郑州大学：塑料成型工艺学 郑国强(模具方向)——九、中空吹塑成型

中空吹塑成型1 中空吹塑成型及其工艺类别使用压缩空气使处于高弹态或粘塑性状态的空心塑料型坯发生吹胀变形，然后再经冷却定型获取中空容器状塑料制品的成型加工方法称为中空吹塑成型。

根据中空吹塑所用型坯生产方式以及型坯变形特点不同，中空吹塑可以划分为挤吹成型、注吹成型、挤拉吹成型、注拉吹成型、多层吹塑和片材吹塑等不同类别，所以可以把中空吹塑成型全过程视为一种联合工艺或复合工艺技术，即中空吹塑制品是由注塑、挤塑、拉伸等型坯成型技术与吹塑成型技术共同作用而生产出来的，主要用做塑料包装和盛装容器产品。

旋转工位吹塑机利用中空吠塑可以成型各种塑料容器。

适于中空吹塑的塑料品种有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、线型聚酯、醋酸纤维素、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚对咪二甲酸乙二(醇)酯和聚苯并噻唑等。

在这些塑料品种中，聚乙烯无毒、吹塑成型性能好，聚氯乙烯价格低廉、透明性及气密性好，所以它们在吹塑成型生产中应用最多，而线型聚酯则具有较高的强度、良好的透明性以及光泽的外观且对其废旧制品或废料进行焚烧处理时不污染环境，故近年来在包装瓶生产中应用较多。

下面主要简述挤吹和注吹成型工艺过程和工艺特点。

2 中空吹塑成型工艺过程(1) 挤吹成型挤吹成型挤吹时首先利用挤出方法将成型物料挤成管状型坯，并将其引入对开的吹塑模中，待型坯下垂到合格长度时，立即闭合对开的模具，同时夹紧型坯上、下两端(夹紧动作兼起封底和缩口作用)，然后利用吹管向型坯内部通入压缩空气，以迫使型坯发生吹胀变形并紧贴模腔表壁成型，最后再经保压和冷却定型后便可排放制品内压缩空气，并开模脱取制品。

挤吹成型设备比较简单，型坯从挤出机头流出后可直接引入吹塑模进行成型，不需要再经二次加热，与下面介绍的注吹成型相比，生产率较高，且挤吹成型时，型坯温度分布均匀、塑料容易变形，不会产生很大的应力，制品可以获得较高的强度。

基于此，挤吹方法在当前吹塑成型生产中应用较多。

但应注意，如果型坯在挤吹过程中需要依靠自重下垂进入吹塑模，则型坯在下垂过程中将会发生壁厚减薄和壁厚不均现象，这将使制品壁厚不易控制。

另外，挤吹时还必须对型坯封底和切断，并因此产生封底余料，这对生产操作和原材料利用率均有影响，而且封底处还容易在制品上转变成拼缝。

(2) 注吹成型注吹成型注吹成型时首先利用注射方法将带底的空心型坯成型在一个周壁带有微孔的空心凸模上，打开注射模将型坯连同空心凸模转移到吹塑模中，待吹塑模闭合后将压缩空气通入空心凸模中心通道，同时经由凸模周壁微孔进入型坯，以迫使型坯发生粘塑性的吹胀变形并贴紧模腔表壁成型，最后再经保压和冷却定型后便可排放制品内压缩空气并开模脱取制品。

与挤吹成型相比，注吹成型的主要特点是型坯不需要切断工序和封底，但却需要增加一套注射模，因此必须增大生产投资。

另外，注吹成型时，型坯从注射模向吹塑模转移之过程，不仅降低生产效率，而且型坯在转移过程中还容易使厚度发生不均匀变化并使温度下降，如果温度下降幅度过大，型坯吹塑成型性能将会变差，制品内将会产生较大的应力，为此还将要在型坯转移过程小对其增加二次加热工序。

由此而论，注吹成型生产投资大、生产效率壁低、能源消耗较高，如果生产大型中空制品，这些问题将会更加突出。

然而由于注射型坯浓厚不存在挤出型坯下垂问题，所以注吹制品壁厚相对比较均匀、质量公差小、后继修整加工与量少，所以大批量生产小型中空制品时可以使用注吹成型方法。

(3) 其他吹塑成型方法（略）3 中空吹塑成型工艺参数使用挤吹或注吹方法成型中空制品时，其主要吹塑工艺参数及设计要点如下。

(1) 型坯温度一般来讲，型坯温度较高时，塑料容易发生吹胀变形，成型出的制品外观轮廓清晰，但型坯自身的形状保持能力较差，特别是吹塑前需要对型坯转移位置时，型坯在转移过程中很容易发生破坏。

反之，当型坯温度较低时，型坯在吹塑前的转移过程中不容易发生破坏，但是其吹塑成型性能将会变差，成型时塑料内部会产生较大的应力，当它们在成型后转变成残余应力时，不仅削弱制品强度，而且还会导致制品表壁出现明显的斑纹。

因此，挤吹时型坯温度应在玻璃化温度和粘流温度之间尽量偏向粘流温度点，而在注吹成型时，需要保证型坯转移不发生问题，则坯温度应尽量取较小值。

(2) 模具温度和冷却时间吹塑模温度通常可在20～50℃范围内选取。

如果模温过低，则塑料在模具夹口处温度下降很快，这将有碍型坯发生吹胀变形。

另外，过低的模温还会导致制品表面出现斑纹或使光亮度变差。

反之吹塑模温过高时，制品需要较长的冷却定型时间，生产率将因此下降，并且在冷却过程中，自然还会产生较大的成型收缩，从而难于控制它们的尺寸和形状精度。

一般来说，当塑料的玻璃化温度较高时，模温可在许用范围内取较高值，反之则取较低值。

吹塑制品的冷却定型时间比较长，而且模具温度有关，通常约占成型周期的1/3～2/3。

为了确保制品冷却定型，模内需要温度调节系统以便对模温和冷却定型时间进行调节和控制。

有时为了加快制品冷却速度，还可以向制品内部通入液氯和二氧化碳等。

(3) 吹胀比吹胀比指制品直径与型坯直径之比，对于尺寸和形状完今相同的型坯，吹胀比取值越大，则可成型的制品尺寸越大、壁厚越薄、材料利用率越高。

但过大的吹胀比会使型坯变形超过其极限变形程度，在此情况下，即使型坯不发生破裂，吹塑变形也会变得十分困难，而且成型出的制品将会因壁厚太小而导致强度和刚度达不到质量要求。

反之，吹胀比取值太小时，原材料利用率将会下降，制品的冷却定型时间将会因壁厚较大而延长，生产效率随之降低。

吹胀比的选择与制品和型坯的尺寸、形状结构以及塑料品种等因素有关，其选择范围同常为2～4(较多情况下采用2，特殊情况下也可取值到5～7)。

(4) 吹塑压力和吹塑速度吹塑压力指吹塑成型所用的压缩空气压力，通常取0.2～0.7Mpa,对于薄壁、大容积中空制品或表面带有花纹、图案、螺纹的中空制品以及粘度和弹性模量比较大的塑料．吹塑压力尽量选用较大值。

吹塑速度实质上型坯的吹胀变形变形速度，它们的大小取决于通入型环压缩空气的体积流量(或称充气速度)。

很明显，压缩空气的体积流量越大，吹塑速度也就越快。

一般来讲，吹塑速度应尽量取较大值，这样既有利于获取壁厚均匀、表面光泽较好的制品，同时也有利于缩短吹胀变形时间，并提高生产效率。

但是，选取过大的吹塑速度时，压缩空气会在型坯上的进口处产生很大的流速，从而导致型坯在此形成局部真空，并使这部分型坯发生内陷，当型坯完成全部吹胀变形时，内陷的型坯部分会在制品中形成横膈膜篇，因此而无法保证成型质量，更为严重的是过大的充气速度还很容易在吹塑模夹坯刃口处把型坯拉断，导致吹塑成型生产出现废品。

综上所述．为了保证吹塑成型质量，必须根据工艺试验选择恰当合理的吹塑速度，挤吹塑充气速度。

如果试验证明充气速度过大，可以适当扩大充气导管的直径，以降低充气速度。

(5) 工步间协调时间（讨论）需要指出，正常的吹塑成型生产除依赖于合理的工艺参数之外，还必须与合理的模具的模具结构保证。

3 中空吹塑模结构正常的吹塑成型生产除依赖于正确的工艺参数之外，还必须由合理的模具结构保证。

吹塑模分为动模和定模两大部分，通常采用对开的两瓣式整体结构(哈夫结构)，具体可分为手动式和机动式两种类型。

手动式吹塑模结构可利用铰链机构手工开期或闭合，闭合精度由合模导销保证，结构比较简单，但劳动强度大、生产效率低，主要适于产品试制或小批量生产。

机动式吹塑模通常用螺栓固定在吹塑机上，其开启与闭合需要借助于液压装置或机械运功机构(如凸轮机构、齿轮齿条机沟、曲柄肘杆机构等)实现，主要适于大批量生产。

吹塑模除了整体结构设计之外，还包含有合模导向、成型零部件等功能结构和局部结构设计，对此可参考或类比注射模、压缩模等设计中的有关内容。

下面筒述吹塑模的夹坯口、余料槽、排气孔(槽)和模具材料等一些特殊设计问题。

(1) 夹坯口夹坯口在吹塑模中主要用于夹持型坯、并实现型坯切断、封底、缩口、缩颈等动作．其中，口部夹坯口需要与吹管共同作用才能切断型坯(参见图23—4，图中吹管在制品口部还兼起挤压内径的作用)。

在夹坯口(图23—5)结构中，夹坯口宽度b和角度α是两个非常重要的设计参数，如果b取值太小、α取值太大，不仅会削弱对型坯的夹持能力，而且还很有可能导致型坯在吹胀之前塌落或制品成型后底部熔接缝厚度减薄、甚至开裂等问题；反之，当L取值太大，α值太小时，又有可能出现无法实现切断动作或模腔无法紧密闭合等问题。

根据生产经验，夹坯口宽度和角度均匀塑料品种有关，通常可在0.54mm、30°～120°范围内选择，并有人认为尽量取下限值比较合适。

总之，合理的夹坯门宽度和角度应以确保夹坯口的各项功能为准，表23—1所列的数值可供参考使用。

设计夹坯门时还需要注意．为了预防型坯在吹胀之前发生塌落，同时又便于清除余料，可以在吹塑模中采用两道夹坯口结构(图23—6)。

吹塑模夹坯口的宽度b和角度α(2) 余料槽型坯在夹坯口的切断作用下，会有部分多余的塑料被切除下来，它们将由余料容纳。

余料相通常设置在夹坯口左右两侧，或在夹坯口左右两侧贯通，其大小按型坯被夹持后的宽度和厚度确定，并以模具能严密闭合为准。

(3) 排气孔(槽)在型坯吹胀过程中，模腔表壁和型坯之间的空气应能随着型坯胀大而被快速、流畅地排出模腔。

否则，这些空气将会影响型坯贴靠模腔成型，并导致制品出现斑纹、麻坑或几何轮扩不清晰(充模不足)等缺陷．为了解决排气问题，吹塑模小必须设置—定数量的排气孔，而且排气孔还应位于模内空气最容易贮留的部位和制品最后贴模的地方(如多面体制品的角部和瓶状制品的肩部等)。

排气孔直径通常取0.5～l mm，并以制品不出现气孔痕迹为限。

此外，在分型面上开设宽度为10～20mm、深度为0.03～0.05mm的排气槽以及利用各种嵌件装配间隙也是重要的排气方法。

(4) 模县材料吹塑模的模腔部分主要采用铝合金制作，这是因为吹塑成型的充气压力小于注塑等成型方法的体积粘流压力，且铝合金热传导性好，并可以采用铸造成型之缘故，另与钢制模腔相比，还具有重量轻的特点。

但采用铝合金制造模腔时需要注意，吹塑模内—些硬度和耐磨性要求较高的部位(如夹坯口等)必须采用钢材，为此，整个吹塑模可采用镶拼式结构(图23—3，钢制夹坯口镶嵌在整体铝合金模内)，或采用组合式结构，即模具分为口板、模胶板和底板三部分，口板和底板用钢材制造，其上带有夹坯口，而整个模腔板则使用铝合金制造。

铝合金制模虽然具有很多优点，但其硬度低、耐磨性差之缺点对摸具使用寿命影响很大，特别是近年来吹塑成型技术不断发展，对吹塑制品的尺寸和形状精度要求越来越高，听以在大批量吹塑制品生产中，碳素钢与合金结构钢用作模腔材料的情况也就越来越多．吹塑模腔还可以使用铍铜合金、锌基合金和铸铁材料制作，但因铸铁热传导性较差、刚性低，所以只适用于小批量制品生产，而铍铜合金与锌基合金主要用于大型吹塑模。