塑料橡胶材料中空吹塑常用塑料的典型特点与应用.docx
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塑料橡胶材料中空吹塑常用塑料的典型特点与应用
(塑料橡胶材料)中空吹塑常用塑料的典型特点与应用
受食品饮料等市场高速发展推动,中空制品应用领域越趋广阔。
应用于中空成型的材料品种繁多,本文特对中空成型常用材料性能优劣,加工性能及应用进行比较分析。
高密度聚乙烯(HDPE)
优势:
刚度、强度、硬度、抗蠕变性、光泽度和阻湿气渗透性均较高,耐油、脂、酸和硷等性能好。
具有较好的抗冲击韧性、电绝缘性、抗撕裂性、耐低温性等,但不如LDPE。
劣势:
阻O2和CO2渗透性能很差,会被强氧化剂破坏。
壹般HDPE的透明性较差,且柔软性、热氧老化及光老化性能差,通用级的HDPE容器长期盛装洗涤剂、油类物品会产生应力开裂,所以应选用特殊等级的HDPE。
加工:
挤出吹塑用的HDPE壹般为中宽到宽的分子量分布范围,熔体流动速率在1g/10min以下。
低的熔体流动速率使型坯具有较好的熔体强度,可改变型坯自重下垂;宽的分子量分布可降低模口压力,减少型坯熔体的断裂,改善加工性能,提高速度。
注射—吹塑用的HDPE应具有中宽到宽的分子量分布范围,熔体流动速率在1g/10min之上。
若以注射—吹塑方法生产化妆品瓶、洗发液瓶时,可使用窄分子量分布范围的HDPE;或加入少量润滑剂(0.1%~0.5%硬脂酸等),可改善瓶表面的粗糙度。
用途:
广泛应用于生产各种容器,其容器可进行热灌装及蒸煮消毒;可作为各种酸、硷、盐溶液及有机溶剂等化学工业的包装;仍可作为防潮包装。
另外,HDPE仍可制作其它工业制件,例如采用云母填充的HDPE可吹塑汽车内的座椅、地板、空气净化器的外壳等。
低密度聚乙烯(LDPE)
优势:
柔软,表面硬度低,刚性低,低温性能好;化学性能稳定,对水蒸气和水的阻隔性好。
劣势:
热膨胀系数高,耐蠕变性差;对烃类、卤代烃类、油类和脂类物质较敏感,盛装上述化学药品的容器,易产生吸收、溶胀作用。
某些具有极性的有机化合物,如洗涤剂、植物油、苯甲醛、硝基苯等,易使包装容器产生环境应力开裂。
对有机溶剂、氧、二氧化碳、挥发油、香精等气体的渗透性大,对空气阻隔性差。
加工:
挤出吹塑用LDPE熔体流动速率壹般在2g/10min以下,大、中容量的容器,熔体流动速率壹般在0.1~0.5g/10min之间;注射吹塑用的LDPE熔体壹般在2g/10min之上。
用途:
主要用来生产强度要求不是很高的中空制品,如化妆品瓶、药品瓶、日用品、可折叠容器、纸塑或钢塑复合桶的内衬等。
也能够通过在低密度聚乙烯中掺入HDPE来改善其表面硬度,以扩大其用途。
线性低密度聚乙烯(LLDPE)
优势:
较好的的低温韧性、耐低温冲击性、耐环境应力开裂性、耐穿刺性等。
茂金属聚乙烯是壹种新型的LLDPE,具有比LLDPE更好的力学性能、抗穿刺性、耐环境应力开裂性和柔软性。
劣势:
光学性能较差;性能随着密度、分子量、分子量分布的不同变化较大。
加工:
具有较好的成型加工性。
挤出吹塑用LLDPE,分子量分布较宽,熔体流动速率较低(1g/10min以下);注射吹塑用LLDPE,分子量分布较窄,熔体流动速率较高(大于2g/10min),制品的光泽度也较高。
用途:
可用于吹塑桶衬,仍适用于吹塑较大的制件,如道路交通用的隔离棚。
更多的用于和其它烯烃树脂进行共混制造吹塑容器,从而改善中空制品的性能。
高分子量高密度聚乙烯(HMWHDPE)
优势:
具有优良的耐环境应力开裂、高冲击强度和拉伸强度及好的刚性、化学稳定性、防湿性、耐磨性好,可长期在恶劣环境下使用。
劣势:
流动性差,加工较困难。
加工:
壹般生产HMWHDPE吹塑制品的挤出机及储料缸机头的结构要有特殊的要求。
熔体粘度受温度的影响较小,由于分子量较高,型坯下垂较小,弹性很大,型坯有很高的“回缩”性,在合模前型坯会有较大的收缩。
壹般难以成型制品的棱角,在设计时应加以考虑。
用途:
采用挤出吹塑成型生产大型及几何形状复杂的中空制品。
适用于容量为250L的货运包装容器、容量为400L的城巿自卸垃圾载运箱、汽车燃油箱及工具箱、除草剂或农药喷雾器的药剂罐、容量为1250L的集装箱及工业用储罐等。
聚丙烯(PP)
优势:
聚丙烯具有优良的耐热性,是唯壹能在水中煮沸,且能经受135℃的消毒温度的品种。
以PP为基材的多层容器可在温度高达90℃的条件下进行热灌装或消毒处理。
具有优良的化学稳定性,除强氧化性酸(如发烟硫酸、硝酸)对它有腐蚀作用以外,室温下仍没有壹种溶剂能使聚丙烯溶解,只有低分子的脂肪烃、芳香烃对它有软化或溶胀作用。
有优良的防止水蒸气透过性,经拉伸定向的聚丙烯容器,水蒸气透过率可进壹步降低。
其力学强度、刚性和耐应力开裂性都超过HDPE。
具有优良的耐弯曲疲劳性。
具有较好的隔音性能,适于吹制汽车内的通风管。
耐蠕变性较好,长时间负荷下的变形量较小。
劣势:
耐低温性能不如聚乙烯,低温甚至室温下的抗冲击性能不佳,低温下易脆裂是其主要缺点。
在成型和使用中易受光、热、氧的作用而老化,在成型中应加入必要的助剂。
加工:
具有良好的成型性,可采用注射吹塑、注射拉伸吹塑、共挤出吹塑等方法制成中空容器。
但挤出吹塑成型性较差,巿场需求量较小,应用范围多在PE不能胜任的场合。
应用:
广泛用于食品、药品、化妆品、化学试剂包装;更适宜要求热灌装、高接触透明度时使用;PP(特别是高分子量PP)仍可用来吹塑工业制件,如双层中空制品(汽车保险杠)、带铰链的工具箱、箱包、耐热容器(电热水器的内罐)等。
聚苯乙烯(GPPS)
优势:
GPPS为无色透明。
具有高光泽性和高透明度,透光率可达到88%~92%;高度的刚性和表面硬度,良好的拉伸强度;吸湿性小,耐辐射性好;有良好的印刷性和着色性;电绝缘性优,耐高频性好;耐水、耐酸硷。
劣势:
易积聚静电和吸尘;不耐冲击,软化点较低;耐日旋光性差,日光下易变色,超声波作用下易降解;易受酮类、烃类、高级脂肪类侵蚀软化,能溶于芳烃、四氯化碳、氯仿中,易被酸、醇、润滑脂、润滑油溶胀而产生开裂;不耐有机溶剂。
加工:
易加工。
吸水性低,加工前壹般不需干燥,特殊需要时才干燥。
收缩率较低。
用途:
可采用挤出吹塑、注射吹塑及共挤出吹塑等吹塑工艺成型中空容器。
应用最多的是用注射吹塑成型多种规格的药品包装瓶。
通过加入弹性体能够得到具有较高韧性和冲击强度的HIPS。
但HIPS透明性丧失,变为不透明白色,拉伸强度、硬度、耐热和光稳定性均有下降。
可采用注射吹塑成型中空容器。
聚氯乙烯(PVC)
优势:
本身具有很好的透明性,若助剂选择得当,能够制得透明性近乎玻璃器皿的PVC容器,其透光率在90%之上。
采用氯乙烯单体存量低的食品级聚氯乙烯树脂和无毒添加剂,可制得符合国家标准,可直接接触包装饮料、食品及药品的聚氯乙烯容器。
具有良好的耐油性,采用适当的配方,可用于制作包装油类特别是植物油的容器。
硬PVC对水蒸气和氧气具有良好的阻隔性,其阻隔性是通用塑料中最佳的品种。
PVC对O2和CO2的阻隔性和PET相当,而对水蒸气的阻透性略优于PET,因而对许多食品、药物的保持性能优于PET。
对酸、硷、盐等众多物质具有很好的耐腐蚀性。
用于吹塑成型的PVC塑料,都为硬质或半硬质PVC。
劣势:
通常难于成型,需要加入稳定剂来改善成型性。
稳定剂或材料选择不当,有环境问题。
加工:
PVC在不同的加热温度范围,会形成不同的物理状态。
80~85℃可视为PVC的光泽转换温度,低于该温度范围吹制的中空容器,硬而且表面粗糙,高于该温度范围吹制的中空容器,表面具有光泽及力学性能高;在90~130℃范围内,经壹次吹胀的管坯,可进行第二次吹胀,从而使注射吹塑和拉伸吹塑成为可能。
用途:
广泛用于化妆品瓶、药品瓶、食用瓶、饮料瓶(矿泉水、不充气饮料)、化学工业品容器等。
改性后的PVC可用于吹塑大型工业制件。
聚胺(PA)
优势:
是强韧的工程塑料,耐冲击性优良,表面硬度大,耐磨性和自润滑性好,电绝缘性好(特别是在低温条件下),耐化学药品性和耐油性好。
具有极好的拉伸强度,在热塑性塑料中,可列入前几名。
劣势:
易吸水,使制品在高温下水解,尺寸稳定性和耐药品性下降。
加工:
易吸湿,在成型加工前需进行干燥处理,否则会导致容器开裂或存在潜在的脆化。
PA熔点高,熔程较窄,因此加工温度较高。
PA熔体粘度低,流动性好,且熔体粘度对温度的敏感性较大,熔体强度较低,挤出吹塑成型较困难,常采用共挤出吹塑。
用途:
常作为多层容器的阻隔层,制作汽车用燃油箱。
农药瓶、制动液储存器、低透氧性及冷冻食品的包装容器。
聚碳酸酯(PC)
优势:
具有极高的力学强度,尤以冲击强度特别突出,是常用塑料中冲击强度最好的壹种塑料;使用温度范围广,能经受120℃,20~30min高温消毒灭菌;有极好的透明性,有很高的折射率;耐候性较好;耐酸、耐油、印刷性好;其阻止香味的渗透性好;吸水性低。
劣势:
不耐硷、胺类、酮类,可溶于氧化烃;阻止气体及湿气的渗透性差。
长期浸泡于水中会发生水解,破裂脆化。
加工:
广泛用于挤出吹塑、共挤出吹塑、共注射吹塑、注射吹塑、拉伸吹塑等多种成型方法。
用途:
挤出吹塑PC容器,主要用作牛奶瓶、饮用水桶等,不适于包装氧化敏感性食品、碳酸饮料及化学品;而PC为基材的多层吹塑容器,可用于化妆品、药品、某些食品及碳酸饮料的包装;PC塑料合金可用于吹塑汽车保险杠、仪表板、汽车通风管等工业制件;PC注射吹塑,可用于生产尺寸精度较高的容器。
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)
优势:
PET具有很好的透明性和粗糙度,有较好的耐候性、耐冲击性、耐蠕变性及尺寸稳定性、化学性能稳定,耐弱酸和有机溶剂。
PET阻止CO2、O2和水蒸气渗透性高。
PET有较高的耐热性,可在120℃下长期使用;能在较宽的温度范围内保持优良的物理力学性能。
劣势:
不耐硷,不耐热水浸泡;吸湿。
加工:
PET是吸湿性聚合物,在成型加工前,必须进行严格干燥,经干燥的物料避免和外界空气接触。
注射吹塑用PET的特性粘度壹般为70~85mL/g,容积小的瓶,应优先选用特性粘度高的PET。
用途:
PET的使用温度在60℃以下,适用于碳酸饮料、果汁饮料、矿泉水、饮用水、调味品、食用油、酒类、化妆品、药品等液体的包装。
其中饮料用瓶用量最大。
经过特殊处理的耐热PET瓶能够用于热灌装,广泛用于茶饮料和果汁饮料的热灌装。
经过涂覆的PET瓶具有较高阻透性,使得PET瓶的使用范围得到扩大。
能用于啤酒、葡萄酒以及富含维生素等阻气性要求高的饮料、西红柿酱、色拉酱等调味品的包装。
中空成型对设备的要求
近年来,中空成型技术不断发展。
各种挤吹、注吹或拉伸吹塑技术针对不同材料、不同成型工艺对设备各有其特殊要求,在采用不同加工方法时需要特别注意。
1.挤出—吹塑
挤出—吹塑具有机、模费用低,使用范围广等特点,在当今中空吹塑领域占有重要的地位。
挤出吹塑设备主要由挤出机、机头、合模装置及模具等构成。
挤出机
对聚烯烃,通常采用压缩比较大(3:
1~4:
1)、剪切较高的螺杆,螺杆长径比大些(25:
1~30:
1)可使剪切、混炼组件设计的灵活性较大,改善熔体均匀性,提高产量。
工程塑料及热塑性弹性体在吹塑中的应用越来越多。
工程塑料的剪切敏感性较聚烯烃大,因此推荐采用剪切较低、压缩比较小(2:
1~2.5:
1)、长径比较小(20:
1~25:
1)的螺杆来加工工程塑料。
但要设置适当的剪切、混炼组件,以提高熔体均匀性;螺杆长径比适当长些,可在较低转速下取得相当的产量,以减小剪切、降低熔体温度。
热塑性弹性体采用的螺杆结构和聚烯烃(如HDPE)类似,螺杆长径比取22:
1~25:
1,但高剪切敏感的聚氨酯弹性体要采用不设置剪切、混炼组件的三段式螺杆来加工。
PVC的挤出吹塑可采用单螺杆挤出机,但采用双螺杆挤出机或行星挤出机更有利,可实当下较低熔体温度下挤出较高产量的熔体。
目前欧洲的挤出吹塑大量采用机筒进料段有开槽进料衬套的挤出机。
这壹结构具有多种优点,如进料稳定性好、进料速率高、可在较低熔体温度下加工高分子量树脂等。
目前,开槽挤出机已成功地应用于聚烯烃(如HMWHDPE)、工程塑料及热塑性弹性体的吹塑。
和开槽挤出机配套的螺杆压缩比可小些(常用1:
1),要设置混炼、剪切组件以均化熔体。
合模装置
合模速度和合模力对制品质量有较大影响。
对聚烯烃,合模速度壹般小于0.3m/s;对熔体粘度较低的工程塑料,要采用较高的合模速度(0.3~0.6m/s)以减小型坯的垂伸,仍可改善型坯边层的成型。
合模力主要由飞边长度决定,受型坯吹胀气压的影响较小。
对工程塑料,每厘米截坯刀刃长度的合模力应取2~4kN。
对聚烯烃,合模力要稍大些。
近年来,合模方面通过采用比例阀,可使合模装置更平稳、更准确地按照设定的合模速度移动。
且可通过适当控制比例阀,快速达到全合模力。
吹塑模具
对壹般的聚烯烃,如PE、PP,模体由硬度高、拉伸强度大、传热性能好的铝制成,截坯刀刃壹般要由淬火钢或铜铍合金制成,因这类塑料为不透明的,模具表面经喷砂处理,可使制品表面有适当的光洁度。
对需要吹塑完全透明制品的塑料,模具表面必须有镜面光洁度,可采用铝精加工而成;但对PVC,整个模具壹般均采用铜铍合金制成,这是因为PVC会产生和铝反应的氯化氢气体,醵棠>呤倜9こ趟芰系拇邓芸刹捎糜刖巯┨嗤牟牧先缏粱蚋种瞥赡>撸>弑砻娌恍枧缟埃袒ā⑴坠獾却怼�
2.挤出—拉伸—吹塑塑料瓶
塑料经过双轴拉伸后分子量重新定向,因此制品的冲击韧性、低温强度、透明度、表面光泽度、刚性及阻隔性能等都有了明显的改善和提高。
此外,经过拉伸后制品的壁厚减薄,能够节省原料、降低成本。
目前用于挤拉吹中空容器的塑料主要是PVC和PP。
制品以小型、薄壁的瓶体为主,用于食品、饮料、化妆品、日化产品等的包装。
挤拉吹又分为壹步法和二步法俩种。
壹步法的型坯制造、拉伸、吹塑在壹台设备中连续进行,又称热坯法。
二步法的型坯制造在时间、位置和设备上,均和加热、拉伸、吹塑分开进行,又称为冷坯法。
主要设备及特点:
1)挤出机和机头:
和壹般挤吹法的设备基本相同。
2)型坯处理装置:
由挤出机挤出的管状型坯,要经过该装置进行切断、底部熔合和颈部加工,制成试管状有底型坯。
3)型坯加热装置:
型坯加热装置有烘箱、加热套筒、加热信道等多种,加热方式可用电加热或红外线加热。
但加热装置要能调温且均匀地加热,使型坯内外温差尽量减小。
4)拉伸装置:
有拉伸芯棒和拉伸夹具俩种。
a.拉伸芯棒:
拉伸芯棒从型坯上部插入,在液压作用下顶住型坯底部,进行纵向拉伸,然后芯棒上的气孔通入压缩空气吹胀,进行径向拉伸。
多数拉伸成型都采用这种拉伸装置。
b.拉伸夹具:
拉伸夹具从外部夹住管状型坯的俩端,在液压作用下进行纵向拉伸,然后再吹胀进行径向拉伸。
颈部和底部都有飞边需要修整,飞边经破碎可回收利用。
5)挤拉吹专用成型机:
国外有多种形式和规格的挤拉吹专用成型机。
3.注射—吹塑塑料瓶
注—吹中空容器没有飞边,尺寸稳定性好,瓶口和螺纹质量优良,型坯厚度可预先调节,制品光泽度好,节省原料。
注—吹中空容器以外形简单的小型瓶体为主,它能够用PVC、PE、PP和PS、聚酯、聚胺等多种树脂来生产。
主要用于医药、食品、化妆品等的包装。
注—吹塑料瓶的主要设备具有以下特点:
1)型坯注射机:
和壹般注射机的构造基本相同,但注射压力较低,螺杆长径比可小壹些,压缩比也不宜过大。
2)模具:
包括注射模具和吹塑模具。
注射型坯的模具和壹般注塑模具的材料和加工要求基本相同,但芯模必须是中空的,以便通入压缩空气。
吹塑模具和挤吹成型模具基本相同。
3)脱模装置:
和挤吹成型不同,吹塑过程完成后,打开吹塑模具,将带着成型制品的芯模送至脱模装置,由脱模板将制品和芯模分开。
4.注射—拉伸—吹塑塑料瓶
同挤拉吹壹样,注拉吹容器经过双轴拉伸后,冲击韧性、低温强度、透明度、表面光泽度、刚性及阻隔性能等都有了明显的改善和提高,而且容器壁薄、质轻、节省原料。
和挤拉吹相比,注拉吹的特点是直接制成有底型坯,型坯内外温度均匀有利于拉伸;制品形状准确、无飞边,瓶颈质量高,瓶底平滑均匀。
目前用于生产注拉吹中空容器的塑料主要是PVC和PET。
注拉吹分为壹步法和二步法,壹步法可加工PET和PVC容器,二步法主要用来加工PET容器。
注拉吹中空容器以小型透明瓶体为主,用于饮料、食品、化妆品的包装。
注-拉-吹成型用主要设备的特点如下:
①注塑机、注射和吹塑模具和注射—吹塑法基本相同。
②拉伸和脱模装置和挤拉吹基本相同。
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