塑料成型工艺6二次成型

第六章

二次成型

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中空吹塑成型：将挤出或注射成型所得的半熔融态管坯（或型坯）置于模具中，然后闭合模具，在管坯中通入压缩空气将其吹胀，使之紧贴于模腔壁上，再经冷却脱模，得到一定形态中空制品的一种加工方法。二次成型二次成型定义：在一定条件下，将一次成型所得的高分子材料型材（型坯）再次成型加工，以获得制品的最终型样的技术。薄膜的双向拉伸中空吹塑成型热成型合成纤维的拉伸

二次成型特点（与一次成型比较）在低于聚合物流动温度（或熔融温度）的半熔融类橡胶态下成型。通过粘弹形变来实现材料型坯的再成型。仅适用于热塑性塑料。塑料物理状态：玻璃态高弹态粘流态Tg～Tf（Tm），高弹态，适于热塑性塑料的二次成型加工。在类橡胶态下，聚合物的模量高，外力作用下，形变值大；外力消除后，恢复形变的能力较强。产生不可逆的形变，须较大的外力作用。玻璃化温度Tg是塑料成型加工的下限

二次成型是相对于一次成型而言的。有些高分子材料制品由于技术上和经济上的原因，不能够或不适于经过一次成型即取得制品的最终形状，因而需要以一次成型技术的产物为对象，经过再次成型来获得最终制品。二次成型技术与一次成型技术相比，除成型对象不同外，二者的主要区别在于：一次成型是通过材料的流动或塑性形变而成型，成型过程中伴随着聚合物的状态或相态转变，而二次成型是在低子聚合物流动温度或熔融温度的“半熔融”类橡胶态下进行的，一般是通过粘弹形变来实现材料型材或坯件的再成型。在高分子材料中，橡胶和热固性塑料经一次成型以后，发生了交联反应，其分子结构变成网状或体型结构，遇热不再熔融，也不溶于溶剂。如果加热温度过高，只能炭化。因此，橡胶和热固性塑料是不适于二次成型的。热塑性塑料在一定温度下可以软化、熔融流动，冷却后获得一定的形状，其分子结构没有变化，再加热又可再软化乃至熔融流动，所以二次成型仅适用于热塑性塑料。6.1二次成型原理一、聚合物的物理状态聚合物在不同温度下分别表现为玻璃态(或结晶态)、高弹态和粘流态。非晶型在Tg以上呈类橡胶状，显示出橡胶高弹性，在Tf以上呈粘性液体状；部分结晶型在Tg以下呈硬性结晶状，在Tg以上呈韧性结晶状，在接近Tm转变为具有高弹性的类橡胶状，高于Tm则呈粘性液体状。在TgTf(m)间，聚合物既表现液体性质又显示固体性质。塑料的二次成型加工在类橡胶态下进行，在成型过程中既具有粘性又具有弹性，在类橡胶态下，聚合物模量要比玻璃态下时低，形变值大，但由于有弹性性质，聚合物仍具有抵抗形变和恢复形变的能力，要产生不可逆形变必须有较大外力作用。

由于聚合物长链结构及分子链的柔顺性，一般情况下，如将其置于一定温度下，从受外力作用开始，大分子的形变经历一系列中间状态才过渡到与外力相适应的平衡状态，其形变随时间的变化为一个松驰过程：

二、聚合物粘弹性形变聚合物的粘弹性总形变

=普弹形变+推迟高弹形变

+粘性形变粘弹性总形变

=普弹形变+推迟高弹形变

+粘性形变试样受外力，时间t1时，产生普弹形变，ab段，变形量很小。原因：外力使大分子键长、键角或晶体中处于平衡状态的粒子间发生形变和位移；当时间t2-t1时，发生高弹形变和粘性形变，bc段。高弹形变是由于外力作用时间较长，大分子链段发生形变和位移，rH较大，可逆；粘性形变为沿外力作用方向发生大分子链之间的解缠和相对滑移，形变值大，不可逆，宏观流动。聚合物的粘弹性总形变

=普弹形变+推迟高弹形变

+粘性形变外力解除，试样回复。普弹形变马上回复，cd段；经一段时间，高弹形变完全恢复，de段；而粘性形变作为永久变形存在。聚合物的粘弹性总形变=普弹形变+推迟高弹形变

+粘性形变加工温度＞Tf(m），粘流态，不可逆粘流形变为主，制品稳定性高。Tg＜加工温度＜

Tf(m），高弹态，弹性形变增加，为主，可逆形变。

增加作用力或作用时间，则粘性形变迅速增加，实质是高弹态下大分子的强制性流动。

聚合物的粘弹性总形变=普弹形变+

推迟高弹形变

+粘性形变

Tg比室温高得多的聚合物，在Tg~Tf间，受热软化，受外力时产生形变，此时普弹形变很小，可忽略；因粘性很大，粘性形变可忽略；由此，形变主要是高弹形变，由于大分子链段形变和位移的贡献，具有可逆性。二次成型过程中，聚合物的形变主要是高弹形变。受外力，聚合物产生形变，保持在t=t1时，形变近似r∞若时间t1时，除去外力，则经过一段时间，形变回复，可逆性，曲线b，温度>Tg。若形变至r∞后，快速冷却，则形变冻结在r∞，形状固定,曲线c。温度=室温<<Tg高弹形变——松弛过程

利用聚合物推迟高弹形变松驰时间的温度依赖性，在Tg～Tf间，将聚合物半成品（管坯、片材等）加热，使之产生变形并成型为一定形状，在较短时间内冷却到接近室温，使形变冻结并固定形状，而得到制品。二次成型原理对于部分结晶的聚合物形变过程则是在接近熔点Tm的温度下进行，此时粘度很大，成型形变情况与上述无定形聚合物一样，但其后的冷却定型与无定形聚合物有本质的区别。结晶聚合物在冷却定型过程中会产生结晶，分子链本身因成为结晶结构的一部分或与结晶区域相联系而被固定，不可能产生弹性回复，从而达到定型的目的。二次成型条件成型温度：能产生形变，且伸长率最

大的温度为宜。无定形聚合物：成型温度略高Tg

PVC

Tg83℃成型温度92～94℃

PMMA

105℃

118℃PETTg69℃成型温度100℃

Tm

270～290℃

二次成型条件二次成型产生的形变具有回复性，实际获得的有效形变(即残余形变)与成型条件有关。模具温度↓，可回复形变↓，有效形变↑，所以模具温度＜Tg最好。成型温度高，可获得形状稳定性较好的制品，且具有较强的抵抗热弹性回复的能力。因为随成型温度升高，材料的弹性形变成分减少，当承受相同的收缩温度时，成型温度高的制品比成型温度低的制品具有更高的残余形变。模具温度（冻结温度）6.2中空吹塑成型

将挤出或注射成型所得的类橡胶态的型坯置于模具中，然后闭合模具，在型坯中通入压缩空气将其吹胀，使之紧贴于模腔壁，再经冷却脱模，得到一定形态中空制品。吹塑制品的应用适用塑料：PE、PP、PVC、PET、PA、PC等。吹塑制品的要求：耐环境应力开裂、抗冲击性、阻透性、耐化学药品性、抗静电性、耐挤压性注射吹塑挤出吹塑型坯制备不同多层吹塑注射吹塑挤出吹塑拉伸吹塑液体、固体的包装容器（空心塑料制品）成型方法不同6.2.1注射吹塑注射吹塑是用注射成型法先将塑料制成有底型坯，再把型坯移入吹塑模内进行吹塑成型。一、无拉伸注坯吹塑

通过注射成型，在芯棒上形成型坯，（棒一端可通气，另一端有微孔）。然后将热型坯置于吹塑模具内，吹入压缩空气，型坯胀大,脱离芯棒，贴于模壁上成型和冷却。

两个阶段生产批量大的小型精制容器和广口容器型坯的注射成型

①一步法：注射形成带芯棒型坯——芯棒连同半熔融状态型坯迅速被送到吹塑模具中，经芯棒吹入压缩空气，型坯被吹胀至模腔的形状，在模具内冷却后打开模具，取出制品。②两步法：型坯的注射与吹塑分开进行注坯吹塑技术的优点：制品壁厚均匀，不需要后加工；注射制得的型坯能全部进入吹塑模内吹胀，故所得中空制品无接缝，废边废料少；对塑料品种的适应范围较宽，一些难于用挤坯吹塑成型的塑料品种可用于注坯吹塑成型。注坯吹塑技术缺点：成型需要注塑和吹塑两套模具，设备投资较大；注塑所得型坯温度较高，吹胀物需较长的冷却时间，成型周期较长；注塑所得型坯的内应力较大，生产形状复杂、尺寸较大制品时易出现应力开裂现象，因此生产容器的形状和尺寸受限。二、注坯-拉伸-吹塑

型坯吹塑前,于Tg-Tf间，用机械方法使型坯先纵向拉伸，继而吹塑，型坯径向尺寸增大，得到横向拉伸，后快速冷却至Tg以下。

双向拉伸

注拉吹制品的透明度、冲击强度、表面硬度和刚度都能有较大的提高，如：用无拉伸注坯吹塑技术制得的聚丙烯中空制品的透明度不如硬质聚氯乙烯吹塑制品，冲击强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冲击强度分别达到硬质聚氯乙烯制品和聚乙烯制品的水平，而且杨氏模量、拉伸强度和热变形温度等均有明显提高。制造同样容量的中空制品，注坯拉伸吹塑可以比无拉伸注坯吹塑制品壁更薄，因而可节约成型物料50%左右。6.2.2挤出吹塑

热塑性塑料的粒料（或粉料）经过挤出机塑化后，通过特定的模头，制备成热熔融状的管状型坯，然后进行吹塑。一、单层直接挤坯吹塑①挤出管坯：挤出机中，塑料塑化，机头挤出管坯；②管坯入模：管坯垂挂在机头正下方的型腔中；达预定长度，合模，夹住管坯，吹管插入管坯一端，管坯另一端被切断；

③管坯吹胀：气嘴通压缩空气，可塑状态的管坯被吹胀，紧贴模腔壁，形成制品；④冷却定型：保持空气压力，冷却定型；⑤制品取出、修饰：开模取出制品，切除余料，修边整饰。挤出吹塑工艺过程二、多层共挤出吹塑用两台以上的挤出机将不同塑料在不同挤出机内熔融后，在同一个机头内复合、挤出，然后吹塑制造多层中空制品的。多层吹塑中空制品可满足日益增长的化妆品、药品和食品等对塑料包装容器阻透性的更高要求。例如，外层树脂为提供良好的刚性、阻燃性和耐候性的聚氯乙烯，而内层为具有优异的耐化学药品性的聚乙烯的双层结构吹塑瓶。多层吹塑容器所用物料的种类和必要的层、数，应根据使用的具体要求确定。多层共挤出吹塑技术关键

#机头#各层塑料间相互熔合和粘结制品层数愈多，型坯的成型愈加困难。三、挤出-蓄料-压坯-吹塑

制造大型中空制品时，由于挤出机直接挤出管状型坯的速度不可能很大，当型坯达到规定长度时常因自重的作用，使其上部接近口模部分壁厚明显减簿而下部壁厚明显增大，而且型坯的上、下部分由于在空气中停留时间的差异较大，致使温度也明显不同。用这种壁厚和温度分布很不均匀的型坯所成型的吹塑制品，不仅制品壁厚的均一性差，而且内应力也比较大。对于大型制品，一方面要求快速提供制品所需的熔体数量，减少因体积大自重而引起的型坯下坠和缩径；另一方面，大型制品冷却时间长，挤出机不能连续进行，从而发展了带有贮料缸的机头。

挤出-蓄料-压坯-吹塑

带有贮料缸的机头。

间断挤出，大直径厚壁型坯，大型容器。

先将挤出机塑化的熔体蓄积在一个料缸内，在缸内的熔体达到预定量后，用加压柱塞以很高的速率使其经环隙口模压出，成为一定长度的管状物。目前在这种带蓄料缸的吹塑机上已采用可变环隙口模和程序控制器，以实现按预先设定的程序自动控制型坯的轴向壁厚分布，从而进一步提高大型吹塑制品壁厚的均一性。6.2.3中空吹塑工艺过程的控制

管坯制造过程中的影响因素吹塑过程的影响因素

1、原料的选择

①满足制品的使用要求②相对分子质量较高，分子质量分布稍宽，有利于制得高质量管坯。低熔指利于防管坯下垂，但不宜过低，否则易发生不稳定流动。③拉伸粘度随拉伸应力增加而增大的物料有利于吹塑加工。(制品或半成品很少出现应力集中或局部强度变弱的现象，不易产生破裂）2、管坯（型坯）温度的控制

挤出吹塑，管坯在吹胀之前有良好的形状稳定性。

T↑管坯下垂严重，厚度不均匀

T↓表面粗糙，塑化不良注射吹塑，型坯温度过高时，因粘度较低而型坯易变形，致使型坯在移动过程中，出现厚薄不均，影响吹塑制品质量；温度太低时，制品内部会积存较多的内应力，在使用中易产生应力破裂。型坯温度一般控制在材料的Tg-T之间，靠近Tf一侧。3、挤出速度

挤出吹塑时，高挤出速度能够提高产量，减少型坯下垂，但转速过快易产生不稳定流动，螺杆转速应视具体物料而定。4、吹气压力

吹塑中的压缩空气两个作用：

吹胀和冷却

取决于半熔融态型坯的模量，一般为0.2—0.7MPa

低粘度，小容积或厚壁件宜采用低气压；高粘度，大容积或薄壁件宜采用较高压力5、吹气速度（鼓气速率）

为了缩短吹气时间，利于获得较均匀厚度和较好表面的制品，吹气速度应尽量大一些。但速度过快易产生以下现象：在空气进口处造成真空，使这部分的型坯内陷，型坯颈部有可能被高速气流拉断。6、吹胀比

制品主体直径与型坯相应部位直径之比。

通常控制在2-4倍，吹胀比过大，则制品形状稳定性差，吹胀困难，制品强度和刚度变低；吹胀比过小则原料消耗大，壁过厚，有效容积减小，冷却时间长。7、拉伸温度和拉伸倍率（注射拉伸吹塑成型）

拉伸倍数BR为容器尺寸（直径和高度）与型坯尺寸之比，一般取4～6。

BR=HD/hd拉伸温度一般取伸长率较大时的温度。各种树脂的最适宜拉伸温度有所差别。如PVC和PET的拉伸温度取值为高于Tg约10～40℃，即拉伸温度PET为90～110