PET瓶吹塑工藝分析
時間:2005-08-11
聚對苯二甲酸乙二酯(PET)吹塑瓶的生產按型坯的預成型不同可分為注射拉伸吹塑(簡稱注拉吹)和擠出拉伸吹塑(簡稱擠拉吹)。在這兩種成型方法中，由于注拉吹工藝易控制，生產效率高，廢次品少而較為通用。
PET吹塑瓶可分為兩類，一類是有壓瓶，如充裝碳酸飲料的瓶；另一類為無壓瓶，如充裝水、茶、油等的瓶。茶飲料瓶是摻混了聚萘二甲酸乙二酯(PEN)的改性PET瓶或PET與熱塑性聚芳酯的復合瓶，在分類上屬熱瓶，可耐熱80℃以上；水瓶則屬冷瓶，對耐熱性無要求。在成型工藝上熱瓶與冷瓶相似。筆者主要討論冷瓶中的有壓飲料瓶成型工藝。
1 設備
隨著科技的不斷進步和生產的規模化，PET吹瓶機自動化程度越來越高，生產效率也越來越高。設備生產能力不斷提高，由從前的每小時生產幾千個瓶發展到現在每小時生產幾萬個瓶。操作也由過去的手動按鈕式發展為現在的全電腦控制，大大降低了工藝操作上的難度，增加了工藝的穩定性。
目前，注拉吹設備的生產廠家主要有法國的SIDEL公司、德國的KRONES公司等。雖然生產廠家不同，但其設備原理相似，一般均包括供坯系統、加熱系統、吹瓶系統、控制系統和輔機五大部分。
2 吹塑工藝
PET瓶吹塑工藝流程。
影響PET瓶吹塑工藝的重要因素有瓶坯、加熱、預吹、模具及環境等。
2.1 瓶坯
制備吹塑瓶時，首先將PET切片注射成型為瓶坯，它要求二次回收料比例不能過高(5％以下)，回收次數不能超過兩次，而且分子量及粘度不能過低(分子量31000-50000，特性粘度0.78-0.85cm3／g)。注塑成型的瓶坯需存放48h以上方能使用。加熱后沒用完的瓶坯，必須再存放48h以上方能重新加熱使用。瓶坯的存放時間不能超過六個月。
瓶坯的優劣很大程度上取決于PET材料的優劣，應選擇易吹脹、易定型的材料，并制定合理的瓶坯成型工藝。實驗表明，同樣粘度的PET材料成型的瓶坯，進口的原料要比國產料易吹塑成型；而同一批次的瓶坯，生產日期不同，吹塑工藝也可能有較大差別。瓶坯的優劣決定了吹塑工藝的難易，對瓶坯的要求是純潔、透明、無雜質、無異色、注點長度及周圍暈斑合適。
2.2 加熱
瓶坯的加熱由加熱烘箱來完成，其溫度由人工設定，自動調節。烘箱中由遠紅外燈管發出遠紅外線對瓶坯輻射加熱，由烘箱底部風機進行熱循環，使烘箱內溫度均勻。瓶坯在烘箱中向前運動的同時自轉，使瓶坯壁受熱均勻。
燈管的布置在烘箱中自上而下一般呈"區"字形，兩頭多，中間少。烘箱的熱量由燈管開啟數量、整體溫度設定、烘箱功率及各段加熱比共同控制。燈管的開啟要結合預吹瓶進行調整。
要使烘箱更好地發揮作用，其高度、冷卻板等的調整很重要，若調整不當，吹塑時易出現脹瓶口(瓶口變大)、硬頭頸(頸部料拉不開)等缺陷。
2.3 預吹
預吹是二步吹瓶法中很重要的一個步驟，它是指吹塑過程中在拉伸桿下降的同時開始預吹氣，使瓶坯初具形狀。這一工序中預吹位置、預吹壓力和吹氣流量是三個重要工藝因素。
預吹瓶形狀的優劣決定了吹塑工藝的難易與瓶子性能的優劣。正常的預吹瓶形狀為紡錘形，異常的則有亞鈴狀、手柄狀等，如圖2所示。造成異常形狀的原因有局部加熱不當，預吹壓力或吹氣流量不足等，而預吹瓶的大小則取決于預吹壓力及預吹位置。在生產中要維持整臺設備所有預吹瓶大小及形狀一致，若有差異則要尋找具體原因，可根據預吹瓶情況調整加熱或預吹工藝。
預吹壓力的大小隨瓶子規格、設備能力不同而異，一般容量大、預吹壓力要小；設備生產能力高，預吹壓力也高。
即使采用同一設備生產同一規格的瓶子，由于PET材料性能的差異，其所需預吹壓力也不盡相同。玻纖增強的PET材料，較小的預吹壓力即可使瓶子底部的大分子正確取向；另一些用料不當或成型工藝不適當的瓶坯，注點附近有大量的應力集中不易消退，如果吹塑，常會在注點處吹破或在應力測試中從注點處爆裂、滲漏。根據取向條件，此時可如所示把燈管移出2-3支至注點上方開啟，給予注點處充分加熱，提供足夠熱量，促使其迅速取向。
對于已加熱二次使用的瓶坯或存放時間超標的瓶坯，由于時溫等差效應，二者成型工藝相似，與正常瓶坯相比，其要求的熱量要少，預吹壓力也可適當降低。
2.4 輔機及模具
輔機主要指維持模具恒溫的設備。模具恒溫對維持產品的穩定性有重要作用。一般瓶身溫度高，瓶底溫度低。對冷瓶來說，由于其底部的冷卻效果決定了分子定向的程度，將溫度控制在5-8℃為佳；而熱瓶底部的溫度則要高得多。
模具是影響PET瓶吹塑工藝的重要因素，模具形狀的優劣會減輕或加大工藝調整的難度，如加強筋、過渡區的弧度及底部的散熱狀況等都對工藝調整有影響。
2.5 環境
生產環境的好壞對工藝調整也有較大影響，恒定的條件可以維持工藝的穩定及產品的穩定。PET瓶吹塑成型一般在室溫、低濕狀態下為佳。
3 其它要求
有壓瓶應同時滿足應力測試與耐壓測試的要求。應力測試是為防止PET瓶灌裝飲料時瓶底與潤滑劑(堿性)接觸過程中產生分子鏈的降解而發生開裂、滲漏等進行的內在質量控制；耐壓測試則是防止瓶內充入一定壓力氣體后產生爆裂而進行的質量控制。為滿足這兩種需要，中心點厚度要控制在一定范圍內，一般情況是中心點薄，應力測試較好，耐壓較差；中心點厚，耐壓測試較好，應力測試較差。當然，應力測試的結果還與中心點周圍過渡區域料的堆積有很大關系，這要根據實際經驗進行調整。
4 結語
PET瓶吹塑工藝的調整，是針對相應的材料進行的，如果材料不佳，對工藝的要求就很苛刻，甚至于難以吹塑出合格的瓶子。
