隨著食品(包括飲料)及醫(yī)療產(chǎn)品等對包裝瓶的大量需求,極大地帶動了PET注拉吹設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展,而啤酒和果汁等對長貨架期的要求,則大大促進(jìn)了PET瓶阻滲技術(shù)的提高。 塑料拉伸吹塑又稱雙軸取向吹塑,是一類在聚合物的高彈態(tài)下通過機(jī)械方法(拉伸桿或拉伸夾具)軸向拉伸型胚、用壓縮空氣徑向吹脹(拉伸)型胚以成型包裝容器的方法。按型胚的成型方法分,拉伸吹塑有注射拉伸吹塑和擠出拉伸吹塑兩種。若按工序來分,拉伸吹塑又可分成一步法和兩步法兩種。在一步法中,型胚的成型、冷卻、加熱、拉伸和吹脹以及瓶子的取出均在一臺機(jī)械上依次完成;兩步法則先成型出型胚,并使之冷卻至室溫,成為半成品,過后再把型胚送入經(jīng)加熱的拉伸吹塑機(jī)械中,成型為瓶子,即型胚的成型及其拉伸與吹脹分別在兩臺機(jī)械上進(jìn)行。 拉伸吹塑成型可使聚合物分子鏈沿軸向和周向排列,從而使制品的機(jī)械性能、阻滲性能、光學(xué)性能和耐化學(xué)藥品性得到提高。目前應(yīng)用于拉伸吹塑成型的塑料主要有PET、PVC、PP、PAN這四種,而其中的PET則主要是通過注射拉伸吹塑的方法(包括一步法和兩步法)成型為瓶,以用于液體的包裝。PET注拉吹技術(shù)和設(shè)備 注射拉伸吹塑的PET瓶在1976年開始工業(yè)化,這是塑料瓶用于碳酸飲料行業(yè)的真正開端。PET注拉吹瓶的市場發(fā)展迅速,使得PET成為當(dāng)今應(yīng)用于吹塑的第二大聚合物。PET瓶的容積小至50mL、大至30L,其形狀有圓形、橢圓形和方形。PET瓶主要用于包裝碳酸飲料,還可包裝酒類飲料(啤酒、葡萄酒)、果汁、礦泉水、食用油、調(diào)味品(醬油、果醬、醋)、藥品(眼藥水、糖漿)、化妝品、農(nóng)藥及洗滌劑等。 1、PET的特性與干燥 用于吹塑的PET為飽和線性熱塑性聚酯,它的最大用途之所以是碳酸飲料包裝瓶,是因為它的阻CO2、O2和水蒸汽滲透的性能高,強(qiáng)度、耐沖擊性、耐化學(xué)藥品性和耐壓性高,透明度和光澤度很好,外觀性能良好以及純度高。 吹塑級PET的特性粘度(IV)較高(70~85ml/g),這是為了使吹塑瓶能夠有較高的機(jī)械性能和透明度。一般來說,IV為70~75ml/g的PET適于拉伸吹塑容積較大(2L以上)的瓶子,而小容積瓶則優(yōu)先選用高IV的PET。 結(jié)晶和取向是影響拉伸吹塑PET瓶的成型過程和性能的關(guān)鍵要素。PET是一種可結(jié)晶的聚合物,其結(jié)晶度一般為0%~30%,但結(jié)晶速率很小。取向可使PET分子有序排列,從而促進(jìn)了晶體的形成,這種晶體被稱為應(yīng)變誘導(dǎo)晶體。由于晶粒很小,不會折射光線,因此經(jīng)取向的PET瓶為透明的。 由于PET是吸濕性聚合物,在加工時,其內(nèi)部所含的水分會在水降解過程中與PET熔體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而快速消耗,這會大大降低PET熔體的IV,從而使制品的機(jī)械性能下降。因而PET在加工前必須經(jīng)過嚴(yán)格干燥,以使其剩余濕氣含量小于0.005%。推薦的干燥條件為:干燥溫度150℃~163℃,空氣露點為-40℃,空氣量為0.06m3/min/kg·h,干燥時間為4h。根據(jù)經(jīng)驗,干燥的溫度較低、時間較短,有助于減少乙醛的生成。另外,應(yīng)避免已干燥過的PET與外界空氣接觸,因為PET會快速地吸收空氣中的濕氣,例如,完全干燥的PET與相對濕度為35%~40%的空氣接觸12min后,含濕量即可達(dá)到0.005%。 2、PET的注射拉伸吹塑 1、瓶胚的注塑 成型透明度高、乙醛含量低的瓶胚是注拉吹透明PET瓶最重要的步驟。 ● 熔體溫度 熔體溫度是PET瓶胚成型要考慮的一個重要參數(shù),其選取要適當(dāng),以保證瓶胚的透明度,同時又能控制乙醛的產(chǎn)生。在實際生產(chǎn)中,對某一給定的PET樹脂和成型設(shè)備,可采用這樣的步驟來確定合適的熔體溫度:先逐漸降低溫度,至瓶胚開始出現(xiàn)霧狀,然后再提高溫度,剛好能成型出透明瓶胚時的溫度即為合適的熔體溫度。一般來說,PET熔體的溫度應(yīng)選取280℃。 提高注射速率、降低機(jī)筒溫度有利于成型出透明度高、乙醛含量低的瓶胚。在充模的初始短時間內(nèi)應(yīng)采用高注射壓力,以穩(wěn)定充模過程,然后以低壓力注射,可取得較好的效果。 注塑機(jī)的螺桿設(shè)計對PET的熔融、混煉均勻性與熔體溫度有較大影響。PET瓶胚的注塑要采用低剪切、低壓縮比(約2∶1)的螺桿,進(jìn)料段應(yīng)取得長些,過渡段與計量段則要取得短些。 ● 熱流道系統(tǒng) 設(shè)計熱流道時要考慮溫度控制與流動均衡等問題。流動均衡是指熔體必須以相同的流率、壓力降和時間均勻地充滿各個型腔。為此,模具型腔應(yīng)對稱布置,流動和充模噴嘴的直徑由中間往兩邊依次地適當(dāng)增加。 噴嘴在熔體充模時,因與低溫的瓶胚模具緊貼會導(dǎo)致熔體的溫度降低,從而影響型胚底部的透明性。為了避免該情況的發(fā)生,應(yīng)在噴嘴周圍設(shè)置加熱圈,或設(shè)法在噴嘴與模具之間采取適當(dāng)?shù)母魺岽胧?。另外,適當(dāng)?shù)丶哟罅鞯篮蜐部诘闹睆?,也可提高型胚底部的透明度?● 型胚模具的冷卻 由于PET的結(jié)晶速率很小,因此使熔體快速冷卻,迅速通過結(jié)晶溫度區(qū),可得到透明的瓶胚。例如,把285℃的PET熔體快速冷卻至77℃~80℃,可使結(jié)晶度小于5%。而緩慢冷卻熔體所得到的瓶胚是不透明的。 為了使溫度高的PET熔體在短時間內(nèi)冷卻固化,要求瓶胚模具有較高的冷卻能力,這可以通過冷卻水來調(diào)節(jié)。當(dāng)瓶胚的壁厚小于4mm時,模具的冷卻水溫應(yīng)選取10℃~15℃,此時可得到透明瓶胚;而對于壁厚大于4mm的瓶胚,水溫則要低至2℃~5℃。但模溫過低,有時會因冷凝作用而在模腔或芯棒上形成水珠,從而影響成型性能和瓶胚性能。 2、瓶胚的再加熱和溫度調(diào)節(jié) 在PET瓶胚的再加熱過程中,瓶胚被送入拉伸吹塑機(jī)械中,使其在烘箱內(nèi)做連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,以將其均勻地加熱。瓶胚在被再加熱后,沿其壁厚方向的溫度分布通常是不均勻的,即外壁溫度較高,內(nèi)壁溫度較低,這對瓶胚的拉伸和吹塑是不利的,會使瓶壁內(nèi)出現(xiàn)球晶、空隙或脫層面等缺陷,從而影響瓶子的性能,特別是明顯降低了瓶子的阻滲性能。為此,在拉伸、吹塑瓶胚前應(yīng)調(diào)節(jié)瓶胚在壁厚方向的溫度分布,即通過瓶胚壁內(nèi)的導(dǎo)熱作用,使積聚在靠近外壁的熱量傳至內(nèi)壁,同時外壁因與外界空氣接觸而得到適當(dāng)冷卻,這種調(diào)節(jié)可保證瓶胚在壁厚方向具有較為均勻的溫度分布。此外,瓶胚內(nèi)壁的周向拉伸比要比外壁的大,如用于拉伸吹塑1.5L PET瓶(瓶體外徑為85mm)的瓶胚體的內(nèi)、外徑分別為18 mm和26mm,造成其內(nèi)、外壁的周向拉伸比分別為4.7∶1與3.3∶1。為了有利于拉伸吹塑,瓶胚的內(nèi)壁溫度應(yīng)比外壁高些。 一步注拉吹也要對瓶胚作調(diào)溫處理,但是與兩步注拉吹相比,其瓶胚的調(diào)溫較容易一些,因為一步法的瓶胚經(jīng)模具冷卻后,其厚度方向具有較為對稱的溫度分布。 3、瓶胚的拉伸吹塑 PET瓶胚要在適當(dāng)?shù)臏囟?、拉伸比下拉伸、吹脹。對要承受?nèi)壓的PET瓶(如碳酸飲料瓶),總拉伸比應(yīng)選取10∶1或更大些,其中,周向拉伸比取(4~7)∶1,軸向拉伸比取(1.4~2.6)∶1。拉伸比過大會使瓶子出現(xiàn)應(yīng)力發(fā)白的現(xiàn)象。 若把瓶胚的取向溫度定低了,由于要明顯提高拉伸應(yīng)力,會使PET瓶出現(xiàn)應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象;而把取向溫度定高了,則會使瓶子出現(xiàn)結(jié)晶霧狀。PET可在88℃~115℃下取向,但為了獲得透明性高的瓶子,取向溫度范圍應(yīng)定得窄一些。有研究表明,PET的最佳取向溫度約為105℃,而有的研究則認(rèn)為是95℃。 對瓶胚的吹脹可采用單級壓縮空氣,氣壓約為2MPa,也可采用雙級壓縮空氣,即先注入低壓(1.0 ~1.5MPa)空氣,在瓶胚被吹脹得與模腔接觸后,再注入高壓(2.5~3.0MPa,有的達(dá)4MPa)空氣,使瓶子與模腔緊密接觸而快速冷卻定型。拉伸吹塑模具的溫度一般應(yīng)取得低一些(3℃~10℃),這樣有助于縮短成型周期。而有時為了提高瓶子的耐熱性能,可把模具溫度取高些(80℃~105℃),以對瓶子做熱定型處理。
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