一.中空成型的粘弹性原理
数学描述
文字叙述
一.数学描述
聚合物由于其长链结构及分子链的柔顺性.一般情况下,将聚合物置于一定温度下,从受外力作用开始,大分子的形复经历一系列中间状态过渡到与外力相适应的平衡状态是一个松驰过程,其形变随时间的变化为:
(1) 在聚合物的玻璃化温度以上,普弹形变在总形变中所占比例很小,可忽略.于是
(2)其中,t* 为松驰时间,随温度升高而减小.
η为粘度,随温度升高而降低.
(2)式也可写成
(3)γ2∞=δ/E2 为t→∞时的高弹形变
γη=δ/η 为t=1时粘性形变,即 单位时间的粘性形变
由于在高弹态或粘流温度附近,聚合物的松弛时间t*很短,若成型中的形变时间t1>>t* ,则由(3)式可得,当外力作用时间t=t1时:
释放外力后,高弹形变回复
(4)若在高弹形变回复之前,将温度降低到Tg (或结晶温度)以下再释放外力,则松弛时间t*→∞,这时(4)式变为
即高弹形变部分不再回复,粘性形变不可逆,释放外力亦不回复.
二.原理叙述
利用聚合物推迟高弹形变的松驰时间的温度依赖性,在聚合物玻璃化温度以上的Tf附近,使聚合物半成品(管,中空异型材等)快速变形,然后保持形变,在较短时间内冷却到玻璃化温度或结晶温度以下,使成型物的形变被冻结下来,这就是中空成型的粘弹性原理.
推论
1.中空吹塑成型制品的使用温度应比聚合物的玻璃化温度或结晶温度低得多.
2.成型温度越高,制品中不可逆形变所占比例越大,成型物的形状稳定性越好.
三.中空成型的分类及特点
1.挤出吹塑
挤出吹塑的工艺流程包括:①管坯的形成:由挤出机挤出,并垂挂在安装于机头正下方的预先分开的型腔中;②当下垂的型坯达到合格长度后立即合模,并靠模具的切口将型坯切断; ③从模具分型面上的小孔插入的压缩空气吹管送入压缩空气,使型坯吹胀紧贴模壁而成型;④保持空气压力使制品在型腔中冷却定型即可脱模.
2.注射吹塑
注射吹塑型坯的形成是通过注射成型方法将型坯模塑在一根金属管上,管的一端通入压缩空气,另一端的管壁上开有微孔.注射模塑的型坯通常在冷却后取出,吹塑前重新加热到Tg以上,迅速移入模具中,并吹入压缩空气,型坯即胀大脱离金属管贴于模壁上成型和冷却.
3.拉伸吹塑
在型坯吹塑前于Tg-Tf间,用机械方法使型坯先作轴向拉伸,继而在吹塑中,型坯径向尺寸增大,又得到横向拉伸,后快速冷却至Tg以下.
4.多层吹塑
以多层管坯复合,并在同一条件下进行吹胀,冷却.
5.中空成型工艺过程
第一是制造型坯;第二是型坯定位;第三是吹塑;第四是冷却.
一.型坯的的制造
型坯的注射成型 型坯的挤出成型
1.型坯的注射成型
①一步法:注射型坯一经成型,还在塑性状态模具开启;进入成型的第二阶段,即把芯轴连同型坯迅速送到吹塑模具中,打开压缩空气阀门,经芯轴吹入压缩空气,使还处于熔融状态的型坯吹胀至模腔的形状,在模具内冷却后打开模具,取出制品.
②两步法:型坯的注射与吹塑分开进行
2.型坯的挤出成型
⑴型坯挤出的机头结构
①直通机头 ②转角机头 ③贮料缸机头 ④多层机头
⑵型坯的挤出成型方法
a.直接挤出
①单模具直接挤出.②水平旋转园盘法.
b.贮料缸法
间断挤出大直径厚壁型坯,可用来吹塑大型容器.
二.型坯的定位,夹持,定颈,吹塑装置
1.注射吹塑装置
①双工位吹塑装置②多工位吹塑装置
2.挤出吹塑装置
a.型坯递送,模具固定系统
由一副位于挤出机头下适当距离的固定的开关模组成,也有使用两副模具的.
b.型坯静止,模具移动系统
可分为单模系统和多模系统,模具位于挤出机口模下方,可以垂直上升或下降.
三.型坯的吹塑方法
1.横吹法2.顶吹法3.底吹法
四.吹塑成型制品的冷却
1.冷冻空气法2.冷冻剂法3.二氧化碳冷却法
4.空气和水绝热膨胀冷却法
5.3中空吹塑过程的影响因素
一.挤出吹塑过程的影响因素
管坯制造过程中的影响因素
吹塑过程的影响因素
1.管坯制造过程中的影响因素
⑴原料的选择⑵温度的控制⑶螺杆转速⑷口模
⑴原料的选择
①熔体指数:低熔指利于防止管坯下垂,但不宜过低,否则易发生不稳定流动.
②分子量分布:分子量分布宽有利于制得高质量管坯.
③拉伸粘度:拉伸粘度随拉伸应力增加而增大的物料有利于吹塑加工.
⑵温度的控制
T↑型坯下垂严重,T↓表面粗糙,塑化不良,冷却过快
⑶螺杆转速
高的挤出速度能够提高产量,减少型坯下垂,但转速过快易产生不稳定流动,螺杆转速应视具体物料而定.
⑷口模
表面光洁度很重要
2.吹塑过程的影响因素
(1)吹气压力
吹塑中的压缩空气有两个作用,吹胀和冷却.低粘度,小容积或厚壁件宜采用低气压;高粘度,大容积或薄壁件宜采用较高压力
(2)吹气速度
为了缩短吹气时间,以利于制品获得较均匀厚度和较好的表面,充气速度应尽量大一些,但速度过快易产生以下现象:①在空气进口处造成真空,使这部分的型坯内陷,而当型坯完全吹胀时,内陷部分会形成横隔膜片;②口模部分的型坯有可能被极快的气流拉断.
⑶吹胀比
通常控制在2-4倍,吹胀比过大,则制品形状稳定性差,过小易造成壁厚不均匀.
⑷模温和冷却时间
模温过低,会使夹口处的塑料延伸性降低,不易吹胀,并使该部分加厚,成型困难;模温过高,冷却时间延长,生产周期长.冷却时间过短,冷却不充分易导致制品变形,收缩增大,表面无光泽.
⑸成型周期
包括挤出型坯,截取型坯,合模,吹气,冷却,放气,开模,取出制品等过程.成型周期的选择原则是在保证制品的能够定型的前提下尽量缩短.
二.注射吹塑过程及影响因素
关键因素是温度(型坯),型坯温度过高时,熔融物料因粘度较低而容易变形,致使型坯在移动过程中,出现厚薄不均,会影响吹塑制品的质量,温度太低时,制品内部会积存较多的内应力,在使用中易产生应力破裂.
三.拉伸吹塑过程的影响因素(以线型聚酯为例)
1.型坯的成型及影响因素
线型聚酯为结晶性塑料,但结晶速度慢.在130～220℃范围结晶速度较快,而低于130℃时结晶较慢,所以从增加透明度的角度看,应适当提高加工温度,降低模具温度.
2.双向拉伸过程的影响因素
⑴拉伸温度
各种树脂的最适宜拉伸温度有所差别,一般取伸长率较大的温度为拉伸温度,如PVC 和PET,一般比Tg 高10～40℃. PET为90～110℃,PVC为100～140℃,对PP则比熔点低5～40℃为宜,一般为150℃.
拉伸温度过高,取向不充分,但拉伸温度过低,则影响容器的透明度(内应力所致).
⑵拉伸倍率
拉伸倍率计算方式为BR=HD/hd .拉伸倍数等于容器尺寸(直径或高度)与型坯尺寸之比,BR一般取4～6.
四.多层吹塑过程的影响因素
1材料粘度2.材料多层之间的粘接3.加工温度