原料要采用去湿干燥系统来干燥。

由于干燥装置提供的干燥热空气从料斗底部进入原料中，吸收原料所含的湿气后返回干燥装置。

为延长干燥装置中去湿床的寿命，保持其效率，要使出自料斗的湿空气经过后冷却装置(可采用循环水冷却)，使空气温度低于65℃。

要对后冷却装置进行恒温控制，以防止温度过高的空气进入去湿床。

经冷却的空气通过过滤器，以除去空气中的微粒。

空气由去湿床除去湿气，最后经过加热器加热后再次返回干燥料斗。

于燥器干燥原料的
条件：干燥温度为 140℃～180℃，空气露点为－40℃，空气量为 0.06 立方米／min(kg.h)。

干燥时间为 4h。

4.3 PET 瓶注射吹塑工艺参数取值
PET 瓶在注射吹塑时要控制好熔体温度，使其处于 275℃～285℃范围内，比多数注射吹塑级聚合物的温度高约 50℃。

热流道系统要采用流线型、对称式设计，避免死角。

喷嘴用锁闭式结构，外表面要加热。

为保证型坯有高的透明性，熔体充入型坯模具后要快速冷却至 145℃以下，但要比其玻璃化温度(82℃)高些，且越接近玻璃化温度，吹塑瓶的透明度就越高，可拓宽加工范围。

型坯模具冷却水温要低至 10℃～35℃，以快速冷却型坯。

还要采用液体或气体对芯棒连续进行内冷却。

其中气冷可使芯棒轴向有更一致的温度分布，同时还不会出现泄漏问题。

芯棒内冷气压一般为 1MPa。

最好采用液体，气体组合冷却方式，PET 型坯的吹胀气压约为1.2MPa。

采用的冷却水温度为 5℃～10℃。

以冷却吹塑模具，也使型坯吹胀后得到快速冷却
4.4 其它要求
有压瓶应同时满足应力测试与耐压测试的要求。

应力测试是为防止PET瓶灌装饮料时瓶底与润滑剂(碱性)接触过程中产生分子链的降解而发生开裂、渗漏等进行的内在质量控制；耐压测试则是防止瓶内充入一定压力气体后产生爆裂而进行的质量控制。

为满足这两种需要，中心点厚度要控制在一定范围内，一般情况是中心点薄，应力测试较好，耐压较差；中心点厚，耐压测试较好，应力测试较差。

当然，
应力测试的结果还与中心点周围过渡区域料的堆积有很大关系，这要根据实际经验进行调整。

5、参考文献：
1、化工新型材料，2002．30(1)：41～43 宋厚春
2、《PET塑料应用及新产品开发现状》郑同利丁树岩蔡涛金滟
3、《聚酯项目市场调查及预测报告》
4、《中国聚酯产业链发展现状和前景分析》蒋士成
5、PET瓶的生产应用现状及发展前景.《合成技术及应用》周正华
6、PET瓶成型技术。