6 中空吹塑

6 6 中空吹塑中空吹塑

第第 66 章中空吹塑章中空吹塑

6.1 6.1 概述概述

BLOW Molding 又称吸塑模塑，是制造空心塑料制品的成型方法。

借鉴于玻璃容器吹制工艺。

20 世纪 30 年代发展成为塑料吹塑技术。

中空吹塑：借助气体压力使闭合在模具中的热熔塑料型坯吸胀形成空心制品的工艺。

型坯类型：

① 挤出型坯

② 注射型坯

• 按使用的设备6.1 6.1 概述概述

中中空空吹吹塑塑

注射吹塑注射吹塑

挤出吹塑挤出吹塑

用注射成型法先将塑料制成有底型坯，再把型坯移入到吹塑膜内进行吹塑成型。

过程：管坯直接由挤出机挤出，并垂挂在安装机头正下方预先分开的型腔中，当下垂的型坯达到长度要求后合模，管坯切断，从分型面小孔通入压缩气体，使型坯吹胀紧贴模壁而成形。保压冷却定形。

制品：

塑料瓶、容器、中空制品、办公用品、家电、家具、娱乐用品、汽车工业。制品特点：

① 优良的耐环境应力开裂性、气密性、耐冲击性

② 耐药品、抗静电、韧性、耐挤压性

适用树脂：凡熔体流动速率在 0.04~2R ／ 10min 范围内。

PE 、 PVC 、 PP 、 PS 、乙烯－醋酸乙烯共聚物、 PET 、PC 、 PA 等

6.1 6.1 概述概述

• 用于中空吹塑的材料应具备下列特性：用于中空吹塑的材料应具备下列特性：• 耐环境应力开裂性（做容器用）• 气密性好• 耐冲击性• 耐药性、抗静电、耐挤压等

6.1 6.1 概述概述

适用树脂：凡熔体流动速率在 0.04~2R ／ 10min范围内。

6.1 6.1 概述概述

• LDPE ：食品包装容器• HDPE ：商品容器• 超高分子量 PE ：大型容器、熔料罐• PVC ：矿泉水、洗涤剂瓶• PP ：薄壁瓶子• PET ：饮料瓶

主要为主要为 PEPE 、、 PVCPVC 、、 PPPP 、、 PSPS 、乙烯－醋、乙烯－醋酸乙烯共聚物、酸乙烯共聚物、 PETPET 、、 PCPC 、、 PAPA 等树脂等树脂

6.2 6.2 中空吹塑设备及模具中空吹塑设备及模具

中空吹塑挤出吹塑

注射吹塑

拉伸吹塑挤出－拉伸－吹塑

注射－拉伸－吹塑

型坯的制造——型坯的吹胀

6.2.1.1 普通中空挤出设备

挤出型坯方式

间断挤出

连续挤出：连续生产型坯

1.1. 挤出机挤出机

（ 1 ）挤出机应具有可连续调速的驱动装置，稳定速度挤出，挤出速率与最佳吹塑周期协调一致

（ 2 ）螺杆长径比适宜（ L/D 为 20-25 ；压缩比为 2-4 ）小：塑化不良，型坯温度不均

大：料温波动小，料筒温度低，型坯温度均匀

产品精度均匀性好适于热敏性塑料的生产

6.2.1 6.2.1 挤出吹塑的设备及模具挤出吹塑的设备及模具

（ 3 ）低温下挤出型坯，熔体粘度高，可减少型坯下垂，保证壁厚均匀利于缩短成型周期，提高生产效率挤出机内产生较高的剪切及背压，要求挤出机的传动和止推轴承坚固耐用。

2.2. 机头和口模机头和口模

A ：机头组成：多孔板、滤网连接管、型芯组件

流道应呈流线型，内表面光洁无阻滞。

1.1. 挤出机挤出机

由连接管与之呈直角配置的管式机头组成，适合 PE 、 PP 、 PC 、ABS 等的吹塑。

特点：

① 流道内压缩比较大，口模部分定型段较长。② 熔体在流道内易滞留，机头内熔体性能差异。


B: 机头类型：

（ 1 ）转角机头


(2)直通式机头

与挤出机呈一字形配置。可防止熔体过热分解，适用于热敏性塑料，如：硬 PVC透明瓶。

常采用螺旋状流动导向装置和侧面进料机头。


（ 3 ）带贮料缸的机头

大型制品易下坠和缩径，冷却期较长，挤出机无法连续运行，因而发展带贮料缸的机头。

生产大型吹塑制品，如：啤酒桶、垃圾桶。


C:口模直径的确定：

（ 1 ）适合制品外径的吹胀比（即制品外径与型坯外径之比）

)1(/max sBDDdDd ：口模直径Dmax ：制品最大外径B ：吹胀比S ：膨胀比

（ 2 ）型坯的最大外径的确定，需考虑口模膨胀


（ 3 ）还可以由型坯切口的宽度来决定

)1(/2 SPwDd π Pw ：型坯切口宽＋ 2× 型坯壁厚

模芯外径：

LPWDD dc /22 Dc：模芯外径

W：制品质量L ：制品长度ρ：树脂密度

总体的要求：均匀地挤出所需要直径，壁厚和粘度的型坯


1. 吹气机构

根据设备条件，制品尺寸、制品厚度分布要求等选定。

（ 1 ）针吹法

① 吹气针管安装在模具型腔的半高处，压缩空气通过针管吹胀型坯② 制品颈部有一伸长部分，以便吹针插入

吹胀装置包括吹气机构、模具及其冷却系统、排气系统等部分。

3. 3. 吹胀装置吹胀装置

特点：适于不切断型坯连续生产的旋转吹塑成型。吹制首尾相连的小型容器。在模具内部装入型坯切割器，可吹塑无颈制品。适合吹制有手柄的容器，手柄与本体不相通。

缺点：开口制品需整饰加工，模具设计较复杂。不适宜大型容器的吹胀。


（ 2 ）顶吹法

通过型芯吹气

模具顶部向上，型坯底部夹住，顶部开口，压缩空气从型芯通入。型芯直接进入开口的型坯内，并确定颈部内径，在型芯和模具顶部制件切断型坯。


顶吹法型芯

定瓶颈内径

旋转刀具，切除余料

优点：直接利用型芯作为吹气芯轴，压缩空气从十字机头上方引进，径芯轴进入型坯，简化了吹气机构。

缺点：①不能定内径和长度，需附加修饰工序。 ② 气从机头型芯通过，影响机头温度。

（ 3 ）底吹法

挤出的型坯落到模具底部的型芯上，通过型芯对型坯吹胀。型芯的外径和模具瓶颈配合以固定瓶颈的内外尺寸。


适用：吹塑颈部开口偏离制品中心线的大型容器。有异形开口或多个开口的容器。

缺点：进气口选在型坯温度最低的部位，也是型坯且重下垂厚度最薄的部位。制品形状复杂时，吹胀不充分。瓶颈耳状飞边修剪后留下痕迹。

2. 吹塑模具

由两瓣合成，没有冷却剂通道和排气系统。


（ 1 ）模具的材质：

铝（形状不规则容器）、锌合金、铍铜钢材。铍铜：硬质塑料的吹塑，容器本体上有装饰制品。

（ 2 ）模具的冷却系统影响制品性能和生产效率，需合理设计和布置。

冷却水道与型腔的距离各处应保持一致，以保证制品各处冷却收缩均匀，距离一般为 10～ 15mm 。根据模具的材质，制品形状和大小而定。冷却水温在 5 ～ 15℃为宜。可分段冷却，以加快冷却。


冷却机构：内部互通的水道铸成模后钻出水道冷却蛇形管铸入模具模具制造时一体制成型腔制成后机械加工冷却系统

（ 3 ）模具的排气系统

在型坯吹胀时，排除型坯和模腔之间的空气。

排气不畅，气体滞留，制品表面产生凹陷和皱纹。图案和字迹不清晰，降低制品温度。设置排气孔或排气槽。


1. 型坯厚度控制装置

离模膨胀、自重下垂而影响型坯的尺寸及制品的质量。

（ 1 ）调节口模间隙，控制型坯壁厚

（ 2 ）改变挤出速度。（差动挤出型坯法）

（ 3 ）改变型坯牵引速度

（ 4 ）预吹塑法，进入模具之前吹入空气，控制有底型坯壁厚。

（ 5 ）型坯厚度的程序控制：改变挤出型坯横截面的壁厚，吹塑制品的壁厚取决于型坯各部位的吹胀比。吹胀比大，部位愈薄。

4. 4. 辅助装置辅助装置

吹塑制品与型坯横截面的壁厚变化关系。右边尺寸表示型坯横截面壁厚，左边尺寸表示制品横截面壁厚

(单位： mm)


2. 型坯长度控制

影响吹塑制品的质量和切除尾料的长短，涉及原料的消耗，取决于吹塑周期内挤出机螺杆的转速

转速快、长

转速慢、短

加料量的波动温度、电压的变化，操作变更等

采用光电控制系统。

3. 型坯切断装置

适应不同塑料品种的性能

刀刃式切料口：平刃、三角形刀刃。


5.5. 大型挤吹中空塑料成型机大型挤吹中空塑料成型机• 指容积超过 20L 的中空吹塑成型机。• 多用超高分子量聚乙烯的加工。• 为适应塑料加工的特点，一般用低温干燥

高压空气吹塑，可以缩短吹塑冷却成型时间，提高制品质量。

•储料式机头改进• 双层心形包络结构，先进先出• 合模机构改进• 插销式无拉杆合模机构，锁模力大，容模量大

5.5. 大型挤吹中空塑料成型机大型挤吹中空塑料成型机

基本特征：型坯是在注射模具中完成制品是在吹塑模具中完成

注射吹塑设备可分成二工位、三工位、四工位。

二位机 ( 相距 180) 组成脱除制品是采用机械液压式的顶出机构来完成。二位机具有较大的灵活性。

三位机（相距 120 ）组成，即增加脱除制品的专用工位。

四位机（相距 90 ）组成。是在三位机基础上为特殊用途的工艺要求而增加 (预成型即预吹或预拉伸 )而设的工位。最常用的是二位机，约占 90％以上。

6.2.2 6.2.2 注射吹塑的设备和模具注射吹塑的设备和模具

注射型坯模由两半模具、芯棒、底板和颈圈组成。

（ 1 ）根据制品的形状、壁厚、大小和塑料的收缩性、吹胀比设计整体型坯的形状。

（ 2 ）型坯形状确定后，设计芯棒的形状

①芯棒直径应小于吹塑容器颈部的最小直径；② 容器的最小直径尽可能大些。

1.对注射型坯模中型腔和芯棒的设计要求


芯棒的作用：①充当阳模，成型型坯 ②输送型坯到吹塑模具 ③加热保温吹气通道

2. 吹塑模具的设计要求

呈现容器形状、表面粗糙度及外观质量。

保证吹胀后能充分冷却定型，顺利排除气体，无合缝线。


6.3 6.3 挤出吹塑工艺过程及控制因素挤出吹塑工艺过程及控制因素

6.3.1 挤出吹塑工艺过程挤出吹塑工艺过程包括：

① 挤出型坯。

② 型坯达到预定长度时．夹住型坯定位后合模。

③型坯的头部成型或定径。

④压缩空气导入型坯进行吹胀，使之紧贴模具型腔形成制品。

⑤制品在模具内冷却定型。

⑥开模脱出制品，对制品进行修边、整饰。

1. 挤出型坯

间歇挤出：挤出型坯、合模、吹胀、冷却、脱模均在机头下方进行。

物料流动中断，易过热分解。

聚烯烃、非热敏性塑料吹塑连续挤出：型坯的成型和前一型坯的吹胀、冷却、脱模同步进行。

往复式、轮换出料式、转盘式

适用多种热塑性树脂的吹塑， PVC 等热敏性塑料。

6.3.1 挤出吹塑工艺过程

6.3.1 挤出吹塑工艺过程

6.3.2 6.3.2 挤出吹塑控制因素挤出吹塑控制因素

1. 型坯温度和挤出速度

（ 1 ）型坯温度

影响中空制品的表观质量，纵向壁厚均匀性，生产效率。

注意保持熔体温度的均匀性。

适宜地偏低以提高熔体强度，减小自重垂伸。

缩短冷却时间，提高生产率。

型坯温度过高，挤出速度慢，型坯易下垂，引起型坯纵向厚度不均，延长冷却时间，甚至丧失熔体强度，难以成型。

型坯温度过低，离模膨胀严重，会出现长度收缩，壁厚增大现象，降低型坯的表面质量，出现流痕，同时增加不均匀性。还会导致制品的强度差，表面粗糙无光。

型坯温度不均匀造成性品上卷现象，卷曲的方向偏于厚度较小一边。

一般型坯温度控制在塑料的 tg～ tf( 或 tm)间。要求型坯具有良好的形状稳定性。


2. 吹气压力和鼓气速率型坯的吹胀是利用压缩空气对型坯施加空气压力而吹胀并紧贴模腔壁。同时通过压缩空气的冷却形成所需要的形状和呈现模面花纹的中空制品。

（ 1 ）吹气压力的大小与塑料的种类、型坯温度、型坯的模量、型坯的壁厚、制品的容积大小有关。粘度低，壁厚、小容积制品，采用较低的吹气压力。一般在 0.2～ 1MPa。


（ 2 ）鼓气速率

指充入空气的容积速率。

鼓气速率大，可缩短型坯的吹胀时间，使制品厚度均匀，表面质量好。

但鼓气速率大，会在空气进口处产生局部真空，造成该部分内陷，甚至将型坯从口模处拉断，无法吹胀。

（ 3 ）吹胀比

吹胀比：吹塑制品的外径（非圆形时，以横向尺寸最大处为准）与型坯直径之比，即型坯吹胀的倍数。

型坯的尺寸和质量一定时，型坯的吹胀比愈大则制品的尺寸就愈大。


加大吹胀比，制品的壁厚变薄，虽可节约原料，但制品的强度和刚度降低，吹胀比过小，原料消耗增加，制品壁厚，有效容积减小。制品冷却时间延长，成本升高。

一般为 2-4 。根据塑料的品种、特性、制品的形状尺寸和型坯的尺寸酌定。4. 模具温度影响制品的质量。温度控制在 20—50℃之间。

模具温度应保持均匀分布，以保证制品的均匀冷却。

根据塑料的种类、制品的薄厚来确定。小型制品模具温度偏低，低于软化温度 40℃左右。


冷却速度：冷却方式、冷却介质的选择、冷却时间、型坯的温度和厚度。

控制制品的外观质量、性能和生产效率。

冷却时间延长，可防止形变，使外观规整，表面图纹清晰，质量好。但制品结晶度增大，韧性下降，透明读降低，生产周期延长，降低生产效率。

保证制品充分冷却，加快冷却速率。

方法：加大冷却面积；采用冷冻水或冷冻气体；液态氮或二氧化碳

5. 冷却时间


挤出吹塑的优点：

适用于多种塑料

生产效率较高

型坯温度比较均匀、制品破裂减少

能生产大型容器

设备投资少


6.4 6.4 注射吹塑注射吹塑

6.4.1 6.4.1 注塑吹塑生产工序注塑吹塑生产工序

生产中空容器的两步成型法。

适宜生产批量比较大的小型精致容器和广口容器。

最大容积量 <4L 。

化装品、日用品、医药和食品包装。

树脂： PP 、 PE 、 PS 、 SAN、 PVC 、 PC 等。

优点：制品壁厚均匀一致，无需后处理，无合缝线、废边废料少。

缺点：一件制品两副模具，型坯需承受高压，模具成本加大，不宜生产带把手的容器。

6.4.1 6.4.1 注塑吹塑生产工序注塑吹塑生产工序

6.4.2 注射吹塑要点

1. 管坯温度与吹塑温度

注射成型时：温度高，粘度低，易变形，转移过程中壁厚不均匀。温度低，内应力高，变形，开裂。

依靠模具油温调节器或水冷机调节。

2. 注射吹塑树脂

应具有高的相对分子量

熔融粘度，受剪切速率和加工温度影响小。

6.5 6.5 拉伸吹塑拉伸吹塑

拉伸吹塑：经双轴定向拉伸的一种吹塑成型工艺。

（挤出或注射成型）型坯温度纵向拉伸吹胀（横向拉

伸）拉伸的目的：改善塑料的物理机械性能。

非结晶性的热塑性塑料：在热弹性范围内进行。部分结晶的热塑性塑料： Tm以下较窄范围内进行。

保持一定的拉伸速度，在吹塑之前定向。

经拉伸后，透明性，冲击强度、硬度和刚性、表面光泽性、阻隔性明显提高。

6.5.1 拉伸吹塑工艺

一、一步法：热型坯法

型坯、拉伸、吹塑在一台机中完成。型坯是处于生产过程中的半成品。设备的组合方式有：①由挤出机和吹塑机组成；②由注射机和吹塑机组成。

二、二步法：冷型坯法

型坯冷却后，冷型坯经再加热，进行拉伸、吹塑。

包括注射型坯定向拉伸吹塑；挤出型坯定向拉伸吹塑。

目前拉伸吹塑有四种组合方式：

①—步法挤出拉伸吹塑，用于加工 PVC ；

②两步法挤出拉伸吹塑，用于加工 PVC相 PP ；

③一步法注射拉伸吹塑，用于加工 PET和 RPVC ；

④两步法注射拉伸吹塑，用于加工 PET 。

6.5.1 拉伸吹塑工艺

6.5.1 拉伸吹塑工艺过程生产特点都是将型坯温度控制在低于熔点的温度下利用双向拉伸的原理来提高制品的强度。

1．注射型坯定向拉伸吹塑工艺过程

先注射成型有底型坯，并连续地由运送带 (或回转带 )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，最后再经吹胀成型。

需要控制适宜的拉伸温度。可装多模腔 (2—8 个 )进行成型，生产能力每小时可达到 250—2400只 (容量为 340 一 1800g饮料瓶 )。

6.5.1 拉伸吹塑工艺过程

2．挤出型坯定向拉伸吹塑工艺过程先将塑料挤成管材，并将其切断成一定长度而作为冷坯。放进加热炉内加热到拉伸温度，然后通过运送装置将加热的型坯从炉中取出送至成型台上，使型坯的一端形成瓶颈和螺牙，并使型坯沿轴向拉仲 1．O—1． 3倍后，闭合吹塑模具进行吹胀成型。

另一种方法是从炉中取出加热的型坯，一边在拉伸装置中沿管坯轴向进行拉伸，一边送往吹塑模具，模具夹住经拉伸的型坯后吹胀成型，修整废边。此法生产能力每小时可达到 3000只，容量为一公升的瓶子。


6.5.2 6.5.2 拉伸吹塑工艺控制要点拉伸吹塑工艺控制要点

1.原料的选择

一般来讲，热塑性塑料都能进行拉伸吹塑。PAN 、 PET 、 PVC 、 PP

2. 注射型坯工艺控制温度：树脂塑化温度压力：产品形状和精度成型周期：生产效率

（ 2 ）拉伸吹塑和双轴定向

3. 拉伸吹塑工艺控制（ 1 ）型坯的再加热增加到侧壁温度达到热塑范围，以进行拉伸吹塑，拉伸吹塑温度为 90～ 100℃拉伸吹塑获得充分的双轴定向。使 PET 瓶达到所需的物理性能和气密量，使制品透明、富有光泽，无暇疵和表面凹凸不平。

型坯经过再加热后达到高于玻璃化温度 10～ 40℃的范围内，送到拉伸吹塑区合模，拉伸杆启动，拉伸杆沿轴向进行纵向拉伸时，通入压缩空气，在圆周方向使型坯横向膨胀，当拉伸杆达到模具底部，型坯吹胀冷却成型后，拉伸杆退回，压缩空气停止通入时，即得产品。


拉伸比：纵向拉伸比 (制品长度与型坯长度之比 )：由拉伸杆实现横向拉伸比（制品直径与型坯直径之比 )：由吹塑空气的压力和速度进行吹胀实现

拉伸吹塑是使大分子重新排列，形成双轴定向，从而提高制品的物理力学性能。

横向拉伸 5倍，纵向拉伸 2． 5倍时， PET 瓶的质量较满意，超过上述纵、横向拉伸比时制品会泛白，强度下降。吹塑空气压力对有底托的 PET 瓶仅需要 20Pa，对无底托的 PET 瓶则需要 30Pa，此时吹塑制品质量较佳。


6.6 多层吹塑

利用两台以上的挤出机，将同种或异种塑料在不同的挤出机内熔融混炼后，在同一个机头内复合、挤出，然后吹塑制造多层中空容器的技术。

多层结构有：尼龙／聚烯烃、聚乙烯醇 /聚烯

烃、聚乙烯 /聚氯乙烯／聚乙烯、聚苯乙烯 /聚丙烯腈／聚丙烯等。满足日益发展的化妆品、药品、食品包装对气密件要求更高的需要。

关键：控制各层树脂间的熔接。

可采用

混入黏结性树脂

添设黏结材料层

分为共挤出吹塑和多层注坯吹塑两种。

6.6 多层吹塑

多层共挤出吹塑是选用两台以上的挤出机，将同种或异种塑料在不同的挤出机内熔融塑化后，在机头内复合、挤出、形成多层同心的复合型坯，经吹塑制造中空容器的技术。

1．多层结构的材质选择按照制品容量范围及性能要求，可生产 3—6层的层结构。层结构及树质选择原则如下：阻隔层塑料可选用聚酰胺 (PA)、聚丙烯晴 (PAN) 或乙烯 /乙烯醇共聚物 (EVOH)；内壳层塑料可选用聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP) 或聚碳酸酯（ PC ）；再生层可选用型坯的飞边和余料。其中内壳层、再生层或外表层的厚度应大于粘结层和阻隔层。

6.6.1 多层共挤出吹塑

6． 6． 2 多层注坯吹塑

多层注坯吹塑工艺是在阳模上注射第一层后，改变模腔在第一层上再形成第二层，重复操作即可形成多层型坯，然后进行吹胀成型。

多层注坯吹塑工艺的特点是：无废边；瓶底无切割残痕；不需要热熔或化学作用即能制成多层容器。但是，设备成本较高，仅限于大批量、广口容器的生产。

6． 6． 3 多层共挤出拉伸吹塑

采用双向拉伸吹塑制得的多层容器，解决了多种性质完全不同的塑料的双向拉伸层间不发生剥离而制得满意的多层容器，是多层吹塑成型技术的新成就。

6．7 大型中空吹塑

中空吹塑制品的容积超过 20L 称为大型中空吹塑容器。超高相对分子量聚乙烯（ UHMW－ PE ）容积达100—3000L 超大型的中空吹塑制品。太阳能热水器、汽车用燃料油箱、各种液体贮存容器、自来水压力装置容器、水处理槽罐等。基本采用挤出吹塑工艺。

思考题思考题• 1. 中空吹塑成型方法有哪几种？各有什么

特点？• 2. 挤出法和注射法生产中空制品在工艺上

有何区别• 3. 影响挤出吹塑成型的主要因素是什么？

6 中空吹塑

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