[科普中国]-吹塑成型

吹塑成型主要指中空吹塑(又称吹塑模塑) 是借助于气体压力使闭合在模具中的热熔型坯吹胀形成中空制品的方法，是发展较快的一种塑料成型方法。吹塑用的模具只有阴模 (凹模) ，与注塑成型相比，设备造价较低，适应性较强，可成型性能好 (如低应力) 、可成型具有复杂起伏曲线 (形状) 的制品。

简述吹塑成型主要指中空吹塑(又称吹塑模塑)，是制造空心制品的一种常用方法，也是塑料制品加工方法中除挤出、注塑、模压之外另一种最常用的方法，且发展迅速，属于二次成型技术范围。它首先利用热塑性树脂通过挤出或注射成型得到半熔融状态的管状型坯，然后趁热(或加热到软化状态)将型坯置于各种形状的模具巾，闭模后立即在型坯内通入压缩空气，借助于气体压力使闭合在模具型腔中处于类橡胶态的型坯吹胀，使之紧贴于型腔内壁上形成中空制品。型坯的制作和吹胀两个过程可以分开独立进行。
19世纪30年代，以玻璃吹塑技术为基础的自动化吹塑成型设备诞生，并获得了专利。
1949年，德国的Norbmt和Reinold Hagen兄弟发明了用热塑性塑料生产瓶子的加工方法和装置，并于1950年5月获得了德国专利，从此挤出中空成型技术在欧洲开始发展；
20世纪50年代后期，随着高密度聚乙烯的诞生和吹塑成型机的发展，吹塑技术得到了更加广泛的应用；特别是到了80年代，吹塑成型的应用更是得到了快速发展。
吹塑成型最常用的原料包括PE、PP、PVC等聚烯烃及PA、PC等工程塑料，电包括弹性体，其中，使用最多的是PE塑料。吹塑成型工艺不仅可用于成型日常生活和工业中各种大小不同、形状各异盛装液体、药品的瓶子、儿童玩具、热水瓶外壳等，而且可用于成型各种形状复杂的中空工业零部件，特别是汽车工业的零部件，吹塑成型的制品的应用范围涉及汽车、办公设备、家用电器、医疗、文娱器具、家具等方面。其中，汽车塑料油箱是日前产量最大的中空吹塑汽车部件，1973年开始生产，至2000年已占整个汽车油箱90%的份额。近年来，吹塑技术得到了更快的发展，已从单层吹塑发展到双层和多层吹塑。吹塑成型工艺出现了挤出吹塑、注射吹塑以及挤出或注射拉伸吹塑等多种新工艺。计算机模拟技术在吹塑成型工艺中也发挥了越来越重要的作用，计算机CAE/CAM技术日益成熟。吹塑成型工艺向着生产更大的和更多样性的中空制品以及更快的生产速度和更高品质的方向发展。1

工艺吹塑成型工艺是塑料包装容器成型的常用方法。吹塑成型是将挤出或注射成型所得的半熔融态管坯(或型坯)置于模具中，然后闭合模具，在管坯中通入压缩空气将其延伸、膨胀，使之紧贴于模腔壁上，再经冷却脱模得到一定形态中空制品的一种加工方法。

根据成型方法不同，吹塑工艺可分为多种。

1．挤出吹塑

挤出吹塑是塑料包装容器成型应用最多的一种方法。将热塑性塑料的粒料(或粉料)，在经过挤出机塑化后，通过特定的模头，制备成热熔融状的管状型坯，待型坯达到预定长度时进入模具，闭合模具，然后进行吹塑。
这种成型方法的特点：生产效率高，型坯温度均匀，对中空容器的形态、大小和壁厚的允许范围较大，适应性强，吹塑制品强度较高，设备简单，投资少。但制品精度不高，螺纹的内壁随外壁螺纹的变化而变化，且容器底部有拼接缝。多数HDPE瓶采用挤出吹塑而成型，如洗发水瓶、沐浴露瓶等。
2．注射吹塑
注射吹塑是利用注塑机将型坯注射到芯棒上，待型坯经适当冷却后(使型坯表层固化，移动芯棒时不致使型坯形状破坏或垂涎变形)，芯棒与型坯一起被送入到吹塑模具中，将吹塑模具闭合，通过芯棒导入压缩空气，使型坯吹胀而形成所需要的制品，冷却定型后取出产品。
这种成型方法的特点：制品无拼接缝，不需后修整；螺纹和瓶口尺寸精度高，颈部内壁为光滑的圆柱面；产量可以极大，辅助设备少：产品的底部强度高，材料损耗少：壁厚均匀，生产效率高。但设备投资大，加工生产周期较长，且对操作人员要求高，形状不能太复杂，容器尺寸受限制(容器的高度不能过高)。适于生产小型精密容器。药用塑料瓶和广口瓶常采用此方法成型。
3．拉伸吹塑

拉伸吹塑是型坯瓶口已经定型，将加热在熔点以下的适当温度的有底型坯置于模具内，采用拉伸杆进行轴向拉伸后再马上进行吹塑的成型方法。在成型的同时，制品的壁中产生大分子的定向排列并固定下来，从而大幅度提高塑料容器的性能。
这种成型方法的特点：废品率少，生产效率高，重量易控制。制品冲击韧性高，刚性提高，透明性与光泽度改善，阻隔性、气密性好，但拉伸温度控制要求高，设备投资大。多数PP瓶和PET瓶都采用注拉吹的方法成型，如可乐瓶等。
4．多层吹塑
多层吹塑是使用多层复合型坯，经吹塑成型工艺，制备多层容器的成型方法。通过各种不同塑料层的合理匹配，实现各层塑料性能的有效互补，从而克服单层塑料容器的某些固有的缺点。

这种成型方法的特点：可提高塑料容器的物理机械性能和改善容器性能，如遮光性、绝热性、降低可燃性、适印性等。2

工艺条件工艺条件调整的目的是，在满足产品最小壁厚要求的基础上，产品壁厚尽可能均匀，产品件重尽可能小 ( 减少材料消耗 ) 。工艺参数设定的合理方法是，将经验与数值分析技术结合。基本过程为，

①利用已建立的计算机模型，模拟吹塑模具、下料型坯、夹料板等状态；

②输入各阶段对型坯壁厚分布影响的参数；

③对得到的模拟结果进行分析，通过计算机模拟显示哪些部位壁厚达不到要求，而哪些部位壁厚超厚；

④利用人工经验，调整输入的参数，重复①～③的过程，保证产品各部位在达到最小壁厚的前提下，尽可能减小产品各部位壁厚。

⑤对多个工艺方案的结果分析、比较，最终确定优化的工艺参数。拉伸吹塑又称双轴取向吹塑，是在聚合物的高弹状态下通过机械方法轴向拉伸型坯、用压缩空气径向吹胀 ( 拉伸 ) 型坯以成型包装容器的方法。拉伸吹塑有一步法、二步法。

工艺过程吹塑成型过程可分为四个阶段：

(1) 型坯形成阶段聚合物在挤出机中的输送、熔融、混炼、泵出成型为型坯的形成阶段；在这一阶段，影响壁厚分布的主要工艺参数有：

①材料的分子量分布、平均分子量；

②吹塑机的温度控制系统和螺杆转速，其中温度控制系统包括料斗温度，料筒 1 区、 2 区、 3 区、 4 区温度，法兰温度，以及储料模头；

(2) 型坯下料阶段型坯从模唇与模芯的间隙中挤出为下料阶段。此时，型坯离模膨胀和型坯垂伸这两种现象影响型坯成型。影响壁厚分布的主要工艺参数是吹塑机的模头直径和壁厚控制系统，其中控制系统包括轴向壁厚控制系统和周向壁厚控制系统，以调整模唇与模芯的间隙。

(3) 型坯预吹阶段为避免型坯内表面的接触、粘附，改善制品壁厚的均匀性，要对型坯进行预吹胀。在型坯预吹阶段，从型坯下方往型坯内喷气，以护持型坯，减小其垂伸。在这一阶段，影响壁厚分布的主要工艺参数有：预吹压力、预吹时间。

(4) 型坯高压吹阶段高压吹胀型坯，使之贴紧模具型腔，实现产品塑性成型阶段。该阶段，影响产品成型的是型坯受高压吹胀变形、型坯与模腔接触变形。而影响壁厚分布的主要工艺参数有：材料的收缩率；吹气压力、时间；模具材料、结构、模具排气系统以及模具冷却系统，如冷却水道分布、冷却水进水温度等。尽管影响吹塑制品质量的因素较多，但当生产条件、制品要求确定后，调整吹塑工艺参数能有效改善制品质量。优化的工艺参数可以提高生产效率，降低原材料消耗，优化产品的综合性能。

发展趋势吹塑将随着市场对其制品的需求，在材料、机械、辅助设备、控制系统、软件等方面有如下发展趋势。

(1) 原材料为满足吹塑制品的功能、性能 ( 医药、食品包装 ) 要求，吹塑级的原料将更加丰富，加工性能更好。如 PEN 类材料，不仅强度高、耐热性好、气体阻隔性强、透明、耐紫外线照射，可适用于吹制各种塑料瓶体，并且填充温度高，对二氧化碳气体、氧气阻隔性能优良，且耐化学药品。

(2) 制品包装容器、工业制品将有较大增长，而且注射吹塑、多层吹塑会有快速的发展。

(3) 吹塑机械及设备吹塑机械的精密高效化；辅助生产 ( 操作 ) 设备的自动化。“精密高效”不仅指机械设备在生产成型过程中具有较高的速度和较高的压力，而且要求所生产的产品在外观尺寸波动和件重波动方面均能达到较高的稳定性，也就是说生产制品各个部位的尺寸和外形几何形状精度高，变形及收缩小，制品的外观及内在质量和生产效率等指标均要达到较高的水准。辅助操作包括去飞边、切割、称重、钻孔、检漏等，其过程自动化是发展的趋势之一。

(4) 吹塑成型模拟吹塑机理的研究更加深入，吹塑模拟的数学模型的合理构建，数值算法的快速、准确是模拟的关键，吹塑成型模拟将会在制品质量预测、控制中发挥越来越重要的作用。

本词条内容贡献者为:

杨晓红 - 副教授 - 西南大学