塑料吹塑成型工艺及应用：冷却系统设计与制品变形预防

吹塑成型工艺方法很多，但其基本成型过程相似，一般由挤出（注射）型坯、型坯吹胀成型、冷却定型、脱模、后冷却、修整等工序组成。不同吹塑工艺各有不同的操作方法及成型工艺参数。

1.挤出吹塑成型

挤出吹塑成型工艺过程如图17-40所示。

图17-40 挤出吹塑成型工艺过程示意

a）挤出型坯 b）吹胀 c）冷却d）脱模 1—吹塑模具 2—型坯 3—压缩空气入口 4—制品

用挤吹机挤出管坯，在吹塑模中合模时将管口封合再吹胀成型是最常用的工艺，可分为连续式及间歇式两种类型（各有不同结构的专用挤吹设备）。连续式是指塑料塑化、挤出管坯、合模吹塑、冷却脱模等工序是连续不间断进行的，需采用转盘式、往复式等不同运动形式的多工位挤吹机，设备简单、投资少，是目前国内中、小型企业常用方法，适用于加工5～50L容积的中小型容器、生产大批量小型容器、加工聚烯烃类制品（LDPE、HDPE、PP）及PVC等热敏性塑料制品。若选用熔体强度及粘度高的HDPE或HMWHDPE品种，则也可加工大型容器。

间歇式挤吹成型是指间歇挤出型坯，即挤出一型坯后停止挤出，待吹塑成型后再挤出一下型坯，常采用储料室机头，可吹塑大型容器，适用于加工聚烯烃、工程塑料类非热敏性塑料容器，成型周期比连续式长，但型坯下垂量小，制品壁厚，是吹塑工业制品的常用方法。

（1）主要工艺参数 可分为挤出型坯工艺参数及吹塑工艺参数两部分。

1）挤出型坯工艺参数包括挤出温度、挤出速度及螺杆转速，三者应互相匹配并适应树脂的成型特性。调节各参数的目的是保证塑化均匀，使熔体有足够强度和粘度，在适当的时间内型坯可挤出达要求的长度和质量，且不发生严重下垂、翘曲变形、壁变薄不匀、内应力过大、熔体破裂及降解、有损塑料物性等弊端。

另外，由于型坯挤出口模后会发生离模膨胀，同时又会发生下垂，两者会直接影响吹塑需用型坯的直径、壁厚及长度，因此除了控制挤出工艺参数外，还需按各种塑料离模膨胀比设计口模尺寸并采用可调节轴向和径向壁厚的机头。

2）吹塑工艺参数包括型坯温度、进气方式、吹胀气压、吹胀比、模具温度、吹胀时间、吹胀速率及冷却时间等。

进气（吹气）方式可分为上吹法（顶吹法）、下吹法和气针法等，应根据设备条件、制品尺寸、壁厚分布及外观等要求酌情择取。上吹法结构简单，瓶直径尺寸精度低，宜加工瓶口在容器中心的中小型制品；下吹法型坯口径部位壁厚，宜加工大、中型容器及瓶口位于中心或左右两侧的容器；气针法是利用吹气口很细的气针在容器的任何部位注入压缩空气进行吹塑成型，适用于加工非开口容器和可折叠式软容器。

吹塑时在适当的型坯温度下，型坯处于接近粘弹体的高弹体状态，需注入足够压力的气压使其充分变形，但变形程度及变形速度不能超过熔体强度允许范围，否则会导致熔体破裂。如果压力不够，则会导致制品外形残缺、表面粗糙、表面文字和图案模糊不清晰等弊端。因此，要控制吹胀气压（一般为0.2～1.0MPa，个别可达2MPa）、吹胀比（即容器最大内径与型坯内径之比简称BUR，一般为1.5～3）、吹胀时间和吹胀速度等，但这些参数取决于塑料品种、型坯温度、型坯厚度、模具温度及制品尺寸形状等。

冷却速率慢的塑料材料，吹胀气压较低；型坯温度高、熔体粘度低时，采用较低的吹胀气压；型坯温度低、熔体粘度高、模具温度较低时，采用较高的吹胀气压；容器体积大，壁厚较薄时，采用较高的吹胀气压。冷却速率慢的塑料材料，需要较长的吹胀时间；熔体温度低、模具温度低、吹胀气压高，吹胀时间可缩短；容器体积大、壁厚较厚时，采用较长的吹胀时间。吹胀时间长，有利于制得外观平整光滑、图文清晰、制品收缩率小的吹塑容器，但会使容器脱模困难，延长成型周期，降低容器生产效率。因此，在生产塑料吹塑容器时，应在保证容器质量的前提下，通过试验选出最短的时间。

另外，在吹塑过程中需控制吹胀速率（变形速率），如果快速注入大量气体，则熔体变形跟不上会导致部分型坯内陷、破裂或型坯在口模处冲断等问题，因此在型坯的整个吹塑过程中，其型坯的膨胀阶段要求以低气流线速度注入大流量的空气，以保证型坯能均匀、快速地膨胀，缩短型坯在与模腔接触之前的冷却时间，并提高制品的性能。低气流线速度还可以避免型坯内出现因局部真空使型坯瘪陷，这可通过采用较大的进气孔直径来保证。

吹塑成型后制品必须在模具内保持一定的冷却时间固化定型，直至制品脱模后不发生弹性回复变形时才可脱模，因此需采用模具冷却或模外冷却方法。对中、小型制品宜采用模具冷却，即在挤吹塑成型模具内设置冷却系统的方法进行冷却。先进的方法可采用在制品容腔内通入各类冷却剂（如空气、液N₂或液CO₂等），称为内冷却，可提高冷却效果，缩短冷却时间，减少制品翘曲变形。对大型制品，为了缩短成型周期及制品占模冷却时间，常采用待制品初步冷却定型后立即脱模再放入冷却装置中继续冷却的方法，称为模外冷却。

冷却工序的主要参数为模具温度及冷却时间。参数值与塑料品种的熔体温度及热导率、制品体积、尺寸大小、形状、壁厚、模具材料及导热性、冷却系统设计、模具温度控制精度及冷却介质等有关。

模具的温度设定要保证制品的性能较高、尺寸稳定性较大，成型周期较短，能耗较低，废品较少。

为保证制品的质量，模具的温度应分布均匀，而且在冷却过程中也要使制品受到均匀的冷却，模温一般保持在20～50℃。模温过低，会使夹口处塑料的延伸性降低，不宜吹胀，并使制品在此部分加厚，同时使成型困难，制品的轮廓和花纹等也不清楚。模温过高，冷却时间延长，生产周期加长。此时，如果冷却不够还会引起制品脱模变形，收缩增大，表面无光泽。模温的高低取决于塑料的品种，当塑料的玻璃化温度较高时，可以采用较高的模具温度；反之，则应尽可能降低模温。

由于在挤出吹塑成型过程中，型坯的吹胀与制品的冷却是同步进行的，除极短的放气时间外，型坯的吹胀时间几乎等于制品的冷却时间，因此冷却时间的长短，直接影响着制品的性能及生产效率。冷却不均匀会使制品各部位的收缩率有差异，引起制品翘曲、瓶颈歪斜等现象。

为了防止塑料因产生弹性回复而引起的制品变形，吹塑成型制品的冷却时间一般较长。通常为成型周期的1/3～2/3，其冷却时间的长短视塑料品种和制品的形状而定。例如热导率较低的聚乙烯，在相同的情况下就比同厚度的聚丙烯需要较长的冷却时间，通常随着制品壁厚的增加，冷却时间延长。

（2）挤出吹塑成型应用举例 挤出吹塑工艺是最常用的工艺，可吹塑几毫升到几万毫升的容器。其原料的相对分子质量高，MI值高，制品经周向拉伸后取向性大，抗冲击与耐应力开裂性好，可制作包装容器及工业制品。50L以下的容器已有国家标准，其瓶类容器大量用作牛奶、饮料、洗涤剂等的包装；桶类容器可用作化学试剂、农药、化学品、饮料、矿泉水、燃料油的包装，此外还可制作>200L的大容量包装桶和储槽（最大容积可达10000L）。可用挤出吹塑加工的塑料品种很多，常用料，如MI=0.3～4g/10min的LDPE（用作小型容器）、MI=0.5～1.2g/10min的HDPE（用作大型容器）、UHMWPE（用作燃料油桶）、MI=0.5～1.5g/10min的PP（用作大型容器及工业用品）等，其他塑料还有PVC、PC、EVA和PET等。

2.注射吹塑成型

注射吹塑是用注射法加工型坯代替挤出型坯进行吹塑成型的一种方法，其优点是效率高、自动化程度高、制品壁厚均匀、口部尺寸精确、型坯为桶形、无底部拼缝、底部强度高、不存在裂底问题、且废料少等，但需用型坯注射模及吹塑模两套模具进行生产，投资较大，技术要求也较高，并且要选用适当MI值的树脂。因为所用的树脂要具有既适合注塑成型特性（流动性好），又要适合吹塑成型特性（流动性低）两种矛盾的性能，因此限制了选用材料范围。另外，在整个成型过程中型坯是依靠对芯棒的包紧力，将型坯转移到吹塑工位进行成型的，因此芯棒直径不能太小，一般在20mm以上，故注射吹塑工艺不适宜加工小口径容器，适合加工广口瓶。目前，注射吹塑成型主要用于大批量加工<200mL容积的容器，可供食品、药品和化妆品等的包装。

注射吹塑成型与挤出吹塑成型的比较见表17-68。

表17-68 注射吹塑成型与挤出吹塑成型比较

（1）注射吹塑成型过程 注射吹塑成型的工艺流程如图17-41所示。

图17-41 注射吹塑成型的工艺流程

a）模具开启 b）注射模闭合及型坯注射 c）注射模开启 d）吹塑模闭合及型坯吹胀 e）启模、取出制品

成型的整个过程是在各种形式的专用注射吹塑成型机上进行的。所用设备由注射系统、吹塑系统、型坯注射模、吹塑模和型坯转移装置（即将型坯从图17-41a位转移到图17-41c位，再回复到图17-41a位的转移装置）等组成，设备有单型坯式、多型坯式等各种结构可供选用。

（2）工艺参数 注射吹塑成型是由注射成型和吹塑成型组合而成的，故其工艺参数也包括两种工艺常需控制的参数，这里主要介绍其某些特点：

1）常用塑料有LDPE、HDPE、SAN、EVA、PP、PS、PC、PET、PVC等。一般，PP、PE作医药包装容器、PE、PP、PVC、PS作日用品和化妆品包装；PE、PS、PET、无毒PVC作食品包装；PET、PC作特殊用途包装。

选用的原料应要求熔体强度好，粘度稍低，熔体流动速率稍高，具有适当的MI值。如用MI=0.1～1.0g/（10min）的PE配方料加工药瓶；还可选用有些工厂生产的专用注吹料，如PP共聚物，其成型性好，透明度高，成型速度快，可代替玻璃瓶作药品的包装；改性注射吹塑级PVC，透明，耐热分解，可用于多腔注吹成型；某些工程塑料中也有专用于注射吹塑工业制品的品种。

2）型坯结构。型坯是以芯棒为内形、以注射模模型为外形经注射而成的，由于成型时芯棒会承受较高注射压力，而型坯尺寸又需按制品尺寸形状设计，所以型坯设计时要兼顾注射成型和制品形状的要求。其一般工艺要求如下：

型坯（芯棒）直径和长度比（L/D）不要超过10∶1，该比值过大会导致芯棒弯曲变形和型坯壁厚不均。

型坯壁厚应保证制品最低厚度的要求，径向表面任何厚度（除颈部外）一般为2～5mm，小于2mm时易发生吹破，而大于5mm时难以吹塑成型。型坯横截面上最大壁厚与最小壁厚之比<2∶1，轴向比值<3∶1，但径向壁厚应尽量均匀一致。轴向可设计脱模斜度（即瓶口部位直径可比瓶底部位大一些），但要避免芯棒直径过小。

吹胀比一般为3∶1，局部可达4∶1。吹胀比过大会导致壁厚不匀。

型坯截面形状与制品截面形状有关，如制品截面为椭圆形，而椭圆长短径比<1.5∶1时型坯为圆形；长短径比<2∶1时型坯内形为圆形，外形为椭圆形；长短径比>2∶1时，则型坯内外形均为椭圆形。

型坯模及吹塑模设计成型件尺寸时应考虑不同塑料的收缩率，一般聚烯烃料的收缩率为1.6%～2.0%，PS和PC的收缩率为0.5%，且收缩率大小随壁厚而变化，壁厚时收缩值大，应取大值计算尺寸。

3）芯棒结构。在整个成型过程中从注射成型型坯开始直至吹塑、冷却、脱模为止，芯棒始终是参与各工序的主要工具，它既要经受注射压力及加热-冷却温度交变的作用，又要负责成型容器瓶口内径及外螺纹、吹塑瓶体、运转型坯等诸多任务。型坯芯棒的结构如图17-42所示。

图17-42 型坯芯棒的结构

1—热交换介质入口 2—热交换介质出口 3—压缩空气入口 4—压缩空气出口 5—型坯 6—芯棒

芯棒内由压缩空气进出通道（供吹塑气压）、加热冷却系统（用于供油或空气等热交换介质调节型坯温度）及外形体组成。外形体是成型型坯内径、瓶口内径的型芯。外形体上端部位（即型坯口上端）有一段颈圈，用于与注射模、吹塑模压紧配合，可防止熔料溢出和吹塑时固定芯棒，其配合间隙为0～0.015mm，且在配合面上开设1～2圈深为0.1～0.25mm的凹槽，使型坯颈部料楔入圈内，可防止型坯转移到吹塑工位时发生转动导致螺纹错位，同时还可减少漏气。

进气方式可分为上进气和下进气两种。当芯棒L/D>8∶1时，瓶颈尺寸小时为减少芯棒变形，宜采用下进气（即瓶底吹胀）。当L/D较小、颈部尺寸较大、颈部较难吹胀或要求吹胀温度较高时，则宜采用上进气法。

芯棒成型尺寸按型坯尺寸设计，各段的同轴度应在φ0.05～φ0.08mm之间，最好设计脱模斜度，当吹胀失败时便于拔出型坯。芯棒的最上端设有夹持段，供芯棒夹持在转位架上用。芯棒与夹持孔配合间隙为0.10～0.15mm。芯棒可采用合金工具钢，硬度为52～54HSC，成型面应抛光、镀铬。对腐蚀性塑料（如PVC等）宜采用不锈钢制作。

3.拉伸吹塑成型

拉伸吹塑成型是指挤出或注射成型的型坯在轴向拉伸和径向吹胀（又称双向拉伸）的形变下吹塑成型制品的工艺，简称为拉伸吹塑。与非拉伸吹塑相比，其制品的材质经拉伸后分子结构呈定向排列，双向取向性增强，可明显地提高制品抗冲击性、耐低温性、透明度、表面光洁、光泽性、刚性、阻隔性和耐热性等各项性能，且可减少制品壁厚，节省材料，降低成本，因此这种工艺应用很广。

拉伸吹塑成型主要采用聚酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚氯乙烯（PVC）及聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等材料。较适合成型0.2～20L，形状为圆形、椭圆形、方形，颈部为小口或广口的容器，广泛应用于饮料、食品、药品及化妆品的包装。例如，1.5L、1.8L、2L的聚酯瓶（PET），主要用于充气饮料的包装；少量或不充气饮料的包装如果汁、矿泉水，可使用聚氯乙烯瓶（PVC）；食品及食用油的包装，可选择使用聚氯乙烯瓶（PVC）或聚酯瓶（PET）；家用化学品的包装，可选择使用聚氯乙烯瓶（PVC）或聚酯瓶（PET）。其中，聚酯瓶（PET）是使用数量最大的一种，可热灌装、多次重复使用的聚酯瓶（PET）正在饮料市场迅速崛起。此外，PP瓶也发展很快。

（1）拉伸吹塑工艺分类 按型坯加工方法可分为挤出型坯拉伸吹塑法（简称挤拉吹）和注射型坯拉伸吹塑法（简称注拉吹）。

按型坯成型后与拉吹工序之间的衔接形式可分为一步法和两步法。一步法是指在一台专用挤（注）拉吹成型机上加工型坯后立即将型坯调节到拉伸温度送入吹塑模中吹制成型的方法，又称为热坯法。两步法是指型坯成型与拉吹成型各自分别进行，挤（注）型坯作为半成品，然后送到另一台拉吹机或另一生产场地，重新加热调节到拉吹温度后再进行拉吹成型的方法，又称为冷坯法。两种方式适用于加工不同性能的塑料，如一步法挤拉吹适合加工PVC制品，两步法挤拉吹适合加工PVC及PP制品，而一步法和两步法的注拉吹工艺则适合于加工PET等聚酯类塑料制品。

1）一步法的优点如下：

①投资少。

②生产连续进行，设备占地少，自动化程度高。

③瓶子表面缺陷（如条痕）较少。

④型坯所经历的热历程较短，有利于热敏性塑料的生产。

⑤能量消耗较低。

⑥如果生产形状相同而容量不同的容器，更换模具相对容易，适宜小批量生产。

2）一步法的缺点如下：

①不能分开和优化注射成型和吹塑成型的加工工艺，因为这两种成型工艺是相互匹配的，但不一定是最理想的。

②制品壁相对较厚。

③对操作工的技术要求较高，要同时掌握注射和吹塑技术。

3）两步法的优点如下：

①瓶子的生产成本低。

②可分别优化型坯的成型与拉伸吹塑成型工艺。

③设备的操作和维修较容易。

④生产效率高。

⑤适宜大批量生产。

⑥便于安排生产及分工协作。可按生产负荷情况及制品销售情况，自由地安排型坯生产，可先进行半成品储备，酌情再投入制品加工，也可将半成品转移（或出售）给其他生产单位分工加工制品。

⑦瓶的质量轻。

4）两步法的缺点如下：

①设备费用较高。

②瓶的表面缺陷会比一步法多一些。

③由于型坯需要进行再加热处理，会限制一些造型的瓶（如椭圆形的瓶）的生产。

综上所述，从经济的角度分析，若进行大批量的生产（同一造型的瓶，超过700万～900万只），安装两步法生产线会更合算。

（2）拉伸吹塑工艺过程 挤（注）拉伸吹一步法及两步法的工艺流程如图17-43所示。

（3）拉伸吹塑过程

1）挤拉吹方法。图17-43所示的挤拉吹过程可分别为一步法及两步法挤拉吹过程，无论哪一种方法都先将管坯封底，然后转移到拉吹工位利用机械装置进行轴向预拉伸，进而再进行边吹胀边拉伸成型。该工艺适用于加工硬PVC制品，两步法也适用于加PP制品。

一步法挤出拉伸吹塑成型过程简图如图17-44所示。两步法挤出拉伸吹塑成型过程简图如图17-45所示。

2）注射拉伸吹塑方法。图17-43所示的注拉吹过程分别为一步法及两步法成型过程。一步法一般在三或四工位注拉吹成型机上进行加工。注出型坯和瓶颈后转入调节拉伸温度工位。调节方法有直接从高温降至拉伸温度和先冷却型坯后再升温到拉伸温度两种方法。按塑料品种及型坯尺寸、壁厚酌情择取。将型坯调节到适当温度后即可进入预拉伸、拉伸吹胀等工序。两步法成型原理与一步法相同，差别于型坯加工及拉吹加工各自分别进行。

图17-43 挤（注）拉伸吹塑工艺过程

图17-44 一步法挤出拉伸吹塑成型过程

a）型坯挤出和截取 b）瓶颈螺纹成型和预吹 c）拉伸瓶坯 d）吹胀成型

注射拉伸吹塑工艺目前主要用于加工0.2～2L的圆形或椭圆形容器，尤其对聚酯改性材料效果更好。如聚酯瓶广泛用于饮料、纯净水、食用油等食品的包装，用量很大。注拉吹工艺可适应高效率大量生产的需要。

一步法注拉吹成型工艺简图如图17-46所示，两步法注拉吹成型工艺简图如图17-47所示。

图17-45 两步法挤出拉伸吹塑（冷管法）成型过程

a）管子加热 b）压缩口部螺纹 c）封接管子底部 d）拉伸 e）吹胀 e）冷却

图17-46 一步法三工位注射拉伸吹塑工艺过程

a）注射管状型坯 b）型坯拉伸吹塑 c）制品脱模

（4）成型工艺参数 包括如下一些方面：

1）选用材料。一步挤拉吹工艺常用于加工PVC、PET、PAN等塑料，两步法常用于加工PP和PVC塑料；注射拉吹法常用于加工PET、PVC、PP塑料，其中一步法还可加工PC、PS、PA、POM等塑料。

图17-47 两步法注射拉伸吹塑工艺过程

a）型坯注射成型 b）型坯再加热及拉伸吹塑 c）制品脱模 1—注射机喷嘴 2—型坯注射模 3—型坯 4—加热元件 5—拉伸吹塑模 6—中空塑件

加工用的塑料都应采用注射吹塑级品种，如PVC应选用悬浮法K值为57～60的PVC品种；PP（包括均聚、共聚、高相对分子质量PP、无规均聚PP等）都应选用MI=10～12g/10min的品种。

常用树脂中PET的拉吹工艺性最好，主要表现在具有自动调节壁厚的性能。一般料在拉伸吹塑时对于壁厚薄弱部位或温度较高部位会先吹胀变薄，甚至拉破，但PET料在吹拉时，这些部位料的拉伸强度会升高，且带动其他部位料扩散，随之提到强度向平衡方向发展，致使各部位壁厚均匀化，甚至在适当的拉伸温度下也可能发生自拉伸现象。注拉吹PET可采用相对分子质量为（2.3～3.0）×10⁴，特性粘度为0.7～1.4dL/g。低粘度吹塑级PET树脂的改性效果很好。另外，还可用PET/EVOH或PET/PEN共混改性料制作高阻隔性容器。(www.xing528.com)

2）拉吹工艺条件。当制品尺寸形状及原料确定后，拉吹工艺条件会直接影响制品的最终性能。其中，经双向拉伸后材料内部分子链取向的程度及其稳定性是主要的决定因素，如果取拉吹制品径向和轴向切片测其拉伸强度，则拉伸取向效果好的制品的拉伸强度明显增加，其值接近等于未拉吹制品切片强度与拉伸比的积。取向效果的好坏与拉伸温度、拉伸速率、吹拉比、冷却速率等工艺条件有关。

①拉伸温度（取向温度）是指型坯经调节温度后最有利于拉吹变形充分取向化的温度。不同塑料品种有不同的拉伸温度范围，对结晶型塑料（如PP）应在低于或稍高于结晶熔点的狭窄温度范围内进行，且还要考虑其晶核的形成与晶核生长率，即在适当温度及已形成晶核的状态时进行拉伸变形，则可形成好的结晶取向的效果。

对于非结晶料（如PVC、PAN）或PET等因冷却速度快会阻止晶体形成的料，则型坯应加热到稍高于玻璃化温度时再拉吹，这样取向效果较好。几种塑料的拉伸温度范围见表17-69。

表17-69 几种塑料的拉伸温度范围

如果拉伸温度高，则取向不充分或型坯表面浑浊发白（又称结晶白浊）无法拉伸；但温度过低，则也无法拉伸，制品透明性也下降，取向效果不明显。一般而言，拉伸温度稍低一些比高一些的取向效果好，但耐热性等物性会下降，容器受热后体积收缩率较大。

另外，由于型坯壁的内外层散热程度不同，内壁温度比外壁高，厚壁部位比薄壁部位温度高，则拉伸时温度高的部位易被拉薄，低温部位制品壁较厚，因此必须保持一定的加热时间，使型坯温度尽量均匀。

国外对注拉吹成型还提出了一种直接调温法，即型坯成型后直接在注射模中调温，并在型坯表面温度稍低于T_g温度时，即树脂尚未结晶前就进行高速拉吹成型。这样可简化工艺，缩短周期，降低能耗与成本。

这种技术的理论是利用高温部位易拉伸、低温部分难拉伸的特性，当型坯各部位调节到需要的温度时脱模，立即拉伸则可获得各部位理想壁厚的制品。

但调节型坯的温度与壁厚分布、注射速度及压力、冷却时间和模温有关，欲达到自如调温的目标，目前还取决于试验和经验，技术尚待进一步发展。

②吹拉比是指拉吹成制品时表示型坯沿轴向和径向的变形程度的一项重要参数。适当的吹拉比可取得良好的取向效果。吹拉比是轴向拉伸比与径向吹胀比之乘积，每一种制品选择的吹拉比由塑料品种、制品尺寸形状确定。

③拉伸速度及冷却速度。拉伸速度快、冷却速度慢都不利于取向变形程度。拉伸速度快，分子结构来不及取向变形就被拉破；而冷却速度慢会使被拉伸的分子结构回复变形，从而降低取向度。

由此可见，在拉伸吹塑中所采用的原料、设备、型坯设计、制品尺寸形状及壁厚、成型工艺条件等因素必须互相匹配才能获得良好的取向效果，从而提高制品的各项性能。

4.共挤（注）吹塑成型

共挤（注）吹塑成型是指利用共挤或共注技术制作复合多层结构的型坯，再采用各种吹塑方法加工成中空制品的一种方法。目前，我国主要采用共挤出吹塑成型法加工包装容器。

共挤吹塑工艺包括如下几个方面的内容：

1）工艺流程。基层、粘合层、功能层树脂分别塑化挤出，经输料管送入共挤机头组成多层（如内基层/粘合层/功能层/粘合层/外基层）复合熔料层；然后经挤出型坯（多层复合料层）、吹塑成型和冷却脱模完成整个成型过程。

2）设备、机头及模具。共挤吹塑系统由基层、粘合层、功能层塑料塑化挤出机各一台，以及输料管系统、共挤出型坯机头、吹塑机及模具组成，配备有计量加料器、高精度输出熔体泵、冷却加热系统及温控装置、压缩空气机等装置，组成共挤出吹塑机组。其有关设备装置简介如下：

①挤出机。挤出机台数视多层材料品种而定，如复合料为PE/EVOH/PP或PP/EVOH/PP，则分别采用三台和两台挤出机，各台挤出机的螺杆等结构参数，工艺条件均按各自塑化料的物性而设定。

为了保证各层料的厚度，必须保证各台挤出机的挤出量相匹配，因此挤出机配备计量加料器。各台挤出机按各层料量精确计量加料，且在料筒进料区设置高压强力冷却区域，保证各层物料充分塑化，精确挤出又不降解。另外，为了保证各层物料能以匹配的流速和正确的流量输入共挤机头，其各自采用高精度输出泵输送熔料。

②共挤出机头是共挤吹塑工艺中的主要组分，简单地说，其作用是将来自各台挤出机的层料，按复合层的结构顺序排列，且各层熔料沿复合界面均匀流动、熔合，挤出后即为料层排列、层数、各层厚度均符合设计要求的多层复合整体型坯。

共挤出机头结构很复杂，按机头模体结构可分为管套式及积木式两类，如图17-48所示。

图17-48 连续式共挤出型坯机头实例

a）管套式共挤出型坯机头 b）积木式共挤出型坯机头

无论哪一种结构，其基本工作原理都是相同的，各层熔料分隔输入机头内，然后一边向前流动，一边依层次沿界面层熔合成整体挤出。管套式机头结构紧凑、流道短、熔料滞留时间短、不易过热降解，但各层温度、流动状态不能分别调节，故只适用于加工各层熔融温度及流变特性相接近的物料。

积木式挤头是由定型的挤出机头单元组合而成的，按复合料的层数、层序将各单元挤出，由上往下按从最内层料开始向外层料的顺序叠合成一体，组成组合机头，工作时最上面的机头挤出最内层料，最下端的机头挤出外层料，中层机头挤出中层料，且各层料按设定的料量及厚度挤出，按顺序熔合成整体。该结构采用单元组合形式，每单元结构简单、标准化，可按制品需要任意组合，灵活性强。各单元可独立调节温度及熔体流动状态，能按设定位置安排各层料熔接缝的位置。适合加工不同成型特性塑料组合成的复合料，但流程长，能量消耗大。

按机头挤出型坯的形式，可分为单头型坯共挤出机头和多头型坯共挤出机头；按型坯挤出的连续性可分为连续式及间歇式（即带储料式共挤机头），如图17-49～图17-51所示。

图17-49 储料式共挤出机头（间歇式）

1—功能层挤出机 2—功能层储料缸 3—环形通道 4—基层储料缸 5—基层挤出机 6—环形活塞 7—粘结层储料缸 8—粘结层挤出机 9—模套 10—模芯 11—口模间隙

连续式机头适用于型坯质量轻、容积较小的容器，加工高强度熔体塑料时，因型坯下垂现象减轻，故也可加工120～220L的大容积容器。

储料式机头工作时型坯下垂现象小，可在较短时间内一下子把储料室内的大量熔体挤出成型，壁厚变薄现象较小，壁厚均匀，可加工较大容器。

图17-50 连续式共挤出机头

图17-51 多头型坯共挤出机头

多头型挤出机头适合于生产大批量小容积容器。

③吹塑模。吹塑模结构与单层容器吹塑模相似，其特点在封合容器底部的夹坯口处采用图17-52所示的结构，其目的加强接合缝粘合强度，防止层间剥离脱层。

3）工艺参数。在共挤吹塑工艺中共挤出工序是关键环节，在该工序中要求每层熔体要以设定的厚度匀速流动，且各层熔体在复合前后都应保持相同的流速，每条流道内的压力降应相匹配。这样才能均速挤出层次分明、壁厚均匀、厚度正确、物料密实、粘合牢靠的多层复合型坯。因此，必须控制各层物料的塑化及挤出过程中的工艺参数，主要有熔体压力、熔体温度、挤出速度和挤出量等。此外，在机头结构上需设置可调节型坯轴向及径向壁厚的机构、调节温度的机构及控制进料速率的机构等。

图17-52 共挤出吹塑多层复合容器夹坯口示意

①调节型坯壁厚。一般采用调节机头流道间隙的方法，在图17-53所示的结构中调节螺钉1或转套2、3即可从轴向和径向调节流道间隙及熔体流量。

②调节流道温度。调节各流道温度使各层物料具有适当的加工温度。管套式结构调温较困难，积木式结构则较容易，在机头内设置冷却系统，机头外设置外加热装置即可。实际生产中，一般先按基材料设定机头加热温度，再按功能层料、粘合层料熔体状态进行适当的温度调整。

③进料及挤出量和挤出速度应匹配。各层料的挤出机必须保证挤出量。挤出速度应适应各料层的厚度、厚度均匀性及各层熔体间流动速率的均衡性。因此，在投产前应预先对各料层用的挤出机进料和挤出参数进行测定，要保证单机匹配（对单料层）和各料层挤出机之间的挤出量和挤出速度相匹配。

共挤吹塑成型工艺较复杂，不仅要设定正确的工艺条件，而且要随机监控，才能保证正常生产。

5.低发泡塑料吹塑成型

该工艺是用低发泡或微发泡的吹塑级配方料吹塑加工中空制品的一种方法。其基本成型过程与普通塑料吹塑工艺相似，主要步骤为：用挤出法或注射法制作型坯（此时挤出法型坯已发泡，注射型坯未发泡或微量发泡），然后将型坯加热（调整到吹塑温度、型坯变软并完成发泡）吹胀成型，再冷却定型、脱模即可。在成型过程中，由于发泡后吹塑，致使泡孔变形拉长或吹胀时因熔体强度低会拉破泡孔，且接触模具型面的制品表面的泡孔也会被挤扁，因此需采用一些工艺措施。

（1）原料 吹塑用料需采用专用的发泡吹塑配方料，通常需在吹塑级塑料中加入具有成核作用的吸热型发泡剂（如柠檬酸/碳酸氢钠、多碳酸/有机碳酸盐等）及保持微孔结构的发泡抑制剂等。成型料可以将发泡剂等助剂与吹塑用塑料制成预混料，有些塑料还可制成可发性粒料（如可发性LDPE粒料）可直接供成型用。也有使用不活泼气体（如N₂、CO₂）作发泡剂直接注入料筒的熔体中制作发泡料的。

图17-53 轴向、径向调节壁厚机构示意图

a）径向调节层的厚度 b）管套式共挤出型坯机头中熔体流动的调节 c）轴向调节层的厚度 1—螺钉2、3—转套

（2）型坯成型 型坯可采用挤出及注射两种加工方法。注射型坯常采用两步吹塑成型工艺。型坯由芯棒携带进行加热和吹塑。为了使型坯紧抱芯棒，保证制品内型光滑和形状规整，防止转移和加热过程中型坯脱落，所以在注射型坯时芯棒需转动使型坯侧壁产生取向应力，提高型坯环箍张力，抽真空即可将型坯牢固地吸在芯棒上。注射型坯成型后需控制存放环境温度及存放时间，防止发泡剂流失过多。一般室温下放置45天后，发泡剂还可保留80%，如果在-15℃的环境中则可保留90%以上。

挤出型坯控制较简单，因在挤出同时已发泡，所以必须控制发泡速度，一般发泡过程应在吹胀过程结束前完成，同时还应控制挤出速度。速度越快，泡孔越大，吹胀时变形大，易拉破。另外，挤出型坯膨胀比较大，一般为2.5～3.5。

（3）吹胀力 中空成型时需兼顾吹胀压力与发泡体密度的关系，压力高、破泡多、发泡倍率低，则密度大，但压力小制品形状完整性差，一般吹胀压力为0.3～1.05MPa。

可发性LDPE低发泡吹塑成型工艺举例如下：

制品为500cm³圆筒形瓶，质量为20g。成型设备用双工位中空成型机，坯料由挤出机挤出，挤出螺杆直径为45mm，L/D=16∶1。口模的内径为13.4mm，外径为17.8mm。坯件从挤出机口模挤出时，因伴有发泡而使膨胀比很大，通常其口模膨胀率可达2.5～3.5。因而与不发泡的挤出坯件口模相比，发泡挤出坯件口模孔径应相应偏小。另外，在不至于拉扁拉长太多泡孔的前提下，可以增加牵引辅助装置，帮助挤出最佳泡体分布和坯件厚薄截面形状的挤出坯件。其成型工艺条件和产品性能见表17-70。

6.双壁吹塑成型

该工艺是从两张片状型坯间吹入压缩空气，吹胀后用凸凹模合模制成中空制品的一种方法，可用于制作箱包、座椅架、大型中空托盘、汽车扰流板、保险杠、仪表板、门板内衬等工业制品，也可制作用铰链连接的箱盖包，容器开口处有加强凸缘、外表面有加强筋或把手、各种深凹花纹、商标造型的中空制品，还可制作中空层填充聚氨酯泡沫塑料的隔声、隔热制品。

表17-70 低发泡中空成型制件的成型工艺条件和产品性能

7.非圆形体容器成型

在吹塑成型非圆桶型和非圆截面桶体制品（如葫芦瓶、矩形截面瓶）时，容器各部位轴向或径向吹胀比相差较大，如采用等壁厚的型坯会导致制品壁厚不均，甚至破裂，因此需制作轴向或径向不等壁厚的型坯，如图17-54所示。因此，应采用可调节型坯轴向或径向壁厚的机头。

图17-54 容器壁厚和其型坯的轴向异化的壁厚

轴向调节壁厚机构是由电液伺服系统与液压驱动的芯棒组成的。成型前先优化设计轴向壁厚及其分布程序，通过程序控制系统，在挤出型坯时芯棒按程序指令上下移动，调节口模与芯棒间隙（即熔体流道间隙），从而挤出轴向不同壁厚的型坯。另外，还可用程序控制挤出速度的方法来控制壁厚。

调节径向壁厚结构较复杂，现有三种方法，通常采用异形口模的结构来调节径向厚度，如图17-55所示。采用异形口模制作径向壁厚变形的型坯，吹塑后制品的壁厚分布从图17-55a变成图17-55b，可有效地改善壁厚均匀性。但这种方法机头制作困难，需经较长时间的试模修形后才能达到效果。

图17-55 机头平直段异型化对长方 形罐壁厚分布的影响

为了便于调节径向壁厚，目前开发了SFDR法及PWDS系统。SFDR称为静态挠性可变形环，如图17-56所示，调节厚度时只要稍停机，人工调节螺钉，使环变形即可修正口模流道的截面形状，使用方便，修改灵活。

PWDS系统又称动态挠性可变形环，实际上是配置了程序控制系统的SFDR，在PWDS系统中根据预设定的程序，通过伺服阀和液压缸来驱动SFDR，实现径向壁厚调节，如图17-57所示，现用于加工汽车燃油箱、L环大桶、方形容器等。由于合理地分布了型坯壁厚，所以还可节省材料，缩短成型周期。

图17-56 设置在机头芯棒上的SFDR

图17-57 PWDS系统的基本构成

8.弯曲管件的吹塑成型

用挤吹成型工艺可制作各类弯曲管件，如汽车用聚烯烃类热塑性弹性体波纹套管及聚酯类热塑性弹性体进气管、排气管、冷却管等。这类管件多为立体弯曲形，常需采用二维或三维吹塑成型工艺。用常规吹塑法成型弯曲管件如图17-58所示，需用很宽的管坯，会产生大量废料。二维吹塑成型工艺如图17-59所示，利用PlacoX-Y吹塑机，模板按型腔的形状可自动沿X-Y方向程序移动，挤出头与其配合将挤出的管坯正好填入型腔中，然后再合模吹塑即可制成二维形状的弯管件。另外，还可利用两台挤出机按程序分批向特殊机头供料，可制作由不同材料组合而成的管坯和吹塑制品。如先挤出热塑性弹性体，中段挤出聚烯烃弹性体，末端再挤出热塑性弹性体，吹塑后即可制成两端柔软、中间段有强度的软硬接合可防振、便于装配的弯管件。而且可将原来需制作多组管件组装成一体的管件，采用该工艺一次成型，可消除各组件连接的部件。这种加工方式的制品内应力小，无夹坯缝，壁厚均匀，外观良好。三维吹塑成型如图17-60所示，成型前模具先闭合密封，型腔抽真空，然后挤出管坯料，在真空吸力牵引及挤出料的推动下管坯自然沿型腔通道填入三维形状的模型中，然后边吹胀边吸塑型坯，使其填充型腔冷却成型，开模脱模即可制作三维形状的弯管。

图17-58 用常规吹塑法成型弯曲管件

三维负压吹塑成型的特点如下：

1）设备和模具的投资少。

2）当模具在循环期间闭合时，无挤压力产生。

3）生产工艺简单，容易操作。

4）模具中的气流防止了型坯和模具表面之间的过早接触，成型的制品表面光滑。

5）可以加工熔体强度较低的材料，如尼龙等。

6）此加工过程也适合于连续共挤出成型。

图17-59 模具在倾斜模板上沿二维方向随意移动示意图

9.工业制品的吹塑成型

随着吹塑技术及塑料品种的发展，现在各种吹塑工艺也广泛用于制作工业中空制品，如采用聚烯烃，工程塑料中的吹塑级品种，用挤出吹塑，挤拉吹、双壁吹塑等工艺加工的工业用大型吹塑容器、汽车燃油箱、保险杠、车门内衬、弯管、扰流板、仪表板等。与传统的注射成型相比，该工艺具有设备模具投资小、制品内应力低、抗冲击、耐化学药品性好、不易发生翘曲变形等优点，且生产成本低，能耗小。挤出吹塑与注射成型方法的比较见表17-71。

图17-60 三维负压吹塑成型工艺过程基本操作示意图

表17-71 挤出吹塑与注射成型方法的比较

由于工业制品形状复杂，尺寸和壁厚较大，吹塑变形程度大，力学性能要求高，所以其吹塑工艺有如下一些特点。

（1）设备及模具方面 工业用中空制品多数采用挤吹成型和挤拉吹成型加工，需选用较大容量的挤出机，进料区有较高的压力（如开槽进料式挤出机），螺杆塑化能力强，螺杆上按聚合物成型特性可设置混炼元件，吹塑机锁模力大。

对工程塑料及大型制品宜选用储料缸式间歇挤出型坯机头，对小型批量大的制品可选用型坯挤出速度比连续式挤出快的往复螺杆式间歇挤出型坯机头，对小型及聚烯烃类制品可选用变往螺杆式连续挤出型坯机头。

挤出机、机头、吹塑模都应控制温度，有独立的加热冷却系统，型坯机头应设有轴向及径向壁厚控制机构。另外，为了保证制品外形及轮廓，必要时吹塑模中可设置真空吸塑孔。

吹塑模的夹坯刃口尺寸不仅要保证接合缝有足够的强度，而且还要设置余料槽及去飞边装置。

（2）原料及型坯 工业制品用的塑料品种很多，有聚烯烃类、工程塑料类、填充及增强改性类等，其MI值小，但熔体强度高，型坯一般为椭圆形、扁圆形、扁平型、矩形、扁宽板形等形状，与制品形状相对应。

型坯成型工艺条件按物料品种设定，但对工程塑料制品应注意预热干燥处理。型坯成型中要确保塑化质量及稳定性，控制壁厚和长度及熔体流动速度。