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一步法注射拉伸吹塑PET瓶的工艺理论分析与实践
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一步法注射拉伸吹塑PET瓶的工艺理论分析与实践
邵金荣
杭州娃哈哈集团公司
摘要;分析了一步法注射拉伸吹塑PET瓶生产中影响瓶子质量的主要工艺理论,进一步总结介绍这些工艺理论在实践中的应用。
关键词:PET 一步法 注射拉伸吹塑 饮料包装
本世纪塑料包装领域最重要的成果之一,是PET瓶制瓶技术的工业化。美国杜邦公司(Du Pont)于1973年首推PET双轴取向制瓶技术以来,PET瓶因其良好的阻渗性(阻CO2、O2及水蒸气渗透性能)、卓越的机械强度与耐冲击性以及无与伦比的透明度与光泽度等一系列优点,迅速代替了大部分的饮料包装用瓶,并逐渐渗透到酒类、油品及化学制剂等多种行业,在工业领域得到广泛应用。本文着重分析一步法PET瓶注射拉伸吹塑的工艺理论,并结合本人在该领域的工作经验,阐述工艺实现过程的实践经验。
1.工艺理论分析
以下将从PET的材料特性入手,分析影响瓶子质量的工艺因素,并提出理想的工艺条件。
1.1 特性粘度IV(Intrinsic Viscosity)
IV是指根据ASTM规定的测试方式D2857测定的PET材料特性粘度指标,单位为dl/gr。IV越高,PET吹胀过程中晶粒取向程度越高,晶粒致密且排序规则,因此使PET瓶有更好的机械性能与透明度。此外,PET瓶的阻渗性也随着IV值的升高而有所提高。
因此,为避免饮料在长途运输过程中瓶子破损,我们推荐尽量选用高IV的PET材料来保证瓶子的机械性能。对于碳酸饮料,使用高IV的PET材料还可提高瓶子的阻渗性,进而延长碳酸饮料的储存时间。尤其是对于小容积(800ml以下)碳酸饮料瓶,IV的提高对瓶子机械性能及阻渗性的改善更为明显(大容积瓶往往有较大的拉伸比,更利于结晶取向而强化瓶体;其容量与表面积比值也更高,阻渗性易得到保证)。
通常,非含气饮料瓶使用的PET材料IV值为0.72~0.78,含气饮料瓶所需PET材料IV值则在0.80以上。
除PET造粒过程的工艺因素外,PET加工过程中会导致IV下降的主要因素有:
(1)PET材料干燥不足,湿度高于50ppm;
(2)过高的干燥温度(超过180℃)或过长的干燥时间(超过6小时);
(3)过高的熔体温度及过长的高温停留时间。
瓶子加工工艺过程???,上述可能引起PET材料IV值下降的因素必须避免。
1.2 结晶速率与温度的关系
PET为一种可结晶的聚合物,可通过控制结晶温度与冷却速度等条件,有效地控制其结晶状态。PET的结晶速度与温度的关系如图1所示。
V:结晶速率T:温度℃
T1/2:结晶度50%所需的时间(min)
由图1可见,PET在稍高于玻璃化温度(软化点,85℃)或稍低于熔点温度(255℃)时,结晶速率很小,所需结晶时间很长;而在175℃左右的温度条件下,结晶时间要短得多。
此外,PET的结晶速率还随IV值的提高而降低。
加热结晶的缓慢过程会形成晶粒粗大的球晶,这不但会因光线折射使瓶体发白而影响外观,而且还会大幅度地提高瓶体的脆性,使瓶体严重丧失机械性能。因此,成形工艺中应坚决杜绝缓慢结晶,取而代之高速的取向结晶。
1.3 取向结晶
取向可使PET分子有序排列,促进结晶。取向过程所形成的晶体称为应变诱导晶体,其晶粒细小,不会折射光线,因而瓶体可获良好的透明度。结晶度越高,其应变诱导晶体的晶粒就越小,瓶体机械性能及透明度也就越好。取向还可明显地提高PET瓶的阻渗性。
影响结晶度的因素主要包括拉伸比(λ)及拉伸应变速率(ε),其关系如图2所示。
α:结晶度(%)
λ:拉伸比
ε:拉伸应变速率
由图2可知,要获得高透明度及良好机械性能,提高瓶体拉伸比和拉伸应变速率是最基本也是最重要的手段。为获得较高的拉伸比,瓶胚设计必须保证有一定的壁厚(碳酸饮料瓶瓶胚壁厚必须在3.6mm以上)。拉伸应变速率的提高则可通过拉胚系统的运动曲线调整及提高吹制用压缩空气压力来实现(碳酸饮料瓶吹制压力不低于3.6Mpa)。
1.4 乙醛(AA)含量
PET材料在被加热过程中会产生乙醛。室温下(高于20℃),乙醛是一种挥发性的气体,即使含量很低也会影响饮料的味道。
生产实践中矿泉水瓶的乙醛含量不可超过4ppm,碳酸饮料瓶的乙醛含量不可超过9ppm。
瓶体中的乙醛在以下两个过程中产生:
(1)PET粒子所含乙醛。进货时应将PET粒子乙醛含量严格控制在1.5ppm
以下;
(2)PET瓶胚注射过程:塑化螺杆、机筒、分配阀及热流道、注嘴及模具
热流道等环节中。
瓶胚注塑过程中乙醛产生的主要因素包括PET熔体
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