常用擠出吹塑制品的配方技術(shù)

邱建成 何建領(lǐng)

（蘇州同大機(jī)械有限公司）

前 言

常用的擠出吹塑制品多數(shù)都是采用HDPE類塑料來吹塑成型的，因此，擠出吹塑制品的配方與改性技術(shù)基本上都是圍繞 HDPE塑料來進(jìn)行的，當(dāng)然，一些工程塑料的吹塑則與該種塑料的配方與改性有關(guān)。

HDPE通常用于大中型吹塑容器制作的主要原料，多數(shù)情況下，對于某一個特定的大中型擠出吹塑制品而言，一般只需要采用一種或是兩種塑料原料就可以吹塑成型，并且可以達(dá)到比較好的質(zhì)量水平。

近年來國際原油價格的普遍上漲，導(dǎo)致塑料原料價格大幅攀升，同時也由于真正能夠用于大中型、超大型中空吹塑制品的塑料原料的牌號并不是太多，因此也就導(dǎo)致了這一領(lǐng)域的塑料原料配方技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。預(yù)計在可以預(yù)見的未來幾年內(nèi)，這一領(lǐng)域的原材料配方技術(shù)將會得到較快的發(fā)展，能夠適用各種特殊用途的原料配方將會受到大中型中空吹塑制品廠家的重視和開發(fā)，同時，這一領(lǐng)域?qū)υ诒Ｕ现破焚|(zhì)量的基礎(chǔ)上，千方百計的降低塑料原料的綜合成本和生產(chǎn)成本。因此，擠出吹塑原料配方的設(shè)計會顯得更為重要；同時塑料配方與改性技術(shù)的應(yīng)用也將更為受到各個吹塑制品廠家的重視。

HDPE的性能主要取決于其密度、相對分子質(zhì)量及相對分子質(zhì)量分布三個因素。密度越大，制品的剛性和硬度越高，耐化學(xué)腐蝕性能越強(qiáng)；相對分子質(zhì)量越高，聚合物流動就越慢，韌性和耐環(huán)境應(yīng)力開裂性就越好；相對分子質(zhì)量分布的寬窄則會直接影響聚合物流動的快慢。

此外，HDPE塑料材料在高速擠出吹塑加工過程中物理力學(xué)性能的較大變化值得關(guān)注，特別是近年來高速擠出吹塑生產(chǎn)線的大量運行，帶來了許多新的技術(shù)課題。

一些HDPE的常用牌號在普通擠出吹塑機(jī)生產(chǎn)線時其物理力學(xué)性能優(yōu)異，當(dāng)進(jìn)入高速吹塑生產(chǎn)線加工時，往往生產(chǎn)出的制品力學(xué)性能與耐環(huán)境應(yīng)力參數(shù)發(fā)生了較大的變化，一些重要力學(xué)參數(shù)發(fā)生變差的趨勢，影響到產(chǎn)品性能的正常發(fā)揮，這些性能的變差，可能是由于高速吹塑機(jī)的擠出塑化系統(tǒng)與機(jī)頭以及吹塑成型過程中的綜合影響因素造成，具體是哪一些因素影響較大，有待更進(jìn)一步的研究與理論的深入探討。

大中型中空吹塑制品配方的研發(fā)

在大中型中空吹塑制品配方的研發(fā)方向上，一方面將會更加功能化，不斷追求制品功能的完善和使用壽命的延長；而另一方面將會在優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量的同時，追求較大幅度的降低原材料成本和運行成本，以其獲得更大的收益。

進(jìn)行配方設(shè)計時應(yīng)重點考慮的三個基本原則是：

1） 盡量滿足中空吹塑制品的各種使用功能及用途；

2） 塑料原料配方具有良好的加工性能；

3） 通過配方的設(shè)計與改進(jìn)，降低生產(chǎn)成本。

同時，由于擠出吹塑制品與工程配套的范圍不斷擴(kuò)展，對吹塑制品的性能提出了更高的技術(shù)要求。如汽車、轎車、高鐵行業(yè)、航空、航天、航海、機(jī)械、電子、化工、物流、藥品包裝、食品飲品包裝、日用家居、農(nóng)業(yè)、工程應(yīng)用、水面浮體等許多行業(yè)的配套吹塑制品等等，都對塑料吹塑制品提出了高強(qiáng)度、高剛度、高精度、長壽命等以及較好的耐溫性能等許多優(yōu)越性能的高要求。所以，對這些吹塑制品的改性就顯得非常的重要。

塑料的改性方法主要有物理改性和化學(xué)改性兩類?；瘜W(xué)改性是指通過化學(xué)方法改變聚合物分子鏈上的原子或是原子團(tuán)的種類以及組合方式的改性方法，塑料可以通過嵌段共聚、接枝共聚、交聯(lián)反應(yīng)，或者是引入新的官能團(tuán)的方式從而形成新的特定的高分子材料；化學(xué)改性可以使制品獲得新的功能或是更好的物理與化學(xué)性能。

在擠出吹塑制品的配方改性實際操作中，一般常用物理改性技術(shù)應(yīng)用較多，而化學(xué)改性技術(shù)應(yīng)用較少，擠出吹塑制品的物理改性技術(shù)目前常用的方法有：①填充改性；②共混改性；③增強(qiáng)改性；④增韌改性；⑤納米復(fù)合改性；⑥功能化改性等等。

1.常用吹塑制品的配方技術(shù)

1） 25L塑料桶配方，見表1。

表1 25L塑料桶配方

表2 濃硝酸包裝用HDPE容器試驗配方組成

從表1配方中看出，配方中采用兩種牌號的HDPE，其吹塑制品的強(qiáng)度、硬度韌性可得到保障，可滿足25L系列塑料桶的基本要求。

配方中兩種主料基本對半配置，在實際應(yīng)用中可以根據(jù)不同的性能需要調(diào)整配方中主料的比例，同時，主料的牌號選擇也可以根據(jù)市場供貨的具體情況選擇。

2） 化學(xué)危險品中空塑料包裝桶配方設(shè)計：

如：試制容器 25L的包裝桶，桶的質(zhì)量為1800g。用于盛裝濃度為 68.2%的濃硝酸。單純的HDPE容器耐濃硝酸性能是不足的，但是加入適當(dāng)?shù)母呔畚锔男詣┲螅墒笻DPE耐濃硝酸的性能明顯提高。即采用 EVA和低分子改性劑LC改性 HDPE制濃硝酸包裝容器，試驗配方如表2。

表2配方中HDPE為HHM5205，熔體流動速率 MFI=0.35g/10min；EVA牌號 560，熔體流動速率 MFI=3.5 g/10min，密度=0.93，VA 含量14%；低分子改性劑LC,中國產(chǎn)，工業(yè)級。

上述三種配方制得包裝桶檢測結(jié)果見表3。

以上三種配方，經(jīng)按普通包裝檢驗全部合格。

但是，用于盛裝濃硝酸，配方1一個月后就破裂了，因此不宜盛裝濃硝酸；配方2六個月后跌落試驗桶體破裂了，不合格，雖然其它試驗合格，若用來盛裝濃硝酸有危險性，建議不宜采用；配方3從表3-18可以看出，用于盛裝濃硝酸半年后所有試驗都合格。

表3 HDPE及其改性配方制得的25L桶用于包裝濃硝酸的檢測結(jié)果

表4 一種戶外塑料座椅的塑料配方表

表5 50～100L吹塑容器常用配方

由此得出，在HDPE中配入EVA和低分子改性劑LC,之后，改性HDPE抗?jié)庀跛岬男阅苊黠@改善，可以用于制造濃硝酸(68.4%)的包裝桶。

3） 一種戶外塑料座椅的塑料配方表。（見表4）

注：表4配方中7000F，6098均為高密度聚乙烯，具有較高的分子量。18D為低密度聚乙烯。EVA在這個配方中主要作為加工助劑使用，改善吹塑制品的外觀質(zhì)量和增強(qiáng)抗沖擊能力。并且具有較長的耐環(huán)境應(yīng)力開裂時間。

4） 50～100L吹塑容器配方，見表5。

表5中的配方可以根據(jù)實際使用情況進(jìn)行配方調(diào)整。

在表5的配方中，隨著分子量較高的塑料原料的比例增加，其制品的強(qiáng)度、剛度、耐溫性能增強(qiáng)，耐環(huán)境應(yīng)力開裂時間延長。制品廠家可以根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品的要求不同來調(diào)整各種塑料原料的不同比例，以達(dá)到各種不同的技術(shù)要求。

5） 100-220L吹塑容器

由于普通的高密度聚乙烯樹脂相對分子質(zhì)量不高，如HHM5502牌號的樹脂是相對分子質(zhì)量約為15萬左右、典型的吹塑成型級乙烯和己烯共聚物，雖然它的力學(xué)性能、剛性及表面硬度均較好，但耐環(huán)境應(yīng)力開裂能力和抗沖擊強(qiáng)度都比較差、熔體強(qiáng)度不高、擠出型坯過程中下垂現(xiàn)象嚴(yán)嚴(yán)重。如果采用該牌號樹脂制造 200L，凈重10.5kg全塑料大桶按國家標(biāo)準(zhǔn)作跌落試驗，則出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。可見相對分子質(zhì)量較低的樹脂基本上是不適合于生產(chǎn)100～200L以上的大型塑料桶的。采用相對分子質(zhì)量大于25萬的HMWHDPE樹脂吹塑成型 200L以上的大型桶在進(jìn)行與上述相同試驗條件作跌落試驗時，通常不會發(fā)生破裂現(xiàn)象，同時桶體壁厚的均勻性也得以明顯改善，大型桶的耐環(huán)境應(yīng)力開裂能力也成倍地得以提高。因此設(shè)計100～220升大型中空塑料桶配方時一定要將相對分子質(zhì)量大于 25萬作為首先考慮的指標(biāo)，其次是樹脂的密度，實踐證明，當(dāng)樹脂的密度處在 0.945～0.955g/cm3的范圍內(nèi)時高相對分子質(zhì)量高密度聚乙烯樹脂制品的剛性和耐應(yīng)力開裂性能是比較均衡的。

工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)對制品的抗沖擊性能和耐應(yīng)力開裂性能要求苛刻時(如汽油箱等)，往往選用密度為0.945g/cm3的樹脂為原料；再其次是加工性能相對容易性等。

現(xiàn)在，許多國家都針對大型塑料桶設(shè)計生產(chǎn)專用原料，它的相對分子質(zhì)量、熔體流動速率及相對密度都適合制作大型中空塑料桶。

表6為部分牌號高相對分子質(zhì)量高密度聚乙烯樹脂，它們都可以直接選用制作100～220升甚至更大的中空塑料桶，且不需要摻入其它樹脂來改進(jìn)性能，它們已經(jīng)完全能達(dá)到大型中空塑料桶的使用性能。表6是近幾年國內(nèi)使用最多的幾個主要高分子量聚乙烯牌號的塑料，性能穩(wěn)定，生產(chǎn)量逐年增加，尤其是齊魯石化的1158牌號產(chǎn)品與獨山子石化的 5420牌號產(chǎn)品已經(jīng)成為國內(nèi)生產(chǎn)200L雙L環(huán)危包桶的主要塑料原料，市場上也相應(yīng)容易采購。一般來說，從許多 200L雙 L環(huán)危包桶生產(chǎn)廠家的實際生產(chǎn)配方來看，采用1158與5420兩種塑料原料各50%的配方生產(chǎn)，200L雙L環(huán)危包桶的質(zhì)量穩(wěn)定性較好；此種比例的配方目前在較多的制品廠家在使用。

在200L雙L環(huán)危包桶的生產(chǎn)配方中，長期的生產(chǎn)經(jīng)驗證明，采用多種牌號的高分子量聚乙烯塑料原料組合配方進(jìn)行生產(chǎn)，其產(chǎn)品質(zhì)量會比采用單一塑料原料的配方生產(chǎn)穩(wěn)定性及其他性能會提高較多，這一點值得引起危包桶制品廠家的高度重視，以減少因為塑料原料單一造成的生產(chǎn)損失。另外，值得特別提醒的是，由于200L雙L環(huán)危包桶的特殊使用要求，從大量的實踐經(jīng)驗中得出：在大型中空吹塑塑料桶的原材料中不要盲目添加礦物性母粒來降低成本或提高硬度，否則對產(chǎn)品的質(zhì)量影響相當(dāng)大，特別是對于液體狀危險品的包裝桶而言，產(chǎn)品質(zhì)量將很難得到完全的保障，在這方面的配方改性技術(shù)還有待于進(jìn)一步的研究與開發(fā)。

表6 大型中空塑料桶樹常用脂牌號及廠家

表7 小容量塑料桶耐環(huán)境應(yīng)力開裂常見配方（1～10L塑料桶）

6） 耐環(huán)境應(yīng)力開裂的小容量塑料桶配方技術(shù)

①近年來，日用化工產(chǎn)品的用量大量增加，由于許多日化品的配方中含有活性劑，對包裝塑料桶要求其具有耐環(huán)境應(yīng)力開裂的性能。

另外，吹塑機(jī)智能化生產(chǎn)線的數(shù)量也是增長加快，生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度提高很快，隨著這些因素的影響，對塑料原料的配方技術(shù)提出了相應(yīng)的技術(shù)要求，很多情況下，某單一品種牌號的塑料原料已經(jīng)很難滿足生產(chǎn)與客戶使用的要求，如果在這種情況下還是強(qiáng)調(diào)只是采用某一品種牌號的塑料原料，則可能造成數(shù)以萬計或者是更多的經(jīng)濟(jì)損失，對于目前已經(jīng)出現(xiàn)的各種現(xiàn)實市場狀況，值得引起制品生產(chǎn)廠家管理與技術(shù)人員的高度重視，有必要改變這些小容量塑料桶的配方技術(shù)，來適應(yīng)高速吹塑機(jī)生產(chǎn)線的變化與市場要求的變化，從而生產(chǎn)出高品質(zhì)的塑料桶滿足市場的不同要求。

對目前常用的小容量吹塑機(jī)生產(chǎn)線來說，目前使用較多的塑料原料一般采用牌號 5502的HDPE塑料即可。但是隨著高速吹塑生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度的大幅度提高，采用這一單一品種的塑料原料已經(jīng)不能滿足要求。其小容量塑料桶耐環(huán)境應(yīng)力開裂常見配方見表7。

②應(yīng)力開裂的原因分析

高密度聚乙烯瓶、容器的應(yīng)力開裂的原因，通常來說其原因較為復(fù)雜，其應(yīng)力開裂的主要原因有：環(huán)境應(yīng)力開裂；溶劑應(yīng)力開裂；機(jī)械應(yīng)力開裂和熱應(yīng)力開裂等四種主要原因。

A.環(huán)境應(yīng)力開裂（ESC）

環(huán)境應(yīng)力開裂是容器的脆性失效，充滿極性液體時，在壓力下應(yīng)力集中，在應(yīng)力集中處發(fā)生容器開裂現(xiàn)象。

這種應(yīng)力可以是容器重量或是容器內(nèi)部的壓力。應(yīng)力集中的點可能是容器的設(shè)計中突出不連續(xù)的點（如結(jié)構(gòu)上的突變點或是成型中形成的應(yīng)力集中點）。也可能是成型時厚薄不均冷卻速率不同形成的應(yīng)力集中點。極性液體不會產(chǎn)生明顯的膨脹，對塑料有化學(xué)或是其他方面的破壞。

B.溶劑應(yīng)力開裂（SSC）

這種裂紋與環(huán)境應(yīng)力開裂相似，由于相似，所以經(jīng)常容易混淆。除了內(nèi)部的液體外，具備環(huán)境應(yīng)力開裂的特征，會影響塑料制品的性能。它可被塑料吸收，使其膨脹、變形、變軟、變脆、開裂、或是其他的改變，實際上是化學(xué)浸蝕。

C.機(jī)械應(yīng)力開裂（MSC）

這種作用涉及外部的應(yīng)力，通常是由頂部的載荷引起的，當(dāng)然有可能來自側(cè)面或是底部的應(yīng)力。它是通過外部的應(yīng)力而不是內(nèi)部的應(yīng)力引起開裂或是變形的。

如近年來常見的一些水上塑料浮體，浮筒，吹塑托盤，工程結(jié)構(gòu)件等等，這類吹塑制品的失效往往是由于機(jī)械應(yīng)力引起的。這種機(jī)械應(yīng)力引起的失效或是制品的損壞及破壞與塑料本身的耐老化性能沒有太大的關(guān)系，主要與機(jī)械應(yīng)力的頻繁疊加和反復(fù)作用有較大的關(guān)系；這種類似的機(jī)械應(yīng)力破壞，在設(shè)計這類工程結(jié)構(gòu)件時需要引起產(chǎn)品設(shè)計師的特別注意。

此外，在吹塑制品行業(yè)常見的容器損壞有很多情況也與機(jī)械應(yīng)力相關(guān)，如一些危包桶，在運輸途中為了降低運輸成本，堆高多層，導(dǎo)致承受機(jī)械壓力過大發(fā)生變形或是損壞。

一些吹塑容器裝滿液體后，為了降低倉儲成本，沒有按照技術(shù)要求進(jìn)行堆碼，超過容器堆碼所能夠承受的壓力，也容易發(fā)生失效或是損壞。

③應(yīng)對應(yīng)力開裂的配方改進(jìn)措施

在應(yīng)對應(yīng)力開裂的措施中，除了在容器或是制品設(shè)計時需要考慮產(chǎn)品各自的特點進(jìn)行設(shè)計方面的優(yōu)化外，對于一般常用的容器可以通過配方的改善來改變?nèi)萜鞯馁|(zhì)量狀況。

改善這類應(yīng)力開裂的配方措施的原則通常有以下幾點。

A.對于盛裝溶劑類（如洗滌劑、油品、酒精、酮、醛、氯化物、芳香類、脂肪等產(chǎn)品）時，除了需要保證容器本身的強(qiáng)度，剛度等機(jī)械性能足以承受外，其耐環(huán)境應(yīng)力開裂時間應(yīng)該也是足夠，選擇配方時，應(yīng)該根據(jù)制品的特性選擇耐環(huán)境應(yīng)力開裂時間較長的塑料原料。

B.對于一些工程結(jié)構(gòu)吹塑件，如大型吹塑罐，吹塑托盤，塑料浮體，塑料浮筒，戶外吹塑用品等，除了保證產(chǎn)品具備應(yīng)有的重量和壁厚外，其生產(chǎn)原料的分子量應(yīng)該盡可能選擇高一些，使其具備足夠的抗機(jī)械應(yīng)力的能力。

從近幾年吹塑生產(chǎn)的實踐來看，采用高分子量的塑料原料來生產(chǎn)大型、超大型吹塑制品，適當(dāng)加厚制品壁厚，提高制品均勻度；是提高應(yīng)對機(jī)械應(yīng)力開裂較好的措施。

C.在配方中采用添加一些塑料助劑的方法，也可以提高吹塑制品耐環(huán)境應(yīng)力開裂的能力，如在吹塑制品配方中適當(dāng)?shù)奶砑覧VA、CPE類的材料可有效延長耐環(huán)境應(yīng)力的時間。

結(jié) 語

擠出吹塑的制品越來越多了，其使用的條件千差萬別，使用的塑料原料越來越多，品種、牌號也是數(shù)不勝數(shù)，從現(xiàn)實生產(chǎn)來看，吹塑制品廠家需要根據(jù)自己的產(chǎn)品特點來設(shè)計和改進(jìn)每個產(chǎn)品的配方，這樣才能達(dá)到較好的效果。以上介紹的常用配方技術(shù)只是一些常用吹塑制品的常用配方，建議在吹塑制品具體生產(chǎn)中參考使用。