从玻璃吹制到吹塑

作者：MICHAEL THIELEN    来源：KUNSTSTOFFE INTERNATIONAL杂志

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, ... 人类历史上，首次被吹制成中空器皿的材质就是玻璃。据迈耶百科辞典（Konversationslexikon）记载，Ben Hassan皇家墓穴壁上的浮雕展示了玻璃吹制加工的画面，而这幅浮雕可以追溯到公元前1800年。埃及最古老的玻璃制造工厂始于公元前14世纪，经历了一段漫长的历史道路，埃及玻璃吹制工艺发展成为现代工业吹塑中空塑料器皿的生产工艺，而新型廉价原材料的使用从本质上推动这一发展过程，新材料不仅能更好地满足生产加工的特殊需求，也不断拓展了产品适用范围。 美国成为行业先驱 1851年6月24日于美国注册的专利“古塔胶中空器皿制作工艺改良”，S. T. Armstrong描述由推向模壁中心的气流压力吹制而成的管状半成品，采用的原材料是古塔胶，这是一种橡胶制品，从同名的树木上取得。这项专利带来了吹塑工业用途的发展，随后是主要用于工艺产品和玩具加工的赛璐珞和橡胶（见图1），例如，圣诞树上挂的球状装饰物，是通过在两片赛璐珞膜之间吹气流使其软化，并形成其附着的模具形状，然后将赛璐珞膜的边缘密封。然而在当时，加工材料的种类是非常有限的。 直到20世纪30年代，吹塑工艺才有了进一步发展，随着美国玻璃制造行业开始使用PVC来制作器皿和包装，这种与玻璃易碎性截然不同的新型材质占领了市场，而美国也在玻璃制造市场成功地独占鳌头，这一局面一直持续到第二次世界大战结束。从1938年到1945年注册在案的大量吹塑专利，主要是由美国的玻璃制造行业获得。美国专利序号第2260750号名为“塑料中空器皿的机器制造方法”，由William H. Kopitke（Plax公司）注册于1938年，是一项尤为重要的专利，专利内容包括半成品的生产过程，以及使用首次加热的吹塑。Owens Illinois玻璃制造公司制造出了世界上第一个塑料瓶，从1939年到1946年为美国军队医疗队提供批量生产。当时采用的方法按照现在的划分标准，应该被归类为注坯吹塑。 欧洲的独立发展 在吹塑工艺发展上，欧洲则稍逊于美国，直到20世纪40年代才出现吹塑工艺，主要应用发生于玻璃制造行业，许多塑料加工的新技术也是基于此产生。美国当时为了充分保护自己在玻璃制造行业的垄断地位，奉行了“塑料吹制”关门主义。因此可以说，欧洲在这一领域的发展进程是完全独立于美国的。一批德国工程师和企业家成为了当时吹塑领域的先驱者，主要有Reinold兄弟和Norbert Hagen (Kautex Werke, 约始于1948年，见图2)，Stefan与 Rainer Fischer (Maschinenfabrik Johann Fischer, 约始于1957年), Horst Gottfried Mehnert (Bekum, 约始于1959年), M.Rudolf (Rudolf), 以及Erhard Langecker (Battenfeld)。 Kautex Werke公司创建于波恩，如今已经并入Kautex Maschinenbau有限公司以及塑料加工商Kautex Textron有限公司。 Dynamit Nobel集团子公司位于距离波恩不远的Troisdorf，在塑料发展领域表现相当活跃。Alfred Nobel本人为了实现用橡胶、古塔胶及皮革来替代传统硝酸纤维素，进行了不计其数的试验。试验的成功，使现代高聚物化学和聚合物加工领域第一次出现了激动人心的飞跃，这对于Dynamit Nobel也有着影响极为深远的意义。1905年，其Troisdorf制造厂通过将硝酸纤维素这种易爆原材料转化为赛璐珞，首次生产出工业用塑料。1923年，世界首例注塑材料进入市场，由此开启了塑料铸型产品生产的篇章。1930年，Dynamit Nobel Kunststoff有限公司的前身，科隆Rheinisches Spritzguss-Werk有限公司（RSW）开始投入生产。 第一台挤出吹塑设备诞生 受到Dynamit Nobel发展的启发，Hagen兄弟使用塑料片制造出第一个注塑组件，其构造源自于金属片加工，并引入了弯曲和焊接的步骤。为了简化生产并提高生产效率，Hagen兄弟在1949年开发出了第一台挤出吹塑设备，能够使用塑料来高效生产瓶子、器皿和其它中空产品。这台设备独特的设计，例如气流阀门针，即使在现代也没有落伍，仍然使用在吹塑设备上。现在这台吹塑设备的复制品展示在波恩的Dr. Reinold Hagen Foundation科技中心，这家中心由Reinold Hagen博士于1988年用卖掉公司的收入创立。在随后的多年生产实践中，吹塑塑料包装因其不易碎，耐化学性且比金属或钢片更具加工灵活性的优越性能站稳了地位。 以德国为代表出品的挤出吹塑设备，很快获得了国际认可，在行业中获得了更深远的发展。大约在1955年，第一台Kautex全自动吹塑设备跨越大西洋来到美国，在美国得到了进一步改良提升。至20世纪60年代，现代市场以及吹塑技术的基础已经大部分奠定了。 美国和德国专利的清单可以在“中空塑料产品的吹塑”（Blasformen von Kunststoffhohlk?rpern）一书中找到。 专一聚焦发展叩开新市场大门 在原材料方面，聚烯烃和硬PVC很快成为吹塑材料的最佳选择。基于其加工系数（温控及流变），聚烯烃相对比较容易加工，而PVC最初则被其高热敏性和重复加工性所累。但国内及海外市场仍然对透明PVC食品包装有着强烈的需求，食用油、醋、饮料、调味品，以及药品和化妆品的容器等应用领域的蓬勃发展，无不折射出中空吹塑产品的光明前景。 随着中空吹塑产品的日益风靡，市场竞争与日俱增，同时也涌现出对聚焦在质量和性能上的专业人才和技术的需要，目标性聚焦发展及专业化在设备、工艺和适用技术多领域由此展开，这其间的典型如下所示： ■ 定制开口瓶颈的校准技术（见图3）。 ■ 均一壁厚吹塑产品生产中的半成品壁厚控制。标准轴壁厚控制补偿产品周长的圆周差，在20世纪90年代由statically flexible die rings (SFDR)和部分壁厚控制(PWDS)补充。 ■ 全自动模具内外抛光打磨的机械化工作流。 ■ 采用多模设计大幅提升设备产能（见图4）。 ■ 用于大型中空组件制造的设备设计，例如弹筒、鼓、10000升IBCs燃油罐。 ■ 精密工业中空组件的生产制造；特别是在20世纪90年代，三维弧形中空管低废产品的3-D吹塑技术发展。 ■ 多层中空组件生产，例如夹层为可循环材料的三层组件。 ■ 6层连续双挤出技术的发展，用于EVOH阻隔层塑料燃料罐生产（见图5）。 ■ 微处理控制的发展。 这些多方向聚焦的百家争鸣，也催生出纷繁多样的设备类型。设备彼此间的不同点主要在于校准和充气构造、半成品和气流阀门间的模具运动以及溢料分离的不同类型。工业吹塑设备（见图6）本质上不同的是材料蓄力类型和蓄力器端口设计。螺旋往复蓄力器端口与融化蓄力器端口不同，特别是管状柱塞式蓄力器端口。前者的设计改良自注塑设备，尽管与原材料行业付出了巨大努力开展合作研发，但在实际生产中扔未能成型。目前只有顺序双挤出（3-D组件的“硬-软-硬”产品）仍然使用往复管状柱塞式蓄力器端口。尽管有很好的设计理念，但在注塑领域大获全胜的全自动设备，仍未能在吹塑生产中实际应用。 原材料改良推动加工工艺发展 20世纪60年代，高分子聚乙烯进入市场。这种材料为注塑行业带来全新的发展推动力，也拓宽了大型注塑组件和工业组件的新用途。由于现存挤出设备、端口设计、机械钳力和吹塑模具的交错断裂边缘等方面，都已经不再能满足更精密的生产要求，这导致新材料的发展初期被重重困难所阻。多年发展下来，可以说，适用于更广泛生产适用范围和生产可能性的新材料，以及与之同步的加工工艺，都对生产设备的设计与改良起到了重大的推动作用。以下关键词在这一领域出现频率较高： ■ 引入压力传送挤出机设计，具备开槽冷却挤出给料区 ■ 混合和剪刀组件的使用，作为均质化补救措施 ■ 管状柱塞式蓄力器的最终突破点 ■ 市场需求的觉醒，将吹塑组件作为上述燃油罐、塑料燃料罐和鼓来运输危险品 ■ 半成品模具流道、心形重叠花纹、补偿蜘蛛形心轴的优化 ■ 快速且精准的壁厚控制整合半成品长度控制 ■ 半成品可控预吹制 原材料生产商、设备制造商和产品加工商三方的紧密合作，也为巨大发展成果起到了不可替代的重要作用。 结语 在历史的长河中，玻璃吹制的发展经历了1400年，自第一次尝试将这种技术来应用于热敏塑料仅仅有130年历史，而聚合物吹塑的工业用途才刚刚始于80年前。记录这些发展的编年纪要编撰者们在1979年眺望未来，期许2000年的编年纪要中能够增加进更多聚合物吹塑加工的发展成果。现在，今年的编年纪要应该能够圆他们这个心愿了。

文章内容仅供参考 (投稿) (12/26/2012)