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PET注坯及吹瓶工艺要点
作者:深圳达能益力饮品有限公司 汪世进    来源:雅式工业专网
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吹塑机/中空成型机展厅
吹塑机, 吹瓶机, 中空成型机, ...
PET在饮料包装领域的应用推动了饮料包装业的高速发展。与此同时,饮料包装业的发展也为PET的应用提供了发展空间。严格控制PET注坯及吹瓶工艺是保证PET瓶的外观与其经济性的关键。

PET的特性

PET是乙二醇和对苯二甲酸缩合的产物,是饱和的热塑性聚合物。PET分子有线性和半结晶状态。

生产PET最简单的过程,就是对苯二甲酸与乙二醇反应形成单体(酯化),然后缩聚成长链聚合物PET。聚合度随温度和压力而变化。

PET与很多塑料一样,加工过程中有三态变化,即玻璃态、高弹态、粘流态。其中涉及到三个温度转变:玻璃化温度Tg、结晶温度Tc、熔点Tf。

从无定型玻璃态到橡胶态的转变叫玻璃化转变,它表示长链段开始运动。外部加热可以增加分子(链节)自由度,在玻璃态凝固的分子现在可以移动了。玻璃态转变依赖于PET的形态。当特性粘度(IV)高时结晶较明显,分子链的自由度受到限制,同时Tg较高。

随着温度的升高逐步产生局部球晶,导致局部分子链因分子间力而重排,即结晶。对PET而言,最大结晶度约55%,该极限是由芳香环重排缓慢造成的,所以说该芳香环妨碍晶区的形成。

如果T<Tc,PET的粘度妨碍链段向有序运动(不许结晶);T>Tc,热作用妨碍无定形区的形成(趋向结晶)。

熔点Tf即所有晶体解体时的温度。

PET干燥

水解

固体PET极易从空气中吸湿。储存时,PET会吸湿直至与环境条件饱和。饱和值可高达0.6%重量份。通常,PET在供应商处发货时,其含水率低于0.1%重量份。为了获得最好的产品性能,有必要把含水率降低到0.004%,最好熔化前是30ppm。

树脂中若含有水分,即使很低也会引起一系列的反应:

当温度高于PET熔点(约250℃)时,水会很快地引起聚合物降解(由于水的降解导致化学链被切断),这样就会降低分子量,降低表观粘度及相关的物理性能。事实上,水解在较低的温度下(如150℃)就开始发生,但是速度较低,其速度随温度升高而升高。在干燥和成型条件下,IV的降低不能大于0.02dl/g。粘度太大的下降,会导致结晶速度增加,对瓶坯的透明度不利,并导致瓶子的机械性能下降,承载强度和冲击强度下降。

热降解

温度对干燥PET的影响很复杂,它不仅影响水气的扩散速度,还对干燥时的化学过程有影响,所以最终会影响树脂的性能。考虑潜在的水解和热过程是非常必要的,如前所述,伴着IV的下降,水解的速度在150℃以上时加快,因为热转变过程比扩散过程快,干燥时温度过早提高是不利的。

同样,即使大部分水气可以抽走,但是过高的温度(如高过180℃)将导致热降解和热氧化(在空气干燥系统中),这样,聚合物链断裂,还释放出副产品物质,导致物理性能下降。

副产品中有AA成份,物理性能的改变会在瓶坯上表现出来,如雾状结晶、IV的下降、产品发黄等。

PET干燥机的干燥原理和基本性能

在带干燥剂床的干燥器中,空气先被吸收湿气的干燥剂吸湿,一个热空气鼓风机将干燥的热空气压至斗中。回风又通过干燥剂干燥循环,被加热后,干燥剂释放出水气,冷却后又吸收湿气。所以,必须将两条分离的气路最小化,并有干燥剂存在。

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PET干燥机系统简图

在该闭环系统中,干燥机组件要用密封管连接至料斗。主料斗圆柱形的长径比约2:1,必须绝热,保证能量。干的热空气流过充压的料斗和分流芯(分流芯是保护料道和空气流道的), 料斗的顶部关闭,有一根回风管通到干燥机的组件,在环路上的过滤器保证干燥剂不被污染。鼓风机将空气鼓至干燥剂床,在那里干燥,直接进入加热筒,最后进入料斗。同时,一只独立的风机和加热器对干燥剂进行再生。

当再生后的干燥剂冷却下来后,又被切换到干燥系统中去干燥空气流。

常见问题

有效的操作系统应该是干燥条件容易达到、故障最少,但下述区域必须控制:

1、空气过滤器

例行的过滤器清洁是必须的。过滤器保护干燥剂床不受灰尘污染。要十分小心,不要损伤过滤器,否则,干燥剂床的效率将受到影响,导致干燥器的效率下降。

2、冷水器故障

如果阻塞或机械不灵,冷水机失效,将限制干燥剂的再生能力,导致高露点,不干燥。

3、加热器失效

空气加热器失效将导致:不能达到正确的干燥温度或不能达到正确的干燥剂再生温度。

4、周围空气的进入

较干燥空气而言,周围空气很潮湿。如果让周围空气进入干燥器或切片处理系统,将影响露点和干燥效率。所以,如果干燥器的组件被拆下修理,必须小心地安装,有合适的密封圈,并检测是否泄漏。

5、干燥机的工艺控制

必须仔细控制两个关键参数:空气干燥温度和空气干燥露点。温度和露点检查必须有规律地进行。

可靠干燥过程中的关键条件

1. 正确的干燥温度:切片温度必须达到170~180℃,理想的是在干燥器出口处测量175℃。

2. 正确的除湿温度:不能超过190~200℃,在干燥器入口处测量。

3. 正确的除湿空气露点:露点不能高于-30℃,最好是低于-40℃,在干燥器出口处测量。

4. 合适的除湿空气流速:大部分干燥器的能力是约1立方英尺/小时/磅切片,这是最低需要。很明显,气流必须是在正确的温度和露点下。

5. 切片滞留时间(干燥时间):PET的绝对滞留时间推荐不小于4小时,最好是6~8小时。这是通过理论计算出来的。

6.特别注意:要遵守干燥器制造商的操作说明。

干燥机的计划维护

每日检查:

·干燥空气的露点控制器;
·合适干燥温度的检查;
·检查后冷却器前后的回风温度;
·检查料斗里的料位,即加载操作;
·清洁回风过滤器,其它过滤器。

每周检查:

·检查气流的露点;
·检查再生空气温度;
·清洁后冷却器的过滤器,确保有合适的水流到达冷却器;
·检查是否有泄漏;
·更换旧管、破损管。

注意:干燥是最重要的工艺步骤,不按正确标准满足工艺要求就不能解决以后过程中的问题。

成功干燥PET的关键是:

仔细留心,良好的维护,遵守干燥器制造商和树脂供应商的建议。

PET瓶坯的成型

瓶坯成型过程中,最好的条件是以尽可能低的温度、尽可能短的时间,快速均匀并完全熔融,最大限度保持IV少下降,尽可能少产生AA,尽可能透明。与之相关的工艺条件有:

温度

成型温度是指料筒、热流道的温度。成型过程中的热量只有30%是来自外部加热,70%是来自于内摩擦热,所以除了合适的加热外,还要用好剪切热。

注射和保压

注射是为克服流道中的阻力,将熔料填充到模具中。对瓶坯来说,最好有三段速度和压力,依次递减。

注射速度太慢,剪切不够,充满前就冷却了,造成产品不饱满或欠注;太快,模腔内排气不及,导致充不满,缩水,AA高。

保压有两个重要作用:防止熔料倒流和确保在压力下冷却(提高冷却效果)。太高会造成充填过量及胀模等,内应力会较高,还可能结晶。太低会造成缩水,瓶坯变形(冷却不够),浇口问题如针孔,气泡等,因为浇口处冷却速率下降。保压时间也要合适,太短也会造成针孔,拉丝等。

释压

释压是为了降低热流道内的压力,防止浇口堵塞,针阀动作不灵活等。但太过则会造成缩水、拉丝、针孔等。

背压

背压是在油马达带动螺杆旋转过程中液压系统通过螺杆施加给熔料的捏合力。作用:加强PET的塑化,消除气泡。刚开机时可以调到0,等瓶坯出齐后慢慢往上加,加到瓶坯中无气泡或疤点时的背压是合适的背压。过高剪切作用就太强,会出现成型不良、堵浇口、热解等问题。

缓冲区

缓冲区是每次注射完毕后螺杆头前面的余量,过少会造成成型不良,过多会造成PET分解。一般是从少往大慢慢调,到瓶坯不发雾或结晶时的量为合适。

冷却

PET不透明,而瓶坯之所以透明,靠的就是冷却。冷却不好将降低瓶坯的冷却速率,会导致缩水、瓶坯变形和影响循环时间,为避免此情况,要做好:水质处理,定期清理水道,检查水流量及水压,型芯及型腔的拆洗等。

PET瓶坯型常见问题与解决方案
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吹瓶

吹瓶过程

吹塑过程是一个双向拉伸的过程,在此过程中,PET链呈双向延伸、取向和排列,从而增加了瓶壁的机械性能,提高了拉伸、抗张、抗冲强度,并有很好的气密性。虽然拉伸有助于提高强度,但也不能过分拉伸,要控制好拉伸吹胀比:径向不要超过3.5~4.2, 轴向不要超过2.8~3.1。瓶坯的壁厚不要超过4.5mm。

吹瓶是在玻璃化温度和结晶温度之间进行的,一般控制在90~120度之间。在此区间PET表现为高弹态,快速吹塑、冷却定形后成为透明的瓶子。在一步法中,此温度是由注塑过程中的冷却时间长短决定的(如青木吹瓶机),所以要衔接好注—吹两工位的关系。

吹塑过程中有:拉伸—一次吹—二次吹,三个动作的时间很短,但一定要配合好,特别是前两步决定了料的总体分布,吹瓶质量的好坏。因此要调节好:拉伸起始时机、拉伸速度、预吹起始和结束时机,预吹气压力,预吹气流量等,如有可能,最好能控制瓶坯总体的温度分布,瓶坯内外壁的温度梯度。

在快速吹塑、冷却过程中,瓶壁内有诱导应力产生。对充气饮料瓶来说,它可抗内压,有好处,但对热灌装瓶来说就要保证在玻璃化温度以上让它充分释放。

常见问题与解决方案

1. 上厚下薄:延后预吹时间,或降低预吹压力,减少气流量。

2. 下厚上薄:与上述相反。

3. 瓶颈下有皱折:预吹太晚或预吹压力太低,或此处坯冷却不好。

4. 底发白:瓶坯太冷;过分拉伸;预吹太早或预吹压太高。

5. 瓶底有放大镜现象:瓶底料太多;预吹太迟,预吹压太低。

6. 瓶底里面有皱折:底部温度太高(浇口处冷却不好);预吹太晚预吹压力太低,流量太小。

7. 整个瓶混浊(不透明):冷却不够。

8. 局部发白:过度拉伸,此处温度过低,或预吹太早,或碰到拉伸杆了。

9. 瓶底偏心:与瓶坯温度、拉伸、预吹、高压吹等都可能有关系。降低瓶坯温度;加快拉伸速度;检查拉杆头与底模间的间隙;延后预吹,减小预吹压力;延后高压吹;检查瓶坯是否偏心。 (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (2007-6-22)
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