PET塑料注拉吹加工制品壁厚分布的故障分析

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2007-12-20 20:02:16點擊率：

注射拉伸吹塑是一類在聚合物的高彈態(tài)下通過機械方法軸向拉伸型坯、用壓縮空氣徑向拉伸型坯以成型中空容器的方法。注射拉伸吹塑可分成一步法與兩步法。在兩步法中先采用注射法成型型坯，并使之冷卻至室溫，成為半成品，然后把型坯送入再加熱拉伸吹塑機械中，成型為制品。聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料在高彈態(tài)下經(jīng)拉伸取向后，材料的機械性能、阻滲性能、透明性與耐溶劑性得到很大提高，在注拉吹工藝中PET材料是使用量大的材料。前人對PET注拉吹拉伸吹脹過程的研究主要側(cè)重在模擬方面，但是模擬結(jié)果與實驗結(jié)果存在一定的差異。本文主要通過實驗研究兩步法PET注射拉伸吹塑中二次吹脹壓力、拉伸桿速度以及吹脹延遲時間對PET制品壁厚的影響，分析由于吹脹延遲時間的改變而形成不同型坯輪廓發(fā)展模式的原因。

1 實驗部分

1.1 實驗設(shè)備
    兩步法標(biāo)準(zhǔn)型拉伸吹塑機：WL-A03系列，佛山偉力塑料機械公司；
    紅外測溫儀：ST6L，美國Raytek公司；
    高溫電子拉力機：美國德寶公司。

1.2 型坯與制品
    型坯質(zhì)量35g，長140 mm，頸部及底部的厚度分別為2118mm和2170mm。型坯所用的材料為遠(yuǎn)紡工業(yè)（上海）公司生產(chǎn)的工業(yè)級PET（CB-602），特性粘度為（0.80&pmn;0.02）dL/ g，單軸拉伸實驗的PET材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖1。制品為一680mL長頸瓶子。型坯與瓶子的幾何尺寸參見圖2。

圖1 PET單軸拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（拉伸速率12.5 mm/s）

圖2 　型坯和制品的幾何尺寸
1.3 實驗方法
型坯首先在遠(yuǎn)紅外旋轉(zhuǎn)式加熱裝置中被加熱至高彈態(tài)，使用紅外測溫儀測量型坯軸向溫度分布，然后將加熱后的型坯放入模具進(jìn)行拉伸吹脹。分兩步施加吹脹壓力，首先施加0.8MPa的氣壓（p1），低壓氣體的作用時間約為0.1s，這一步驟稱為一次吹脹；然后施加高壓氣體（p2）將型坯徹底吹脹并定型，該步稱為二次吹脹。從拉伸桿動作至施加一次吹脹的這一段時間稱為吹脹延遲時間（t0）。在實驗過程中改變的加工參數(shù)為：二次吹脹壓力，拉伸桿速度及吹脹延遲時間。實驗中采用的工藝參數(shù)可參見表1，使用精度為0.01mm的數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量瓶子的壁厚。
表1 拉伸吹塑的工藝參數(shù)
工藝參數(shù) 數(shù)據(jù)
拉伸延遲時間/s
吹脹延遲時間（t0）/ s
一次吹脹壓力（p1）/Mpa
二次吹脹壓力（p2）/Mpa
一次吹脹時間/s
二次吹脹時間/s
延遲開模時間/s
拉伸桿速度（V）（空載）/ m·s - 1 0
0.3，0.4，0.5，0.6，0.7
0.8
1.3，1.5，1.7，1.9
0.1
5.5
5.5
0.6，0.85，1.15，1.35

表1 拉伸吹塑的工藝參數(shù)

工藝參數(shù)	數(shù)據(jù)
拉伸延遲時間/s 吹脹延遲時間（t₀）/ s 一次吹脹壓力（p₁）/Mpa 二次吹脹壓力（p₂）/Mpa 一次吹脹時間/s 二次吹脹時間/s 延遲開模時間/s 拉伸桿速度（V）（空載）/ m·s ^{- 1}	0 0.3，0.4，0.5，0.6，0.7 0.8 1.3，1.5，1.7，1.9 0.1 5.5 5.5 0.6，0.85，1.15，1.35

2 結(jié)果與討論

2.1 二次吹脹壓力對軸向壁厚分布的影響
圖3 給出了不同p2下瓶子軸向壁厚的分布（未包括瓶底壁厚）。從圖3可看出：不同p2下成型的瓶子其軸向壁厚分布大體相當(dāng)，二次吹脹壓力的變化并沒有造成軸向壁厚分布的明顯變化。各條曲線的趨勢相同，在瓶頸及肩部由于吹脹比較小，壁厚較大；在瓶身部分壁厚相對較小，接近瓶底部分壁厚略微增加。

圖3 不同p2下拉伸吹塑的瓶子的軸向壁厚分布（t0= 0.4s，V = 085m/ s）

2.2 拉伸桿速度對軸向壁厚分布的影響

圖4 不同拉伸桿速度下拉伸吹塑的瓶子的軸向壁厚分布（t0= 0.4s，p2= 1.7MPa）

圖4給出了不同拉伸桿速度下瓶子的軸向壁厚分布（未包括瓶底壁厚）。拉伸桿速度的測定是在模具未放置型坯，拉伸桿直接觸及模具底部的情況下進(jìn)行的。從圖4可看出：拉伸桿速度的變化對瓶子軸向壁厚的分布有較大的影響。拉伸桿速度為0.6 m/s時，當(dāng)型坯軸向拉伸比較小時開始吹脹，結(jié)果造成瓶頸及肩部部分壁厚較大，而接近瓶底的部分很??；當(dāng)拉伸桿速度增至0.85 m/s 時，軸向的壁厚分布獲得較大改善，瓶頸厚度明顯減小，瓶身部分的厚度分布較為均勻，接近瓶底部分的壁厚比瓶身壁厚略為增加；當(dāng)拉伸桿速度繼續(xù)增加至1.15m/s時，由于拉伸桿速度的增加，在吹脹之前型坯被軸向拉伸至較長的長度，瓶頸與瓶肩對應(yīng)型坯部分在吹脹前的壁厚減小，接近瓶底部分相對而言獲得更多的材料，結(jié)果造成瓶頸及瓶肩部分的壁厚進(jìn)一步減小，而接近瓶底部分的壁厚增加；拉伸桿速度為1.35m/s時的壁厚分布曲線與拉伸桿速度為1.15m/s時的壁厚分布曲線基本重合。
2.3 吹脹延遲時間對軸向壁厚分布的影響

圖5 不同吹脹延遲時間下拉伸吹塑的瓶子的軸向壁厚分布（p2= 1.7 MPa，V = 0.85 m/s）

　　通過調(diào)整吹脹延遲時間t0 可獲得不同的拉伸吹脹時序。t0對于型坯輪廓的變化模式而言是一個起決定性作用的因素。關(guān)于型坯輪廓變化模式的詳細(xì)討論可參見文獻(xiàn)[6]。這里僅作簡要介紹；當(dāng)T0=0.4s時，拉伸桿尚未接觸模具底部時即施加吹脹氣體，這意味著存在一段時間，在該時間段內(nèi)型坯受到吹脹氣體和拉伸桿的共同作用，該種情況下的成型模式為模式1；t0=0.5s時，型坯輪廓的發(fā)展模式為模式2，在該種模式下，p1在型坯被拉伸接近模具底部時進(jìn)入型坯，當(dāng)拉伸桿接觸模具底部后，吹脹過程仍在繼續(xù)直至制品成型；t0增至0.6s時可觀察到模式3，即位于瓶肩的型坯部分首先被吹脹形成動脈瘤狀球形，該膨脹部分在氣體壓力的作用下向上下兩端發(fā)展，成型瓶子，當(dāng)t0繼續(xù)增至0.7s時，型坯的輪廓按照模式4發(fā)展，在拉伸結(jié)束到開始吹脹之間存在一段時間間隔，在模式4下成型制品的頸部材料會形成疊合。圖5給出了不同吹脹延遲時間下瓶子軸向壁厚的分布（未包括瓶底壁厚）。當(dāng)吹脹延遲時間由0.3s增至0.5s時，瓶頸及瓶肩的厚度大幅減小，瓶身的壁厚變化較小，而接近瓶底部分壁厚增加；吹脹延遲時間在0.5、0.6、0.7s下成型的瓶子的軸向壁厚分布曲線的趨勢基本相同，但由于型坯輪廓發(fā)展模式的不同，造成了瓶頸與接近瓶底部分的<

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