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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(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定的差異。本文主要通過實(shí)驗(yàn)研究?jī)刹椒≒ET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(shí)間對(duì)PET制品壁厚的影響,分析由于吹脹延遲時(shí)間的改變而形成不同型坯輪廓發(fā)展模式的原因。
圖2 型坯和制品的幾何尺寸
表1 拉伸吹塑的工藝參數(shù)
2 結(jié)果與討論 2.1 二次吹脹壓力對(duì)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(shì)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(duì)較小,接近瓶底部分壁厚略微增加?!?
2.2 拉伸桿速度對(duì)軸向壁厚分布的影響
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(cè)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(duì)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(shí),當(dāng)型坯軸向拉伸比較小時(shí)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(shí),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(shí),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(zhǎng)的長(zhǎng)度,瓶頸與瓶肩對(duì)應(yīng)型坯部分在吹脹前的壁厚減小,接近瓶底部分相對(duì)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(shí)的壁厚分布曲線與拉伸桿速度為1.15m/s時(shí)的壁厚分布曲線基本重合。
通過調(diào)整吹脹延遲時(shí)間t0
可獲得不同的拉伸吹脹時(shí)序。t0對(duì)于型坯輪廓的變化模式而言是一個(gè)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(jiǎn)要介紹;當(dāng)T0=0.4s時(shí),拉伸桿尚未接觸模具底部時(shí)即施加吹脹氣體,這意味著存在一段時(shí)間,在該時(shí)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(shí),
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(shí)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(shí)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(dòng)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(shí),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(shí)間間隔,在模式4下成型制品的頸部材料會(huì)形成疊合。圖5給出了不同吹脹延遲時(shí)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(shí)間由0.3s增至0.5s時(shí),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(shí)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(shì)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。
圖7 型坯拉伸至型坯底部未施加吹脹壓力時(shí)的外形輪廓 圖6給出了一段長(zhǎng)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(shí),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:
圖9 再加熱型坯外表面軸向溫度分布
3 結(jié)論
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