吹塑成型

吹塑成型主要指中空吹塑(又稱吹塑模塑) 是藉助於氣體壓力使閉合在模具中的熱熔型坯吹脹形成中空製品的方法，是發展較快的一種塑膠成型方法。吹塑用的模具只有陰模 (凹模) ，與注塑成型相比，設備造價較低，適應性較強，可成型性能好 (如低應力) 、可成型具有複雜起伏曲線 (形狀) 的製品。

基本介紹

• 中文名：吹塑成型
• 外文名：Blow Molding
• 起源：19世紀30年代
• 方法：擠出吹塑、注射吹塑、拉伸吹塑等
• 套用：玩具製造等
• 學科：機械工程

簡述

吹塑成型主要指中空吹塑(又稱吹塑模塑)，是製造空心製品的一種常用方法，也是塑膠製品加工方法中除擠出、注塑、模壓之外另一種最常用的方法，且發展迅速，屬於二次成型技術範圍。它首先利用熱塑性樹脂通過擠出或注射成型得到半熔融狀態的管狀型坯，然後趁熱(或加熱到軟化狀態)將型坯置於各種形狀的模具巾，閉模後立即在型坯內通入壓縮空氣，藉助於氣體壓力使閉合在模具型腔中處於類橡膠態的型坯吹脹，使之緊貼於型腔內壁上形成中空製品。型坯的製作和吹脹兩個過程可以分開獨立進行。
19世紀30年代，以玻璃吹塑技術為基礎的自動化吹塑成型設備誕生，並獲得了專利。
1949年，德國的Norbmt和Reinold Hagen兄弟發明了用熱塑性塑膠生產瓶子的加工方法和裝置，並於1950年5月獲得了德國專利，從此擠出中空成型技術在歐洲開始發展；
20世紀50年代後期，隨著高密度聚乙烯的誕生和吹塑成型機的發展，吹塑技術得到了更加廣泛的套用；特別是到了80年代，吹塑成型的套用更是得到了快速發展。
吹塑成型最常用的原料包括PE、PP、PVC等聚烯烴及PA、PC等工程塑膠，電包括彈性體，其中，使用最多的是PE塑膠。吹塑成型工藝不僅可用於成型日常生活和工業中各種大小不同、形狀各異盛裝液體、藥品的瓶子、兒童玩具、熱水瓶外殼等，而且可用於成型各種形狀複雜的中空工業零部件，特別是汽車工業的零部件，吹塑成型的製品的套用範圍涉及汽車、辦公設備、家用電器、醫療、文娛器具、家具等方面。其中，汽車塑膠油箱是日前產量最大的中空吹塑汽車部件，1973年開始生產，至2000年已占整個汽車油箱90%的份額。近年來，吹塑技術得到了更快的發展，已從單層吹塑發展到雙層和多層吹塑。吹塑成型工藝出現了擠出吹塑、注射吹塑以及擠出或注射拉伸吹塑等多種新工藝。計算機模擬技術在吹塑成型工藝中也發揮了越來越重要的作用，計算機CAE/CAM技術日益成熟。吹塑成型工藝向著生產更大的和更多樣性的中空製品以及更快的生產速度和更高品質的方向發展。

工藝

吹塑成型工藝是塑膠包裝容器成型的常用方法。吹塑成型是將擠出或注射成型所得的半熔融態管坯(或型坯)置於模具中，然後閉合模具，在管坯中通入壓縮空氣將其延伸、膨脹，使之緊貼於模腔壁上，再經冷卻脫模得到一定形態中空製品的一種加工方法。

根據成型方法不同，吹塑工藝可分為多種。

1．擠出吹塑

擠出吹塑是塑膠包裝容器成型套用最多的一種方法。將熱塑性塑膠的粒料(或粉料)，在經過擠出機塑化後，通過特定的模頭，製備成熱熔融狀的管狀型坯，待型坯達到預定長度時進入模具，閉合模具，然後進行吹塑。
這種成型方法的特點：生產效率高，型坯溫度均勻，對中空容器的形態、大小和壁厚的允許範圍較大，適應性強，吹塑製品強度較高，設備簡單，投資少。但製品精度不高，螺紋的內壁隨外壁螺紋的變化而變化，且容器底部有拼接縫。多數HDPE瓶採用擠出吹塑而成型，如洗髮水瓶、沐浴露瓶等。
2．注射吹塑
注射吹塑是利用注塑機將型坯注射到芯棒上，待型坯經適當冷卻後(使型坯表層固化，移動芯棒時不致使型坯形狀破壞或垂涎變形)，芯棒與型坯一起被送入到吹塑模具中，將吹塑模具閉合，通過芯棒導入壓縮空氣，使型坯吹脹而形成所需要的製品，冷卻定型後取出產品。
這種成型方法的特點：製品無拼接縫，不需後修整；螺紋和瓶口尺寸精度高，頸部內壁為光滑的圓柱面；產量可以極大，輔助設備少：產品的底部強度高，材料損耗少：壁厚均勻，生產效率高。但設備投資大，加工生產周期較長，且對操作人員要求高，形狀不能太複雜，容器尺寸受限制(容器的高度不能過高)。適於生產小型精密容器。藥用塑膠瓶和廣口瓶常採用此方法成型。
3．拉伸吹塑

拉伸吹塑是型坯瓶口已經定型，將加熱在熔點以下的適當溫度的有底型坯置於模具內，採用拉伸桿進行軸向拉伸後再馬上進行吹塑的成型方法。在成型的同時，製品的壁中產生大分子的定向排列並固定下來，從而大幅度提高塑膠容器的性能。
這種成型方法的特點：廢品率少，生產效率高，重量易控制。製品衝擊韌性高，剛性提高，透明性與光澤度改善，阻隔性、氣密性好，但拉伸溫度控制要求高，設備投資大。多數PP瓶和PET瓶都採用注拉吹的方法成型，如可樂瓶等。
4．多層吹塑
多層吹塑是使用多層複合型坯，經吹塑成型工藝，製備多層容器的成型方法。通過各種不同塑膠層的合理匹配，實現各層塑膠性能的有效互補，從而克服單層塑膠容器的某些固有的缺點。

這種成型方法的特點：可提高塑膠容器的物理機械性能和改善容器性能，如遮光性、絕熱性、降低可燃性、適印性等。

工藝條件

工藝條件調整的目的是，在滿足產品最小壁厚要求的基礎上，產品壁厚儘可能均勻，產品件重儘可能小 ( 減少材料消耗 ) 。工藝參數設定的合理方法是，將經驗與數值分析技術結合。基本過程為，

①利用已建立的計算機模型，模擬吹塑模具、下料型坯、夾料板等狀態；

②輸入各階段對型坯壁厚分布影響的參數；

③對得到的模擬結果進行分析，通過計算機模擬顯示哪些部位壁厚達不到要求，而哪些部位壁厚超厚；

④利用人工經驗，調整輸入的參數，重複①～③的過程，保證產品各部位在達到最小壁厚的前提下，儘可能減小產品各部位壁厚。

⑤對多個工藝方案的結果分析、比較，最終確定最佳化的工藝參數。拉伸吹塑又稱雙軸取向吹塑，是在聚合物的高彈狀態下通過機械方法軸向拉伸型坯、用壓縮空氣徑向吹脹 ( 拉伸 ) 型坯以成型包裝容器的方法。拉伸吹塑有一步法、二步法。

工藝過程

吹塑成型過程可分為四個階段：

(1) 型坯形成階段聚合物在擠出機中的輸送、熔融、混煉、泵出成型為型坯的形成階段；在這一階段，影響壁厚分布的主要工藝參數有：

①材料的分子量分布、平均分子量；

②吹塑機的溫度控制系統和螺桿轉速，其中溫度控制系統包括料斗溫度，料筒 1 區、 2 區、 3 區、 4 區溫度，法蘭溫度，以及儲料模頭；

(2) 型坯下料階段型坯從模唇與模芯的間隙中擠出為下料階段。此時，型坯離模膨脹和型坯垂伸這兩種現象影響型坯成型。影響壁厚分布的主要工藝參數是吹塑機的模頭直徑和壁厚控制系統，其中控制系統包括軸向壁厚控制系統和周向壁厚控制系統，以調整模唇與模芯的間隙。

(3) 型坯預吹階段為避免型坯內表面的接觸、粘附，改善製品壁厚的均勻性，要對型坯進行預吹脹。在型坯預吹階段，從型坯下方往型坯內噴氣，以護持型坯，減小其垂伸。在這一階段，影響壁厚分布的主要工藝參數有：預吹壓力、預吹時間。

(4) 型坯高壓吹階段高壓吹脹型坯，使之貼緊模具型腔，實現產品塑性成型階段。該階段，影響產品成型的是型坯受高壓吹脹變形、型坯與模腔接觸變形。而影響壁厚分布的主要工藝參數有：材料的收縮率；吹氣壓力、時間；模具材料、結構、模具排氣系統以及模具冷卻系統，如冷卻水道分布、冷卻水進水溫度等。儘管影響吹塑製品質量的因素較多，但當生產條件、製品要求確定後，調整吹塑工藝參數能有效改善製品質量。最佳化的工藝參數可以提高生產效率，降低原材料消耗，最佳化產品的綜合性能。

發展趨勢

吹塑將隨著市場對其製品的需求，在材料、機械、輔助設備、控制系統、軟體等方面有如下發展趨勢。

(1) 原材料為滿足吹塑製品的功能、性能 ( 醫藥、食品包裝 ) 要求，吹塑級的原料將更加豐富，加工性能更好。如 PEN 類材料，不僅強度高、耐熱性好、氣體阻隔性強、透明、耐紫外線照射，可適用於吹制各種塑膠瓶體，並且填充溫度高，對二氧化碳氣體、氧氣阻隔性能優良，且耐化學藥品。

(2) 製品包裝容器、工業製品將有較大增長，而且注射吹塑、多層吹塑會有快速的發展。

(3) 吹塑機械及設備吹塑機械的精密高效化；輔助生產 ( 操作 ) 設備的自動化。“精密高效”不僅指機械設備在生產成型過程中具有較高的速度和較高的壓力，而且要求所生產的產品在外觀尺寸波動和件重波動方面均能達到較高的穩定性，也就是說生產製品各個部位的尺寸和外形幾何形狀精度高，變形及收縮小，製品的外觀及內在質量和生產效率等指標均要達到較高的水準。輔助操作包括去飛邊、切割、稱重、鑽孔、檢漏等，其過程自動化是發展的趨勢之一。

(4) 吹塑成型模擬吹塑機理的研究更加深入，吹塑模擬的數學模型的合理構建，數值算法的快速、準確是模擬的關鍵，吹塑成型模擬將會在制品質量預測、控制中發揮越來越重要的作用。