知识点九 吹塑成型

第三单元塑料的成型与加工知识点九吹塑成型高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)§9.1

概述§9.2

中空吹塑设备§9.3

挤出吹塑工艺§9.4

注射吹塑工艺§9.5

拉伸吹塑工艺§9.6

中空吹塑的发展知识点九吹塑成型9.1概述9.1概述中空吹塑（BlowMolding又称吹塑模塑）是在气体压力的作用下，塑料型坯在闭合模具中被吹胀成中空形状的制品的工艺过程；是制造塑料制品三种最重要的成型方法之一。塑料的中空吹塑借鉴于玻璃容器吹制工艺，起源于20世纪30年代，但直到1979年才获得了广泛的应用。

1、中空吹塑的概念中空吹塑的制品从用途来分，主要包括容器和工业制件两类；

其中容器占80％的份额，但后者增长快速。容器：包装容器（如各类的瓶子）、大容积的储罐/储桶、可折叠的容器等。工业制件：汽车保险杠、油箱、进气歧管、座椅背、漂浮装置、玩具、办公家具等。制品的综合性能好：优良耐环境应力开裂性高、气密性、耐冲击性、耐药品性、韧性、耐挤压性等。适用树脂材料范围广：通用塑料如PE、PVC、PP、PS、EVA等，工程塑料如PET、PC、PA、PPS等。中空吹塑制品的特点：2、中空吹塑的制品容器类的中空吹塑制品

工业制件类的中空吹塑制品

中空吹塑产品高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)问题1：中空吹塑和注塑成型都可以生产塑料容器，如塑料瓶和塑料桶，下面图示的两种制品哪种是注射成型生产的，哪种是中空吹塑成型的？注意点1：中空吹塑和注塑成型两种成型方式在设备、模具、工艺、制品结构特点及性能等方面的异同点。问题2：吹塑的概念除了指本节所述的容器和工业制件的中空制品的成型，也可指塑料薄膜的吹塑成型，薄膜的吹塑一般简称吹膜，吹膜一般不称为中空成型。注意点2：中空吹塑和薄膜吹塑（吹膜）二者在概念、成型设备、工艺、制品结构特点方面的差别。薄膜挤出吹塑工艺示意图挤出吹塑

注射吹塑

拉伸吹塑挤出－拉伸－吹塑（挤拉吹）两个基本工艺阶段：注射－拉伸－吹塑（注拉吹）3、中空吹塑的基本工艺过程和分类

型坯的成型

型坯的吹胀根据型坯的成型方法不同分为：根据型坯在吹胀之前是否受定向拉伸作用分为：其它吹塑

分类：高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)4、中空吹塑成型加工的原理吹胀时利用了聚合物材料的粘弹性特征：聚合物高弹形变的松驰时间具有温度依赖性，当塑料型坯的温度处于Tg～Tf并在Tf附近时，使型坯快速变形，并保持形变，然后在较短时间内冷却到玻璃化温度或结晶温度以下，使成型物的形变被冻结下来主要包括：型坯成型、型坯吹胀及辅助设备三部分9.2吹塑设备

型坯为中空结构。中空结构的型坯有挤出成型和注射成型两种方法一、型坯成型设备1、型坯挤出设备

型坯挤出与塑料管材的挤出相似，设备上主要包括：挤出机、机头和口模两大部分（1）挤出机

①应具有可连续调速的驱动装置，挤出速度稳定，并且挤出速度与最佳吹塑周期协调一致

②螺杆长径比适宜

小：塑化不良，型坯温度不均大：料温和压力波动小，型坯温度和厚度均匀，产品均匀性好③可实现型坯在较低温下的挤出熔体粘度和强度高，可减少型坯下垂，使壁厚均匀；利于缩短成型周期，提高生产效率；但是，低温挤出时，会产生较高的剪切和背压，要求挤出机的传动和止推结构坚固耐用

①机头组成：主要包括多孔板、过渡段、模头体、型芯组件等机头及口模的流道应呈流线型，过渡光滑、无死角、内表面光洁、对物料无滞留。②机头的主要类型

（2）机头和口模

转角机头

直通式机头

带储料缸的机头

其中，转角机头应用最为广泛

A、转角机头

流道内压缩比较大，口模部分定型段较长熔体在流道内易滞留，机头内熔体的性质存在差异B、直通式机头

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

C、带贮料缸的机头

大型中空制品（如啤酒桶、垃圾桶、化工原料桶）在生产时需要大的型坯，而且在吹胀后的冷却定型时间较长为了克服大型坯易下坠和缩径，防止吹胀前温度和壁厚不均，需要快速提供大量的熔体，因而发展带贮料缸的机头

这种机头提高了型坯的成型能力，缩短了成型周期，保证了制品的性能（3）口模直径与芯模外径的确定①根据吹张比确定口模直径选择适合的吹胀比，并考虑挤出膨胀的因素

吹胀比（B）：制品外径与型坯外径之比Dd＝Dmax/B(S＋1）Dd：口模直径Dmax：制品最大外径B：吹胀比，一般取值2～4S：挤出胀大比Pw：型坯切口宽＋2×型坯壁厚

②由型坯切口的宽度来决定口模直径Dd＝2Pw/π(S＋1）③芯模外径：

Dc：芯模外径W：制品质量L：制品长度ρ：树脂密度

总体要求：均匀地挤出所需直径、壁厚、粘度的型坯

间断挤出：如带贮料缸的机头挤出型坯

连续挤出：连续挤出生产型坯，应用于多吹塑工位④挤出型坯方式

2、型坯注射设备

主要包括：注射机和模具两部分注射型坯模由两半模具、芯棒、底板和颈圈等组成。

（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外形和尺寸；

（2）型坯外形和尺寸确定后，设计芯棒的形状

芯棒直径应小于吹塑容器颈部的最小直径；容器制品的最小直径尽可能大些，使吹胀比不致过小，以保证制品质量。在型坯成型后，将型坯送入吹胀模具内，闭合模具，在一定的温度下，吹胀装置将型坯吹胀成模腔所具有的形状，并经冷却而定型

（3）芯棒的作用充当阳模，成型型坯在一步法注射－拉伸工艺中，还有以下功能

○输送型坯到吹塑模具

○对型坯加热、保温，并吹气通道

1、吹气机构

吹胀装置主要包括吹气机构、模具及其冷却系统、排气系统等部分。二、吹胀装置

（1）顶吹法

模具顶部（即瓶口）朝上，型坯底部被夹住而顶部开口；成型瓶口的型芯直接进入顶部开口的型坯内，确定颈部内径，压缩空气由型芯内通道进入模腔而吹胀型坯。1、吹气机构

吹胀装置主要包括吹气机构、模具及其冷却系统、排气系统等部分。二、吹胀装置

顶吹法优点：其结构比较简单；中空制品的瓶底较厚，保证了瓶的具有较高强度；瓶口的定位较准确，保证了瓶口的质量；在模具内部装入型坯切割器，可吹塑无颈制品；应用最为广泛。顶吹法缺点：瓶底的熔接强度不太好；如果是单工位的吹塑，压缩空气从机头型芯通过，影响机头温度，而且不合适带储料缸的机头，因此不适合大型容器的吹胀；（2）底吹法

模具顶部（即瓶口）朝下，挤出的型坯落到模具底部的型芯上，型坯上部被夹住而底部开口；压缩空气由位于底部的型芯内通道进入模腔而吹胀型坯。特点：可吹塑颈部开口偏离制品中心线的大型容器；可吹塑有异形开口或多个开口的容器；容器的底部熔接强度高缺点：进气口选在型坯温度最低的部位，制品形状复杂时，可能会吹胀不充分高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)（3）针吹法

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制品颈部有一伸长部分，以便吹针插入结构复杂，应用很少高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)瓶颈、瓶体和瓶口分三块组成；由两半模组成，并设有冷却通道和排气系统。2、吹胀模具

（1）吹塑模结构示例高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)注射型坯；移入吹胀模吹塑成型，瓶口部不再吹胀。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)要有适当均匀的吹胀比，制品各部位吹胀比不可过分悬殊；能有效地夹断型坯，夹断处的接合缝要有足够的强度；能有效地排气，保证型坯迅速吹胀；能快速均匀地冷却，提高成型效率，减少温差内应力。（2）对吹胀模具的要求

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)（3）模具材质选材：吹塑模承受的载荷较小，模具材料可选择导热性好的材料，以缩短冷却时间；常用的有铝合金、铜合金和锌合金、钢。特点：铍铜合金成本最高，其次是铝合金和锌合金；铍铜合金耐蚀性高，热处理硬度可达HRC40；锌基合金可成型大型复杂件，但模具硬度低，切口要用镶块增强。挤出吹塑：有大量余料要切除，要求切刀部分强度高、使用寿命长，常用钢模或用钢镶块嵌入结构。注射吹塑：型坯无余料，模具不需设余料切除结构，模具材料通常选导热性好的铝合金、铍铜合金或锌合金。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)模具冷却效果良否直接影响瓶的表面质量，并影响生产效率，若冷却不均，制品表面光泽会有明显的差异，影响外观①机械加工循环水道方式：适用于具有平面形表面的制品冷却。（4）冷却系统高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)②铸造水道方式：力求型腔壁厚均匀，否则冷却效果不好，影响产品质量。③喷淋冷却方法：在模体背面铸出冷却室，用铜管制成喷淋管通水冷却；适用于大型模具，可节约水量，可控制冷却程度（由孔位和孔径来调节）。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)冷却水道尺寸：孔径一般为10~15mm；孔间距3~5倍孔径，约30~50mm；孔壁与模壁间距1~2倍孔径。冷却水温在5～15℃为宜。可分段冷却，以加快冷却。吹塑模冷却方法：除常见冷却水冷却外，还有热管冷却；（在密闭管道内充入易挥发液体，就会将热端热量快速传递到冷端）液氮或液体二氧化碳内冷却；冷冻空气膨胀吸热内冷却；冷冻空气/水混合介质内冷却；

……高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)（5）排气系统吹塑模排气量大，成型压力又小，应开设足够的排气通道使制品壁快速地紧贴于模壁上，完整成型。①分型面排气：它是吹塑模的主要排气通道，排气槽深0.05mm，宽5~25mm。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)②型腔壁面排气：通过开设排气孔、排气缝或安装排气嵌件来排气，位置多开在瓶底转角处或模具死角处。排气孔直径：φ0.1~0.3mm；排气孔大小与材质和制品壁厚有关，硬材料、厚壁件可大些；孔深：0.5~1.5mm；排气嵌件间隙：0.1~0.2mm；嵌入多孔性排气塞。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)3、辅助装置主要包括型坯厚度和长度控制装置，及切断装置

（1）型坯厚度控制装置

离模膨胀、自重下垂会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；③改变型坯牵引速度；④预吹塑法，进入吹塑模具之前吹入空气，控制有底型坯的壁厚；

⑤型坯厚度的程序控制：通过程序改变口模环形间隙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。

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)（2）型坯长度控制装置

型坯长度影响吹塑制品的质量和切除尾料（飞边）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

转速的快慢，加料量的波动，温度、电压的变化，操作变更等因素均会影响型坯长度

采用光电检测与控制系统（3）型坯切断装置

不同的塑料品种有不同的切断装置主要有两种切断装置：模具上的镶块刀，独立的刀

切料口：平刃、三角形刀刃、发热丝刀。

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)9.3挤出吹塑工艺一、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、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。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)二、挤出吹塑工艺因素

1、型坯温度和挤出速度

（1）型坯温度

影响制品的表观质量，纵向壁厚均匀性和生产效率；

应保持熔体温度的均匀性，型坯温度不均匀会造成型坯上卷现象，卷曲的方向偏于厚度较小一边。

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。

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)型坯温度过低，出口膨胀严重，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。

一般型坯温度控制在塑料的Tg～Tf(或Tm)之间，并接近于Tf。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，并延长了冷却时间，甚至丧失熔体强度，难以成型。

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)2、吹气压力和充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于模腔壁；同时压缩空气也具有的冷却作用（1）吹气压力的大小与塑料的种类、型坯温度、型坯的强度、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）充气速率指充入空气的容积流率。充气速率大，可缩短型坯的吹胀时间，使制品厚度均匀，表面质量好。

但充气速率大，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。

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)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。

型坯的尺寸和质量一定时，型坯的吹胀比愈大则制品的外形尺寸就愈大。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，制品冷却时间延长吹胀比一般为2～4。根据塑料的品种、特性、制品的形状尺寸和型坯的尺寸确定。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)4、模具温度影响制品的外观和质量，一般应低于材料的软化温度40℃左右，通常在20～50℃之间，但应根据原材料、制品的薄厚、吹塑工艺而定；如小型制品模具温度较低；模具温度应保持均匀分布，以保证制品的均匀冷却。

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)冷却速度取决于多种因素：冷却方式、冷却介质的选择、冷却时间、型坯的温度和厚度。影响制品的外观质量、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，透明度降低，生产周期延长，降低生产效率。

原则上应保证制品充分冷却基础上，提高冷却速率。

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

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)9.4注射吹塑工艺

一、注塑吹塑生产工艺过程生产中空容器的两步式的成型方法。

适宜生产批量比较大的小型精致容器和广口容器，制品最大容积一般小于4L。

合适的原材料有很多种：PP、PE、PET、PS、SAN、PVC、PC等。

型坯是在注射模具中成型制品是在吹塑模具中成型高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)二、注射吹塑设备及一步法和两步法高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)三、注射吹塑工艺因素

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

熔融粘度应受剪切速率和加工温度影响小。

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)四、挤出吹塑和注射吹塑的比较

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)9.5拉伸吹塑工艺拉伸吹塑：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

纵向拉伸

吹胀（横向拉伸）

非结晶性的热塑性塑料：在高弹态下进行拉伸；部分结晶的热塑性塑料：Tm以下较窄范围内进行。

拉伸吹塑是使大分子定向排列，从而提高制品的物理力学性能，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，能获得薄壁高强度容器，成型PET瓶具有良好的阻渗性和透明性。拉伸吹塑工艺：分为注拉吹和挤拉吹两大类；高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)一、拉伸吹塑工艺分类

1、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。2、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。

型坯可由挤出或注射成型得到，但绝大部分为注射成型高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)注射-拉伸、吹塑二步法成型注射拉伸吹塑设备与模具注射-拉伸-吹塑一步法成型高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)二、拉伸吹塑工艺过程特点是：将型坯温度控制在低于熔点的温度以下，并利用双向拉伸的原理来改善制品的性能。1．挤出型坯拉伸吹塑工艺过程①热坯法挤出-拉伸-吹塑高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)②冷坯法挤出-拉伸-吹塑先将塑料挤成管材，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，并使型坯沿轴向拉伸1.0～1.3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，如容量为1L的瓶子。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)2．注射型坯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)，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。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)可装多个模腔(2～8个)同时进行拉伸和吹胀成型，生产能力每小时可达到250～2400只(如容量为340～1800g饮料瓶)。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)三、拉伸吹塑工艺因素

1、原料的选择

一般来讲，热塑性塑料都能进行拉伸吹塑。2、拉伸吹塑工艺控制（1）型坯的再加热再加热使瓶坯侧壁温度达到热塑性范围，以进行拉伸吹塑，加热应平稳，并保证温度分布的平衡；（2）拉伸吹塑影响因素：拉伸比、拉伸速率、吹塑空气的压力和吹气速率、冷却速度如：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。

高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)9.6中空吹塑的发展1、共挤出吹塑和共注塑吹塑模具共挤和共注目的：获得由不同塑料组成的多层型坯，以便吹塑成型多层结构的容器。多层吹塑的优点：（1）降低容器的渗透性：常用吹塑料PE、PP等的防渗能力不强，氧气、二氧化碳、水蒸气及各种香精等有机化学物质极易透过容器壁；而聚偏氯乙烯、尼龙等防渗能力强，但不易单独吹塑，将二者结合可大大提高容器的阻隔性能。为改进基体层（A）和阻渗层（C）之间的结合能力，常在二者间再加粘合层（B），形成三层共挤结构（A-B-C）；为降低挤出难度往往使壁的最内层和最外层由同种塑料构成（即对称结构），则形成五层共挤结构（A-B-C-B-A）。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)（2）改进容器耐热性：基体层+耐热聚合物层复合；如饮品热灌装（90℃以下），或蒸煮、消毒（125℃）；耐热聚合物常见有PC、PA、PP、聚芳酯等。（3）改进外观或印刷性：PA或PS表面光泽好，聚烯烃印刷性差，二者复合可改善印刷性。（4）改进着色装饰性：外表覆一薄层着色料能降低着色成本；或把深色遮光层与基体层复合，起蔽光作用；或芯层用回收料以降低成本。（5）发泡吹塑：将发泡层做为芯层，可提高制品刚性、隔音、隔热、减振性和柔软性，以及一定的装饰性。共挤或共注吹塑模具结构与前述吹塑模结构相同。高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)（a）模具结构（b）型坯端部夹紧（c）型坯预吹塑（d）型芯前进，型腔四壁合拢2、双层壁制品吹塑高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)（e）型芯、型腔运动到位（f）模具完全闭合，气针吹胀制品（g）开模取件双层壁深拉制品吹塑过程（拉伸比0.7）2、双层壁制品吹塑高分子材料专业高分子成型加工技术Ⅰ(塑料)常规双壁吹塑制品最大拉伸深度应小于制品长度的30%，否则底部