中空吹塑成型制備聚乙烯瓶實驗報告

、目的要求1、 理解中空的成型工藝原理和過程，掌握中空制瓶的實驗技能;2、 了解聚合物吹塑成型實際應用意義；3、 了解拉吹塑成型工藝條件與制品質(zhì)量的關系。二、實驗原理中空吹塑是塑料的主要成型方法之一，中空吹塑成型是借助于氣體的壓力，把在閉合模具中呈熱融狀態(tài)的塑料型坯吹脹形成空心制品的工藝技術。根據(jù)型坯的生產(chǎn)特征不同，可以分為：擠出型坯一擠出吹塑和注射型坯一注射吹塑兩種，前者是用擠出機制造管狀型坯，并把它置于開啟的兩瓣模具之間，然后閉合模具，封閉型坯的上端及底部，通入壓縮空氣吹脹型坯，使其緊貼模腔，經(jīng)冷卻后開模即可獲得中空制品；后者則是用注射機先在模具內(nèi)注射有底的型坯，然后開模將型坯移至吹塑模內(nèi)，進行吹塑成型，冷卻開模脫出制品。在工業(yè)生產(chǎn)和日用生活中所使用的許多塑料容器和中空制品，都可用中空吹塑方法制造，如貯存酸、堿的大容器，各種各樣的塑料瓶和大量用于農(nóng)業(yè)、食品、飲料、化妝品、藥品、洗滌產(chǎn)品的貯存容器以及兒童玩具等。進入20世紀80年代，由于吹塑工業(yè)水平的提高，其制品應用領域已擴展到形狀復雜、功能獨特的辦公用品、家用電器、家具、文化娛樂用品及汽車工業(yè)零部件，如汽油箱、燃料油管等，具有更高的技術含量和功能性，可以中空吹塑的塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯一醋酸乙烯共聚物、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯、聚酰胺等，凡熔體指數(shù)為0.04?1.12(g/10min)范圍內(nèi)的塑料都是比較優(yōu)良的中空吹塑材料，其中以聚乙烯使用得最廣泛。聚乙烯大多用于制造包裝藥品的各種容器。低密度聚乙烯主要用作食品包裝容器，高密度聚乙烯混合料用于制造各種商品容器，聚氯乙烯塑料因透明度和氣密性都較好，人們用無毒聚氯乙烯中空制品作食品包裝，如包裝食用油、礦泉水和其它軟飲料；聚丙烯因其氣密性、耐沖擊強度都較聚氯乙烯和聚乙烯差，作為中空吹塑制品用量有限，自從采用雙向拉伸吹塑工藝后，聚丙烯的透明度和強度均有很大提高，宜于制作薄壁瓶子，多用于洗滌劑、藥品和化妝品的包裝容器;而聚對苯二甲酸乙二醇酯因透明性好、韌性高、氣密性好、無毒大量用于飲料瓶等。近年來，已有些國家正研究開發(fā)用改性聚丙烯或聚酯經(jīng)中空吹塑法生產(chǎn)啤酒瓶以代替玻璃瓶，這不僅有效地保障了人身安全，而且啤酒瓶及容器為中空吹塑提供了廣闊的市場。擠出吹塑主要設備如圖46-1所示，由1擠出機和環(huán)形機頭，2中空吹塑模具和3中空吹塑機組成。圖Q中空吹塑機組擠出吹塑成型條件的控制擠出吹塑工藝包括擠出管坯的溫度和擠出速度、吹氣壓力和鼓氣速度、吹脹比、模具溫度和冷卻時間等。a.管坯溫度和擠出速度擠出管坯時，首先熔體溫度應均勻。溫度的選擇不能偏高，也不能太低。如果溫度過高，不僅冷卻時間增長，而且懸掛于?？诘墓芘鲿蜃灾囟鴩乐叵麓?，引起管坯縱向厚度不均，嚴重時甚至會喪失熔體強度，難以成型。但熔體溫度亦不能過低，由于聚合物的彈性效應，使出口膨脹嚴重，管坯長度收縮，壁厚增大，制品表面不光亮，內(nèi)應力增加導致表面粗糙，強度下降。另外，在擠出管坯時，必須控制模芯與口模溫度一致，以防止管坯卷曲。對于加工溫度和螺桿轉(zhuǎn)速的選擇，應遵循這樣一個原則，在既能夠擠出光滑而均勻的管坯、又不會使擠出傳動系統(tǒng)超負荷的前提下，盡可能采用較低的加工溫度和較快的螺桿轉(zhuǎn)速，這對于加工那些溫敏性的塑料和長度較大的中空制品來說，尤為重要。否則，型坯的粘度低，擠出速度又慢，由于塑料自重作用而引起的管坯下垂，將會造成壁厚相差懸殊，甚至無法成型。b.吹氣壓力和鼓氣速率管坯的吹脹是利用壓縮空氣的壓力作用在管坯上而產(chǎn)生的。吹塑過程中應有足夠的空氣壓力，才能使管坯吹脹并緊貼模壁，從而獲得清晰的圖案花紋。此外，壓縮空氣也起到冷卻作用。由于塑料種類和管坯溫度不同，熔體的粘度大小不同，為了達到吹脹的要求，所需氣體壓力也不同，很明顯，熔體粘度大的塑料所需空氣壓力比粘度小的高。同時，吹氣壓力的大小還與管坯的壁厚、制品的容積大小有關，對厚壁小容積制品可采用較低的吹氣壓力，控制管坯的長度。通過光電管檢測擠出管坯長度與設定長度之間的變化，將訊號反饋給控制系統(tǒng)微調(diào)螺桿轉(zhuǎn)速，對管坯長度進行補償，并減少外界因素對管坯長度的影響。三．設備儀器和原料設備儀器1.SJ—45單螺桿擠出機主要技術參數(shù):螺桿直徑(D)螺桿直徑(D)螺桿長徑比(L/D)螺桿轉(zhuǎn)速(n)生產(chǎn)能力(Q)驅(qū)動電機(直流)機筒加熱(四段電阻加熱器)環(huán)形機頭出口直徑30mm洗發(fā)水瓶中空模具4.中空輔機5.空壓機0.8MPa/0.6m3原料：LDPE(1I2A)45mm3012~120r/min(LDPE)5-30kg/h8kW1500r/min每段2kW，共8kW口模間隙2..5mm四實驗內(nèi)容溫度控制,按照擠出機的操作規(guī)程接通控制柜電源，設定各區(qū)溫度，開啟加熱開關。檢查加熱電流是否正常，進行加熱。溫度設定為一區(qū)：130-140°C,二區(qū)：150-160°C,三區(qū)；160-170°C,機頭：150-160°Co當機器加熱到預定值時，恒溫30分鐘方可開機。啟動直流電動機，緩緩將螺桿的轉(zhuǎn)速調(diào)速到20轉(zhuǎn)/min。在慢速下加入少量LDPE樹脂，同時注意電機電流表、機頭壓力表和扭矩值是否在規(guī)定的范圍。待熔體擠出成管坯后再加入大量的LDPE粒子，觀察壁厚是否均勻，調(diào)節(jié)口模間隙使沿管坯圓周上的擠出速度相同盡量使管膜厚度均勻。將將螺桿的轉(zhuǎn)速調(diào)速到50轉(zhuǎn)/min啟動輔機，擠出吹塑的操作過程如下：擠出管坯：檢查物料塑化成熔融均勻的狀態(tài)，再開始實驗。管坯入模：當管坯達到預定長度時，迅速閉合模具，夾住管坯，并切斷；管坯吹脹:從氣嘴通入壓縮空氣，尚處于可塑狀態(tài)的管坯被吹脹而緊貼于模腔壁形成制品;冷卻定型：在保持空氣壓力下進行冷卻定型；開模取出制品，切除尾料，對制品進行修邊、整飾。注意事項：⑴操作時嚴防金屬雜質(zhì)和小工具落入擠出機筒內(nèi)。操作時要帶手套。⑵清理擠出機，口模和模具時只能用銅刀、棒或壓縮空氣，切忌損傷螺軒和口模的光潔表面。(3)操作吹塑輔機時應十分小心，最好一個人操作，以防合模時夾傷。性能測試制樣，拉伸性能測試五、實驗記錄和結(jié)果分析實驗分AB兩組進行：A組：50r/min,周期25sB組：55r/min，周期23s(1)機器溫度：加料段熔融段均化段擠出機頭1】模模貝實際16022()2372.17i殳主160220230237237237(2)厚度測試:

標記區(qū)①(；!；)②⑷③【G平均組 別標 號測試區(qū)A<50r/mirL)①上0.8000丹00.7^0.793下O.S770.S2?0.K65②上0.8220.9240.8SI0.876下08590.81()0,347上0.7780.BA20.74S0,7760.8620.7330.799.1-0.7980.S220加0.80]下0,8000.7-83O.82Z0.K02上0.8120.8380.8010.817T0.7410.7740.-774B(55r/min)①上0,7770.8120,7900,7930.7950.77?0.7500,774②I-.0.8120.8210.8510.8280.782CJ.7750.7540.770?上0.7410.8C30.7740,773T0.7600.8040.7750.780④上0.72^(L潮0.7010.735-0,7^70.7940,7IZ0,7581:0.8S00.8230.7^20.822b'0.7730.B030.758U.778匕端厚度(mm)下端厚度(mm)A(SOrr'min)0.812O.S17B(55r/min)0,7910.772實驗結(jié)果：較高轉(zhuǎn)速下的制品的厚度整體上比較低轉(zhuǎn)速下的制品的薄同一組制品上下端的厚度不均一，且上端厚度比下端厚度大。制品薄厚不均與樹脂本身的性質(zhì)、模具結(jié)構(gòu)、成型工藝條件和實驗者的操作等因素有關。(3)拉伸測試：根據(jù)標準采取II型試樣

名稱」尺寸巳公等V■+名稱"尺寸d公■琴?總長（豪小1￡11S-—?J(4頭—d夾具間拒氏"±pg中間平行部分貫度』±04中間平行丄部分長丿黃縊±2.2小半徑d心±1.3Cm3按距i或有效部分2±1.3大半徑』±2.CU-端部寬債?25^+1.2?心拉伸速率選擇G,即100mm/minA組（50r/min）優(yōu)選用度h□M窄部分寬度blCFy斷裂力斷裂伸氏率L擔忡強度uM[1IJ)1mmN%MPa第1根0.846.L5J12JD913.2621.7j第2根0.846J5^77920/72l&幽第3根0.B46.1541J5445.22153K第4根0.84 16A514679P793.71 128Jj第?根0.R4 :6,1?RL831 444,64 :2234優(yōu)選厚度hoM窄部分寬度b1uy斷裂力斷裂伸長率I.拉伸強度療、IminmmN%第召根(),闌6.1557.40648.66j2u22第7根0.846,15103.24—57D.1S19.94第?根(XH41239123.93第9根O.S46.15121.67802.0423.50第ID根O.N4ft.1.5126IK769.5丨2437根據(jù)拉伸實驗結(jié)果可知：B組整體斷裂力、斷裂伸長率和拉伸強度均要大，說明較高螺桿轉(zhuǎn)速55r/min）下吹塑的制品的拉伸性能較之較低螺桿轉(zhuǎn)速（50r/min）要好?？赡苁禽^高轉(zhuǎn)速下物料熔融塑化均勻，使制品的力學性能獲得了一定程度的改善。1）造成生產(chǎn)出來的產(chǎn)品厚度不均一，透明度不好的原因主要有：擠坯機頭和吹塑模具本身的問題使機頭擠出來的原料本身厚度就不均一，擠坯機頭通常是直角結(jié)構(gòu)，機頭、口模的間隙和形狀直接影響著吹塑制品壁厚均一性；型坯溫度影響到材料的粘彈性。溫度太高，熔體強度低，易發(fā)生型坯切口處料絲牽掛、型坯打褶、下垂嚴重以及模具夾持口不能迫使足夠量的熔料進入拼縫線內(nèi)，造成底薄、拼線處強度不足和冷卻時間增長等弊病。溫度過低，熔料的“模口膨脹”會變得更嚴重，使其更不均勻，模面不清晰；吹塑的空氣壓力和容積速率也是其影響因素。壓縮空氣不僅對熔融型坯施壓吹脹，同時還起到冷卻作用。而空氣容積速率則應該盡量大一些，以縮短吹塑時間，有利于制品獲得較均勻的厚度和較好的表面質(zhì)量。但是，充氣的線速度過大也是不利的，會造成部分型坯內(nèi)陷，影響制品外觀質(zhì)量，嚴重情況下，會把型坯從口模處沖斷，造成不能吹脹成型。2）根據(jù)工藝流程，擠出吹塑過程的影響因素原材料熔體指數(shù)：低熔指利于防止管坯下垂，但不宜過低，否則易發(fā)生不穩(wěn)定流動。分子量分布：分子量分布寬有利于制得高質(zhì)量管坯。拉伸粘度：拉伸粘度隨拉伸應力增加而增大的物料有利于吹塑加工。溫度溫度越高型坯下垂嚴重，越低表面粗糙，塑化不良，冷卻過快螺桿轉(zhuǎn)速高的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)速應視具體物料而定口?？谀５拈g隙和形狀直接影響著吹塑制品壁厚的均勻性口模表面光潔度很重要吹氣壓力吹塑中的壓縮空氣有兩個作用，吹脹和冷卻。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吹氣速度為了縮短吹氣時間，以利于制品獲得較均勻厚度和較好的表面，充氣速度應盡量大一些，但速度過快易產(chǎn)生以下現(xiàn)象：①在空氣進口處造成真空，使這部分的型坯內(nèi)陷，而當型坯完全吹脹時，內(nèi)陷部分會形成橫隔膜片；②口模部分的型坯有可能被極快的氣流拉斷。模具模具排氣不良，夾氣將障礙塑料型坯貼緊冷模壁，不僅冷卻時間拉長且影響塑料的均勻固化，導致制品表現(xiàn)尤其是凹腔、波溝、轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生桔皮狀斑點或局部變薄等缺陷，甚至在合模時出現(xiàn)模內(nèi)受壓空氣膨脹，發(fā)生制品炸裂的異常現(xiàn)象。在模具設計中除分型線構(gòu)成空氣逸出的正常渠道外，其強化排氣措施是在模腔表現(xiàn)開幾條線槽，槽深以確保制品表面不受干狀、不留痕跡為限3） 原料PE（密度、熔體流動速度和結(jié)晶度）與擠出工藝條件的關系：PE的密度過大不易成型，密度過小強度不夠；熔