我国塑料药瓶成型设备的现状及发展

作者：宁波海达塑料机械有限公司 张友根

欢迎访问e展厅 展厅 5 吹塑机/中空成型机展厅 吹塑机, 吹瓶机, 中空成型机, ... 医药瓶是产销量最大的医用塑料制品之一。随着国内医疗产业的快速发展，国内医药瓶的用量将会呈现大幅的增长。对此，国内的中空设备制造商应当以此为契机，把握塑料药瓶的发展趋势，研发新型高效、高性能的药瓶成型设备，努力缩短与国际先进技术及设备的差距。 主要成型设备 塑料药瓶中空成型设备根据成型方式不同，主要分为三种：挤出吹塑成型机、注射吹塑成型机，以及“挤-拉-吹”或“注-拉-吹”成型机。挤出吹塑与注射吹塑成型机主要用于生产药用中小型塑料瓶，“挤-拉-吹”或“注-拉-吹”成型机则用于大型瓶体的生产。目前在我国，应用挤出吹塑与注射吹塑成型机的塑料药瓶生产企业最多。 挤出吹塑成型机 挤出吹塑机械（包括吹塑模具）的造价较低，例如成型相同的产品时，吹塑机械的造价约为注塑机械的1/3或1/2。同时，产品的生产成本也较低。由于型坯是在较低压力下通过挤出机头成型并在低压（多数为0.2～1.0MPa）下吹胀的，因而产品的残余应力较小，且耐拉伸、冲击、弯曲与环境等各种应变的性能较高，具有较好的使用性能。由于吹塑模具仅由阴模构成，故通过简单地调节机头模口间隙或挤出条件即可改变瓶体的壁厚。另由于吹塑模具上可设置滑动式底模块，故瓶体底部形状的设计灵活性较大。挤出吹塑可成型形状复杂、不规则且为整体式的产品，因而更适于成型HDPE、PP原料的硬质塑料药瓶。 注射吹塑成型机 注射吹塑成型机主要用来加工HDPE、PP原料的医药瓶。采用注射吹塑设备成型的小型塑料药瓶普遍受到制药厂家的欢迎。由于注射吹塑的瓶体在成型过程中，设备的注嘴可以对瓶口进行注塑，因而保证了瓶口的精度；随后再由机械配置的芯棒吹塑瓶体，则保证了塑料瓶体的外形尺寸精度。 注射吹塑成型医药瓶可以使用1步法2工位或3工位注射吹塑成型机加工。由于2工位注射吹塑成型机缺少一个专用的脱瓶和冷却工位，难以实现全自动计数包装，致使生产效率低于3工位。因此，在实际生产中应用更多的是3工位机器。该机的3个工位以120°角成等边三角形分布，第一工位为注射成型工位，第二工位为吹塑成型工位，第三工位为脱瓶和冷却工位。三个工位可同时运行，生产效率高，周期短，可与传送带连接自动计数包装，真正实现药用塑料瓶生产全过程中与人手的“无接触”，从而确保产品卫生洁净。注射吹塑成型机不能成型形状复杂的产品，且成型的瓶子多数容积较小（一般为10～300ml）。但由于注射吹塑成型瓶的瓶口平整度高，瓶壁壁厚均匀，特别是瓶口与瓶盖间有很好的密封性能，能达到防止塑料瓶内的药品气体的挥发和外部气体向瓶内渗透的性能要求，从而使得这种瓶子完全符合药品包装的特殊要求。国家药品监督局早在“九五”期间就提出采用注射吹塑成型方法生产优质的塑料药瓶。目前，我国从国外引进的注射吹塑成型医药瓶生产线达40余条，总生产能力约7亿个／年。 “注-拉-吹”成型机 “注-拉-吹”PET、PP药瓶（用于液体药物灌装）成型机分为1步法和2步法两种机型。一步法机型是指注射型坯、加热型坯、拉伸型坯与吹塑、成型制品脱模等工序可在同一台设备上连续进行的高效设备。根据成型工序，一步法机型分为3工位（以日本青木固机器为代表）和4工位（以日本日精机器为代表）两种机器。二者的主要区别是：“3工位”是指注射型坯与加热型坯在一个工序上完成，“4工位” 则是指注射型坯与加热型坯在2个工序上完成。 一步法机型不会造成产品的二次污染，且产品同一性好。尽管价格较高，但为达到药瓶的高洁净要求 ，近年来国内的制药厂家更趋向于使用一步法“注-拉-吹” 药瓶成型机。为此，国内的一些设备厂家在消化吸收国外先进技术的基础上加紧研制可代替国外设备的一步法机型，并取得了一定的成果。 二步法机型是指注射及拉伸吹塑工序由独立的两台机器分开进行。第一步：由一台普通注塑机注射成型管坯，管坯的瓶头部分(瓶口、螺纹)就此完成成型；第二步：将管坯放在蜂窝状加热器或自动循环加热传送带上加热调温，然后移到吹瓶工序用压缩空气进行拉伸吹塑成型。瓶口较平整、密封良好、品种开发快、模具费用及成本价格较低是“二步法”机型的优势，但由于注射管坯与吹塑成型分步进行，产品同一性差，且易传递污染，难于通过菌检。 研发方向 塑料药瓶成型设备同比于其他中空塑料制品成型设备，规格小，速度快，精度高，效率高。对其研发的主要方向是高速、高效、节能、环保及自适应质量控制。 全电动一步法“注-拉-吹” 中空成型机 近年发展的一种高响应的交流伺服电机驱动定量泵节能系统，在注塑机上已得到了成功应用。同样，注射吹塑、“注-拉-吹”塑料药瓶成型设备的主系统动力驱动也可移植这种系统。该系统通过对压力流量进行精确的闭环控制，实现伺服电机对执行机构能量需求的最佳匹配和自动调整，从而达到节能、提高性能及减少环境污染的多重目的。 全电动一步法“注-拉-吹” 中空成型机以其精确定位、速度快、无震动、自洁性高以及效率高的优点，成为高性能塑料药瓶成型机的开发热门。研制该机种的关键主要是实现转盘机构、瓶坯成型合模机构、拉伸吹塑同步合模机构以及注射塑化机构等的全电动驱动。全电动的瓶坯成型合模机构及拉伸吹塑同步合模机构的设计，可参考注塑机的全电动合模机构。对于全电动注射塑化机构，则可完全照搬注塑机的全电动注射塑化机构。可以说，有了全电动注塑机的成熟技术，开发全电动一步法“注-拉-吹”中空成型机的难度并不十分大。 目前国内市场上的全电动一步法“注-拉-吹” 中空成型机，以上海爱思必机械有限公司研制的ASB-15N/10E机型为代表。该机采用闭环伺服系统，比原液压系统的控制稳定性大大提高，节电可达40%，并一改液压传动的液体油污（液压系统中的阀件、管道等处易发生泄漏，使用年代较久的设备尤甚）对环境、产品的污染。 高速、高质量的PET、PP瓶坯油电复合注射机构 注射塑化机构的性能直接关系到瓶坯的质量。普通的往复式螺杆塑化注射，由于前、后塑化质量不一致，导致瓶坯质量不一致；又因为注射与塑化两者之间不能同时进行，降低了生产效率。而采用挤注复合塑化注射系统（将塑化与注射两种功能由常规的一个部件分为两个部件，即伺服马达驱动挤出螺杆独立塑化及液压柱塞独立注射，两者之间互不干扰），则能够稳定PET、PP熔体轴向温度进而实现塑化质量的一致性，同时还大大提高了生产率。 提高成型速率和产量 提高生产效率是国内药品包装容器注射吹塑成型设备的开发重点。江苏维达机械有限公司于国内率先开发成功一步法3工位注射吹塑成型机，近年来更是以每年推出100条生产线的规模高速发展。采用维达的MSZ60L机型，生产30ml×12腔常规塑料药瓶的典型生产周期仅为10S。张家港市绿环降解成套设备有限公司吸收欧洲NOVVAPAX、BEKUM之技术，开发了适于生产固体颗粒药用聚烯烃瓶的高效3工位注射吹塑中空成型机，生产周期最短可达8s。该机采用双连杆机械保护,转台升降与开合模同步运行,大大缩短周期；采用挤出螺杆塑化，加大螺杆长径比，满足透明PP、PE、PS及PC等中空制品的工艺需要；瓶坯温度上下一致，制品无双线；具有单横梁合模结构，更换模具方便快捷；机器外形简洁，有利于净化，符合GNP规范要求。磐安县三联药品包装有限公司针对药用塑料瓶生产的共性技术难题，独创了高压气体调温技术。该技术采用变频系统代替电磁调速系统，缩小了整机体积、降低了能耗，并且提高了设备的使用性能与产品质量。 高性能模具的开发 虽然最近几年国内多家企业在“注-拉-吹”设备上投入较大精力和资金，使设备已经达到或接近国际先进水平，但由于忽视与之配套的高效“注-拉-吹”模具的开发，因而不能发挥设备应有的作用。这是制约行业发展的瓶颈。对于国内相关企业来说，要想开发出高水平的“注-拉-吹”模具，就必须采用先进的计算机辅助工程(CAE)技术来对“注-拉-吹”加工过程进行模拟，从而避免由经验、反复试验和修正的方式所带来的盲目性，最终使模具材料、模具型腔的不同吹张比例、热流道喷嘴结构设计，以及温度控制等方面都能获得最优化的结果。 多层共挤中空塑料药瓶成型机 多层复合药瓶具有避免透光以及防止C02等气体渗透的性能，可满足某些需要特殊贮存条件的生物工程药物的要求，目前已成为医药包装市场上的主要产品之一。例如，3层共挤塑料药瓶（最外层为PA材料,中间层为PET材料,里层为PC材料），具有良好的透明度和密封性，能隔绝潮气和氧气，不仅可用作常规血液制品，如人血白蛋白和纤维蛋白胶原等产品的直接外包装，也可作为各种生物工程药品，如干扰素、各种单克隆抗体药品的包装材料。 多层共挤中空药瓶成型机与其他中空成型机相比，复杂性大大提高，特别是在机头设计方面。当前对于该机种的研发，主要集中于以下三点：（1）研究具有一定使用范围的共挤出机头，以满足不同材料、不同层数及机头直径等要求。机头是多层共挤中空塑料成型机的“心脏”，它的性能应达到：控制每一层达到最佳状态以实现完满的圆周及侧向材料分布；可不受材料分布的影响而加工变化广泛的塑料原料。螺旋芯棒组合系统具有高度适应性，应是多层共挤机头优先采用的系统。（2）研究组合包装系统，从而可根据不同的原料特制出可能允许的组合数的机头。（3）研究基础机械程序，以确定模塑工位的数量、生产速度以及制品设计的平台尺寸。 结语 医药瓶是产销量最大的医用塑料制品之一，同时也是一种增长较快的大宗医用塑料制品。该产品的生产离不开高效、高性能的中空成型设备（包括模具）。由于国产中空成型设备与国外设备相比尚有不小的差距，因此，国内中空成型设备厂家唯有把握塑料药瓶的发展趋势，研发新型塑料药瓶成型设备，才能逐步缩小与国外厂家的差距，并在市场上与之分庭抗礼。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (12/11/2009)