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注塑制品的成型是一個非常復(fù)雜的多因素耦合作用的動態(tài)加工過程, 成型過程的每個因素都對制品的成型質(zhì)量產(chǎn)生重要影響, 其中成型收縮是影響制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。影響注塑制品收縮的因素很多, 成型材料( 包括高聚物的分子鏈結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、力學(xué)性能、流變性能等) 、制品結(jié)構(gòu)( 包括制品厚度、嵌件結(jié)構(gòu)等) 、工藝條件( 包括注射速度、保壓壓力、保壓時間、冷卻時間等) 和模具設(shè)計( 包括澆口位置和數(shù)量、冷卻回路分布等) 等都影響其收縮行為。本文采用CAE的方法來研究制品厚度的變化對注射成型橫向收縮率( 沿著流動的方向) 和縱向收縮率( 垂直流動方向) 的影響
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中空擠出吹塑是利用擠出機(jī)連續(xù)地擠出空心管，然后用剪刀（人工）或切割裝置（自動）將其切成小段后移到擠吹模具內(nèi)吹制成型。其優(yōu)點是：設(shè)備簡單，投資小，成本價格低；缺點是：瓶口不平，密封性能差。此外，中空擠出吹塑工藝所適用的塑料原料是PE，常用的為LDPE,其阻透性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于HDPE和PP，裝藥保質(zhì)期短
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由于塑料具有重量輕、韌性好、成型易。成本低等優(yōu)點，因此在現(xiàn)代工業(yè)和日用產(chǎn)品中，越來越多用塑料代替玻璃，特別應(yīng)用于光學(xué)儀器和包裝工業(yè)方面，發(fā)展尤為迅速。但是由于要求其透明性要好，耐磨件要高，抗沖擊韌件要好，因此對塑料的成份，注塑整個過程的工藝，設(shè)備，模具等，都要作出大量工作，以保證這些用于代替玻璃的塑料（以下簡稱透明塑料），表面質(zhì)量良好，從而達(dá)到使用的要求
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配色著色可采用色粉直接加入樹脂法和色母粒法。
色粉與塑料樹脂直接混合后，送入下一步制品成型工藝，工序短，成本低，但工作環(huán)境差，著色力差，著色均勻性和質(zhì)量穩(wěn)定性差。
色母粒法是著色劑和載體樹脂、分散劑、其它助劑配制成一定濃度著色劑的粒料，制品成型時根據(jù)著色要求，加入一定量色母粒，使制品含有要求的著色劑量，達(dá)到著色要求。 -
塑料加工制品會發(fā)散出令人不愉快的氣味，為了克服這個問題以滿足客戶需要，塑料樹脂的生產(chǎn)加工者長期以來都在致力于減少這些氣味的發(fā)散等級。解決這個問題的典型方法有：用低氣味替代品來替代那些難聞的添加劑，減少塑料中殘留單體的量，在塑料中加入氣體吸附劑和加入抗菌劑來防止產(chǎn)生那些由于細(xì)菌和真菌作用而有的難聞氣味，還有在回收塑料的處理過程中可以通過溶劑抽提和排氣來減少殘留的氣味。
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二十世紀(jì)九十年代初，中國農(nóng)藥界興起了 以塑代玻的熱潮。短短十年不到，塑料瓶即以其不可替代的優(yōu)勢，占據(jù)了農(nóng)藥包裝的主導(dǎo)地位。可以說，除了一些低檔農(nóng)藥產(chǎn)品或小企業(yè)仍在沿用玻璃瓶外，人們已很少再用它來包裝農(nóng)藥了。
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塑料薄膜是常見的一種塑料制品，它可以由壓延法、擠出法、吹塑等工藝方法生產(chǎn)，吹塑薄膜是將塑料原料通過擠出機(jī)把原料熔融擠成薄管，然后趁熱用壓縮空氣將它吹脹，經(jīng)冷卻定型后即得薄膜制品
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聚乙烯PE的成型加工性能
PE為結(jié)晶性原料，吸濕性極小，不超過0.01％，因此在加工前無需進(jìn)行干燥處理。
PE分子聯(lián)鏈柔性好，鍵間作用力小，熔體粘性低，流動性極好，因此成型時無需太高壓力就能成型出薄壁長流程制品。 -
PC通稱聚碳酸酯，由于其優(yōu)良的機(jī)械性能，俗稱防彈膠。PC具有機(jī)械強(qiáng)度高、使用溫度范圍廣、電絕緣性能好（但防電弧性能不變）、尺寸穩(wěn)定性好、透明等特點。在電工產(chǎn)品、電儀外殼、電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件上被廣泛使用。PC的改性產(chǎn)品較多，通常有添加玻璃纖維、礦物質(zhì)填料、化學(xué)阻燃劑、其它塑料等。PC的流動性較差，加工溫度較高，因此其許多級別的改性材料的加工需要專門的塑化注射結(jié)構(gòu)
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POM（又稱賽鋼、特靈）。它是以甲醛等為原料聚合所得。POM-H（聚甲醛均聚物），POM-K（聚甲醛共聚物）是高密度、高結(jié)晶度的熱塑性工程塑料。具有良好的物理、機(jī)械和化學(xué)性能，尤其是有優(yōu)異的耐摩擦性能。
POM屬結(jié)晶性塑料，熔點明顯，一旦達(dá)到熔點，熔體粘度迅速下降。當(dāng)溫度超過一定限度或熔體受熱時間過長，會引起分解 -
PMMA俗稱有機(jī)玻璃、亞加力等。化學(xué)名為聚甲基丙烯酸甲酯。由于PMMA表面硬度不高、易擦毛、抗沖擊性能低、成型流動性能差等缺點，PMMA的改性相繼出現(xiàn)。如甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯、丁二烯的共聚，PMMA與PC的共混等。372有機(jī)玻璃就是甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯進(jìn)行共聚而得。如果在372有機(jī)玻璃中加入少量的丁腈橡膠（約50%）即可成373有機(jī)玻璃。
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多段射出塑料流動原理：
1、第一射膠低速進(jìn)膠，將噴嘴到冷料頭移開再提高二段射速充滿模穴以縮短澆口部塑料流到末端的時間，使充填中的塑料粘度維持最小的固化，但高速射出要控制正確的保壓切換點很困難，所以必須利用多段減速才能有效控制掌握保壓切換點。 -
PVC又稱硬PVC，它是氯乙烯單體經(jīng)聚合反應(yīng)而制成的無定形熱塑性樹脂加一定的添加劑（如穩(wěn)定劑、潤滑劑、填充劑等）組成。
除了用添加劑外，還采用了與其它樹脂進(jìn)行共混改性的辦法，使其具有明顯的實用價值。這些樹脂有CPVC、PE、ABS、EVA、MBS等 -
根據(jù)材料的特性和供料情況，一般在成型前應(yīng)對材料的外觀和工藝性能進(jìn)行檢測。供應(yīng)的粒料往往含有不同程度的水分、熔劑及其它易揮發(fā)的低分子物，特別是具有吸濕傾向的TPR含水量總是超過加工所允許的限度。因此，在加工前必須進(jìn)行干燥處理，并測定含水量。在高溫下TPR的水分含量要求在5％以下，甚至2％～3％，因此常用真空干燥箱在75℃～90℃干燥2小時。已經(jīng)干燥的材料必須妥善密封保存，以防材料從空氣中再吸濕而喪失干燥效果，為此采用干燥室料斗可連續(xù)地為注塑機(jī)提供干燥的熱料，對簡化作業(yè)、保持清潔、提高質(zhì)量、增加注射速率均為有利。干燥料斗的裝料量一般取注塑機(jī)每小時用料量的2
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注射拉伸吹塑是一類在聚合物的高彈態(tài)下通過機(jī)械方法軸向拉伸型坯、用壓縮空氣徑向拉伸型坯以成型中空容器的方法。注射拉伸吹塑可分成一步法與兩步法。在兩步法中先采用注射法成型型坯，并使之冷卻至室溫，成為半成品，然后把型坯送入再加熱拉伸吹塑機(jī)械中，成型為制品。聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料在高彈態(tài)下經(jīng)拉伸取向后，材料的機(jī)械性能、阻滲性能、透明性與耐溶劑性得到很大提高，在注拉吹工藝中PET材料是使用量最大的材料。前人對PET注拉吹拉伸吹脹過程的研究主要側(cè)重在模擬方面，但是模擬結(jié)果與實驗結(jié)果存在一定的差異。本文主要通過實驗研究兩步法PET注射拉伸吹塑中二次吹脹壓力、拉伸桿速度以及吹脹延遲時間對PET制品壁厚的影響，分析由于吹脹延遲時間的改變而形成不同型坯輪廓發(fā)展模式的原因。
1 實驗部分
1.1 實驗設(shè)備
兩步法標(biāo)準(zhǔn)型拉伸吹塑機(jī)：WL-A03系列；
紅外測溫儀：ST6L，美國Raytek公司；
高溫電子拉力機(jī)：美國德寶公司。
1.2 型坯與制品
型坯質(zhì)量35g，長140 mm，頸部及底部的厚度分別為2118mm和2170mm。型坯所用的材料為遠(yuǎn)紡工業(yè)（上海）公司生產(chǎn)的工業(yè)級PET（CB-602），特性粘度為（0.80±0.02）dL/ g，單軸拉伸實驗的PET材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖1。制品為一680mL長頸瓶子。型坯與瓶子的幾何尺寸參見圖2。
圖1 PET單軸拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（拉伸速率12.5 mm/s）
圖2 型坯和制品的幾何尺寸
1.3 實驗方法
型坯首先在遠(yuǎn)紅外旋轉(zhuǎn)式加熱裝置中被加熱至高彈態(tài)，使用紅外測溫儀測量型坯軸向溫度分布，然后將加熱后的型坯放入模具進(jìn)行拉伸吹脹。分兩步施加吹脹壓力，首先施加0.8MPa的氣壓（p1），低壓氣體的作用時間約為0.1s，這一步驟稱為一次吹脹；然后施加高壓氣體（p2） 將型坯徹底吹脹并定型，該步稱為二次吹脹。從拉伸桿動作至施加一次吹脹的這一段時間稱為吹脹延遲時間（t0）。在實驗過程中改變的加工參數(shù)為：二次吹脹壓力，拉伸桿速度及吹脹延遲時間。實驗中采用的工藝參數(shù)可參見表1，使用精度為0.01mm的數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量瓶子的壁厚。
表1 拉伸吹塑的工藝參數(shù)
工藝參數(shù) 數(shù)據(jù)
拉伸延遲時間/s
吹脹延遲時間（t0）/ s
一次吹脹壓力（p1）/Mpa
二次吹脹壓力（p2）/Mpa
一次吹脹時間/s
二次吹脹時間/s
延遲開模時間/s
拉伸桿速度（V）（空載）/ m·s - 1 0
0.3，0.4，0.5，0.6，0.7
0.8
1.3，1.5，1.7，1.9
0.1
5.5
5.5
0.6，0.85，1.15，1.35
表1 拉伸吹塑的工藝參數(shù)
工藝參數(shù) 數(shù)據(jù)
拉伸延遲時間/s
吹脹延遲時間（t0）/ s
一次吹脹壓力（p1）/Mpa
二次吹脹壓力（p2）/Mpa
一次吹脹時間/s
二次吹脹時間/s
延遲開模時間/s
拉伸桿速度（V）（空載）/ m·s - 1 0
0.3，0.4，0.5，0.6，0.7
0.8
1.3，1.5，1.7，1.9
0.1
5.5
5.5
0.6，0.85，1.15，1.35
2 結(jié)果與討論
2.1 二次吹脹壓力對軸向壁厚分布的影響
圖3 給出了不同p2下瓶子軸向壁厚的分布（未包括瓶底壁厚）。從圖3可看出：不同p2下成型的瓶子其軸向壁厚分布大體相當(dāng)，二次吹脹壓力的變化并沒有造成軸向壁厚分布的明顯變化。各條曲線的趨勢相同，在瓶頸及肩部由于吹脹比較小，壁厚較大；在瓶身部分壁厚相對較小，接近瓶底部分壁厚略微增加。
圖3 不同p2下拉伸吹塑的瓶子的軸向壁厚分布（t0= 0.4s，V = 085m/ s）
2.2 拉伸桿速度對軸向壁厚分布的影響
圖4 不同拉伸桿速度下拉伸吹塑的瓶子的軸向壁厚分布（t0= 0.4s，p2= 1.7MPa）
圖4給出了不同拉伸桿速度下瓶子的軸向壁厚分布（未包括瓶底壁厚）。拉伸桿速度的測定是在模具未放置型坯，拉伸桿直接觸及模具底部的情況下進(jìn)行的。從圖4可看出：拉伸桿速度的變化對瓶子軸向壁厚的分布有較大的影響。拉伸桿速度為0.6 m/s時，當(dāng)型坯軸向拉伸比較小時開始吹脹，結(jié)果造成瓶頸及肩部部分壁厚較大，而接近瓶底的部分很??；當(dāng)拉伸桿速度增至0.85 m/s 時，軸向的壁厚分布獲得較大改善，瓶頸厚度明顯減小，瓶身部分的厚度分布較為均勻，接近瓶底部分的壁厚比瓶身壁厚略為增加；當(dāng)拉伸桿速度繼續(xù)增加至1.15m/s時，由于拉伸桿速度的增加，在吹脹之前型坯被軸向拉伸至較長的長度，瓶頸與瓶肩對應(yīng)型坯部分在吹脹前的壁厚減小，接近瓶底部分相對而言獲得更多的材料，結(jié)果造成瓶頸及瓶肩部分的壁厚進(jìn)一步減小， 而接近瓶底部分的壁厚增加；拉伸桿速度為1.35m/s時的壁厚分布曲線與拉伸桿速度為1.15m/s時的壁厚分布曲線基本重合。
2.3 吹脹延遲時間對軸向壁厚分布的影響
圖5 不同吹脹延遲時間下拉伸吹塑的瓶子的軸向壁厚分布（p2= 1.7 MPa，V = 0.85 m/s）
通過調(diào)整吹脹延遲時間t0 可獲得不同的拉伸吹脹時序。t0對于型坯輪廓的變化模式而言是一個起決定性作用的因素。關(guān)于型坯輪廓變化模式的詳細(xì)討論可參見文獻(xiàn)[6]。這里僅作簡要介紹；當(dāng)T0=0.4s時，拉伸桿尚未接觸模具底部時即施加吹脹氣體，這意味著存在一段時間，在該時間段內(nèi)型坯受到吹脹氣體和拉伸桿的共同作用，該種情況下的成型模式為模式1；t0=0.5s時， 型坯輪廓的發(fā)展模式為模式2，在該種模式下，p1在型坯被拉伸接近模具底部時進(jìn)入型坯，當(dāng)拉伸桿接觸模具底部后，吹脹過程仍在繼續(xù)直至制品成型；t0增至0.6s時可觀察到模式3，即位于瓶肩的型坯部分首先被吹脹形成動脈瘤狀球形，該膨脹部分在氣體壓力的作用下向上下兩端發(fā)展，最后成型瓶子，當(dāng)t0繼續(xù)增至0.7s時，型坯的輪廓按照模式4發(fā)展，在拉伸結(jié)束到開始吹脹之間存在一段時間間隔，在模式4下成型制品的頸部材料會形成疊合。圖5給出了不同吹脹延遲時間下瓶子軸向壁厚的分布（未包括瓶底壁厚）。當(dāng)吹脹延遲時間由0.3s增至0.5s時，瓶頸及瓶肩的厚度大幅減小，瓶身的壁厚變化較小，而接近瓶底部分壁厚增加；吹脹延遲時間在0.5、0.6、0.7s下成型的瓶子的軸向壁厚分布曲線的趨勢基本相同，但由于型坯輪廓發(fā)展模式的不同，造成了瓶頸與接近瓶底部分的壁厚有所不同。在模式3下成型的瓶子的軸向壁厚整體上略大于在模式2和模式4下成型的瓶子。在瓶頸和靠近瓶底部分厚度差異較為明顯，瓶身部分厚度差異較小。
2.4 不同型坯輪廓發(fā)展模式成因分析
圖6 型坯受力示意圖
圖7 型坯拉伸至型坯底部未施加吹脹壓力時的外形輪廓
圖6給出了一段長為l的型坯橫向截環(huán)受力示意圖。型坯在軸向受拉伸桿作用，拉力為F；在徑向受吹脹壓力p作用，在吹脹中假定p大小不變。當(dāng)拉伸桿與吹脹壓力共同作用于型坯時，型坯軸向受力為F + pπRm2（Rm為型坯內(nèi)徑最大值），軸向與徑向所受應(yīng)力公式如下：
式中，R 為型坯內(nèi)徑；δ為型坯壁厚；σl 和σH分別為型坯所受的軸向和徑向應(yīng)力。為了討論方便，定義：
由圖2可看出，型坯各部分所設(shè)計的初始厚度和內(nèi)徑在軸向方向是變化的，從支撐環(huán)至型坯底部型坯壁厚開始變化較大，然后變化較?。欢鴥?nèi)徑值是緩慢減小的。故在型坯軸向方向μ值是不同的。這將導(dǎo)致吹脹前由于拉伸桿作用在型坯各部分產(chǎn)生的應(yīng)力大小不同，型坯各部分的應(yīng)變不同。參見圖2可發(fā)現(xiàn)，在靠近型坯支撐環(huán)部有一段壁厚為2.17mm的區(qū)域，通過計算，μ值為型坯長度上的最小值，約51.69。雖然該處的溫度相對較低（參見圖9），但在拉伸桿的作用下的應(yīng)變大于型坯其余部分。這將導(dǎo)致該區(qū)域厚度的急劇減小，但內(nèi)徑值并未減小很多；所以該區(qū)域的ν值比型坯其它部分大。根據(jù)公式2，對應(yīng)的徑向應(yīng)力也大。
在型坯輪廓發(fā)展模式1和2下，即延遲吹脹時間t0為0.4s或0.5s時，由于t0較小，型坯接近支撐環(huán)部分的溫度下降很小，但所受的徑向應(yīng)力很大，所以在吹脹壓力作用下型坯頸部首先被吹脹， 形成輪廓發(fā)展模式1和2。在型坯輪廓發(fā)展模式3下，當(dāng)型坯被拉伸至模具底部時施加吹脹壓力。圖7a給出了型坯被拉伸至模具底部未施加吹脹壓力時的輪廓，圖7b為圖7a的軸向剖面圖。型坯內(nèi)徑最小的部分用C表示，與C 相鄰的部分分別用A、B表示。從圖7可以看到，A 和C的軸向拉伸比較大。圖8給出了圖7型坯的厚度、內(nèi)徑以及ν值的軸向分布。從圖8可以看到，C 區(qū)域的內(nèi)徑值已經(jīng)等于拉伸桿的半徑值5196 mm。這意味著C區(qū)域已經(jīng)與拉伸桿相接觸。拉伸前在型坯外表面上劃線，拉伸后測量對應(yīng)劃線的長度可計算出各部分的拉伸比。結(jié)果顯示，A 區(qū)域的拉伸比為318。根據(jù)圖1顯示：本實驗所用的PET料在85～95 ℃溫度范圍， 當(dāng)拉伸比為4.1～5.2時表現(xiàn)出應(yīng)變硬化現(xiàn)象。由于在單軸拉伸試驗中所施加的拉伸速率（0.0125m/s）要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于拉伸吹脹實驗的拉伸速率（0.8m/s），PET材料的應(yīng)變硬化所對應(yīng)的拉伸比隨拉伸速率的增大而減小[7]；所以可以認(rèn)為，A區(qū)域已經(jīng)應(yīng)變硬化。這導(dǎo)致A區(qū)域雖然受到較大的徑向應(yīng)力作用，但在吹脹壓力的作用下的膨脹速度仍然較小。B區(qū)域的拉伸比僅為1.6，這意味著沒有出現(xiàn)應(yīng)變硬化；而且B區(qū)域的溫度比A區(qū)域高，所以在施加吹脹壓力后B區(qū)域首先脹大，型坯輪廓的發(fā)展模式為模式3。在模式4下，即吹脹延遲時間為0.7s時，B區(qū)域的脹大行為與模式3類似。但模式3與4的情況有所不同，隨著延遲吹脹時間的增加，C區(qū)域與拉伸桿接觸，由于拉伸桿的熱傳導(dǎo)率高，導(dǎo)致該區(qū)域的溫度下降較大，即C區(qū)材料變硬，結(jié)果造成在拉伸桿與C區(qū)的氣體通道變窄，使A區(qū)的氣體壓力增加。根據(jù)公式2，ν值與氣體拉力較大將造成該區(qū)承受較大的徑向應(yīng)力。在施加吹脹壓力后該部分也脹大，但由于應(yīng)變硬化，A區(qū)的脹大速度較小。
從以上分析可知：在注射拉伸吹塑工藝中，吹脹延遲時間對于型坯的輪廓發(fā)展是一個至關(guān)重要的因素。型坯輪廓的發(fā)展模式不但與型坯的幾何尺寸有關(guān)，而且與型坯的軸向、徑向應(yīng)力以及溫度分布緊密聯(lián)系。
圖8 圖7 試樣的厚度、內(nèi)徑及ν
圖9 再加熱型坯外表面軸向溫度分布
3 結(jié)論
通過注射拉伸吹塑實驗分析了二次吹脹壓力、拉伸桿速度以及吹脹延遲時間對瓶子壁厚的影響。吹脹壓力的改變對制品軸向壁厚分布改變不大，拉伸桿速度與吹脹延遲時間的變化對瓶子軸向壁厚分布有重要影響。吹脹延遲時間的變化會造成型坯輪廓發(fā)展模式的改變，形成不同型坯輪廓發(fā)展模式。在文中提出了僅與型坯厚度與內(nèi)徑相關(guān)的兩個參數(shù)：μ和ν，在拉伸吹脹過程中μ和ν不斷變化，導(dǎo)致了軸向與徑向應(yīng)力的變化，結(jié)合型坯的幾何尺寸，溫度分布以及材料的應(yīng)力-應(yīng)變行為，分析形成不同型坯輪廓發(fā)展模式的原因，在文中提出的分析方法有助于優(yōu)化型坯設(shè)計以及加工參數(shù)。
Linhan 2007 DongGuan
《塑膠原料物性大全 1.0》版權(quán)所有 Copyright?2007-2008
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PET化學(xué)名為聚對苯二甲酸乙醇酯，又稱聚酯。目前在客戶中使用最多的是GF-PET，主要是打瓶胚。
PET在熔融狀態(tài)下的流變性較好，壓力對粘度的影響比溫度要大，因此，主要從壓力著手來改變?nèi)垠w的流動性。
