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【新提醒】PET概论以及吹塑瓶成型工艺以及其中的技术要领(PET成型工艺最完整的技术介绍)
一、PET - 化工中的PET 概述
聚对苯二甲酸乙二醇酯
英文名: polyethylene terephthalate,简称PET。
PET 是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物,表面平滑有光泽。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能,长期使用温度可达120℃,电绝缘性优良,甚至在高温高频下,其电性能仍较好,但耐电晕性较差,抗蠕变性,耐疲劳性,耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。
PET历史
于1941年首先由英国J.tt.Whinfield与J.T.Dickon研制成功。 PET作为纤维原料已有53年的历史,英国帝国化学公司(1.c.I)于1946年以涤纶(Teleron)纤维投入生产,继而美国杜邦公司(Dupent)于1948年以“代春纶”(Dacron)纤维投入生产。
PET分类及用途
PET主要原料对二甲苯和对苯二甲酸(PTA)大量用作纤维,可分为非工程塑料级和工程塑料级两大类。
PET具有优良的特性(耐热性、耐化学药品性。强韧性、电绝缘性、安全性等),价格便宜,所以广 泛用做纤维、薄膜、工程塑料、聚酯瓶等。国际上聚酯类热塑性塑料工业化产品有以下6个方面(已形成工业化的有商品出售)。
(1)液晶聚合物
(2)聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)
(3)聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)
(4)聚对苯二甲酸乙二醇酯工程级PET

pet打包扣(带牙)
(5)聚对苯二甲酸乙二醇酯标准级PET
(6)聚对苯二甲酸乙二醇酯回收级PET(包括共混物及100% 回收料)
非工程塑料级主要用于纤维、瓶、薄膜、片材、耐烘烤食品容器等。
工程塑料级PET 耐有机溶剂、耐候性好。缺点是结晶速率慢,成型加工困难,模塑温度高,生产周期长,冲击性能差。一般通过增强、填充、共混等方法改进其加工性和物性,以玻璃纤维增强效果明显,提高树脂刚性、耐热性、耐药品性、电气性能和耐候性。采取添加成核剂和结晶促进剂等手段,改进结晶速度慢的弊病。加阻燃剂和防燃滴落剂可改进 PET阻燃性和自熄性。
为改进PET性能,PET可与PC、弹性体、PBT、PS类、ABS、PA形成合金。
PET(增强PET)主要采取注射成型法加工,其他方法还有挤出、吹塑、涂覆和焊接、封接、机加工、真空镀膜等二次加工方法。成型前须充分干燥。
主要应用为电子电器方面有:电气插座、电子连接器、电饭煲把手、电视偏向轭,端子台,断电器外壳、开关、马达风扇外壳、仪表机械零件、点钞机零件、电熨斗、电磁灶烤炉的配件;汽车工业中的流量控制阀、化油器盖、车窗控制器、脚踏变速器、配电盘罩;机械工业齿轮、叶片、皮带轮、泵零件、另外还有轮椅车体及轮子、灯罩外壳、照明器外壳、排水管接头、拉链、钟表零件等。
PET按用途可分为纤维和非纤维两大类,后者包括薄膜、容器和工程塑料。
PET在开发初期主要用于制造合成纤维(占PET消耗量的70%左右)。

PET还用来制造绝缘材料、磁带带基、电影或照相胶片片基和真空包装等。
PET非纤应用的另一主要领域是制造充装饮料、食品等的中空容器。其次,PET还作为工程塑料用于电子、电器等领域,如仪表壳、热风口罩等。其中尤以包装容器的发展最引人注目,现在已有20%以上的PET用于包装材料,且呈逐年上升的趋势。包装业已成为PET的第二大用户,仅次于合成纤维。
作为包装材料时,PET既可制成双向拉伸包装膜,又可由非晶态瓶坯得到高强度、高透明的拉伸吹塑瓶,还可以直接挤出或吹塑成非拉伸中空容器。
PET薄膜具有透明、耐油、保香、卫生可靠和使用温度范围广等性能(高温蒸煮和冷冻包装均可),但热封闭性差,必须与其他薄膜(热封层)复合使用,且价格较通用塑料薄膜高,限制了PET薄膜在包装上的应用。
PET中空容器尤其是拉伸吹塑瓶,充分发挥了PET的性能,对内容物有良好的展示效果,且成本较低。因此,PET作包装材料时基本上都是采用拉伸吹塑成型的,其中应用最多的是几十毫升到2升的小型瓶,也有容量为30升的大型瓶。
PET性能的改进
聚酯是以PET为代表的热塑性饱和聚酯的总称,包括PBT、PEN、PCT 及其共聚物。其中,PET是开发最早、产量最大、应用最广的聚酯产品。

PET胶带
饮料包装。在饮料包装中,聚酯瓶应用最为成功的是碳酸软饮料( CSD),如可乐、雪碧等,CSD用瓶已占PET瓶总量的1/3。
调味类商品包装。酱油等液状调味品是聚酯瓶的一个巨大潜在市场。 PET瓶保香性好、质轻、不易破碎等特性是其在该领域应用的有利条件。早在1995年,日本在这方面的应用量就已超过3万吨,占PET瓶总消耗量的13%。我国此类商品仍主要采用玻璃瓶包装,聚酯瓶的应用尚处于起步阶段
食用油包装。PET瓶耐油性好、透明、无毒、无味、不易破碎,对氧气的阻隔性好,对紫外线亦有较好的遮蔽性,可保护食用油长期免受氧化而不变质。国外已得到成功应用,近年来国内对这方面的需求不断上升。
啤酒包装。世界上以塑料瓶代替玻璃瓶用于啤酒包装尚处于开发试用阶段,我国有关部门和企业也日益关注和重视啤酒塑料包装的发展情况。
农药、医药、日化产品包装。聚酯瓶可用于部分农药包装,采用聚酯生产的低成本PET农药瓶已在国内投入生产。PET瓶安全、卫生,有良好的防潮、隔氧和展示功能,使得PET瓶在医药包装领域得到了应用。化妆品、洗涤剂等日化产品,也是聚酯瓶应用的一个巨大市场。PBT、 PEN瓶的良好耐化学药品性、保香性、高透明、对紫外线的屏蔽性和造型设计的灵活性正是化妆品等日化产品所期望的特性。因此,聚酯瓶在日化产品包装上的应用相当广泛,尤其新型阻气、紫外线屏蔽的PEN树脂瓶在香水、化妆品包装上将占有一席之地。

聚酯(PET)薄膜是一种结晶型材料,普通聚酯薄膜经过特殊工艺处理只能得到30%以下的热收缩率。若要获得热收缩率较高的聚酯薄膜,则必须对其进行改性。也就是说,为了制备高热收缩率的聚酯薄膜,需要对普通聚酯即聚对苯二甲酸乙二醇酯进行共聚改性。共聚改性后的PET薄膜其最高热收缩率可高达70%以上。
普通聚酯一般是由对苯二甲酸(PTA)与乙二醇(EG)经过酯化、缩聚反应而制得,属于结晶型聚合物(严格讲是结晶区和非晶区共存的聚合物)。所谓共聚改性就是除了对苯二甲酸(PTA)与乙二醇(EG)两种主要组分之外,再引入第三甚至第四组分参与共聚,目的是使之生成不对称的分子结构而形成无定形的PET共聚物。
引入的第三甚至第四单体可以是二元酸或二元醇。其中,二元羧酸有间苯二甲酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、癸二酸等;二元醇有新戊二醇、丙烯二醇、二甘醇、1.4环己烷二甲醇等。如以二元羧酸(Acidic)进行共聚改性时,所制得的PET共聚物,称之为APET;若以二元醇(Glycolic)进行共聚改性时,所制得的PET共聚物,则称之为PETG。
在提高和改进其性能的过程中,聚酯包装获得了新的发展。
一是改进耐热性。普通PET瓶不能用于果汁、茶等需热灌装的物品包装,目前通过研究已开发了三类实用的耐热聚酯瓶:热定型瓶,可达到85℃灌装的要求;PET/PEN合金瓶,PEN耐热性高,在普通注拉吹设备上可制得符合80℃以上热灌装要求的瓶子,倘若再经热定型处理,热灌装温度可达90℃以上;与耐热性聚芳酯等制成多层复合瓶,以提高耐热性。
二是提高阻气性。尽管PET的气体阻隔性远高于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等塑料,但对于啤酒、白酒、香水等保鲜、保味要求较苛刻的产品仍然不能满足要求。
提高阻气性的方法主要有三种。
一是多层复合,以PET为主,加入PVDC、EVOH、M XD6、PEN等其他气密性好的材料做成 3层或5层瓶。
二是采用特殊处理方法,如在PET瓶内或外层涂布环氧阻隔层,或进行等离子体处理(ACTIS技术)。
三是用其他阻隔性树脂成型,以PEN或PEN与PET的共聚或共混物为原料,既提高了瓶子的阻气性,又提高了瓶子的耐热性,可满足啤酒保存3~6个月的要求,还可以碱洗消毒,重复使用,从而降低成本。
因为前两种方法有透明性差、回收处理困难、工艺复杂、设备要求特殊等问题,而且虽然气密性提高了,但耐热性较差,只能适应无菌灌装的场合。中国啤酒行业大都采用灌装后巴氏消毒的技术,所以采用PEN或与PET的共聚、共混物为原料,通过现行PET瓶吹制设备和工艺进行成型,是适合中国国情的啤酒塑料包装发展方向,值得引起有关部门和企业的重视。
PET性能指标
以Dupont的R~ ITE FR一530为例,其性能指标如下
拉伸强度                                                        152MPa
弯曲模量(DAM)                                      10343MPa
悬臂梁冲击强度( od)                                       85J/m
比重                                                                  1.67
热变形温度(1.8MPa)                                       224℃
熔点                                                                   254℃
氧指数33% UL阻燃性                                      V一0级
热线点燃                                                           330 S
体积电阻率                                            10,r ]ohm-cm
介电强度                                              16.9Kv/mm
介电常数                                               103Hz时3.8
10 Hz时3.7
介质损耗                                            103Hz时0.011
10 Hz时0.018
二、PET - Pet瓶全面知识解读
一、前言
2004年中国饮料市场规模达到2449万t,尤其是茶、果汁、功能性饮料的高速增长继续为热灌装PET瓶带来机遇,若以60%的PET包装采用率和1000ml的PET瓶标准测算,至少会有上百亿只以上的PET瓶需求。
而啤酒,则是一个技术攻关和消费心理学的问题。除了保鲜、杀菌等问题,消费者能否接受塑料瓶装的啤酒也是一个尚待验证的问题。人们期望着在2005年能有3.5%的PET瓶装啤酒。显然,相对于2002年的0.1%而言,这是一个值得冒险的尝试。
二、PET的吹瓶技术

PET调味品瓶
“就业内有关人士中华包装瓶网认为中国的包装机械与pet瓶子生产,远远赶不上饮料的发展”。在吹瓶领域,中国目前发展的主要是两步法,因为两步法的效率相对比较高一些。从吹瓶来看,国外已经达到每小时50000多瓶,甚至70000多瓶,我国刚刚才25000瓶。
西得乐(Sidel)的亚太总裁张忠先生认为,全世界的一步法市场正在下降,二步法正在成长,主要原因有两个:第一是,现在的瓶胚随处可以买到,瓶胚的商业化非常普遍;一步法的成长当时是有一个因素,就是客户在很多地方没有方法找到合适的瓶胚,而现在由于瓶胚的大量生产,客户可以很方便地获得瓶胚而无需自己生产。第二是,二步法在成本和质量上都比一步法有优势。在吹瓶市场中,包装瓶的成本具有极其敏感的特性,两个至关重要的因素决定了投资回报率:机器的生产能力和每个吹瓶工位的产量。西得乐推出的“双模腔”概念(在同一模具上开出双模腔),在同一工位上同时吹制2个瓶子,非常适合单人装小型容器的规模化生产。西得乐的SB020二代双模腔设备产率可以达到60000瓶/h。
SIG Corpoplast公司的董事总经理Olaf Weiland先生认为,“未来每一个生产厂商都会在自己的工厂里生产自己所需要的容器”。显然从经济效益讲,运输空瓶到灌装厂会增加成本。现在饮料行业的生产是从吹瓶、灌装到包装一条龙,提高整线效率。两步法具有重量轻、操作简单、生产灵活等特点,可以直接使用瓶胚而不必考虑PET原料等诸多问题,将精力集中在成品灌装等环节。中国区总监陈俊添先生介绍了SIG Corpoplast的吹瓶机,其更换模具时间短,每个模腔每小时产量可以达到1630瓶,速度是很快的。
Krones公司的Contiform H40拉伸吹塑制模机,可以进行热成形瓶子和标准瓶子的生产,500ml的瓶子的产量为44000瓶/h,适合于热灌装PET瓶吹瓶。
三、绿叶对根的情意
瓶盖是一个经常被消费者忽视的细节,但对于厂商,这却是个大问题。意大利捷飞特的李克平先生对瓶盖和瓶盖模具有着多年的研究,“生产塑料瓶盖看上去很简单,但是,塑料瓶盖模具的制造蕴藏着很高的专业技术”。捷飞特公司以设计和制造多腔位、高精度、热流道的注塑模具著称。2000年捷飞特公司研制出64腔快速成型瓶盖模具,并在Nestal快速注塑机上实现3s一个开合,创造了64腔等级的瓶盖模具开合周期的世界纪录。“欧洲许多塑料瓶盖生产厂家追求的是在确保瓶盖物理功能的情况下,尽量减轻瓶盖克重、提高生产率,以便降低成本增加市场份额。”捷飞特公司顺应市场需求,开发出MIVA系列瓶盖。以MIWA L3P为例,28mm,仅有1.5~1.6g,比传统的PET瓶塑料瓶盖轻1g,这种瓶盖只要旋转90°就可以打开,开启扭矩低,老少适宜。目前,已有7套捷飞特公司提供的这种64腔瓶盖模具在娃哈哈集团使用。捷飞特公司还发明了非旋转双料注塑模具的专利技术,用于一次性生产带衬垫瓶盖。这一发明大大节省了带垫瓶盖对生产设备的投资。带垫瓶盖的传统生产是由注塑瓶盖设备、注塑或滴塑衬垫设备以及组装设备来实现,用捷飞特公司的双料注塑模具,可在原有的注机上增加一个注塑单元即可轻而易举的实现带垫瓶盖的生产。
萨克米SACMI的压制瓶盖是另外一种技术,它与传统的注塑瓶盖不同,是第一个将压塑制盖设备推向市场的机械制造商。萨克米旋转式液压机使得模具简单化,因此压缩成型所需要的投资成本远少于注射成形的成本。由于萨克米同时完全自行设计和制造塑胶盖模具,使其具有较大的整体优势。根据萨克米的介绍,这种压制瓶盖非常适合圆形瓶盖的生产。萨克米在7月份ProPak展出了600个/min打盖机,但他们最快的产品达到了1200个/min,目前已经有7台这种产品售出。
注塑和压制瓶盖代表了两种不同的工艺,前者可以买各种模具,进行灵活的式样设计,可以设计相对复杂的盖子,但模具成本较高;而压制瓶盖则相对成本较低。
百利盖Bericap是专业提供瓶盖的德国家族企业,下属18家企业,2003年销售额达到3.1亿欧元。在中国的昆山公司成立于1998年,在中国主要提供30/25和PCO 28瓶嘴的瓶盖,38mm、48mm和五加仑的Tamper Evident瓶盖。以及功能性瓶盖(如瓶装水的防盗盖)。其为中国的“非碳酸水饮料”行业生产了大约9亿只30mm瓶盖。目前推出的“百利盖服务包”是与用户一起研究的新的包装形式,已经远远超出了标准瓶盖的设计。如在38mm热灌装领域,SK 38/16 DoubleSeal热灌装瓶盖成为大型设备进行高效灌装的理想解决方案。
台湾欣全属于康师傅集团下属的公司,也是食品饮料包装用瓶盖、瓶胚的专家,其创新的KingCan瓶盖可以为各种可重复灌装或不可回收日用包装如玻璃瓶、塑料瓶、纸盒和金属容器提供瓶盖,也可以提供多种带垫片或无垫片的瓶盖;颜色可以多种多样,提供单色到4色的顶部印刷或浮雕,以利于品牌宣传;同时为PET瓶口提供专利的内塞式密封盖的设计与制造。
挑战无处不在的空气
PET瓶具有透明性好、化学性质稳定、阻隔性能较好、质轻价廉和可回收利用等优点,但有3种PET瓶包装需要阻隔性:一是对O2敏感的果汁和乳制品以及小瓶的碳酸饮料;二是含CO2的产品;三是既对O2敏感又含CO2的产品,如啤酒。作为啤酒瓶,PET瓶的阻隔性受到了严峻的考验,啤酒包装是所有饮料中要求最高的。这就是2002年全球2500亿个啤酒容器中只有不足0.1%使用PET瓶的原因。

pet瓶
首先是耐压强度,能够阻止高压下CO2的渗出和外界O2的渗入;其次是耐热强度,要能耐得住巴氏灭菌的高温;第三是耐冲击度。提高PET瓶的阻隔性功能成为各大公司的主攻方向,这涉及到原料、设备、加工工艺以及PET的改性等。
目前,阻隔技术主要体现在几个方面:第一是表面涂层法,如西得乐公司的Actis技术,采用无定形碳涂层,比普通PET瓶的隔氧效果提高30倍,成本仅是玻璃瓶的78%、金属罐的65%,在回收利用上具有明显的优势。其Actis 20型等离子涂层机,每小时可以处理10000个0.6L的PET瓶。西得乐在2001年曾在中国大举推广了Actis涂层技术,但当时中国甚至全世界的PET瓶在啤酒市场的普及显然被高估了。但今天已经不同了,20世纪70年代后期出生的年轻人几乎是含着、抱着、提着PET瓶长大的,认可度已经大为提高;而Actis涂层的PET瓶在非常挑剔的德国啤酒市场已经获得了客户和消费品的高度接受率。西得乐集团执行副总裁Paul Holderith先生认为,在中国推广的机会已经来临,但西得乐将会寻找合作伙伴一起来推广,中国的饮料行业有许多勇于创新的先锋企业,因此双赢的空间非常大。SIG Corpoplast公司的Plasmax涂层设备经理Arne Andersen先生告诉记者,Plasmax涂层设备采用“等离子激发化学制品气化、沉降”(PIVCD)技术生产PET灌装瓶身。这种等离子技术采用两种气体混合,点燃气体产生化学反应在PET瓶内壁涂成一层SiO2。这种涂层完全透明,不会改变原来PET瓶的颜色;涂层可以用化学剂清洗,完全回收;由于涂层是无机物,不会与产品发生反应,因而保证了安全性。根据Andersen的数据,涂层PET瓶比未涂层的成本大约每1000个瓶子增加100元左右;但如果选择涂层,就可以减薄PET瓶壁的厚度,减轻瓶重,从而降低制瓶成本。Plasmax 12D涂层瓶子及系统,各种尺寸(0.4~1L)的PET瓶的涂层速度为10000瓶/h。
采用真空等离子增强化学气象沉积法的技术得到了来自日本公司的强有力支持。这种钻石型碳处理工艺DLC,主要是由日本日精爱思比ASB、日本麒麟啤酒、三菱商事等公司合作开发的。这种镀膜的DLC膜的PET瓶对O2阻隔性能比普通PET瓶提高了20多倍,对CO2提高了7倍。透明度非常高,涂层柔软,不易龟裂..
小知识:如何分选PET瓶和PVC瓶~
如果PET瓶和PVC瓶混在一起,这里讲的都是透明的瓶类。PET瓶成型是分两步进行的,就是先注塑再吹塑成型,所以每个PET瓶的下端都有一个注料口,拿一个看一下就知道了。PVC是用吹塑成型的,不需要经过注塑,所以没有注料口。所以一个瓶拿起来有注料口的是PET,没有的是
如果是大批量生产的话,把总瓶用蒸汽蒸,经过高温蒸汽的PVC会变为不透明,PET还是透明的,分选起来既好认又省事,还有经过蒸的后的标签胶纸就会自动脱胶,用手轻撕就去掉了。
瓶片不好认,只能用开水煮或蒸汽蒸,经过开水煮或蒸汽蒸的PVC变为不透明的,PET还是透明的,把不透明的选掉PET就是纯的了。
PET吹塑瓶成型工艺的探讨
近年来,PET吹塑瓶以其质轻(占同等玻璃瓶的1/10)、强度高、透明、无毒等优点被大量用于饮料包装,特别是碳酸性饮料的包装(如可乐等)更是异军突起。另外,由于捆装的玻璃啤酒瓶屡次出现爆炸伤人事故,国外已有意转向PET瓶包装,因此PET吹塑瓶市场前景广阔。
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)两种成型方法。注拉吹的工艺过程为,先注射有底瓶坯,冷却后由输送带连续送至加热炉(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,最后经吹胀吹制成型。笔者对预成型瓶坯经过再加热、拉伸吹塑成型的工艺影响因素进行了探讨。
1、设备
目前国内使用的多为德、法等国制造的、国际上较先进的二步吹塑机,该种设备自动化程度高、产量大、废次品率低、工艺易控制,每台设备可装4-40个模具,多的可达60个以上,每小时产量约几千个,有的可达二万个。这类设备一般由供坯系统、加热系统、主机、控制系统和辅机五大部分组成,其中较重要的是主机,全电脑控制,包括主机启闭、烘箱灯管启闭和成型工艺的调整等。
2、影晌因素
工艺中的影响因素有:瓶坯及其加热,预吹(位置、压力和流量),拉伸杆,高压吹(压力、位置),以及模具等。
2.1 瓶坯
瓶坯又称为型坯,是PET粒料经注射成型的,它要求回收料比例不能超过10%,回收次数不能超过两次。注塑成型后的瓶坯或加热后再用的瓶坯必须冷却48h以上,而且使用的瓶坯存放时间不能超过6个月,不同生产日期,特别是间隔过长的瓶坯不能混用,主要原因是瓶坯所用原料型号、混入的二次料比例和瓶坯内残余应力不同所致,而这些因素对吹瓶的成型工艺都有重大影响,应根据实际情况具体对待。
2.2 加热
瓶坯的加热由加热炉来完成,由人工设定,自动调节。加热炉的高度在25mm左右为宜,离输送轮19.6mm左右。瓶坯在输送轮上连续运转通过整个烘箱,这样瓶坯受热较为均匀,能更好地成型,克服了以前瓶坯静止加热、人工转动而受热不匀的缺点。但是加热炉如调整不当,会造成吹制的瓶子壁厚上下分布不匀(如上轻下重)、瓶口变大超标、硬颈等制品缺陷,甚至造成机械部件的扭力故障。
瓶坯加热温度一般设定为85-120℃,无色瓶坯要高一些,带色瓶坯则要低些。温度设定太高或太低都会造成制品缺陷,如拉破、白雾等。各个区域的温度可根据制品成型情况具体调整,同时要考虑烘箱灯管开启情况。另外,烘箱输出功率的设定对瓶坯的加热也有很大影响,它控制着整个烘箱热量的输出。当长期不开机,再次开机时,初始输出功率应相应设定高一些,正常生产过程中再逐步降低到正常状态,输出功率一般为80%左右为宜,特别是环境温度在5℃以下时,效果更为显著。
吹瓶生产工艺与生产环境温度也有一定关系,环境温度一般以室温(22℃左右)为宜。如温度太高,则制品易出现凝点结块;温度太低,机器启动时产品性能不稳定,具体操作要根据实际情况和经验来调节。
2.3 预吹
预吹在吹制过程中的作用是使瓶坯初具形状,同时由拉伸棒纵向拉伸增大其纵向强度。整个过程是预吹凸轮在吹瓶过程中把三通阀推到预吹位置,并由单向阀配合完成。预吹位置、压力和流量都能影响瓶子的质量。
(1)位置 预吹位置提前,会出现瓶子底部中心点偏斜、变薄,脚部壁厚不匀且发白,上重下轻,硬颈,甚至底部穿透等缺陷;预吹位置错后,则会出现上轻下重、中心点变厚、凹陷等缺陷。
(2)气流量 预吹气流量由单向阀控制,一般开3-4圈为宜。气流量大,底部重,中心点薄、偏,脚部发白,壁厚不匀;气流量小,中心点变厚,分段件重超标。
(3)压力 预吹气压力在0.8-1MPa为宜。压力高时,可能造成上重下轻,中心点偏斜,脚部壁厚不匀,发白等;压力低时,不能充分拉伸,底部重,中心点厚。
瓶子脚部、中心点的成型情况对瓶子质量影响最大,调整不当常引起爆瓶(正常实验条件下)、渗漏等致命缺陷。
2.4 拉伸杆
拉伸杆是在预吹的同时在预吹气配合下把加热后的瓶坯拉伸的装置,它在高压吹后、排气前复位。拉伸杆必须在吹瓶过程中能上下垂直平稳移动,驱动压力为0.55-0.8MPa,与底模的间隙为2.3-2.5mm,也即瓶坯厚度1/3-1/2。间隙过大,会造成瓶底中心点偏移;间隙过小,中心点变薄。
2.5 高压吹
高压吹的作用是使熔料充分伸展,紧贴模具壁,使瓶子充分成型,同时进行
三、 生产过程中影响耐热PET瓶品质的几种主要因素
1. 瓶坯:特性粘度≥0.81cm3/g,粘度降≤4%,存放时间不能超过3个月。色泽纯洁、透明、无杂质、无异色、注点长度及周围晕斑合适。
2. 加热:在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。烘箱的热量由灯管开启数量、整体温度而设定,烘箱功率及各段加热比共同控制。
3. 预吹:拉伸杆下降的同时开始预吹气,使瓶坯初具形状。预吹位置、预吹压力、吹气流量是三个重要工艺因素。
4. 模具温度:模具的温度控制在120℃~145℃,用来消除瓶胚拉伸产生的内应力,提高瓶身塑料结晶度以抵受高温热液,使瓶子不变形。
5. 环境:室温、低温(空调)状态下为佳。
四、耐热PET瓶子在生产工艺中出现的一般质量问题产生的原因及解决方法
瓶颈歪斜
1. 油路堵塞 疏通模身油路
2. 拉伸杆排气孔堵塞 疏通拉伸杆吹气孔
3. 喷嘴密封圈损坏 更换喷嘴密封圈
中心点偏
1. 预吹气压力太高 降低预吹气压力
2. 预吹流量太大 减小预吹气流量
3. 预吹气位置太早 推迟预吹气位置
4. 拉伸杆弯曲 更换拉伸杆
5. 拉伸杆离底模间隙太大 调整拉伸杆间隙
6. 瓶坯温度太高 降低瓶坯设定温度
瓶子底部变形
1. 底模油温太高 降低热油机油温
2. 底模吹气阀损坏 更换底模吹气阀
3. 瓶坯底部温度太高 降低瓶坯底部温度
瓶底部褶皱
1. 预吹气压力太小 增大预吹气压力
2. 预吹气流量太小 增大预吹气流量
3. 预吹气太迟 提早预吹气
硬颈
1. 颈部加热不足 增加颈部加热量
2. 预吹气压力太大 减小预吹气压力
3. 预吹气流量太大 减小预吹气流量
4. 预吹气太早 延迟预吹气
5. 加热炉位置太高 调整加热炉位置
6. 拉伸杆速度慢 检修拉伸气缸
合模线成形不良
1. 模具补偿密封圈损坏 更换补偿密封圈
2. 模具间隙调整不当 调整好模具间隙
灌前侧壁变形
1. 冷却吹气时间太短 延长冷却吹气时间
2. 模身温度太高 降低模身温度
3. 拉伸杆中无冷却气吹出 检修拉伸杆吹气系统
灌后侧壁变形
1. 模身温度太低 提高模身热油温度
2. 瓶坯设定温度太低 提高瓶坯设定温度
3. 冷却吹气时间太长 减少冷却吹气时间
4. 塑料分布不匀 调整吹瓶工艺使料分布均匀
5. 热油流量太小 疏通油路及清洗油路过滤网
收缩率大
1. 模具温度低 提高模具温度
2. 瓶坯温度低 提高瓶坯设定温度
3. 冷却吹气时间太长 缩短冷却吹气时间
4. 油路堵塞 疏通油路
直径偏大或偏小
1. 冷却吹气时间设定不当 调整冷却吹气时间
2. 塑料分布不均匀 调整工艺使料分布均匀
五、PET瓶在热灌装线使用过程的常见问题及其解决方法
1. 储存和运输条件及瓶子的储存期。
由于PET具有吸湿性能,因此将PET(包括切片、瓶坯和瓶子)摆放在空气中,它就会吸收空气中的水分,摆放时间越长,吸水越多。而PET中的水分含量会直接影响到它的性能。对于热灌装瓶子,会影响到热灌装瓶子的耐热温度。水分含量越多,瓶子的耐热温度就越低。一般对于热灌装瓶来讲,从瓶坯生产到灌装饮料期间,摆放时间建议:
瓶子储存期:>1L两周内使用,<1L三周内使用;但近来越来越多的厂商使用了轻量瓶并连线生产,即吹即灌,瓶子贮存期在6小时内。即吹即灌的瓶子可灌装95℃的热液,吹后存放超过24小时以上的瓶子只能灌装88℃的热液。
瓶子的材料、储存条件(室温、相对湿度、储存时间的长短),都会影响到热灌装瓶子的技术指标,即:生产瓶子时要根据以上不同的材料、储存条件、客户要求等,相应地调整吹瓶的工艺、技术参数等。
PET在通常湿度情况下,进行熔融塑化时会发生水解反应。高湿度含量常常导致立即反应,结果分子链断裂、降解,分子量降低(也就是IV降低)。PET的机械性能与特性粘度IV有关,IV越低则PET的机械性能越差。
江南和沿海地区全年平均相对湿度为85%,部分地区春天和夏天相对湿度可高达90%以上,在高湿度环境下,PET会吸湿并达到最大的饱和湿度。
水分含量越高,则PET的IV值下降越大。某一型号PET在含水量为0.01%时,其特性粘度为0.73,含水量为0.02%时其特性粘度变为0.63。在180℃时由于干燥时间减少3/4小时,特性粘度下降0.10。
干燥时间越长则PET原料里水分越低,但过度干燥也会造成PET降解。当加热至180℃时,对于最大初始水分含量0.3%的原料,水分下降至0.14%;干燥4小时可获得0.004%的水分含量,这是瓶坯控制水分含量的上限。瓶口部分的分子内的水分会加快PET的结晶,而瓶身部分分子内的水分会影响分子链的排列。
2. 耐热性能不良。
◆ 热灌装瓶是这样实现耐热的:
(1) 用特别的模具设计来抵受瓶内负压:
① 瓶身有长方形凹块(在模具上可进出移动),用来吸收液体冷却后瓶内产生的负压。
② 瓶子设计,用颈、腰(凹环)来防止瓶子变成椭圆形。
③ 用瓶底设计(一般为花瓣形)来抵受应力或二氧化碳压力(常温灌装高温杀菌类瓶子采用凹底设计)。
(2) 用热油机高温油提高模温(模具温度在120℃~145℃),用来消除瓶坯拉伸产生的内应力,提高瓶身塑料结晶度,以抵受高温热液,使瓶子不变形。
◆ 改善瓶子耐热性能的措施:
① 选择合理的瓶坯与瓶子设计。最优化的瓶坯形状设计与瓶子模具设计有助于改善瓶子的壁厚分布状况,避免在瓶身不同区域产生扭曲或收缩变形;
② 瓶坯注射冷却时间控制。严格控制瓶坯注射冷却时间,让瓶坯尽早脱模。这样即可缩短成型周期并提高产量,又可因较高的残余温度而诱发球状结晶。球状结晶的晶体直径极小(仅0.3mm~0.7mm),并不影响透明度;
③ 严格控制注射和拉坯-吹瓶工艺参数以及各区域温度分布,避免残余应力在PET玻璃化温度(>75℃)下释放而导致瓶子变形。
④吹瓶模调温技术的运用。通常用热油循环法给吹瓶模加温,吹瓶模调温共有三种循环:
瓶身热油循环。将吹瓶模加热至120℃~145℃。这样,瓶坯与吹瓶模腔间的温度差减小,促发进一步结晶。延长吹瓶保压时间,使瓶壁与型腔长时间接触并有充足时间来提高瓶身结晶度,达到35%左右,但又不破坏透明度。100℃以下的模温对瓶身结晶度的影响极小,因为瓶身结晶发生在100℃以上。
瓶底冷却水循环。瓶子底部保持低温(10℃~30℃),避免未经拉伸的瓶底部分过度结晶而发白。
瓶颈调温(选用)。非结晶瓶口部分从注塑模脱模后一直处于完全冷却状态。非结晶瓶口多数采用加强瓶口设计(增加瓶口壁厚),从而改善封口性能,避免压盖过程中瓶口变形。通常,灌装后瓶口椭圆度控制在0.2mm以内,螺纹外径收缩率低于0.6%。
⑤ 循环吹气技术。当采用热吹瓶模时,如何控制瓶子脱模后变形至关重要。吹瓶模开模前吹入空气并排空循环,对瓶身进行冷却并定形,从而控制脱模后的变形量。循环冷却空气的进气通过与初吹、二次吹相同的通道,但从拉坯杆头部小孔经拉坯杆内排气。循环吹气时间约为0.5秒~2秒。因此,耐热瓶制瓶机的高压空气消耗量比普通瓶制瓶机高得多。
3. 容量波动较大。
双轴拉伸PET瓶具有一定的收缩率,最大收缩率约为2%左右,影响PET瓶容量的因素主要有以下几个方面:
(1) 模具的影响
PET瓶的容量主要受模具尺寸和形状影响。每一种瓶型模具尺寸通常是固定不变的。不同形状的瓶子在设计其收缩率时会有所不同,瓶身上加强筋越少、瓶厚度越薄则瓶的收缩率越大。
(2) 环境因素的影响
环境温度和湿度对瓶子的容量影响较大,环境温度越高,湿度越大则瓶的容量收缩越大。
(3) 生产工艺的影响
形状复杂的瓶子吹瓶时要求有较高的吹瓶压力,如吹瓶压力不足,则瓶成型不良,容量会偏小;模具温度偏高也会造成容量偏小。
(4) 瓶子的自然收缩
由于PET瓶会自然收缩,瓶模具尺寸在设计时应设计成可调形式(加减垫片)。以1.5LPET瓶为例,刚生产的瓶子平均容量为1508ml左右,室温下存放3天后,瓶容量会减少5ml~6ml;随着瓶存放时间延长瓶子容量还会缩小并难以控制。目前,越来越多的生产线采用连线吹瓶,即吹即灌,避免瓶子(容量与耐热性能)的衰减问题。
(5) 灌装方式的影响
不同的灌装方式,对容量控制的影响也有较大差别。定量灌装方式对容量影响最小,自重式灌装对容量影响最大,对1.5LPET瓶,最多可能差别20 ml~25ml。
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PET注坯及吹瓶工艺要点
PET在饮料包装领域的应用推动了饮料包装业的高速发展。与此同时,饮料包装业的发展也为PET的应用提供了发展空间。严格控制PET注坯及吹瓶工艺是保证PET瓶的外观与其经济性的关键。
PET的特性
PET是乙二醇和对苯二甲酸缩合的产物,是饱和的热塑性聚合物。PET分子有线性和半结晶状态。
生产PET最简单的过程,就是对苯二甲酸与乙二醇反应形成单体(酯化),然后缩聚成长链聚合物PET。聚合度随温度和压力而变化。
PET与很多塑料一样,加工过程中有三态变化,即玻璃态、高弹态、粘流态。其中涉及到三个温度转变:玻璃化温度Tg、结晶温度Tc、熔点Tf。
从无定型玻璃态到橡胶态的转变叫玻璃化转变,它表示长链段开始运动。外部加热可以增加分子(链节)自由度,在玻璃态凝固的分子现在可以移动了。玻璃态转变依赖于PET的形态。当特性粘度(IV)高时结晶较明显,分子链的自由度受到限制,同时Tg较高。
随着温度的升高逐步产生局部球晶,导致局部分子链因分子间力而重排,即结晶。对PET而言,最大结晶度约55%,该极限是由芳香环重排缓慢造成的,所以说该芳香环妨碍晶区的形成。
如果T<Tc,PET的粘度妨碍链段向有序运动(不许结晶);T>Tc,热作用妨碍无定形区的形成(趋向结晶)。
熔点Tf即所有晶体解体时的温度。
PET干燥
水解
固体PET极易从空气中吸湿。储存时,PET会吸湿直至与环境条件饱和。饱和值可高达0.6%重量份。通常,PET在供应商处发货时,其含水率低于0.1%重量份。为了获得最好的产品性能,有必要把含水率降低到0.004%,最好熔化前是30ppm。
树脂中若含有水分,即使很低也会引起一系列的反应:
当温度高于PET熔点(约250℃)时,水会很快地引起聚合物降解(由于水的降解导致化学链被切断),这样就会降低分子量,降低表观粘度及相关的物理性能。事实上,水解在较低的温度下(如150℃)就开始发生,但是速度较低,其速度随温度升高而升高。在干燥和成型条件下,IV的降低不能大于0.02dl/g。粘度太大的下降,会导致结晶速度增加,对瓶坯的透明度不利,并导致瓶子的机械性能下降,承载强度和冲击强度下降。
热降解
温度对干燥PET的影响很复杂,它不仅影响水气的扩散速度,还对干燥时的化学过程有影响,所以最终会影响树脂的性能。考虑潜在的水解和热过程是非常必要的,如前所述,伴着IV的下降,水解的速度在150℃以上时加快,因为热转变过程比扩散过程快,干燥时温度过早提高是不利的。
同样,即使大部分水气可以抽走,但是过高的温度(如高过180℃)将导致热降解和热氧化(在空气干燥系统中),这样,聚合物链断裂,还释放出副产品物质,导致物理性能下降。
副产品中有AA成份,物理性能的改变会在瓶坯上表现出来,如雾状结晶、IV的下降、产品发黄等。
PET干燥机的干燥原理和基本性能
在带干燥剂床的干燥器中,空气先被吸收湿气的干燥剂吸湿,一个热空气鼓风机将干燥的热空气压至斗中。回风又通过干燥剂干燥循环,被加热后,干燥剂释放出水气,冷却后又吸收湿气。所以,必须将两条分离的气路最小化,并有干燥剂存在。
PET干燥机系统简图

在该闭环系统中,干燥机组件要用密封管连接至料斗。主料斗圆柱形的长径比约2:1,必须绝热,保证能量。干的热空气流过充压的料斗和分流芯(分流芯是保护料道和空气流道的), 料斗的顶部关闭,有一根回风管通到干燥机的组件,在环路上的过滤器保证干燥剂不被污染。鼓风机将空气鼓至干燥剂床,在那里干燥,直接进入加热筒,最后进入料斗。同时,一只独立的风机和加热器对干燥剂进行再生。
当再生后的干燥剂冷却下来后,又被切换到干燥系统中去干燥空气流。
常见问题
有效的操作系统应该是干燥条件容易达到、故障最少,但下述区域必须控制:
1、空气过滤器
例行的过滤器清洁是必须的。过滤器保护干燥剂床不受灰尘污染。要十分小心,不要损伤过滤器,否则,干燥剂床的效率将受到影响,导致干燥器的效率下降。
2、冷水器故障
如果阻塞或机械不灵,冷水机失效,将限制干燥剂的再生能力,导致高露点,不干燥。
3、加热器失效
空气加热器失效将导致:不能达到正确的干燥温度或不能达到正确的干燥剂再生温度。
4、周围空气的进入
较干燥空气而言,周围空气很潮湿。如果让周围空气进入干燥器或切片处理系统,将影响露点和干燥效率。所以,如果干燥器的组件被拆下修理,必须小心地安装,有合适的密封圈,并检测是否泄漏。
5、干燥机的工艺控制
必须仔细控制两个关键参数:空气干燥温度和空气干燥露点。温度和露点检查必须有规律地进行。
可靠干燥过程中的关键条件
1. 正确的干燥温度:切片温度必须达到170~180℃,理想的是在干燥器出口处测量175℃。
2. 正确的除湿温度:不能超过190~200℃,在干燥器入口处测量。
3. 正确的除湿空气露点:露点不能高于-30℃,最好是低于-40℃,在干燥器出口处测量。
4. 合适的除湿空气流速:大部分干燥器的能力是约1立方英尺/小时/磅切片,这是最低需要。很明显,气流必须是在正确的温度和露点下。
5. 切片滞留时间(干燥时间):PET的绝对滞留时间推荐不小于4小时,最好是6~8小时。这是通过理论计算出来的。
6.特别注意:要遵守干燥器制造商的操作说明。
干燥机的计划维护
每日检查:
干燥空气的露点控制器;
·合适干燥温度的检查;
·检查后冷却器前后的回风温度;
·检查料斗里的料位,即加载操作;
·清洁回风过滤器,其它过滤器。
每周检查:
检查气流的露点;
·检查再生空气温度;
·清洁后冷却器的过滤器,确保有合适的水流到达冷却器;
·检查是否有泄漏;
·更换旧管、破损管。
注意:干燥是最重要的工艺步骤,不按正确标准满足工艺要求就不能解决以后过程中的问题
成功干燥PET的关键是:
仔细留心,良好的维护,遵守干燥器制造商和树脂供应商的建议。
PET瓶坯的成型
瓶坯成型过程中,最好的条件是以尽可能低的温度、尽可能短的时间,快速均匀并完全熔融,最大限度保持IV少下降,尽可能少产生AA,尽可能透明。与之相关的工艺条件有:
温度
成型温度是指料筒、热流道的温度。成型过程中的热量只有30%是来自外部加热,70%是来自于内摩擦热,所以除了合适的加热外,还要用好剪切热。
注射和保压
注射是为克服流道中的阻力,将熔料填充到模具中。对瓶坯来说,最好有三段速度和压力,依次递减。
注射速度太慢,剪切不够,充满前就冷却了,造成产品不饱满或欠注;太快,模腔内排气不及,导致充不满,缩水,AA高。
保压有两个重要作用:防止熔料倒流和确保在压力下冷却(提高冷却效果)。太高会造成充填过量及胀模等,内应力会较高,还可能结晶。太低会造成缩水,瓶坯变形(冷却不够),浇口问题如针孔,气泡等,因为浇口处冷却速率下降。保压时间也要合适,太短也会造成针孔,拉丝等。
释压
释压是为了降低热流道内的压力,防止浇口堵塞,针阀动作不灵活等。但太过则会造成缩水、拉丝、针孔等。
背压
背压是在油马达带动螺杆旋转过程中液压系统通过螺杆施加给熔料的捏合力。作用:加强PET的塑化,消除气泡。刚开机时可以调到0,等瓶坯出齐后慢慢往上加,加到瓶坯中无气泡或疤点时的背压是合适的背压。过高剪切作用就太强,会出现成型不良、堵浇口、热解等问题。
缓冲区
缓冲区是每次注射完毕后螺杆头前面的余量,过少会造成成型不良,过多会造成PET分解。一般是从少往大慢慢调,到瓶坯不发雾或结晶时的量为合适。
冷却PET不透明,而瓶坯之所以透明,靠的就是冷却。冷却不好将降低瓶坯的冷却速率,会导致缩水、瓶坯变形和影响循环时间,为避免此情况,要做好:水质处理,定期清理水道,检查水流量及水压,型芯及型腔的拆洗等。
PET瓶坯型常见问题与解决方案

吹瓶吹瓶过程吹塑过程是一个双向拉伸的过程,在此过程中,PET链呈双向延伸、取向和排列,从而增加了瓶壁的机械性能,提高了拉伸、抗张、抗冲强度,并有很好的气密性。虽然拉伸有助于提高强度,但也不能过分拉伸,要控制好拉伸吹胀比:径向不要超过3.5~4.2, 轴向不要超过2.8~3.1。瓶坯的壁厚不要超过4.5mm。
吹瓶是在玻璃化温度和结晶温度之间进行的,一般控制在90~120度之间。在此区间PET表现为高弹态,快速吹塑、冷却定形后成为透明的瓶子。在一步法中,此温度是由注塑过程中的冷却时间长短决定的(如青木吹瓶机),所以要衔接好注—吹两工位的关系。
吹塑过程中有:拉伸—一次吹—二次吹,三个动作的时间很短,但一定要配合好,特别是前两步决定了料的总体分布,吹瓶质量的好坏。因此要调节好:拉伸起始时机、拉伸速度、预吹起始和结束时机,预吹气压力,预吹气流量等,如有可能,最好能控制瓶坯总体的温度分布,瓶坯内外壁的温度梯度。在快速吹塑、冷却过程中,瓶壁内有诱导应力产生。对充气饮料瓶来说,它可抗内压,有好处,但对热灌装瓶来说就要保证在玻璃化温度以上让它充分释放。
常见问题与解决方
1. 上厚下薄:延后预吹时间,或降低预吹压力,减少气流量。
2. 下厚上薄:与上述相反。
3. 瓶颈下有皱折:预吹太晚或预吹压力太低,或此处坯冷却不好。
4. 底发白:瓶坯太冷;过分拉伸;预吹太早或预吹压太高。
5. 瓶底有放大镜现象:瓶底料太多;预吹太迟,预吹压太低。
6. 瓶底里面有皱折:底部温度太高(浇口处冷却不好);预吹太晚预吹压力太低,流量太小。
7. 整个瓶混浊(不透明):冷却不够。
8. 局部发白:过度拉伸,此处温度过低,或预吹太早,或碰到拉伸杆了。
9. 瓶底偏心:与瓶坯温度、拉伸、预吹、高压吹等都可能有关系。降低瓶坯温度;加快拉伸速度;检查拉杆头与底模间的间隙;延后预吹,减小预吹压力;延后高压吹;检查瓶坯是否偏心。
PET的特点和性能
PET是一种饱和的热塑性聚合物,由对苯二甲酸和乙二醇经酯化反应聚合而成。PET在受热过程中有3个关键的温度点,这3个温度点把PET分成4种状态,每一种状态表现为PET分子链的不同排列,亦决定了PET的不同性质。
(一)玻璃化温度
从高弹态转变到无定形的玻璃状态称为玻璃化转变,此时的温度(PET约为80℃)称为玻璃化温度,它反映的是长分子链段的运动。
(二)结晶温度
温度继续升高,达到160℃时,具有分子问相互作用的多个分子链进行局部重排,产生了球状结晶。由于PET分子中苯环重排很慢,PET最大的结晶程度约为55%,可以产牛有序的结晶区。
PET瓶的双轴拉伸
在加热之后,最初无定形状态下的瓶坯变成高弹态,就象橡胶一样。在双轴拉伸之后,大分子链沿拉伸方向取向产生结晶。吹瓶后,材料变得坚硬。
由于拉伸最终总要超过应变强化限度,以得到固态响应,从而产生诱导结晶,保证瓶子的壁厚均匀。一旦接近应变强化限度,应变以幂指数形式增加。实际上,应变强化的开始取决于最大应变值。
圆柱形的瓶坯在径向比轴向更容易拉伸,即径向的固有应变率大于轴向的固有应变率。导致在轴向优先取向。轴向的取向取决于材料特性粘度。
PET瓶坯的自调节作用
瓶坯上的应力分布使瓶坯各部分产生正交各向异性的扩展。这种扩展由应力——强化系数决定。在拉伸杆和高压气的共同作用下,瓶坯刚刚开始变形时,最薄弱的环节是最热或壁最薄的地方,这里最先开始发生变形。当达到了应变强化限度时强度局部增加,因为产生了诱导结晶。
一旦变形区域的强度超过了未变形区域的强度,未变形的区域沿着移动的“气泡边界”开始变形。这种膨胀叫自调节作用。虽然自调节作用只达到了应变强化限度时才起作用,但是控制了瓶壁的厚度。
工业上PET瓶的双轴取向
具有如下条件的塑料在特定条件下可进行双轴向拉伸。
1)材料性能
瓶坯的材料必须是无序的(结晶度低),以保证在双向拉伸时有合适的取向。另外,由于在同等条件下,在临界拉伸极限之前(发生降解以前),高粘聚酯有较高的各向异性(正交各向异性取向),所以材料的特性粘度必须超过取向的要求值。实际上,特性粘度的选择还是根据瓶子的最终用途而定。高粘聚酯(0.80~0.85),有很好的力学性能(蠕变),用于吹制碳酸饮料瓶。对于无气饮料如矿泉水,低粘聚酯(0.70~0.78)就够了。
2)几何形状:瓶坯具有特定的双轴取向率
瓶坯的几何形状包含了由PET的特性粘度,瓶子的外形和最终用途控制瓶坯的尺寸。实际上,瓶坯是由双向拉伸率和最终壁厚而决定的。
固有应变率会增加内部应力。内部应力倾向于抵消瓶子内部的膨胀。对于碳酸饮料瓶,内部应力抵消瓶子内部气体压力,是有益的,应该尽量使之增大。相反,对于热罐装瓶,为了减小瓶子在冷却时(有负压)变形,必须尽量使之减小。
3)温度:半结晶材料的双轴取向的温度条件为:1玻璃化温度以上,以得到允许取向的延展性。2在结晶化温度以下,以避免妨碍取向的球晶晶核的形成。PET双轴取向的温度范围90~120℃。对于确定的双向拉伸率,双轴取向温度主要由最终产品的使用目的确定。对于碳酸饮料瓶,其温度范围90~100℃,以增加诱导应力。对于热罐装瓶,其温度范围是110~120℃,虽然达到了固有应变率,诱导应力也受到限制。
4)拉伸速度:拉伸速度必须很快(500~1500 mm/s).以防止拉伸时发生解取向。
5)冷却:拉伸后,当材料冷却到玻璃化温度以下时,由PET分子重新排列所引起的诱导应力被“冻结”在瓶壁里。这对碳酸饮料瓶是有益的。
对于热灌装瓶,温度必须保持在玻璃化温度以上,以维持分子取向,让诱导应力松弛(f4d、直到消失)。在此期间,产生了额外的静态结晶(25%~35%),加强了结构。
PET瓶子
瓶形设计的主要考虑是饮料卖家试图把产品包装当成市场营销的一部分,此外还受到工艺上和材料上的限制:
瓶形设计
拉伸吹塑技术包括瓶子设计的相关问题,如防止凹陷和可能降低瓶子最终力学性能的局部过拉度伸问题。
应避免尖角和壁厚变化过大。在过渡部分,利用大的转角半径可以避免应力集中。
瓶子所盛的物品是饮料或无气液体;有阻气性能要求。
对碳酸饮料或无气液体必须考虑底部的设计。用花瓣状瓶底来承受内部应力和诱导应力。装无气液体的瓶子底部,可以选择多种式样。
对有阻气性能要求的瓶子设计,除要考虑阻渗性能之外,还应考虑在长期储藏之后保持食物的味道和卫生。
例如,啤酒瓶必须阻挡紫外线,并能阻隔氧气和二氧化碳的渗透(渗漏)。事实上可以制造多层的(含EVOH)琥珀色或绿色的瓶子。
灌装的方式
灌装的方式不同,对瓶子有特殊的技术要求。当使用热灌装时,瓶子必须承受负压而不损失强度。
PET瓶的分级
PET瓶的瓶重、瓶口直径以及是否耐热都是由瓶坯决定的。
用于碳酸饮料(CSD)、瓶装水和果汁饮料包装的PET瓶因对性能要求不同,所用的瓶坯克重和瓶口尺寸也不同。此外,PET瓶的重量也瓶坯注射机、吹瓶机、瓶坯注射和瓶子吹制模具等有关。
Gatronova是著名PET树脂和瓶坯生产商,每年生产超过15亿只瓶坯。这些瓶坯大多是在2004年以后安装的Husky HyPET和G-Line生产设备上生产的。相信该公司不同容积PET瓶的克重对照表对PET瓶生产企业具有参照作用。
碳酸饮料瓶(For CSD Bottles):
克重 瓶子尺寸 瓶子类型 瓶口种类/ 尺寸
18.6 250 / 330 ml CSD 28mm PCO neck
27 500 / 600 ml CSD 28mm PCO neck
27.8 500 / 600 ml CSD 28mm PCO neck
29 500 / 600 ml CSD 28mm PCO neck
37 1000 ml CSD 28mm PCO neck
39 1000 ml CSD 28mm PCO neck
43 1000 / 1250 ml CSD 28mm PCO neck
48 1500 ml CSD 28mm PCO neck
50 1500 ml CSD 28mm PCO neck
54 2000 / 2250 ml CSD 28mm PCO neck
54.5 2000 / 2250 ml CSD 28mm PCO neck
50 1500 ml CSD 28mm BPF neck
55 2000 / 2250 ml CSD 28mm BPF neck
水瓶(For Water Bottles:)
克重 瓶子尺寸 瓶子种类 瓶口类型/ 尺寸
13.8 250 / 330 ml Water 30/25 neck
14.5 500 / 600 ml Water 30/25 neck
17.2 500 / 600 ml Water 30/25 neck
22 600 / 700 / 1000 ml Water 30/25 neck
31.4 1500 ml Water 30/25 neck
19.2 500 / 600 ml Water 28mm PCO neck
35 1500 ml Water 28mm PCO neck
37 1500 ml Water 28mm PCO neck
39 1500 ml Water 28mm PCO neck
43 1500 ml Water 28mm PCO neck
果汁瓶(For Syrup Bottles):
克重 瓶子尺寸 瓶子尺寸 瓶口种类/ 尺寸
44 700 / 1000 ml Syrups Deep Seal neck
PET,PBT的性能,主要特点,用途及其结构之间的关系
PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯
典型应用范围:
汽车工业(结构器件如反光镜盒,电气部件如车头灯反光镜等),电器元件(马达壳体、电气联结器、继电器、开关、微波炉内部器件等)。工业应用(泵壳体、手工器械等)。
注塑模工艺条件:
干燥处理:加工前的干燥处理是必须的,因为PET的吸湿性较强。建议干燥条件为120~165℃,4小时的干燥处理。要求湿度应小于0.02%。
熔化温度:对于非填充类型:265~280℃;对于玻璃填充类型:275~290℃。
模具温度:80~120℃。
注射压力:300~1300bar。
注射速度:在不导致脆化的前提下可使用较高的注射速度。
流道和浇口:可以使用所有常规类型的浇口。浇口尺寸应当为塑件厚度的50~100%。
化学和物理特性:
PET的玻璃化转化温度在165℃左右,材料结晶温度范围是120~220℃。PET在高温下有很强的吸湿性。对于玻璃纤维增强型的PET材料来说,在高温下还非常容易发生弯曲形变。可以通过添加结晶增强剂来提高材料的结晶程度。用PET加工的透明制品具有光泽度和热扭曲温度。可以向PET中添加云母等特殊添加剂使弯曲变形减小到最小。如果使用较低的模具温度,那么使用非填充的PET材料也可获得透明制品。
PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯
典型应用范围:
汽车工业(结构器件如反光镜盒,电气部件如车头灯反光镜等),电器元件(马达壳体、电气联结器、继电器、开关、微波炉内部器件等)。工业应用(泵壳体、手工器械等)。
注塑模工艺条件:
干燥处理:加工前的干燥处理是必须的,因为PET的吸湿性较强。建议干燥条件为120~165℃,4小时的干燥处理。要求湿度应小于0.02%。
熔化温度:对于非填充类型:265~280℃;对于玻璃填充类型:275~290℃。
模具温度:80~120℃。
注射压力:300~1300bar。
注射速度:在不导致脆化的前提下可使用较高的注射速度。
流道和浇口:可以使用所有常规类型的浇口。浇口尺寸应当为塑件厚度的50~100%。
化学和物理特性:
PET的玻璃化转化温度在165℃左右,材料结晶温度范围是120~220℃。PET在高温下有很强的吸湿性。对于玻璃纤维增强型的PET材料来说,在高温下还非常容易发生弯曲形变。可以通过添加结晶增强剂来提高材料的结晶程度。用PET加工的透明制品具有光泽度和热扭曲温度。可以向PET中添加云母等特殊添加剂使弯曲变形减小到最小。如果使用较低的模具温度,那么使用非填充的PET材料也可获得透明制品。
PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯
典型应用范围:
汽车工业(结构器件如反光镜盒,电气部件如车头灯反光镜等),电器元件(马达壳体、电气联结器、继电器、开关、微波炉内部器件等)。工业应用(泵壳体、手工器械等)。
注塑模工艺条件:
干燥处理:加工前的干燥处理是必须的,因为PET的吸湿性较强。建议干燥条件为120~165℃,4小时的干燥处理。要求湿度应小于0.02%。
熔化温度:对于非填充类型:265~280℃;对于玻璃填充类型:275~290℃。
模具温度:80~120℃。
注射压力:300~1300bar。
注射速度:在不导致脆化的前提下可使用较高的注射速度。
流道和浇口:可以使用所有常规类型的浇口。浇口尺寸应当为塑件厚度的50~100%。
化学和物理特性:
PET的玻璃化转化温度在165℃左右,材料结晶温度范围是120~220℃。PET在高温下有很强的吸湿性。对于玻璃纤维增强型的PET材料来说,在高温下还非常容易发生弯曲形变。可以通过添加结晶增强剂来提高材料的结晶程度。用PET加工的透明制品具有光泽度和热扭曲温度。可以向PET中添加云母等特殊添加剂使弯曲变形减小到最小。如果使用较低的模具温度,那么使用非填充的PET材料也可获得透明制品。
PBT 聚对苯二甲酸丁二醇酯
典型应用范围:
家用器具(食品加工刀片、真空吸尘器元件、电风扇、头发干燥机壳体、咖啡器皿等),电器元件(开关、电机壳、保险丝盒、计算机键盘按键等),汽车工业(散热器格窗、车身嵌板、车轮盖、门窗部件等)。
注塑模工艺条件:
干燥处理:这种材料在高温下很容易水解,因此加工前的干燥处理是很重要的。建议在空气中的干燥条件为120℃,6~8小时,或者150℃,2~4小时。湿度必须小于0.03%。如果用吸湿干燥器干燥,建议条件为150℃,2.5小时。
熔化温度:225~275℃,建议温度:250℃ 。
模具温度:对于未增强型的材料为40~60℃。要很好地设计模具的冷却腔道以减小塑件的弯曲。热量的散失一定要快而均匀。建议模具冷却腔道的直径为12mm。
注射压力:中等(最大到1500bar)。
注射速度:应使用尽可能快的注射速度(因为PBT的凝固很快)。
流道和浇口:建议使用圆形流道以增加压力的传递(经验公式:流道直径=塑件厚度+1.5mm)。可以使用各种型式的浇口。也可以使用热流道,但要注意防止材料的渗漏和降解。浇口直径应该在0.8~1.0*t之间,这里 t是塑件厚度。如果是潜入式浇口,建议最小直径为0.75mm。
化学和物理特性:
PBT是最坚韧的工程热塑材料之一,它是半结晶材料,有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性和热稳定性。这些材料在很广的环境条件下都有很好的稳定性。 PBT吸湿特性很弱。非增强型PBT的张力强度为50MPa,玻璃添加剂型的PBT张力强度为170MPa。玻璃添加剂过多将导致材料变脆。PBT的;结晶很迅速,这将导致因冷却不均匀而造成弯曲变形。对于有玻璃添加剂类型的材料,流程方向的收缩率可以减小,但与流程垂直方向的收缩率基本上和普通材料没有区别。一般材料收缩率在1.5%~2.8%之间。含30%玻璃添加剂的材料收缩0.3%~1.6%之间。熔点(225℃)和高温变形温度都比PET材料要低。维卡软化温度大约为170℃。玻璃化转换温度(glass trasitio temperature)在22℃到43℃之间。由于PBT的结晶速度很高,因此它的粘
PET瓶在热灌装饮料中的应用
由于PET瓶的安全性和经济性较好,在果汁饮料及茶饮料成为饮料主流产品的今天得到了广泛的应用。
一、 热灌装工艺对PET瓶的特殊品质要求
1. 瓶子的耐热性能要好。要克服热液(高温)对瓶子外形的影响:高温使瓶子变软、高温和热的液体使瓶内产生高压。高温下(85℃~90℃)容积收缩率控制在1%~1.5%之间较好。
2. 瓶子要有耐受负压的性能。要克服液体冷却后瓶内产生负压;瓶壁内缩(变扁、负压收缩时瓶子侧壁变形,呈椭圆等现象)。
二、 热灌装PET瓶的吹瓶方法
1. 一步法:
生产出的瓶坯经结晶炉对瓶口结晶后,直接用高温模具吹瓶成形。
优点:产量高,便于大规模生产。缺点:耐高温性能较差,随时间的延长耐高温性能明显下降,存放时间不能太长。
2. 二步法:
生产出的瓶坯经结晶炉对瓶口结晶后,用二套模具完成热灌装的吹瓶成形。先用第一套较大容积的模具(低温模),对瓶坯进行拉伸吹瓶成超大容积的瓶子;再把瓶子送入加热炉进行热处理(消除因拉伸产生的内应力);热处理好后送入热模(最终所需容积大小的模具),对瓶子进一步热处理(提高瓶身结晶度)、定形,最终吹成所需形状和大小的瓶子。优点:瓶子耐高温性能较好,存放时间长。缺点:产量低不适应大规模生产。
◆ 吹瓶过程的步骤:
(1) 先由供坯系统对瓶坯进行整理后输送到瓶坯加热炉。
(2) 瓶坯加热炉在对瓶坯加热的同时,在瓶坯自转使其均匀受热的同时,对瓶口进行冷却,再由炉子风机对瓶坯吹风,使瓶坯的内、外壁受热均匀。
(3) 由输坯机械手把加热好的瓶坯输入吹瓶工位。
(4) 瓶坯进入吹瓶模具后,预吹气进入对瓶坯进行环向拉伸;当拉伸杆到达模具底部时(十位),高压气进入模腔对瓶坯进一步拉伸,使瓶壁紧贴模壁。
(5) 高压气在模具内保持一定时间,一方面消除因瓶坯拉伸而产生的内应力。另一方面使瓶壁紧贴模壁以提高瓶身塑料的结晶度。
(6) 高压吹气结束后开始排气,同时从中空拉伸杆中吹出高压冷却气对瓶壁进行冷却定形。在脱模的同时从底模吹出低压气以便脱模,如底模中无气吹出,则会造成瓶底凸出及瓶子取不出等问题。
(7) 整个吹瓶过程结束,输瓶机械手把瓶子从模具中取出,送入输瓶风送流水线。
三、 生产过程中影响耐热PET瓶品质的几种主要因素
1. 瓶坯:特性粘度≥0.81cm3/g,粘度降≤4%,存放时间不能超过3个月。色泽纯洁、透明、无杂质、无异色、注点长度及周围晕斑合适。
2. 加热:在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。烘箱的热量由灯管开启数量、整体温度而设定,烘箱功率及各段加热比共同控制。
3. 预吹:拉伸杆下降的同时开始预吹气,使瓶坯初具形状。预吹位置、预吹压力、吹气流量是三个重要工艺因素。
4. 模具温度:模具的温度控制在120℃~145℃,用来消除瓶胚拉伸产生的内应力,提高瓶身塑料结晶度以抵受高温热液,使瓶子不变形。
5. 环境:室温、低温(空调)状态下为佳。
四、耐热PET瓶子在生产工艺中出现的一般质量问题产生的原因及解决方法
瓶颈歪斜
1. 油路堵塞 疏通模身油路
2. 拉伸杆排气孔堵塞 疏通拉伸杆吹气孔
3. 喷嘴密封圈损坏 更换喷嘴密封圈
中心点偏
1. 预吹气压力太高 降低预吹气压力
2. 预吹流量太大 减小预吹气流量
3. 预吹气位置太早 推迟预吹气位置
4. 拉伸杆弯曲 更换拉伸杆
5. 拉伸杆离底模间隙太大 调整拉伸杆间隙
6. 瓶坯温度太高 降低瓶坯设定温度
瓶子底部变形
1. 底模油温太高 降低热油机油温
2. 底模吹气阀损坏 更换底模吹气阀
3. 瓶坯底部温度太高 降低瓶坯底部温度
瓶底部褶皱
1. 预吹气压力太小 增大预吹气压力
2. 预吹气流量太小 增大预吹气流量
3. 预吹气太迟 提早预吹气
硬颈
1. 颈部加热不足 增加颈部加热量
2. 预吹气压力太大 减小预吹气压力
3. 预吹气流量太大 减小预吹气流量
4. 预吹气太早 延迟预吹气
5. 加热炉位置太高 调整加热炉位置
6. 拉伸杆速度慢 检修拉伸气缸
合模线成形不良
1. 模具补偿密封圈损坏 更换补偿密封圈
2. 模具间隙调整不当 调整好模具间隙
灌前侧壁变形
1. 冷却吹气时间太短 延长冷却吹气时间
2. 模身温度太高 降低模身温度
3. 拉伸杆中无冷却气吹出 检修拉伸杆吹气系统
灌后侧壁变形
1. 模身温度太低 提高模身热油温度
2. 瓶坯设定温度太低 提高瓶坯设定温度
3. 冷却吹气时间太长 减少冷却吹气时间
4. 塑料分布不匀 调整吹瓶工艺使料分布均匀
5. 热油流量太小 疏通油路及清洗油路过滤网
收缩率大
1. 模具温度低 提高模具温度
2. 瓶坯温度低 提高瓶坯设定温度
3. 冷却吹气时间太长 缩短冷却吹气时间
4. 油路堵塞 疏通油路
直径偏大或偏小
1. 冷却吹气时间设定不当 调整冷却吹气时间
2. 塑料分布不均匀 调整工艺使料分布均匀
五、PET瓶在热灌装线使用过程的常见问题及其解决方法
1. 储存和运输条件及瓶子的储存期。
由于PET具有吸湿性能,因此将PET(包括切片、瓶坯和瓶子)摆放在空气中,它就会吸收空气中的水分,摆放时间越长,吸水越多。而PET中的水分含量会直接影响到它的性能。对于热灌装瓶子,会影响到热灌装瓶子的耐热温度。水分含量越多,瓶子的耐热温度就越低。一般对于热灌装瓶来讲,从瓶坯生产到灌装饮料期间,摆放时间建议:
瓶子储存期:>1L两周内使用,<1L三周内使用;但近来越来越多的厂商使用了轻量瓶并连线生产,即吹即灌,瓶子贮存期在6小时内。即吹即灌的瓶子可灌装95℃的热液,吹后存放超过24小时以上的瓶子只能灌装88℃的热液。
瓶子的材料、储存条件(室温、相对湿度、储存时间的长短),都会影响到热灌装瓶子的技术指标,即:生产瓶子时要根据以上不同的材料、储存条件、客户要求等,相应地调整吹瓶的工艺、技术参数等。
PET在通常湿度情况下,进行熔融塑化时会发生水解反应。高湿度含量常常导致立即反应,结果分子链断裂、降解,分子量降低(也就是IV降低)。PET的机械性能与特性粘度IV有关,IV越低则PET的机械性能越差。
江南和沿海地区全年平均相对湿度为85%,部分地区春天和夏天相对湿度可高达90%以上,在高湿度环境下,PET会吸湿并达到最大的饱和湿度。
水分含量越高,则PET的IV值下降越大。某一型号PET在含水量为0.01%时,其特性粘度为0.73,含水量为0.02%时其特性粘度变为0.63。在180℃时由于干燥时间减少3/4小时,特性粘度下降0.10。
干燥时间越长则PET原料里水分越低,但过度干燥也会造成PET降解。当加热至180℃时,对于最大初始水分含量0.3%的原料,水分下降至0.14%;干燥4小时可获得0.004%的水分含量,这是瓶坯控制水分含量的上限。瓶口部分的分子内的水分会加快PET的结晶,而瓶身部分分子内的水分会影响分子链的排列。
2. 耐热性能不良。
◆ 热灌装瓶是这样实现耐热的:
(1) 用特别的模具设计来抵受瓶内负压:
① 瓶身有长方形凹块(在模具上可进出移动),用来吸收液体冷却后瓶内产生的负压。
② 瓶子设计,用颈、腰(凹环)来防止瓶子变成椭圆形。
③ 用瓶底设计(一般为花瓣形)来抵受应力或二氧化碳压力(常温灌装高温杀菌类瓶子采用凹底设计)。
(2) 用热油机高温油提高模温(模具温度在120℃~145℃),用来消除瓶坯拉伸产生的内应力,提高瓶身塑料结晶度,以抵受高温热液,使瓶子不变形。
◆ 改善瓶子耐热性能的措施:
① 选择合理的瓶坯与瓶子设计。最优化的瓶坯形状设计与瓶子模具设计有助于改善瓶子的壁厚分布状况,避免在瓶身不同区域产生扭曲或收缩变形;
② 瓶坯注射冷却时间控制。严格控制瓶坯注射冷却时间,让瓶坯尽早脱模。这样即可缩短成型周期并提高产量,又可因较高的残余温度而诱发球状结晶。球状结晶的晶体直径极小(仅0.3mm~0.7mm),并不影响透明度;
③ 严格控制注射和拉坯-吹瓶工艺参数以及各区域温度分布,避免残余应力在PET玻璃化温度(>75℃)下释放而导致瓶子变形。
④吹瓶模调温技术的运用。通常用热油循环法给吹瓶模加温,吹瓶模调温共有三种循环:
瓶身热油循环。将吹瓶模加热至120℃~145℃。这样,瓶坯与吹瓶模腔间的温度差减小,促发进一步结晶。延长吹瓶保压时间,使瓶壁与型腔长时间接触并有充足时间来提高瓶身结晶度,达到35%左右,但又不破坏透明度。100℃以下的模温对瓶身结晶度的影响极小,因为瓶身结晶发生在100℃以上。
瓶底冷却水循环。瓶子底部保持低温(10℃~30℃),避免未经拉伸的瓶底部分过度结晶而发白。
瓶颈调温(选用)。非结晶瓶口部分从注塑模脱模后一直处于完全冷却状态。非结晶瓶口多数采用加强瓶口设计(增加瓶口壁厚),从而改善封口性能,避免压盖过程中瓶口变形。通常,灌装后瓶口椭圆度控制在0.2mm以内,螺纹外径收缩率低于0.6%。
⑤ 循环吹气技术。当采用热吹瓶模时,如何控制瓶子脱模后变形至关重要。吹瓶模开模前吹入空气并排空循环,对瓶身进行冷却并定形,从而控制脱模后的变形量。循环冷却空气的进气通过与初吹、二次吹相同的通道,但从拉坯杆头部小孔经拉坯杆内排气。循环吹气时间约为0.5秒~2秒。因此,耐热瓶制瓶机的高压空气消耗量比普通瓶制瓶机高得多。
3. 容量波动较大。
双轴拉伸PET瓶具有一定的收缩率,最大收缩率约为2%左右,影响PET瓶容量的因素主要有以下几个方面:
(1) 模具的影响
PET瓶的容量主要受模具尺寸和形状影响。每一种瓶型模具尺寸通常是固定不变的。不同形状的瓶子在设计其收缩率时会有所不同,瓶身上加强筋越少、瓶厚度越薄则瓶的收缩率越大。
(2) 环境因素的影响
环境温度和湿度对瓶子的容量影响较大,环境温度越高,湿度越大则瓶的容量收缩越大。
(3) 生产工艺的影响
形状复杂的瓶子吹瓶时要求有较高的吹瓶压力,如吹瓶压力不足,则瓶成型不良,容量会偏小;模具温度偏高也会造成容量偏小。
(4) 瓶子的自然收缩
由于PET瓶会自然收缩,瓶模具尺寸在设计时应设计成可调形式(加减垫片)。以1.5LPET瓶为例,刚生产的瓶子平均容量为1508ml左右,室温下存放3天后,瓶容量会减少5ml~6ml;随着瓶存放时间延长瓶子容量还会缩小并难以控制。目前,越来越多的生产线采用连线吹瓶,即吹即灌,避免瓶子(容量与耐热性能)的衰减问题。
(5) 灌装方式的影响
不同的灌装方式,对容量控制的影响也有较大差别。定量灌装方式对容量影响最小,自重式灌装对容量影响最大,对1.5LPET瓶,最多可能差别20 ml~25ml。
所以,要解决瓶子的容量问题,可适当调整模具(垫片),控制生产工艺,改善仓储条件,
PET瓶吹塑工艺
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。笔者主要讨论冷瓶中的有压饮料瓶成型工艺。
1、设备:随着科技的不断进步和生产的规模化,PET吹瓶机自动化程度越来越高,生产效率也越来越高。设备生产能力不断提高,由从前的每小时生产几千个瓶发展到现在每小时生产几万个瓶。操作也由过去的手动按钮式发展为现在的全电脑控制,大大降低了工艺操作上的难度,增加了工艺的稳定性。
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。2吹塑工艺PET瓶吹塑工艺流程。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。
2.1、瓶坯:制备吹塑瓶时,首先将PET切片注射成型为瓶坯,它要求二次回收料比例不能过高(5%以下),回收次数不能超过两次,而且分子量及粘度不能过低(分子量31000-50000,特性粘度0.78-0.85cm3/g)。注塑成型的瓶坯需存放48h以上方能使用。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。
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。
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,如图2所示。造成异常形状的原因有局部加热不当,预吹压力或吹气流量不足等,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。根据取向条件,此时可如所示把灯管移出2-3支至注点上方开启,给予注点处充分加热,提供足够热量,促使其迅速取向。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。
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。
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。
3、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。
4、结语:PET瓶吹塑工艺的调整,是针对相应的材料进行的,如果材料不佳,对工艺的要求就很苛刻,甚至于难以吹塑出合格的瓶子。
PET饮水机瓶的新制作流程
传统的饮水机瓶都是采用聚碳酸酯(PC)挤吹而成的,面对新技术的发展趋势,达明科技有限公司完成了以聚酯类(PET)注、拉、吹成型的新技术的开发。
*PE了材料的选择
PET为结晶性材料,相比于非结晶性材料(如PC),结晶性材料受到拉伸时晶体会整齐排列,强度也会因此增加。在注拉吹工艺下,PET料受到双向拉伸,其二维强度增强,同时还使成品的壁厚减薄,节省了用料。与其他结晶性材料相比较,PET料更加清澈透明,透视率不逊于玻璃。
*PET瓶的加工方式
在PET瓶流行以前,塑料瓶的加工方式以挤吹为主。塑料经加热及螺杆传动的摩擦力变为熔融后,从模头挤出成为圆筒状。合模式从颈部注入空气使圆筒膨胀,紧贴模壁而冷却,开模后便可取出瓶子。
注拉吹加工则先用注塑机注出瓶胚,在瓶胚未冷却之前或用再加热使瓶胚软化,然后将瓶胚纵向拉伸并吹气(横向拉伸),形成双向拉伸。选用此种加工方式,不仅能产生平整的瓶颈,而且可以强化瓶子,令瓶壁减薄,节省材料。
按照加工工艺不同,注拉吹加工可以分为一步法与两步法。在一台机器内完成注、拉、吹工序的工艺叫一步法。一步法是在瓶胚注塑后冷却到约110℃时作拉吹动作,其好处在于省电及不经人手,减少污染。两步法是将注及拉吹两个步骤分开处理,在两台机器上各自进行。第一步用注塑机注出瓶胚,第二步将室温的瓶胚再加热后拉吹成为瓶子,此步骤在另一台“再加热,拉吹机”上完成。
*PET料的于燥
PET、PC、尼龙、ABS等塑料都因具有吸水性而吸收空气中的水分。若被吸收的水分未能在注塑加工前排出,塑料便会水解,导致产品的强度不合规格,外观欠佳,以至成为废品,因此在注塑之前要进行适当的干燥处理。PET越干燥,瓶胚越透明。最简单的烘料方法是使用料斗干燥器,
*注塑过程
#瓶胚模具腔数的选定
家用饮水机流行用3加仑的瓶子,瓶胚重量为300g—520g。模具腔数可选用2腔、4腔、6腔、8腔,12腔、16腔、24腔、32腔,48腔、60腔、72腔、96腔及144腔。为了提高生产效率,应尽用注塑机的四柱空间,模板空间及注塑重量来达到最多腔数。
瓶胚中的皇者是五加仑饮水机瓶的瓶胚,重量为650g-750g不等一用即弃的五加仑瓶重量亦有400g。故此等模具一般都是一腔,并采用冷流道设计。
# 瓶胚模具
多腔的瓶胚模具都不采用冷流道设计,而采用热板设计。每两腔共用一个加热区及一个电热偶,但瓶胚底会留有不超过5mm长的水口,停机一段时间后流道有可能被堵塞。若采用针阀式热流道设计即可解决这个问题,每一个腔都有独立的加热及探温,瓶胚底不留水口,不注射时针阀封闭流道,故浇道不会堵塞,但这种设计花费较高。
#注塑周期
厚壁瓶胚的注塑过程中,冷却时间支配着周期时间,其次便是大量塑料的塑化时间。在冰水冷却的条件下,冷却时间与壁厚有如下关系:
tc=1.2t2
t----瓶胚壁厚度(mm)
tc----冷去口时间(s)
冷却时间包括注塑时间和保压时间。在保压时间中注塑机几乎没有动作,此时若能通过注塑机的并行动作,利用冗长的保压时间塑化PET料,既节能又缩短周期时间。
塑化时间贯穿了整个注塑周期,因此提高塑化能力也是一种缩短周期时间的有效方式。屏障式(又称双螺纹)螺杆是提高塑化能力的一种螺杆设计,另外在螺杆设计不变的情况下,螺杆直径越大,计量段的槽越深,塑化能力也越强。
*注拉吹设备
#PET瓶专用注塑机
针对PET瓶胚注塑的洼塑机生产商有著名赫斯基公司(加拿大),Nestal公司(瑞士),及Krauss Mallei公司(德国)等等,香港达明科技有限公司亦于近年参与了这个行列。
PET瓶胚专用注塑机的特点为有大的注塑重量,大的螺杆长径比,低的转速及塑化并行的设计。锁模装置的特点则是有大的四柱空间,大的开模行程,大的最大模厚及大的顶出行程。锁模装置还要密封,以保存干燥空气。此外若安装变量,则可在长的保压时间内节省能源。
达明科技的PET系列瓶胚注塑机有五个型号,注塑重量为356g—1880g不等,可容纳16腔到48腔的一公升矿泉水瓶胚模具。
#吹瓶机
在吹瓶设备中,较有特色的是五加仑瓶子的吹瓶机。以35kgf/cm2的吹瓶压力计算,五加仑瓶子的吹瓶机要有4吨的锁模力,半自动五加仑吹瓶机的周期约80秒,全自动的则可达60秒。
本帖最后由 fpexcellent 于 2008-12-16 13:18 编辑 ]
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