HDPE挤出吹塑制品跌破原因分析及解决方案

刘小军 吕建平 于发友（合肥工业大学化工学院，安徽合肥230009）

HDPE挤出吹塑制品跌破原因分析及解决方案

刘小军 吕建平 于发友（合肥工业大学化工学院，安徽合肥230009）

跌落风险是塑料制品最致命的缺陷，本文以HDPE为例，系统分析了吹塑过程中跌落现象和跌破原因，并提出了解决方案。结果表明，通过工艺参数调整，模具修改，或变更物料，可以有效解决HDPE挤出吹塑过程产生的跌破问题。

挤出吹塑；跌破；模具；工艺参数

吹塑成型起源于19世纪30年代。一直到1979年，吹塑成型才进入广泛应用的阶段。挤出吹塑成型是制造塑料容器使用最早，最多的一种工艺方法，全世界80%～90%的中空容器是采用挤出吹塑成型工艺技术。高密度聚乙烯（HDPE）是由乙烯单体在低压下聚合而成。外观为乳白色扁球状，密度为0.941～0.965g/cm3,结晶度80%～90%，挤出吹塑用的HDPE，一般为中宽到宽的分子量分布范围，熔体流动速率为0.35g/10min(依据标准ASTM D 1238)。

HDPE塑料制品在生产和使用过程中，最致命的缺陷是瓶身孔洞和跌破，对规格型号在1L以上的瓶型，跌破是制品最大的风险，尤其是现在市场上越来越流行大规格产品进行促销，用以增加公司的竞争力。于是，跌破的风险也越来越高。由于跌破是一种破坏形式，实际市场无法检测，出现零星问题后，企业一般只能整批召回，损失惨重。所以如何在吹塑过程中采取有效措施降低跌破风险，对企业发展和供销环节意义重大。

本文通过对模具，工艺参数，粒料性能等方面对制品跌破的影响，充分考虑了实际生产中制品跌破的各种可能，分析了风险原因并提供了有效解决方案。

1 挤出吹塑工艺流程

挤出吹塑成型采用挤出机热塑性塑料熔融塑化，并通过机头挤出管状型坯，然后将型坯置于吹塑模具内，用压缩空气吹胀，经冷却定型而得到与模具内腔相同的制品。

F1 挤出吹塑工艺流程

从图中可以分析出，制品在成型过程中，从原材料，回用料，温度，螺杆，模具等各个环节都能形成制品缺陷，造成跌破风险。

2 跌破原因分析及解决方案

2.1 原材料对跌落的影响

选择适用于吹塑成型用的塑料，不仅要考虑塑料制品的使用性能，还要考虑塑料本身的加工性能。适用于塑料成型加工的塑料应具有的一般性能：

·在加工温度范围内，必要时在重复多次加工过程中，熔体的热稳定性良好；

·熔体流动性良好；

·在高拉升应变速率下，型坯具有良好的延伸性能，并能获得较大的吹胀比和拉伸比，能获得良好的成型制品的边缘和棱角；

·型坯的质量和长度有很好的重复性；

·分子量分布广；

·与色母等添加剂有良好的相容性；

·耐环境应力开裂性好；

·高刚性

·加工温度范围较宽。

本文以HDPE为例，在挤出吹塑过程中，型坯在挤出后在合模前要悬挂一定的时间，要求熔体有较高的强度，以减少型坯的下垂，优化型坯壁厚分布，提高型坯对程序控制的响应性，分子量的高低也对吹塑成型过程影响较大，一般采用分子量较大的树脂。

2.2 三种常用吹塑HDPE分子量和分子量分步的测定

本文以国内通用的三种HDPE吹塑级粒料做对比。测试粒料：Marlex 5502(雪佛龙),CSPC 5621D（中海壳牌）,Basell 5831D（中东）

采用waters2000高温凝胶色谱仪，150℃条件下测试，1,2,4-三氯苯做流动相，流速1ml/min，窄分布聚苯乙烯作标样，流出信号通过示差折视仪检测得到。

Fig1. 三种粒料分子量分布对比图

结论：使用三种粒料吹塑同一瓶中产品，做跌落测试时，发现Basell 5831D（图中绿色曲线）比另两种粒料更易跌破，当然，在实际生产中，客户根据自己产品特性，会考虑熔体相容性。也可能会选择跌落风险大但相容性更好的粒料，这就要求项目工程师在其他方面提高产品的抗跌落性能。

2.2 模具对跌落的影响

制品跌破一般在底部（带把手的制品把手内侧）易跌破，模具对跌破的影响是最关键的，模具瓶型设计，以及模具夹坯口刃，排气等都是主要影响因素。一般瓶身与瓶底的交接处应设计成以大曲率半径进行过渡，这样可以减少应力集中，提高内应力开裂和耐冲击性，从而减少容器受压和跌落时的凹陷和破裂现象。塑件各部位的壁厚要均匀，否则在厚薄交接处会因冷却速度不同而引起收缩力不一致，结果在塑件内部产生内应力。对于热塑性塑件会在壁厚处产生气孔或缩孔，同时还会在壁厚有急剧变化处产生裂纹等缺陷，造成跌破风险。

模具夹坯口刃的角度和宽度要选择适当。上部刃口如果夹坯口宽度太小和角度太大会减小容器结合缝的厚度，造成合模缝强度下降，跌落风险加大，甚至无法吹胀成型。于此相反，如果夹坯口宽度太大和角度太小，有可能出现模具闭合不紧或型坯切不断的现象。夹坯口要根据塑料特性，瓶型大小来确定。通常，切料口刃宽度0.3mm-0.4mm之间。对于PE材料的制品，切断口刃应该是铝制的，而对于PP或PET材料的制品，切断口刃应该是铁制的。

Fig2 切料口刃角度设计

结论：在实际生产过程中，大规格的塑料制品跌破主要是由于模具原因造成，通常，跌破出现在瓶底或把手附近，常规的处理方法是：对夹坯口刀刃区域喷目数更低的砂，增大合模时气流的排出，如果该步骤不能解决，可以对模具夹坯口刃适当加宽。80%以上的跌破可以通过该方法解决。切记，口刃加宽的度和工艺控制一定要精细，否则就造成余料切不断，需要模具整体降面的严重后果。

2.3 吹塑工艺参数对跌落影响

挤出吹塑工艺流程：塑料→熔融塑化→挤出型坯→吹胀→制品冷却→脱模→后处理→制品

在熔融塑化阶段，温度的控制很关键，HDPE成型温度为140℃—220℃，如果温度过低，合模后熔体粘合不好，对跌落影响较大；如果温度过高，会提高结晶度，也会影响模腔内熔体粘合效果，同时温度过高会造成机头内部熔体焦化，产品容易出现黑点或孔洞，造成产品不合格。实际操作中，温度控制在180℃—200℃，在确保质量合格的情况下，温度越低越好。

挤出型坯阶段，熔融塑化的料体，经过机头流道从口模中挤出，会发生膨胀效应，膨胀比计算公式：

膨胀比的影响因素：

（1）挤出速度；

（2）分子量和分子量分布；

（3）机头参数

在实际生产中，机头参数设置对产品跌落有最直接的影响，机头温度，流量（熔体流出质量），口模形状，流出间隙设置等都是工艺关键参数，产品壁厚调整不均匀，局部应力过大，跌落测试失败几率很大。

Fig3 常见的2种芯模/模套组件

图3所示的2种组件分别适用于不同规格的吹塑制品，芯模外漏的主要只做1L以上产品，芯模内嵌的主要用于小瓶型，生产时，通过芯模的上下运动达到控制流速和壁厚的目的，同时，通过调整芯模左右前后偏移，可达到对特殊位置特殊壁厚的专门调整。

制品冷却，脱模阶段一般不会有跌破风险，除非设备故障，例如模具错位，或者合模不好出现炸模现象，这些原因造成的缺陷容易发现，也容易通过设备维护保养解决，在此不再赘述。

后处理主要是冲切多余废料腔中的废边切除,废边是产品的衍生物，需在产品脱模后去除，主要是产品上下料把，在切除时，如果工位调整不当，极易造成合模线处受损，从而加大跌破风险。工装配合上的平行度，刀口的锋利程度都需要工艺员仔细检查，防止错位或擦伤。

产品经过后处理后已经是合格的成品了，但在实际生产中，成品需要经过包装台打包，国内机器人包装还没有大规模采用，使用人工包装的包装台大多采用气缸推动，如果参数设置不准确，依然有把产品挤伤的风险，增加跌破几率，所以工程技术人员在包装前要针对不同品种专门调整。

3 结语

综上所述，跌破产生的原因是多方面的，模具是造成跌破不合格的最主要原因，但实际生产中模具价格昂贵，在修改时需慎之又慎，需要变更原材料或调整生产工艺来修正，只要方法得到，绝大部分的跌破可以得到很好的解决。

[1]于丽霞，张海河编著。塑料中空吹塑成型。北京：化学工业出版社，2005.

[2]黄汉雄编著。塑料吹塑技术。北京：化学工业出版社，1996.

[3]王善勤主编。塑料挤出成型工艺与设备。北京：中国轻工业出版社，2000.