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讲述吹塑成型的未来发展


  ⑴原材料聚合物在成型过程中,首先通过口模时受高剪切力作用,然后物料呈现挤出膨胀及垂缩现象,在形成下垂的型坯时,其膨胀率接近为零。接着型坯被吹胀紧贴在模具上,这时呈现低的膨胀率。过度的口模膨胀会产生废品。过度的垂缩导致制件的顶端到底部壁厚厚度不均匀,严重的甚至不能成型。因此,在选择适合吹塑的聚合物时,必须弄清其剪切及膨胀的粘弹特性。 HDPE 由于热稳定性好,又有多种改性产品,因而成为吹塑成型中应用最广泛的塑料。通过共聚和共混作用,对吹塑成型用原材料的研究在连续挤出吹塑级树脂方面也取得了一些进展,如 PA6 、 PP 和 PET 。间歇式型坯吹塑成型,理论上适用于结构板材和大型制件的二次加工,要求使用工程塑料,如阻燃型 ABS 、增强 PVC 、改性 PPO 和 PC 等,而这类挤出型塑料的耐高温性能一般较差,仅有少数树脂可在常规设备上吹塑成型大型制件。在聚萘二甲酸乙二酯 (PEN)/PET 共混料吹塑成型时,需将防氧渗透和防水气渗透的树脂如 ( 乙烯 / 乙酸乙烯醇 ) 共聚物 和 HDPE 与 PET 形成复合层,并产生锚联层,以改善 PEN/PET 料的渗透性和热稳定性。目前正研究将 HDPE 与 PA6 采用多层吹塑成型,生产燃油油箱。

  (2) 设备与工艺技术进展

  吹塑机械设备已有很大的改进。较新的成果有:
  ①采用改进型红外加热技术进行再吹塑成型;
  ②非常高速的旋转挤塑压力,主要应用在牛奶瓶的生产上;
  ③模具附设在梭式压机上以补偿喷流现象;
  ④多层连续挤出吹塑成型防渗透性容器;
  ⑤通过对取向结晶和热结晶、预成型坯和模温、吹气压力,以及型坯在模腔内停留时间的严格控制,进行连续性热定形 PET 瓶的生产。   

  由于市场对复杂、曲折的输送管材制件的需求,推动了偏轴挤出吹塑技术的开发,这种技术笼统称为 3D 或 3 维吹塑成型。

  理论上,该工序十分简单,型坯挤出后,被局部吹胀并贴在一边模具上,接着挤出机头或模具转动,按已编的 2 轴或 3 轴程序转动。难点在于要求具有非常大的惯性量的大型吹塑机械在高速合模时误差要低于 10 %。多层吹塑成型工艺常用于加工防渗透性容器,其改进工艺是增设一个阀门系统,在连续挤出过程中可更换塑料原料,因而可交替生产出硬质和软质制品。生产大型制件如燃油箱或汽车外结构板材时,在冷却过程中需降低模腔内压力以调整加工循环周期。解决方法是先将熔料储存在挤出螺杆前端的熔槽中,再在相当高速下挤出型坯,以最大限度减少型坯壁厚的变化,从而确保消除垂缩和挤出膨胀现象。

  储料缸式机头改进,使之能挤出热敏性塑料如 ABS — R 、改性 PPD 和 PVC 。而且,重新设计的机头,在生产中可快速装拆以方便清理塑料,同时,对塑料的流变特性分析及计算机流道分析可设计流线型流道,以便于热敏性塑料的成型。

   (3) 控制程序及吹塑模拟型坯的程序控制已有数十年的经验。

  主要问题是型坯可拉坯变薄的最薄程度 ( 如瓶颈部位 ) ,增厚的型坯拉坯的最大程度 ( 如容器瓶体或边角部位 ) ,以及设计一个壁厚度变化部位,例如凹边和瓶肩等。其工作重点应集中在所使用塑料的粘弹性特性上。对试管状的预成型坯壁厚的预测,也就是设计具有防渗透作用的型坯最佳壁厚厚度的选择依据。这是由预成型坯的结晶程度,所使用塑料与温度相关的应力一应变弹性特性,以及由注塑加工形成的冻结应力程度和分布等情况来决定的。 1980 年, GE 公司就为热成型和吹塑成型开发了: PITA 程序设计。 型坯吹塑成型的控制软件必须综合考虑如下因素:不均匀的型坯壁厚;型坯截坯口和环绕型吹塑管材截口;在合模前预先吹胀型坯;

  吹胀过程控制和截坯口开设的部位;以及结构件吹塑成型中对型坯边缘的裁切定位等。目前,商业化的吹塑成型模拟软件主要有原美国的 ACTech 公司的 C — PITA 、比利时的 POLYFLOw 等。数值模拟的难度在于:大应变、非线性材料行为、接触问题以及膨胀过程中一些物理非稳定性,而这些复杂性将导致产生一系列需要迭代求解的非线性方程。其中,材料、吹塑成型机理的研究一直是研究的难点、热点,如拉伸吹塑被广泛应用,但对该过程的模拟所需要的应力诱导结晶的数学描述,到目前为止尚无合适的方法。而挤出吹塑的型坯,是聚合物熔体流经环形模头时形成的,环形管道的几何形状和材料的粘弹性质将直接影响型胚膨胀,现有的粘弹性知识还无法描述这个过程。与相对成熟的注塑 CAE 技术相比,吹塑成型软件目前正处于发展的初期阶段。


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