塑料成型工藝6二次成型

1、第六章 二次成型 P286 339 v中空吹塑成型：中空吹塑成型： 將擠 出或注射成型所得的半半 熔融態(tài)管坯（或型坯）熔融態(tài)管坯（或型坯） 置于模具中，然后閉合 模具，在管坯中通入壓 縮空氣將其吹脹吹脹，使之 緊貼于模腔壁上，再經(jīng) 冷卻脫模，得到一定形一定形 態(tài)中空制品態(tài)中空制品的一種加工 方法。 中空吹塑成型中空吹塑成型 擠出吹塑擠出吹塑注塑吹塑注塑吹塑拉伸吹塑拉伸吹塑 v二次成型定義：在一定 條件下，將一次成型所 得的高分子材料型材 （型坯）再次成型加工， 以獲得制品的最終型樣 的技術(shù)。 薄膜的雙向拉伸薄膜的雙向拉伸 中空吹塑成型中空吹塑成型 熱成型熱成型 合成纖維的拉伸合成纖維的拉伸 二

2、次成型特點(diǎn)（與一次成型比較）二次成型特點(diǎn)（與一次成型比較） p在低于聚合物流動溫度（或熔融溫度）的在低于聚合物流動溫度（或熔融溫度）的 半熔融類橡膠態(tài)下成型。半熔融類橡膠態(tài)下成型。 p通過通過來實現(xiàn)材料型坯的再成型。來實現(xiàn)材料型坯的再成型。 p僅適用于熱塑性塑料。僅適用于熱塑性塑料。 塑料物理狀態(tài)： 玻璃態(tài)玻璃態(tài) 高彈態(tài)高彈態(tài) 粘流態(tài)粘流態(tài) vTgTgTfTf（TmTm）， v高彈態(tài)，適于熱塑性塑料高彈態(tài)，適于熱塑性塑料 的二次成型加工。的二次成型加工。 v在類橡膠態(tài)下，聚合物的在類橡膠態(tài)下，聚合物的 模量高，外力作用下，形模量高，外力作用下，形 變值大；外力消除后，恢變值大；外力消除后，恢

3、復(fù)形變的能力較強(qiáng)。復(fù)形變的能力較強(qiáng)。 v產(chǎn)生不可逆的形變，須較產(chǎn)生不可逆的形變，須較 大的外力作用。大的外力作用。 玻璃化溫度玻璃化溫度Tg是塑是塑 料成型加工的下限料成型加工的下限 v二次成型是相對于一次成型而言的。有些高分子材料制品由 于技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的原因，不能夠或不適于經(jīng)過一次成型即 取得制品的最終形狀，因而需要以一次成型技術(shù)的產(chǎn)物為對 象，經(jīng)過再次成型來獲得最終制品。 v二次成型技術(shù)與一次成型技術(shù)相比，除成型對象不同外，二 者的主要區(qū)別在于：一次成型是通過材料的流動或塑性形變 而成型，成型過程中伴隨著聚合物的狀態(tài)或相態(tài)轉(zhuǎn)變，而二 次成型是在低子聚合物流動溫度或熔融溫度的“半熔融”類

4、橡膠態(tài)下進(jìn)行的，一般是通過粘彈形變來實現(xiàn)材料型材或坯 件的再成型。 v在高分子材料中，橡膠和熱固性塑料經(jīng)一次成型以后，發(fā)生 了交聯(lián)反應(yīng)，其分子結(jié)構(gòu)變成網(wǎng)狀或體型結(jié)構(gòu)，遇熱不再熔 融，也不溶于溶劑。如果加熱溫度過高，只能炭化。因此， 橡膠和熱固性塑料是不適于二次成型的。 v熱塑性塑料在一定溫度下可以軟化、熔融流動，冷卻后獲得 一定的形狀，其分子結(jié)構(gòu)沒有變化，再加熱又可再軟化乃至 熔融流動，所以二次成型僅適用于熱塑性塑料。 6.1 二次成型原理二次成型原理 一、聚合物的物理一、聚合物的物理狀態(tài)狀態(tài) v聚合物在不同溫度下分別表現(xiàn)為玻璃態(tài)玻璃態(tài)(或結(jié)晶態(tài)或結(jié)晶態(tài))、高彈態(tài)和粘、高彈態(tài)和粘流態(tài)流態(tài)。 v

5、非晶型在Tg以上呈類橡膠狀，顯示出橡膠高彈性，在Tf以上呈粘性液體 狀；部分結(jié)晶型在Tg以下呈硬性結(jié)晶狀，在Tg以上呈韌性結(jié)晶狀，在接 近Tm轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈邚椥缘念愊鹉z狀，高于Tm則呈粘性液體狀。 v在在Tg Tf(m)間間，聚合物既表現(xiàn)液體性質(zhì)又顯示固體性質(zhì)。塑料的二次成 型加工在類橡膠態(tài)下進(jìn)行，在成型過程中既具有粘性又具有彈性，在類 橡膠態(tài)下，聚合物模量要比玻璃態(tài)下時低，形變值大，但由于有彈性性 質(zhì)，聚合物仍具有抵抗形變和恢復(fù)形變的能力，要產(chǎn)生不可逆形變必須 有較大外力作用。 由于聚合物長鏈結(jié)構(gòu)及分子鏈的柔順性，一 般情況下，如將其置于一定溫度下，從受外力作 用開始，大分子的形變經(jīng)歷一系列中

6、間狀態(tài)才過 渡到與外力相適應(yīng)的平衡狀態(tài)，其形變隨時間的 變化為一個松馳過程： 二、聚合物粘彈性形變二、聚合物粘彈性形變 聚合物的粘彈性總形變 =普彈形變普彈形變 + 推遲高彈形變推遲高彈形變 + 粘性形變粘性形變 te EE rrrr E t VHE 321 2 2 1 粘彈性總形變粘彈性總形變 =普彈形變普彈形變 + 推遲高彈形變推遲高彈形變 + 粘性形變粘性形變 試樣受外力，時間試樣受外力，時間t t1 1時，產(chǎn)時，產(chǎn) 生普彈形變，生普彈形變，abab段，變形量段，變形量 很小。原因：外力使大分子很小。原因：外力使大分子 鍵長、鍵角或晶體中處于平鍵長、鍵角或晶體中處于平 衡狀態(tài)的粒子間發(fā)生

7、形變和衡狀態(tài)的粒子間發(fā)生形變和 位移；位移； 當(dāng)時間當(dāng)時間t t2 2-t-t1 1時，發(fā)生高彈形時，發(fā)生高彈形 變和粘性形變，變和粘性形變，bcbc段。高彈段。高彈 形變是由于外力作用時間較形變是由于外力作用時間較 長，大分子鏈段發(fā)生形變和長，大分子鏈段發(fā)生形變和 位移，位移，r rH H較大，可逆；較大，可逆； 粘性形變?yōu)檠赝饬ψ饔梅较蛘承孕巫優(yōu)檠赝饬ψ饔梅较?發(fā)生大分子鏈之間的解纏和發(fā)生大分子鏈之間的解纏和 相對滑移，形變值大，不可相對滑移，形變值大，不可 逆，宏觀流動。逆，宏觀流動。 聚合物的粘彈性總形變聚合物的粘彈性總形變 =普彈形變普彈形變 + 推遲高彈形變推遲高彈形變 + 粘性形

8、變粘性形變 p 外力解除，外力解除， 試樣回試樣回 復(fù)。復(fù)。 p 普彈形變馬上回復(fù)，普彈形變馬上回復(fù)， cdcd段；段； p 經(jīng)一段時間，高彈經(jīng)一段時間，高彈 形變完全恢復(fù)，形變完全恢復(fù)，dede 段；段； p 而粘性形變作為永而粘性形變作為永 久變形存在。久變形存在。 聚合物的粘彈性總形變聚合物的粘彈性總形變 =普彈形變普彈形變 + 推遲高彈形變推遲高彈形變 + 粘性形變粘性形變 加工溫度加工溫度T Tf(m f(m），粘流態(tài)，不 ，粘流態(tài)，不 可逆粘流形變?yōu)橹?，制品穩(wěn)定可逆粘流形變?yōu)橹?，制品穩(wěn)定 性高。性高。 TgTg加工溫度加工溫度 Tf(mTf(m），高彈），高彈 態(tài)，彈性形變增加，為

9、主，可態(tài)，彈性形變增加，為主，可 逆形變。逆形變。 增加作用力或作用時間，則粘增加作用力或作用時間，則粘 性形變迅速增加，實質(zhì)是高彈性形變迅速增加，實質(zhì)是高彈 態(tài)下大分子的強(qiáng)制性流動。態(tài)下大分子的強(qiáng)制性流動。 te EE rrrr E t VHE 321 2 2 1 聚合物的粘彈性總形變聚合物的粘彈性總形變 =普彈形變 + 推遲高彈形變推遲高彈形變 + 粘性形變 Tg比室溫高得多的聚合 物，在TgTf間，受熱軟化， 受外力時產(chǎn)生形變，此時普 彈形變很小，可忽略；因粘 性很大，粘性形變可忽略； 由此，形變主要是高彈形變， 由于大分子鏈段形變和位移 的貢獻(xiàn)，具有可逆性。 二次成型過程中， 聚合物的

10、形變主 要是高彈形變。 受外力，聚合物產(chǎn)生形變，保持在t=t1時，形變近似r p 若時間t1時，除去外力，則經(jīng)過一段時間，形變回復(fù)，可 逆性，曲線b，溫度Tg。 p 若形變至r后，快速冷卻，則形變凍結(jié)在r，形狀固定, 曲線c。溫度=室溫Tg 高彈形變高彈形變松弛過程松弛過程 利用聚合物推遲高彈形變利用聚合物推遲高彈形變 松馳時間的溫度依賴性，在松馳時間的溫度依賴性，在 TgTgT Tf f間，將聚合物半成品間，將聚合物半成品 （管坯、片材等）加熱，使（管坯、片材等）加熱，使 之產(chǎn)生變形并成型為一定形之產(chǎn)生變形并成型為一定形 狀，在較短時間內(nèi)冷卻到接狀，在較短時間內(nèi)冷卻到接 近室溫，使形變凍結(jié)并

11、固定近室溫，使形變凍結(jié)并固定 形狀，而得到制品。形狀，而得到制品。 v對于部分結(jié)晶的聚合物形變過程則是在接近 熔點(diǎn)Tm的溫度下進(jìn)行，此時粘度很大，成型 形變情況與上述無定形聚合物一樣，但其后 的冷卻定型與無定形聚合物有本質(zhì)的區(qū)別。 v結(jié)晶聚合物在冷卻定型過程中會產(chǎn)生結(jié)晶， 分子鏈本身因成為結(jié)晶結(jié)構(gòu)的一部分或與結(jié) 晶區(qū)域相聯(lián)系而被固定，不可能產(chǎn)生彈性回 復(fù)，從而達(dá)到定型的目的。 二次成型條件二次成型條件 v成型溫度：成型溫度：能產(chǎn)生形變，且伸長率最 大的溫度為宜。 無定形聚合物：無定形聚合物：成型溫度略高Tg PVC Tg 83 成型溫度9294 PMMA 105 118 PET PET Tg

12、69 成型溫度100 Tm Tm 270290 v二次成型產(chǎn)生的形變具有回復(fù)性，實際獲得的有效 形變(即殘余形變)與成型條件有關(guān)。 v模具溫度，可回復(fù)形變，有效形變， 所以模具 溫度Tg最好。 v成型溫度高，可獲得形狀穩(wěn)定性較好的制品，且具 有較強(qiáng)的抵抗熱彈性回復(fù)的能力。因為隨成型溫度 升高，材料的彈性形變成分減少，當(dāng)承受相同的收 縮溫度時，成型溫度高的制品比成型溫度低的制品 具有更高的殘余形變。 v模具溫度（凍結(jié)溫度） 6.2 中空吹塑成型中空吹塑成型 將擠出或注射成型擠出或注射成型所得的類橡膠態(tài)的型坯置于 模具中，然后閉合模具，在型坯中通入壓縮空氣將 其吹脹，使之緊貼于模腔壁，再經(jīng)冷卻脫模

13、，得到 一定形態(tài)中空制品。 吹塑制品的應(yīng)用吹塑制品的應(yīng)用 v適用塑料：適用塑料：PE、PP、PVC、PET、PA、PC等。 v吹塑制品的要求：吹塑制品的要求：耐環(huán)境應(yīng)力開裂、抗沖擊性、阻透性、 耐化學(xué)藥品性、抗靜電性、耐擠壓性 注射吹塑注射吹塑 擠出吹塑擠出吹塑 多層吹塑多層吹塑 注射吹塑注射吹塑 擠出吹塑擠出吹塑 拉伸吹塑拉伸吹塑 6.2.1 6.2.1 注射吹塑注射吹塑 v注射吹塑是用注射成型法先將塑料制成有底型坯， 再把型坯移入吹塑模內(nèi)進(jìn)行吹塑成型。 一、無拉伸注坯吹塑一、無拉伸注坯吹塑 通過注射成型，在芯棒上形成型坯，（棒一端可通氣，通過注射成型，在芯棒上形成型坯，（棒一端可通氣， 另

14、一端有微孔）。然后將熱型坯置于吹塑模具內(nèi)，吹入壓縮另一端有微孔）。然后將熱型坯置于吹塑模具內(nèi)，吹入壓縮 空氣，型坯脹大空氣，型坯脹大, ,脫離芯棒，貼于模壁上成型和冷卻。脫離芯棒，貼于模壁上成型和冷卻。 v生產(chǎn)批量大的小型精制 容器和廣口容器 型坯的注射成型型坯的注射成型 v一步法一步法：注射形成帶芯注射形成帶芯 棒型坯棒型坯芯棒連同半熔芯棒連同半熔 融狀態(tài)型坯迅速被送到吹融狀態(tài)型坯迅速被送到吹 塑模具中，經(jīng)芯棒吹入壓塑模具中，經(jīng)芯棒吹入壓 縮空氣，型坯被吹脹至?？s空氣，型坯被吹脹至模 腔的形狀，在模具內(nèi)冷卻腔的形狀，在模具內(nèi)冷卻 后打開模具，取出制品。后打開模具，取出制品。 v兩步法兩步法：

15、型坯的注射與型坯的注射與 吹塑分開進(jìn)行吹塑分開進(jìn)行 v注坯吹塑技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：注坯吹塑技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：制品壁厚均勻，不需要后加 工；注射制得的型坯能全部進(jìn)入吹塑模內(nèi)吹脹，故 所得中空制品無接縫，廢邊廢料少；對塑料品種的 適應(yīng)范圍較寬，一些難于用擠坯吹塑成型的塑料品 種可用于注坯吹塑成型。 v注坯吹塑技術(shù)缺點(diǎn)：注坯吹塑技術(shù)缺點(diǎn)：成型需要注塑和吹塑兩套模具 ，設(shè)備投資較大；注塑所得型坯溫度較高，吹脹物 需較長的冷卻時間，成型周期較長；注塑所得型坯 的內(nèi)應(yīng)力較大，生產(chǎn)形狀復(fù)雜、尺寸較大制品時易 出現(xiàn)應(yīng)力開裂現(xiàn)象，因此生產(chǎn)容器的形狀和尺寸受 限。 二、注坯二、注坯-拉伸拉伸-吹塑吹塑 型坯吹塑前,于Tg-Tf

16、間，用機(jī)械方法使型坯先 縱向拉伸，繼而吹塑，型坯徑向尺寸增大，得到橫 向拉伸，后快速冷卻至Tg以下。 v注拉吹制品的透明度、沖擊強(qiáng)度、表面硬度和剛度 都能有較大的提高， v如：用無拉伸注坯吹塑技術(shù)制得的聚丙烯中空制品 的透明度不如硬質(zhì)聚氯乙烯吹塑制品，沖擊強(qiáng)度不 如聚乙烯吹塑制品。用注坯拉伸吹塑成型聚丙烯中 空制品的透明度和沖擊強(qiáng)度分別達(dá)到硬質(zhì)聚氯乙烯 制品和聚乙烯制品的水平，而且楊氏模量、拉伸強(qiáng) 度和熱變形溫度等均有明顯提高。 v制造同樣容量的中空制品，注坯拉伸吹塑可以比無 拉伸注坯吹塑制品壁更薄，因而可節(jié)約成型物料 50%左右。 6.2.2 擠出吹塑擠出吹塑 熱塑性塑料的粒料（或粉料） 經(jīng)

17、過擠出機(jī)塑化后，通過特定的 模頭，制備成熱熔融狀的管狀型 坯，然后進(jìn)行吹塑。 一、單層直接擠坯吹塑一、單層直接擠坯吹塑 擠出管坯：擠出管坯：擠出機(jī)中，塑料塑化，機(jī)頭擠出管坯； 管坯入模：管坯入模：管坯垂掛在機(jī)頭正下方的型腔中；達(dá)預(yù)定長度，合模， 夾住管坯，吹管插入管坯一端，管坯另一端被切斷； 管坯吹脹：管坯吹脹：氣嘴通壓縮空氣，可塑狀態(tài)的管坯被吹脹，緊貼模腔 壁，形成制品； 冷卻定型：冷卻定型：保持空氣壓力，冷卻定型； 制品取出、修飾：制品取出、修飾：開模取出制品，切除余料，修邊整飾。 二、二、多層共擠出吹塑多層共擠出吹塑 v用兩臺以上的擠出機(jī)將不同塑 料在不同擠出機(jī)內(nèi)熔融后，在 同一個機(jī)頭內(nèi)

18、復(fù)合、擠出，然 后吹塑制造多層中空制品的。 v多層吹塑中空制品可滿足日益 增長的化妝品、藥品和食品等 對塑料包裝容器阻透性的更高 要求。例如，外層樹脂為提供 良好的剛性、阻燃性和耐候性 的聚氯乙烯，而內(nèi)層為具有優(yōu) 異的耐化學(xué)藥品性的聚乙烯的 雙層結(jié)構(gòu)吹塑瓶。 v多層吹塑容器所用物料的種類 和必要的層、數(shù)，應(yīng)根據(jù)使用 的具體要求確定。 多層共擠出吹塑技術(shù)關(guān)鍵多層共擠出吹塑技術(shù)關(guān)鍵 # #機(jī)頭機(jī)頭 # #各層塑料間相互熔合和粘結(jié)各層塑料間相互熔合和粘結(jié) 制品層數(shù)愈多，型 坯的成型愈加困難。 三、擠出三、擠出- -蓄料蓄料- -壓坯壓坯- -吹塑吹塑 v制造大型中空制品時，由于擠出機(jī)直接擠出管狀型

19、坯的速度不可能很大，當(dāng)型坯達(dá)到規(guī)定長度時常因 自重的作用，使其上部接近口模部分壁厚明顯減簿 而下部壁厚明顯增大，而且型坯的上、下部分由于 在空氣中停留時間的差異較大，致使溫度也明顯不 同。用這種壁厚和溫度分布很不均勻的型坯所成型 的吹塑制品，不僅制品壁厚的均一性差，而且內(nèi)應(yīng) 力也比較大。 v對于大型制品，一方面要求快速提供制品所需的熔 體數(shù)量，減少因體積大自重而引起的型坯下墜和縮 徑；另一方面，大型制品冷卻時間長，擠出機(jī)不能 連續(xù)進(jìn)行，從而發(fā)展了帶有貯料缸的機(jī)頭。 擠出擠出- -蓄料蓄料- -壓坯壓坯- -吹塑吹塑 v帶有貯料缸的機(jī)頭。 間斷擠出， 大直徑厚壁型坯，大型容器。 v先將擠出機(jī)塑化

20、的熔體蓄積在一 個料缸內(nèi)，在缸內(nèi)的熔體達(dá)到預(yù) 定量后，用加壓柱塞以很高的速 率使其經(jīng)環(huán)隙口模壓出，成為一 定長度的管狀物。 v目前在這種帶蓄料缸的吹塑機(jī)上 已采用可變環(huán)隙口模和程序控制 器，以實現(xiàn)按預(yù)先設(shè)定的程序自 動控制型坯的軸向壁厚分布，從 而進(jìn)一步提高大型吹塑制品壁厚 的均一性。 6.2.3 中空吹塑工藝過程的控制 v管坯制造過程中的影響因素 v吹塑過程的影響因素 1 1、原料的選擇、原料的選擇 v滿足制品的使用要求滿足制品的使用要求 v相對分子質(zhì)量較高，分子質(zhì)量分布稍寬，有利于相對分子質(zhì)量較高，分子質(zhì)量分布稍寬，有利于 制得高質(zhì)量管坯。制得高質(zhì)量管坯。低熔指利于防管坯下垂，但 不宜過低

21、，否則易發(fā)生不穩(wěn)定流動。 v拉伸粘度隨拉伸應(yīng)力增加而增大的物料有利于吹拉伸粘度隨拉伸應(yīng)力增加而增大的物料有利于吹 塑加工。塑加工。(制品或半成品很少出現(xiàn)應(yīng)力集中或局部強(qiáng)度變 弱的現(xiàn)象，不易產(chǎn)生破裂） 2、管坯（型坯）溫度的控制管坯（型坯）溫度的控制 u 擠出吹塑，管坯在吹脹之前有良好的形狀穩(wěn)定性。管坯在吹脹之前有良好的形狀穩(wěn)定性。 T管坯下垂嚴(yán)重，厚度不均勻 T表面粗糙，塑化不良 u 注射吹塑，型坯溫度過高時，因粘度較低而型坯易變形， 致使型坯在移動過程中，出現(xiàn)厚薄不均，影響吹塑制品質(zhì) 量；溫度太低時，制品內(nèi)部會積存較多的內(nèi)應(yīng)力，在使用 中易產(chǎn)生應(yīng)力破裂。型坯溫度一般控制在材料的Tg-T之間，

22、 靠近Tf一側(cè)。 3、擠出速度 擠出吹塑時，高擠出速度能夠提高產(chǎn)量，減 少型坯下垂，但轉(zhuǎn)速過快易產(chǎn)生不穩(wěn)定流動，螺 桿轉(zhuǎn)速應(yīng)視具體物料而定。 4 4、吹氣壓力、吹氣壓力 吹塑中的壓縮空氣兩個作用： 吹脹和冷卻吹脹和冷卻 取決于半熔融態(tài)型坯的模量，一般為取決于半熔融態(tài)型坯的模量，一般為0.2 0.7MPa 低粘度，小容積或厚壁件宜采用低氣壓； 高粘度，大容積或薄壁件宜采用較高壓力 5 5、吹氣速度、吹氣速度 （鼓氣速率） 為了縮短吹氣時間，利于獲得較均勻厚度為了縮短吹氣時間，利于獲得較均勻厚度 和較好表面的制品，和較好表面的制品，吹氣速度應(yīng)盡量大一些吹氣速度應(yīng)盡量大一些。 但速度過快易產(chǎn)生以下現(xiàn)

23、象：但速度過快易產(chǎn)生以下現(xiàn)象： 在空氣進(jìn)口處造成真空，使這部分的型坯內(nèi)陷， 型坯頸部有可能被高速氣流拉斷。 6 6、吹脹比、吹脹比 制品主體直徑與型坯相應(yīng)部位直徑之比。 通?？刂圃谕ǔ？刂圃?-4倍，吹脹比過大，則制品倍，吹脹比過大，則制品 形狀穩(wěn)定性差，吹脹困難，制品強(qiáng)度和剛度變形狀穩(wěn)定性差，吹脹困難，制品強(qiáng)度和剛度變 低；吹脹比過小則原料消耗大，壁過厚，有效低；吹脹比過小則原料消耗大，壁過厚，有效 容積減小，冷卻時間長。容積減小，冷卻時間長。 7、拉伸溫度和拉伸倍率（注射拉伸吹塑成型） v 拉伸倍數(shù)BR為容器尺寸（直徑和高 度）與型坯尺寸之比，一般取46。 BR=HD/hd v拉伸溫度一般取伸長率較大時的溫度 。各種樹脂的最適宜拉伸溫度有所差 別。 v如PVC和PET的拉伸溫度取值為高于Tg約10 40，即拉伸溫度PET為90110、PVC 為100140； vPP的拉伸溫度比熔點(diǎn)