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一步法注拉吹工艺设备简介

  一步法注拉吹塑料中空成型是当今世界先进的拉伸制瓶工艺技术,采用高压高速注 射瓶坯、对瓶坯进行轴向拉伸和双向吹塑拉伸、冷却定型等工艺技术。注 射、拉伸、吹塑工序在一台设备上依次完成,即“一步法”制瓶工艺。
  塑料瓶经拉伸后透明度、表面刚度、抗冲击性、阻气透性等综合机械性能得到了较大提高,生产效率高,制品内在质量及尺寸精度容易得到保证。
  1、一步法注拉吹工艺设备简介
  一步法注拉吹工艺设备的主机是注拉吹塑料中空成型机及其注拉吹模具,主要由注 射装置、升降转位装置、拉伸吹塑装置、脱模装置、液压系统、气路系统、电控系统、微机自动控制系统、机架、安全罩、注 射瓶坯模、拉伸吹塑成型模等部分组成,集成了注拉吹专用控制电脑、变频控制器、电液比例控制系统、热流道模具等一些先进工艺装备。
  一步法注拉吹设备的辅机主要有塑料除 湿干燥机、空气压缩机、空气除 湿机、模具冷却机等,是集“机、电、液、气、微机”的一体化高端技术装备,本项目创新性地综合运用了P ID温控技术、变频技术、微机自动控制技术、热流道模具技术等一些先进的技术,与国内目前普遍使用的挤吹机、注吹机、注拉吹二步法设备相比,在自动化程度、成品率、节约能耗、减少废料等多方面都具有明显的技术优势。适于生产带瓶颈、精度高、透明度好、无毒、对内容物保存效果好的高级塑料瓶,广泛用于加工医药、保 健品、食品、化妆 品及化工等行业的PET、PEN、PP、PC等高级包装瓶。
  2、设备及技术特点
  2.1三工位
  包括注 射瓶坯工位、拉伸吹塑工位、脱模工位。
  2.2一步法工艺
  瓶坯注 射成型、瓶坯拉伸、瓶子吹塑成型等工序在该机上依次完成。
  2.3变频与电液比例复合调速技术的应用
  变频与电液比例复合调速专利技术应用于注拉吹制瓶工艺在国际上尚属初次,并取得了很大实效,较以往采用变量泵供油、双泵供油或双联泵组供油具有很多优势。主要体现在小流量高压工况时:
  (1)双泵供油时,因为各工况之间的流量变化时间都在3 s以内,而泵由零转速启动到额定转速的时间在3 s左右,所以该机在高压小流量时不能停掉大泵,只能全流量供油、卸荷阀卸荷,造成能耗。
  (2)双联泵组供油时,在高压小流量工况时,小泵供高压油,大泵卸荷,但泵仍然是全流量供油,由溢流阀泄油,造成能耗。
  (3)变量泵供油,可以实现泵的供油流量自动控制,并在高压状态时减小流量,从而保持对输出功率的控制,因而能耗较低,自动化程度较高,但是成本高,国内使用还较少。能耗大会使系统发热,并且泵在全流量下长期工作,使泵的运行精度和使用寿命都会受到一些影响。应用变频与电液比例复合调速微机控制系统,按照系统的工况需要实现压力和流量的较优化控制,从而大幅度降低液压系统的溢流损耗,具有显著的节能降耗效果,比普通技术节电3 0%以上。机器在微机控制下运行时,微机利用位移传感尺准确测控动作行程并判断机器在整
  个工作循环中处于哪个工况,然后根据工况要求将设定的频率信号输送给变频器从而控制电动机无级调速,控制定量泵的输出流量。
  该技术的特点是:避免了供油过量溢流造成的功耗和发热现象;油泵不会在全流量下长期供油,其寿命大大提高;供油量调节是无级调节,变换平稳,不会造成冲击现象;特别是在高压小流量工况时,其优点更加突出和明显,通过变频可以在一定调速范围内通过变频参数预置,使电动机在低转速下经定量泵提供负载要求的油压,电动机在较低的功率输出下运行,降低能耗,减少系统发热量,使整个系统的运行更加安全可靠;还可以使电动机软启动,减少了对电网的冲击。
  2.4以PET为主要生产原料
  PET原料为半结晶性塑料,结晶点26 0℃,其塑化温度控制在2 8 0℃左右;水敏性强,易吸湿水解,必须在15 0℃的干燥空气中干燥4 h以上,使水分含量低于0.005%;瓶坯温度在95℃时拉伸吹塑,易于成型,质量易于控制;在170℃时结晶速度最快,所以要迅速冷却通过结晶区,选用结晶速度慢的品种,特性黏度值70~85 ml/g。
  2.5一模多腔
  设备成型时可使用一模多腔,并可连续全自动生产。
  2.6热流道模具设计
  国外的先进技术已经在使用计算机软件包,对一模多腔热流道模具进行精密设计计算。应用先进计算机模拟技术对塑料成型特性、介质冷却特性、热量传递特性、流道参数、型腔应力变化等各方面因素进行准确模拟分析。
  在国内,热流道模具的设计和制造已经成为制约一步法注拉吹工艺设备国产化的瓶颈,业内人士应该寻找突破口进行重点攻关。最近几年,很多塑料中空成型设备的制造商也一直在关注着一步法注拉吹工艺设备的进展,但是制造工艺问题少有涉足。宁波千普机械制造有限公司依托自主技术,与浙江大学等大专院校紧密合作,在2 0 0 0年开始注拉吹工艺设备的研发,产品试制成功后在模具和成型工艺方面进行了几十次的试验探索,取得了较为明显的成绩。2.7高 效PET塑化螺杆
  PET的熔点在260℃,在95℃左右吹塑,温度控制要相对准确,确保成型稳定。由于P E T是结晶型塑料,所以瓶坯注 射成型工艺要求采用快速冷却方法以迅速通过结晶区,因而在注 射结束后的保压冷却时间只有3 s左右,要在这样短的时间内完成高质量的塑化过程,这就要求P E T塑化螺杆必须是高 效的。最近几年我国的P E T塑料瓶坯加工工艺及装备技术都有了很大的提高,为P E T注拉吹制瓶实现一步法奠定了基础,并且随着技术引进和不断地探索,相信具有我国自主知识产权的注拉吹一步法成型设备会赶上世界先进水平。3、设备优势
  (1)一步法工艺,比二步法工艺生产效率高、劳动强度低、无二次污染。
  (2)三工位结构,比四工位结构简单紧凑、体积小。
  (3)制品瓶口光滑、螺纹精度高、密封性好。
  (4)P E T瓶子经拉伸后,透明度高、表面刚度大、强度高,对O2、CO2、水蒸气的阻透性好,与P VC不相上下。
  (5)热流道模具,无浇口废料。
  (6)变频与电液比例压力阀复合控制系统,节能降耗。
  (7)微机全自动控制系统,实现自动运行控制、自动安全保护、自动故障检测、自动报警。
  (8)液压系统分为注 射油路系统和吹塑油路系统两套液压系统,使机器的多个动作能够同时叠加,实现高精度、高速、高 效的运行。
  模具冷却采用循环冷却水,生产中还要解决好模具结露问题,使得热平衡点的掌控难度较大。仅靠高压高速大流量冷却水循环还不够,国外技术还采用了空调系统以控制机器安全罩内工作空间环境的温度和湿度。
  5.3模具加工精度
  国内高精度数控加工中心要依赖进口,而且还受到一定程度的制约,因而高精度模具的生产加工难度很大,特别是型腔的热变形位置度、唇模位置度的控制难度很大,而精度达不到要求,势必会严重影响瓶坯的精度,从而最终影响到P E T制品的成型质量。
  5.4各型腔注 射时间同步性控制技术
  各型腔注 射时间的同步性直接影响到注 射瓶坯的质量,也影响到瓶坯底部的应力集中大小,而浇道长短不一,对分浇口针阀打开的掌握则至关重要,因而如何更好的掌控难度很大。
  5.5模具内热量的传递控制技术
  国外采用模具设计软件包对模具的流道及加热管的布置进行模拟设计,因而流道和加热管的分布是趋于合理的,而我们只有靠理论分析和经验,常常偏差较大,使瓶坯的轴向和径向合理温度分布不理想,最终影响到拉伸和吹塑的成型质量。
  5.6热流道的高温密封技术
  热流道模具内存在几个密封点,对高压注 射的密封要求很高,这些密封技术与国外先进技术还有较大差距,是我们要攻关解决的问题之一。
  通过以上几个方面的分析可以看出,一步法注拉吹工艺设备在某些细节上与国外先进技术还有一定的差距,还要进一步完善,特别是热流道模具的设计和制造已经成为制约一步法注拉吹工艺设备国产化的瓶颈,也是注拉吹塑料中空成型机不能完全进入市场的症结所在,应该进行重点攻关,解决好制造工艺方面的问题。并且在温控方面还要进一步研究,力求控制精度更高,控制也更加稳定,能够满足热流道模具制瓶的工艺要求。
  (9)与二步法工艺相比,由于无需对瓶坯进行加热,所以节能效果显著。
  (1 0)与四工位工艺相比,由于无需对瓶坯进行加热调整,也有一定的节能效果。
  4、塑料中空成型机发展现状
  在国际上,塑料中空成型机正向着多品种、大型化、高 效、高速、节能、环保、智能化方向发展。在国内,塑料中空成型机是位于注塑机、挤出机之后的第3大塑料机械主导产品,年产5 000台套以上,主要包括:①挤吹机,主要用于生产HDPE、PP、PVC等低档瓶;②注吹机,主要用于生产HDPE、P P等中档瓶;③注拉吹二步法设备(主要以浙江黄岩地区为代表,在瓶坯注塑机上生产瓶坯,然后在拉吹成型机上生产瓶子),主要用于生产PET、PC等中档瓶;④中空注 射机,主要用于生产P S、PV C等中空制品。
  国内研制生产的挤拉吹、注拉吹一步法设备还没有完全进入产业化,市场主要依赖进口,价格很高。诸如娃哈哈、康师傅、汇源等饮料业,强生、青春宝、新华制药等医药业均投入巨资引进日精、青木固、米拉克龙等国外制造商的设备和模具。因进口设备的投资巨大,很大程度上阻碍了国内企业采用先进技术的进程,减慢了同类包装瓶质量提高的速度。
  药用包装塑料瓶的生产:①东部沿海地区采用“一步法注拉吹工艺”或“二步法注拉吹工艺”生产PET中高级瓶,采用“注吹工艺”生产PE中档瓶;②中西部地区采用“二步法注拉吹工艺”生产PET中档瓶,采用“注吹工艺”生产PE中档瓶。
  5、与国外先进技术的差距
  在国内,一步法注拉吹工艺设备的研发始于上世纪9 0年代末,经过不懈的探索实践,取得了很多成效,也积累了大量经验,但实际上还处于起步阶段,与国外先进技术相比还存在着一些差距,主要表现在以下几个方面。
  5.1温控部分
  设定温度与实际温度及环境温度的差值为输入变量的二变量三维专家模糊P I D控制算法,使得无论环境温度如何变化,都能获得良好的温控精度,精度达到±1℃,基本上能够满足工艺要求,但是控制精度还不够稳定,对瓶坯的质量有些影响。国外已经在采用更先进的P I D控制方法,控制精度更高,可以达到±0.5℃,温度也更加稳定。
  5.2模具冷却模具冷却采用循环冷却水,生产中还要解决好模具结露问题,使得热平衡点的掌控难度较大。仅靠高压高速大流量冷却水循环还不够,国外技术还采用了空调系统以控制机器安全罩内工作空间环境的温度和湿度。
  5.3模具加工精度
  国内高精度数控加工中心要依赖进口,而且还受到一定程度的制约,因而高精度模具的生产加工难度很大,特别是型腔的热变形位置度、唇模位置度的控制难度很大,而精度达不到要求,势必会严重影响瓶坯的精度,从而最终影响到P E T制品的成型质量。
  5.4各型腔注 射时间同步性控制技术
  各型腔注 射时间的同步性直接影响到注 射瓶坯的质量,也影响到瓶坯底部的应力集中大小,而浇道长短不一,对分浇口针阀打开的掌握则至关重要,因而如何更好的掌控难度很大。
  5.5模具内热量的传递控制技术
  国外采用模具设计软件包对模具的流道及加热管的布置进行模拟设计,因而流道和加热管的分布是趋于合理的,而我们只有靠理论分析和经验,常常偏差较大,使瓶坯的轴向和径向合理温度分布不理想,最终影响到拉伸和吹塑的成型质量。
  5.6热流道的高温密封技术
  热流道模具内存在几个密封点,对高压注 射的密封要求很高,这些密封技术与国外先进技术还有较大差距,是我们要攻关解决的问题之一。
  通过以上几个方面的分析可以看出,一步法注拉吹工艺设备在某些细节上与国外先进技术还有一定的差距,还要进一步完善,特别是热流道模具的设计和制造已经成为制约一步法注拉吹工艺设备国产化的瓶颈,也是注拉吹塑料中空成型机不能完全进入市场的症结所在,应该进行重点攻关,解决好制造工艺方面的问题。并且在温控方面还要进一步研究,力求控制精度更高,控制也更加稳定,能够满足热流道模具制瓶的工艺要求。
(来源:塑料桶吉林市)
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