矿泉水瓶

矿泉水瓶中空吹塑工艺流程设计
设计者：祝相周
一、设计任务
吹塑示意图如下
自选一款矿泉水瓶，进行中空吹塑工艺流程设计
某一矿泉水瓶尺寸（单位均为cm）：
圆柱的半径 3.305
圆台上表面半径2.885
罐的总高度12.310
圆柱的高度10.210
顶盖的厚度0.028
侧壁的厚度0.011
PET聚酯
二、塑料简介
塑料是指以树脂(或在加工过程中用单体直接聚合)为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中能流动成型的材料。

塑料为合成的高分子化合物，可以自由改变形体样式。

塑料主要有以下特性：
①大多数塑料质轻，化学性稳定,不会锈蚀；
②耐冲击性好，具有较好的透明性和耐磨耗性；
③绝缘性好，导热性低；一般成型性、着色性好，加工成本低；
④大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；
⑤尺寸稳定性差，容易变形，多数塑料耐低温性差，低温下变脆；
⑥容易老化，某些塑料易溶于溶剂；
⑦回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算；
⑧塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体；
⑨塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。

三、中空吹塑简介
中空吹塑( 又称吹塑模塑) 是借助于气体压力使闭合在模具中的热熔型坯吹胀形成中空制品的方法，是第三种最常用的塑料加工方法，同时也是发展较快的一种塑料成型方法。

吹塑用的模具只有阴模( 凹模) ，与注塑成型相比，设备造价较低，适应性较强，可成型性能好( 如低应力) 、可成型具有复杂起伏曲线( 形状) 的制品。

中空吹塑又分为注射吹塑、挤出吹塑和拉伸吹塑，注射吹塑是用注射成形法先将塑料制成有底型坯，再把型坯移入吹塑模内进行吹塑成形。

挤出吹塑成形过程，管坯直接由挤出机挤出，并垂挂在安装于机头正下方的预先分开的型腔中；当下垂的型坯达到规定的长度后立即合模，并靠模具的切口将管坯切断；从模具分型面的小孔通入压缩空气，使型坯吹胀紧贴模壁而成型；保压，待制品在型腔中冷却定型后开模取出制品。

用于中空吹塑成形的热塑性塑料品种很多，最常用的原料是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和热塑性聚酯等，常用来成形各种液体的包装容器，如各种瓶、桶、罐等。

瓶坯及成品示意图
四、材料介绍以及成形前的准备
成型前应对塑料原料进行外观检验，如原料的色泽、细度及均匀度等，必要时应对塑料的工艺性能进行测试。

对容易吸湿的塑料，成形前应进行充分的干燥，避免制品表面出现银丝、斑纹和气泡等缺陷。

应对注射机的料筒惊醒清洗或拆换，并根据需要对模具进行预热。

为了使制品容易从模具内脱出，对有的模具型腔还须涂上脱模剂，常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。

PET树脂（聚对苯二甲酸乙二醇脂）由对苯二甲酸与乙二醇缩聚而成，属线性聚酯。

由于PET大分子链具有良好的规制性，为它提供了较高的结晶性能，结晶度越大密度越大，通常密度为1.2~1.38g/cm3 。

其分子链比较刚硬，分子间的强作用力赋予它具有良好的刚性和强度，对非极性气体等物质具有良好的阻隔性能和耐蜕变性能，膨胀系数小、尺寸稳定性高。

PET是一种典型的高结晶性聚合物，其熔点在225~260℃之间，玻璃化温度在70~80℃之间，在180℃左右达到
最大结晶速度。

其结晶速度较慢，因此熔体冷却时，只需采用冷水冷却，即能得到完全为无定型的PET，其透光性达90％，呈现出优良的透明性。

无定形态对后继的拉伸定向十分有利，并可以大幅度提高PET制品的物理学性能。

五、吹塑成型过程
吹塑成型过程可分为四个阶段：
(1) 型坯形成阶段聚合物在挤出机中的输送、熔融、混炼、泵出成型为型坯的形成阶段；在这一阶段，影响壁厚分布的主要工艺参数有：
①材料的分子量分布、平均分子量；
②吹塑机的温度控制系统和螺杆转速，其中温度控制系统包括料斗温度，料筒 1 区、 2 区、 3 区、 4 区温度，法兰温度，以及储料模头 1 区、 2 区、 3 区、 4 区温度
(2) 型坯下料阶段型坯从模唇与模芯的间隙中挤出为下料阶段。

此时，型坯离模膨胀和型坯垂伸这两种现象影响型坯成型。

影响壁厚分布的主要工艺参数是吹塑机的模头直径和壁厚控制系统，其中控制系统包括轴向壁厚控制系统和周向壁厚控制系统，以调整模唇与模芯的间隙。

(3) 型坯预吹阶段为避免型坯内表面的接触、粘附，改善制品壁厚的均匀性，要对型坯进行预吹胀。

在型坯预吹阶段，从型坯下方往型坯内喷气，以护持型坯，减小其垂伸。

在这一阶段，影响壁厚分布的主要工艺参数有：预吹压力、预吹时间。

(4) 型坯高压吹阶段高压吹胀型坯，使之贴紧模具型腔，实现产品塑性成型阶段。

该阶段，影响产品成型的是型坯受高压吹胀变形、型坯与模腔接触变形。

而影响壁厚分布的主要工艺参数有：材料的收缩率；吹气压力、时间；模具材料、结构、模具排气系统以及模具冷却系统，如冷却水道分布、冷却水进水温度等。

尽管影响吹塑制品质量的因素较多，但当生产条件、制品要求确定后，调整吹塑工艺参数能有效改善制品质量。

优化的工艺参数可以提高生产效率，降低原材料消耗，优化产品的综合性能。

六、吹塑成型工艺条件的设定
工艺条件调整的目的是，在满足产品最小壁厚要求的基础上，产品壁厚尽可能均匀，产品件重尽可能小 ( 减少材料消耗 ) 。

工艺参数设定的合理方法是，将经验与数值分析技术结合。

基本过程为，
①利用已建立的计算机模型，模拟吹塑模具、下料型坯、夹料板等状态；
②输入各阶段对型坯壁厚分布影响的参数；
③对得到的模拟结果进行分析，通过计算机模拟显示哪些部位壁厚达不到要求，而哪些部位壁厚超厚；
④利用人工经验，调整输入的参数，重复①～③的过程，保证产品各部位在达到最小壁厚的前提下，尽可能减小产品各部位壁厚。

⑤对多个工艺方案的结果分析、比较，最终确定优化的工艺参数。

拉伸吹塑又称双轴取向吹塑，是在聚合物的高弹状态下通过机械方法轴向拉伸型坯、用压缩空气径向吹胀 ( 拉伸 ) 型坯以成型包装容器的方法。

拉伸吹塑有一步法、二步法。

七、制品的后处理
塑料制品脱模后，常需要进行适当的后处理来改善制品的性能和提高制品尺寸的稳定性，主要包括退火和后处理。

（1）退后处理由于塑料的塑化不均匀或在型腔内冷却速度不等，这导致塑料制品内不均匀的结晶、取向和收缩，从而产生内应力，使制品力学性能下降、光学性能破坏、表面出现裂纹，甚至变形开裂，因此必须进行退火处理。

方法是使制品在定温的加热液体介质或热空气循环烘箱中静置一段时间，温度应控制在高于制品使用温度10--20℃或者低于塑料热变形温度10--20℃为宜，时间视制品厚度而定。

退火处理的实质是松弛聚合物中冻结的分子链、消除内应力以及提高结晶度、稳定结晶结构。

（2）调湿处理有些塑料制品在高温下与空气接触会氧化变色或容易吸收水分而膨胀。

调湿处理就是使制品在一定的温度环境中预先吸收一定的水分，使制品尺寸稳定下来，避免在使用过
程中再发生更大的变化。

八、参考文献
模具制造工艺学主编徐慧民北京理工大学出版社
挤出吹塑中空成型机的调试与修理技术主编邱建成黄万平机械工业出版社。