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一步法三工位注拉吹塑料中空成型技術

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一步法三工位注拉吹塑料中空成型技術

發布日期:2019-04-02 作者: 點擊:

一步法注拉吹塑料中空成型是當今世界先進的拉伸製瓶工藝技術,采用高壓高速注射瓶坯、對瓶坯進行軸向拉伸和雙向吹塑拉伸、冷卻定型等工藝技術。注射、拉伸、吹塑工序在一台設備上依次完成,即“一步法”製瓶工藝。 

塑料瓶經拉伸後透明度、表麵剛度、抗衝擊性、阻氣透性等綜合機械性能得到了較大提高,生產效率高,製品內在質量及尺寸精度容易得到保證。  

1、一步法注拉吹工藝設備簡介 

  一步法注拉吹工藝設備的主機是注拉吹塑料中空成型機及其注拉吹模具,主要由注射裝置、升降轉位裝置、拉伸吹塑裝置、脫模裝置、液壓係統、氣路係統、電控係統、微機自動控製係統、機架、安全罩、注射瓶坯模、拉伸吹塑成型模等部分組成,集成了注拉吹專用控製電腦、變頻控製器、電液比例控製係統、熱流道模具等一些先進工藝裝備。 

 一步法注拉吹設備的輔機主要有塑料除濕幹燥機、空氣壓縮機、空氣除濕機、模具冷卻機等,是集“機、電、液、氣、微機”的一體化高端技術裝備,本項目創新性地綜合運用了P ID 溫控技術、變頻技術、微機自動控製技術、熱流道模具技術等一些先進的技術,與國內目前普遍使用的擠吹機、注吹機、注拉吹二步法設備相比,在自動化程度、成品率、節約能耗、減少廢料等多方麵都具有明顯的技術優勢。適於生產帶瓶頸、精度高、透明度好、無毒、對內容物保存效果好的高檔塑料瓶,廣泛用於加工醫藥、保健品、食品、化妝品及化工等行業的PETPENPP PC等高檔包裝瓶。     

2、設備及技術特點     

2.1 三工位 

包括注射瓶坯工位、拉伸吹塑工位、脫模工位。

2.2 一步法工藝 

瓶坯注射成型、瓶坯拉伸、瓶子吹塑成型等工序在該機上依次完成。 

2.3 變頻與電液比例複合調速技術的應用

變頻與電液比例複合調速專利技術應用於注拉吹製瓶工藝在國際上尚屬首次,並取得了很大實效,較以往采用變量泵供油、雙泵供油或雙聯泵組供油具有很多優勢。主要體現在小流量高壓工況時: 

)雙泵供油時,因為各工況之間的流量變化時間都在3 s 以內,而泵由零轉速啟動到額定轉速的時間在3 s 左右,所以該機在高壓小流量時不能停掉大泵,隻能全流量供油、卸荷閥卸荷, 造成能耗。 

)雙聯泵組供油時,在高壓小流量工況時,小泵供高壓油,大泵卸荷,但泵仍然是全流量供油, 由溢流閥泄油, 造成能耗。 

)變量泵供油,可以實現泵的供油流量自動控製,並在高壓狀態時減小流量,從而保持對輸出功率的控製,因而能耗較低,自動化程度較高,但是成本高,國內使用還較少。     能耗大會使係統發熱,並且泵在全流量下長期工作,使泵的運行精度和使用壽命都會受到一些影響。應用變頻與電液比例複合調速微機控製係統,按照係統的工況需要實現壓力和流量的最優化控製,從而大幅度降低液壓係統的溢流損耗,具有顯著的節能降耗效果,比普通技術節電3 0 % 以上。機器在微機控製下運行時,微機利用位移傳感尺精確測控動作行程並判斷機器在整

個工作循環中處於哪個工況,然後根據工況要求將設定的頻率信號輸送給變頻器從而控製電動機無級調速,控製定量泵的輸出流量。 

該技術的特點是:避免了供油過量溢流造成的功耗和發熱現象;油泵不會在全流量下長期供油,其壽命大大提高;供油量調節是無級調節,變換平穩,不會造成衝擊現象;特別是在高壓小流量工況時,其優點更加突出和明顯,通過變頻可以在一定調速範圍內通過變頻參數預置,使電動機在低轉速下經定量泵提供負載要求的油壓,電動機在較低的功率輸出下運行,降低能耗,減少係統發熱量,使整個係統的運行更加安全可靠;還可以使電動機軟啟動,減少了對電網的衝擊。    

 2.4 PET 為主要生產原料 

 PET 原料為半結晶性塑料,結晶點26 0 ℃,其塑化溫度控製在2 8 0 ℃左右;水敏性強,易吸濕水解,必須在15 0 ℃的幹燥空氣中幹燥4 h以上,使水分含量低於0.005%;瓶坯溫度在95 ℃時拉伸吹塑,易於成型,質量易於控製;在170 ℃時結晶速度最快,所以要迅速冷卻通過結晶區,選用結晶速度慢的品種,特性黏度值70~85 ml/g    

2.5 一模多腔 

設備成型時可使用一模多腔,並可連續全自動生產。     

2.6 熱流道模具設計 

國外的先進技術已經在使用計算機軟件包,對一模多腔熱流道模具進行精密設計計算。     應用先進計算機模擬技術對塑料成型特性、介質冷卻特性、熱量傳遞特性、流道參數、型腔應力變化等各方麵因素進行精確模擬分析。 

在國內,熱流道模具的設計和製造已經成為製約一步法注拉吹工藝設備國產化的瓶頸,業內人士應該尋找突破口進行重點攻關。最近幾年,很多塑料中空成型設備的製造商也一直在關注著一步法注拉吹工藝設備的進展,但是製造工藝問題少有涉足。寧波千普機械製造有限公司依托自主技術,與浙江大學等大專院校緊密合作,在2 0 0 0 年開始注拉吹工藝設備的研發,產品試製成功後在模具和成型工藝方麵進行了幾十次的試驗探索,取得了較為明顯的成績。     2.7 高效PET 塑化螺杆

PET 的熔點在260 ℃,在95 ℃左右吹塑,溫度控製要相對精確,確保成型穩定。由於P E T是結晶型塑料,所以瓶坯注射成型工藝要求采用快速冷卻方法以迅速通過結晶區,因而在注射結束後的保壓冷卻時間隻有3 s 左右,要在這樣短的時間內完成高質量的塑化過程,這就要求P E T 塑化螺杆必須是高效的。最近幾年我國的P E T 塑料瓶坯加工工藝及裝備技術都有了很大的提高,為P E T 注拉吹製瓶實現一步法奠定了基礎,並且隨著技術引進和不斷地探索,相信具有我國自主知識產權的注拉吹一步法成型設備會趕上世界先進水平。     3、設備優勢 

)一步法工藝,比二步法工藝生產效率高、勞動強度低、無二次汙染。 

)三工位結構,比四工位結構簡單緊湊、體積小。

)製品瓶口光滑、螺紋精度高、密封性好。 

P E T 瓶子經拉伸後,透明度高、表麵剛度大、強度高,對O2 CO2 、水蒸氣的阻透性好,與P VC 不相上下。 

)熱流道模具,無澆口廢料。 

 6  變頻與電液比例壓力閥複合控製係統, 節能降耗。 

)微機全自動控製係統,實現自動運行控製、自動安全保護、自動故障檢測、自動報警。    

)液壓係統分為注射油路係統和吹塑油路係統兩套液壓係統,使機器的多個動作能夠同時疊加, 實現高精度、高速、高效的運行。 

模具冷卻采用循環冷卻水,生產中還要解決好模具結露問題,使得熱平衡點的掌控難度較大。僅靠高壓高速大流量冷卻水循環還不夠,國外技術還采用了空調係統以控製機器安全罩內工作空間環境的溫度和濕度。    

5.3 模具加工精度 

 國內高精度數控加工中心要依賴進口,而且還受到一定程度的製約,因而高精度模具的生產加工難度很大,特別是型腔的熱變形位置度、唇模位置度的控製難度很大,而精度達不到要求,勢必會嚴重影響瓶坯的精度,從而最終影響到P E T 製品的成型質量。    

5.4 各型腔注射時間同步性控製技術 

各型腔注射時間的同步性直接影響到注射瓶坯的質量,也影響到瓶坯底部的應力集中大小,而澆道長短不一,對分澆口針閥打開的掌握則至關重要,因而如何更好的掌控難度很大。    

5.5 模具內熱量的傳遞控製技術 

國外采用模具設計軟件包對模具的流道及加熱管的布置進行模擬設計,因而流道和加熱管的分布是趨於合理的,而我們隻有靠理論分析和經驗,常常偏差較大,使瓶坯的軸向和徑向合理溫度分布不理想,最終影響到拉伸和吹塑的成型質量。    

5.6 熱流道的高溫密封技術 

熱流道模具內存在幾個密封點,對高壓注射的密封要求很高,這些密封技術與國外先進技術還有較大差距,是我們要攻關解決的問題之一。 

通過以上幾個方麵的分析可以看出,一步法注拉吹工藝設備在某些細節上與國外先進技術還有一定的差距,還要進一步完善,特別是熱流道模具的設計和製造已經成為製約一步法注拉吹工藝設備國產化的瓶頸,也是注拉吹塑料中空成型機不能完全進入市場的症結所在,應該進行重點攻關,解決好製造工藝方麵的問題。並且在溫控方麵還要進一步研究,力求控製精度更高,控製也更加穩定,能夠滿足熱流道模具製瓶的工藝要求。

)與二步法工藝相比,由於無需對瓶坯進行加熱, 所以節能效果顯著。 

1 0)與四工位工藝相比,由於無需對瓶坯進行加熱調整, 也有一定的節能效果。    

4、塑料中空成型機發展現狀 

 在國際上, 塑料中空成型機正向著多品種、大型化、高效、高速、節能、環保、智能化方向發展。在國內,塑料中空成型機是位於注塑機、擠出機之後的第大塑料機械主導產品,年產5 000 台套以上,主要包括:①擠吹機,主要用於生產HDPEPPPVC 等低檔瓶;②注吹機,主要用於生產HDPEP P 等中檔瓶; ③注拉吹二步法設備(主要以浙江黃岩地區為代表,在瓶坯注塑機上生產瓶坯,然後在拉吹成型機上生產瓶子),主要用於生產PETPC 等中檔瓶;④中空注射機,主要用於生產P S PV C等中空製品。 

    國內研製生產的擠拉吹、注拉吹一步法設備還沒有完全進入產業化,市場主要依賴進口,價格很高。諸如娃哈哈、康師傅、匯源等飲料業,強生、青春寶、新華製藥等醫藥業均投入巨資引進日精、青木固、米拉克龍等國外製造商的設備和模具。因進口設備的投資巨大,很大程度上阻礙了國內企業采用先進技術的進程,減慢了同類包裝瓶質量提高的速度。 

藥用包裝塑料瓶的生產: ①東部沿海地區采用“ 一步法注拉吹工藝”或“二步法注拉吹工藝”生產PET 中高檔瓶,采用“注吹工藝”生產PE 中檔瓶;②中西部地區采用“二步法注拉吹工藝”生產PET 中檔瓶,采用“注吹工藝”生產PE 中檔瓶。     

5、與國外先進技術的差距 

在國內,一步法注拉吹工藝設備的研發始於上世紀9 0 年代末,經過不懈的探索實踐,取得了很多成效,也積累了大量經驗,但實際上還處於起步階段,與國外先進技術相比還存在著一些差距,主要表現在以下幾個方麵。     

5.1 溫控部分 

設定溫度與實際溫度及環境溫度的差值為輸入變量的二變量三維專家模糊P I D 控製算法,使得無論環境溫度如何變化,都能獲得良好的溫控精度,精度達到±℃,基本上能夠滿足工藝要求,但是控製精度還不夠穩定,對瓶坯的質量有些影響。國外已經在采用更先進的P I D控製方法,控製精度更高,可以達到±0 . 5 ℃,溫度也更加穩定。     

5.2 模具冷卻模具冷卻采用循環冷卻水,生產中還要解決好模具結露問題,使得熱平衡點的掌控難度較大。僅靠高壓高速大流量冷卻水循環還不夠,國外技術還采用了空調係統以控製機器安全罩內工作空間環境的溫度和濕度。    

5.3 模具加工精度 

 國內高精度數控加工中心要依賴進口,而且還受到一定程度的製約,因而高精度模具的生產加工難度很大,特別是型腔的熱變形位置度、唇模位置度的控製難度很大,而精度達不到要求,勢必會嚴重影響瓶坯的精度,從而最終影響到P E T 製品的成型質量。     

5.4 各型腔注射時間同步性控製技術 

各型腔注射時間的同步性直接影響到注射瓶坯的質量,也影響到瓶坯底部的應力集中大小,而澆道長短不一,對分澆口針閥打開的掌握則至關重要,因而如何更好的掌控難度很大。    

5.5 模具內熱量的傳遞控製技術 

國外采用模具設計軟件包對模具的流道及加熱管的布置進行模擬設計,因而流道和加熱管的分布是趨於合理的,而我們隻有靠理論分析和經驗,常常偏差較大,使瓶坯的軸向和徑向合理溫度分布不理想,最終影響到拉伸和吹塑的成型質量。    

5.6 熱流道的高溫密封技術 

熱流道模具內存在幾個密封點,對高壓注射的密封要求很高,這些密封技術與國外先進技術還有較大差距,是我們要攻關解決的問題之一。 

通過以上幾個方麵的分析可以看出,一步法注拉吹工藝設備在某些細節上與國外先進技術還有一定的差距,還要進一步完善,特別是熱流道模具的設計和製造已經成為製約一步法注拉吹工藝設備國產化的瓶頸,也是注拉吹塑料中空成型機不能完全進入市場的症結所在,應該進行重點攻關,解決好製造工藝方麵的問題。並且在溫控方麵還要進一步研究,力求控製精度更高,控製也更加穩定,能夠滿足熱流道模具製瓶的工藝要求。

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