HDPE擠出吹塑制品跌破原因分析及解決方案

劉小軍 呂建平 于發(fā)友（合肥工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，安徽合肥230009）

HDPE擠出吹塑制品跌破原因分析及解決方案

劉小軍 呂建平 于發(fā)友（合肥工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，安徽合肥230009）

跌落風(fēng)險(xiǎn)是塑料制品最致命的缺陷，本文以HDPE為例，系統(tǒng)分析了吹塑過程中跌落現(xiàn)象和跌破原因，并提出了解決方案。結(jié)果表明，通過工藝參數(shù)調(diào)整，模具修改，或變更物料，可以有效解決HDPE擠出吹塑過程產(chǎn)生的跌破問題。

擠出吹塑；跌破；模具；工藝參數(shù)

吹塑成型起源于19世紀(jì)30年代。一直到1979年，吹塑成型才進(jìn)入廣泛應(yīng)用的階段。擠出吹塑成型是制造塑料容器使用最早，最多的一種工藝方法，全世界80%～90%的中空容器是采用擠出吹塑成型工藝技術(shù)。高密度聚乙烯（HDPE）是由乙烯單體在低壓下聚合而成。外觀為乳白色扁球狀，密度為0.941～0.965g/cm3,結(jié)晶度80%～90%，擠出吹塑用的HDPE，一般為中寬到寬的分子量分布范圍，熔體流動(dòng)速率為0.35g/10min(依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 1238)。

HDPE塑料制品在生產(chǎn)和使用過程中，最致命的缺陷是瓶身孔洞和跌破，對(duì)規(guī)格型號(hào)在1L以上的瓶型，跌破是制品最大的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是現(xiàn)在市場(chǎng)上越來越流行大規(guī)格產(chǎn)品進(jìn)行促銷，用以增加公司的競(jìng)爭(zhēng)力。于是，跌破的風(fēng)險(xiǎn)也越來越高。由于跌破是一種破壞形式，實(shí)際市場(chǎng)無法檢測(cè)，出現(xiàn)零星問題后，企業(yè)一般只能整批召回，損失慘重。所以如何在吹塑過程中采取有效措施降低跌破風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)企業(yè)發(fā)展和供銷環(huán)節(jié)意義重大。

本文通過對(duì)模具，工藝參數(shù)，粒料性能等方面對(duì)制品跌破的影響，充分考慮了實(shí)際生產(chǎn)中制品跌破的各種可能，分析了風(fēng)險(xiǎn)原因并提供了有效解決方案。

1 擠出吹塑工藝流程

擠出吹塑成型采用擠出機(jī)熱塑性塑料熔融塑化，并通過機(jī)頭擠出管狀型坯，然后將型坯置于吹塑模具內(nèi)，用壓縮空氣吹脹，經(jīng)冷卻定型而得到與模具內(nèi)腔相同的制品。

F1 擠出吹塑工藝流程

從圖中可以分析出，制品在成型過程中，從原材料，回用料，溫度，螺桿，模具等各個(gè)環(huán)節(jié)都能形成制品缺陷，造成跌破風(fēng)險(xiǎn)。

2 跌破原因分析及解決方案

2.1 原材料對(duì)跌落的影響

選擇適用于吹塑成型用的塑料，不僅要考慮塑料制品的使用性能，還要考慮塑料本身的加工性能。適用于塑料成型加工的塑料應(yīng)具有的一般性能：

·在加工溫度范圍內(nèi)，必要時(shí)在重復(fù)多次加工過程中，熔體的熱穩(wěn)定性良好；

·熔體流動(dòng)性良好；

·在高拉升應(yīng)變速率下，型坯具有良好的延伸性能，并能獲得較大的吹脹比和拉伸比，能獲得良好的成型制品的邊緣和棱角；

·型坯的質(zhì)量和長(zhǎng)度有很好的重復(fù)性；

·分子量分布廣；

·與色母等添加劑有良好的相容性；

·耐環(huán)境應(yīng)力開裂性好；

·高剛性

·加工溫度范圍較寬。

本文以HDPE為例，在擠出吹塑過程中，型坯在擠出后在合模前要懸掛一定的時(shí)間，要求熔體有較高的強(qiáng)度，以減少型坯的下垂，優(yōu)化型坯壁厚分布，提高型坯對(duì)程序控制的響應(yīng)性，分子量的高低也對(duì)吹塑成型過程影響較大，一般采用分子量較大的樹脂。

2.2 三種常用吹塑HDPE分子量和分子量分步的測(cè)定

本文以國內(nèi)通用的三種HDPE吹塑級(jí)粒料做對(duì)比。測(cè)試粒料：Marlex 5502(雪佛龍),CSPC 5621D（中海殼牌）,Basell 5831D（中東）

采用waters2000高溫凝膠色譜儀，150℃條件下測(cè)試，1,2,4-三氯苯做流動(dòng)相，流速1ml/min，窄分布聚苯乙烯作標(biāo)樣，流出信號(hào)通過示差折視儀檢測(cè)得到。

Fig1. 三種粒料分子量分布對(duì)比圖

結(jié)論：使用三種粒料吹塑同一瓶中產(chǎn)品，做跌落測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)Basell 5831D（圖中綠色曲線）比另兩種粒料更易跌破，當(dāng)然，在實(shí)際生產(chǎn)中，客戶根據(jù)自己產(chǎn)品特性，會(huì)考慮熔體相容性。也可能會(huì)選擇跌落風(fēng)險(xiǎn)大但相容性更好的粒料，這就要求項(xiàng)目工程師在其他方面提高產(chǎn)品的抗跌落性能。

2.2 模具對(duì)跌落的影響

制品跌破一般在底部（帶把手的制品把手內(nèi)側(cè)）易跌破，模具對(duì)跌破的影響是最關(guān)鍵的，模具瓶型設(shè)計(jì)，以及模具夾坯口刃，排氣等都是主要影響因素。一般瓶身與瓶底的交接處應(yīng)設(shè)計(jì)成以大曲率半徑進(jìn)行過渡，這樣可以減少應(yīng)力集中，提高內(nèi)應(yīng)力開裂和耐沖擊性，從而減少容器受壓和跌落時(shí)的凹陷和破裂現(xiàn)象。塑件各部位的壁厚要均勻，否則在厚薄交接處會(huì)因冷卻速度不同而引起收縮力不一致，結(jié)果在塑件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于熱塑性塑件會(huì)在壁厚處產(chǎn)生氣孔或縮孔，同時(shí)還會(huì)在壁厚有急劇變化處產(chǎn)生裂紋等缺陷，造成跌破風(fēng)險(xiǎn)。

模具夾坯口刃的角度和寬度要選擇適當(dāng)。上部刃口如果夾坯口寬度太小和角度太大會(huì)減小容器結(jié)合縫的厚度，造成合模縫強(qiáng)度下降，跌落風(fēng)險(xiǎn)加大，甚至無法吹脹成型。于此相反，如果夾坯口寬度太大和角度太小，有可能出現(xiàn)模具閉合不緊或型坯切不斷的現(xiàn)象。夾坯口要根據(jù)塑料特性，瓶型大小來確定。通常，切料口刃寬度0.3mm-0.4mm之間。對(duì)于PE材料的制品，切斷口刃應(yīng)該是鋁制的，而對(duì)于PP或PET材料的制品，切斷口刃應(yīng)該是鐵制的。

Fig2 切料口刃角度設(shè)計(jì)

結(jié)論：在實(shí)際生產(chǎn)過程中，大規(guī)格的塑料制品跌破主要是由于模具原因造成，通常，跌破出現(xiàn)在瓶底或把手附近，常規(guī)的處理方法是：對(duì)夾坯口刀刃區(qū)域噴目數(shù)更低的砂，增大合模時(shí)氣流的排出，如果該步驟不能解決，可以對(duì)模具夾坯口刃適當(dāng)加寬。80%以上的跌破可以通過該方法解決。切記，口刃加寬的度和工藝控制一定要精細(xì)，否則就造成余料切不斷，需要模具整體降面的嚴(yán)重后果。

2.3 吹塑工藝參數(shù)對(duì)跌落影響

擠出吹塑工藝流程：塑料→熔融塑化→擠出型坯→吹脹→制品冷卻→脫?！筇幚怼破?/p>

在熔融塑化階段，溫度的控制很關(guān)鍵，HDPE成型溫度為140℃—220℃，如果溫度過低，合模后熔體粘合不好，對(duì)跌落影響較大；如果溫度過高，會(huì)提高結(jié)晶度，也會(huì)影響模腔內(nèi)熔體粘合效果，同時(shí)溫度過高會(huì)造成機(jī)頭內(nèi)部熔體焦化，產(chǎn)品容易出現(xiàn)黑點(diǎn)或孔洞，造成產(chǎn)品不合格。實(shí)際操作中，溫度控制在180℃—200℃，在確保質(zhì)量合格的情況下，溫度越低越好。

擠出型坯階段，熔融塑化的料體，經(jīng)過機(jī)頭流道從口模中擠出，會(huì)發(fā)生膨脹效應(yīng)，膨脹比計(jì)算公式：

膨脹比的影響因素：

（1）擠出速度；

（2）分子量和分子量分布；

（3）機(jī)頭參數(shù)

在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)頭參數(shù)設(shè)置對(duì)產(chǎn)品跌落有最直接的影響，機(jī)頭溫度，流量（熔體流出質(zhì)量），口模形狀，流出間隙設(shè)置等都是工藝關(guān)鍵參數(shù)，產(chǎn)品壁厚調(diào)整不均勻，局部應(yīng)力過大，跌落測(cè)試失敗幾率很大。

Fig3 常見的2種芯模/模套組件

圖3所示的2種組件分別適用于不同規(guī)格的吹塑制品，芯模外漏的主要只做1L以上產(chǎn)品，芯模內(nèi)嵌的主要用于小瓶型，生產(chǎn)時(shí)，通過芯模的上下運(yùn)動(dòng)達(dá)到控制流速和壁厚的目的，同時(shí)，通過調(diào)整芯模左右前后偏移，可達(dá)到對(duì)特殊位置特殊壁厚的專門調(diào)整。

制品冷卻，脫模階段一般不會(huì)有跌破風(fēng)險(xiǎn)，除非設(shè)備故障，例如模具錯(cuò)位，或者合模不好出現(xiàn)炸?，F(xiàn)象，這些原因造成的缺陷容易發(fā)現(xiàn)，也容易通過設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)解決，在此不再贅述。

后處理主要是沖切多余廢料腔中的廢邊切除,廢邊是產(chǎn)品的衍生物，需在產(chǎn)品脫模后去除，主要是產(chǎn)品上下料把，在切除時(shí)，如果工位調(diào)整不當(dāng)，極易造成合模線處受損，從而加大跌破風(fēng)險(xiǎn)。工裝配合上的平行度，刀口的鋒利程度都需要工藝員仔細(xì)檢查，防止錯(cuò)位或擦傷。

產(chǎn)品經(jīng)過后處理后已經(jīng)是合格的成品了，但在實(shí)際生產(chǎn)中，成品需要經(jīng)過包裝臺(tái)打包，國內(nèi)機(jī)器人包裝還沒有大規(guī)模采用，使用人工包裝的包裝臺(tái)大多采用氣缸推動(dòng)，如果參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確，依然有把產(chǎn)品擠傷的風(fēng)險(xiǎn)，增加跌破幾率，所以工程技術(shù)人員在包裝前要針對(duì)不同品種專門調(diào)整。

3 結(jié)語

綜上所述，跌破產(chǎn)生的原因是多方面的，模具是造成跌破不合格的最主要原因，但實(shí)際生產(chǎn)中模具價(jià)格昂貴，在修改時(shí)需慎之又慎，需要變更原材料或調(diào)整生產(chǎn)工藝來修正，只要方法得到，絕大部分的跌破可以得到很好的解決。

[1]于麗霞，張海河編著。塑料中空吹塑成型。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]黃漢雄編著。塑料吹塑技術(shù)。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.

[3]王善勤主編。塑料擠出成型工藝與設(shè)備。北京：中國輕工業(yè)出版社，2000.