“注拉吹”与“多层共挤”的对话 - 文章

“注拉吹”与“多层共挤”的对话

作者：陈新辉史永红来源：PT现代塑料

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作为塑料中空容器的主流加工技术，“注拉吹”和“多层共挤”技术日渐成为人们关注的焦点。为此，业内人士就这一话题展开讨论，希望能为塑料中空容器的加工商带来一些启发。

陈新辉先生毕业于北京化工大学高分子材料加工机械专业，现任广东金明塑胶设备有限公司研究与开发部技术总监，一直从事塑料机械的研究与开发，多次获得汕头市和广东省科技进步奖，主持设计了多项国家级和省级重点新产品。

史永红先生 1991年毕业于西安交通大学高分子材料与工程专业，1999～2004年在西安交通大学攻读机械工程硕士学位，高级工程师，现任陕西秦川机械发展股份有限公司秦川塑料机械厂副厂长，同时兼任秦川发展研究院下属陕西包装与塑料机械研究所所长。史永红先生主要从事塑料中空机和挤出机等塑料机械开发及塑料成型工艺的研究工作，在200L双L环塑料桶成型工艺方面有丰富的经验，发表论文近十篇。

对多层共挤出中空塑料成型技术与注拉吹中空成型加工技术而言，两者有何本质上的不同？或者说，两种加工方法对设备的要求有何不同？

陈新辉先生：多层共挤中空塑料成型与注拉吹中空成型同属塑料中空成型技术，其基本原理是把熔融状态的塑料型坯置于模具内，然后闭合模具，塑料型坯借压缩空气吹胀、冷却而得到一定形状的中空制品的成型技术。

多层共挤出中空成型是多台挤出机向造坯机头供料，获得多层的熔融型坯，然后将型坯引入对开的模具，闭合后向型腔内通入压缩空气使其膨胀并附着在模腔壁而成型，最后通过保压、冷却、定型、排气而获得所需的多层共挤制品。

要生产一个完全满足要求的多层共挤阻隔中空制品，不但要有理论作指导，而且还需要长期从事挤出方面的大量经验数据作支撑。具体而言，供坯系统包括二部分：一部分是根据制品结构设计的多台挤出机。在这方面，国内拥有比较成熟的技术，国产的挤出机在制品的塑化、挤出的稳定性、高产高效性等方面已经有了明显的进步；另一部分是多层共挤内复合机头，它是多层共挤中空成型的关键部件，也是核心技术。在加热系统方面，多层共挤中空成型技术无需在后续工艺中再对管坯进行加热。多层共挤中空成型技术在吹瓶系统和控制系统方面要求较高。通常，吹瓶系统包括二个方面：一方面是吹入压缩空气，通过保压、定型、排气而获得所需的制品；另一方面，还要求通过吹瓶系统获得一定要求的瓶口质量。目前，多层共挤中空成型技术在如何采用先进的喂料控制技术获得稳定的挤出？如何通过型坯伺服控制技术获得理想的型坯等方面还需不断提高，这一技术对辅机和生产环境方面的要求不高。

注拉吹中空成型是将注射机注射的熔融塑料注入注塑模具，通过急剧冷却而成型出透明的有底型坯，然后在另一工位将型坯内外加热，达到一定温度后将瓶坯延伸一定的比例，再充入压缩空气，获得所需的中空制品。其供坯系统相比多层共挤中空成型而言相对简单，要求低，一台标准的注射机就基本能满足要求。但在注拉吹中空成型工艺中，对加热系统要求高，控制也有一定的难度,尤其是如何控制材料的取向温度，这对制品的成型起着关键的作用。吹瓶系统主要是要控制拉伸速度和吹塑压力，以确保获得壁厚均布的制品。

总之，两种成型工艺的特点决定了它们对设备的要求既有相似性，但更具有独特性。

史永红先生：多层共挤中空成型技术与注拉吹中空成型加工技术采用的工艺流程是完全不同的。

多层共挤中空成型工艺流程是几台挤出机挤出不同的原料，塑化后挤到共挤模头，由共挤模头连接挤出型坯，经模具合模，将型坯吹制成制品，最后取出制品，进入下一个循环。

注拉吹加工工艺流程分为两步法和一步法。一步法是在一台设备上完成从原料到容器的整个成型过程。一步法又分为“三工位”和“四工位”两种工艺，其中，“三工位”设备包括注射瓶坯、制品成型、制品顶出等三个工位；“四工位”设备包括注射瓶坯、瓶坯调整温度、制品成型、制品顶出等四个工位。

两步法工艺需要两台设备完成由原料到制品的成型过程。首先，采用专用注射机完成型坯的成型，然后将注射好的瓶坯再输送到吹瓶机上加热，调整瓶温度，完成吹制、制品输送全过程。两步法主要适合大批量生产，而且灵活性大，即可以用一台注射机配多台吹瓶机，也可以用多台注射机配一台吹瓶机。当然，这主要应根据注射机与吹瓶的产量匹配而定。

由于工艺流程不同，设备结构自然也就不同。多层共挤吹塑成型设备主要包括：挤出机、共挤模头、合模机构、吹胀机构、机架、中空模具、电气控制系统、液压控制系统、气动控制系统。而一步法注拉吹设备包括：注射部件、型坯模具、工位转台、中空模具、吹气装置、顶出装置、电气控制系统、液压控制系统、气动控制系统。为适应各自不同的工艺流程需要，上述两种设备所使用的电气控制系统、液压控制系统、气动控制系统以及动作顺序和控制原理也都存在很大的差别。

从制品情况来看，注拉吹中空成型的制品容积一般在30L以下，而多层共挤成型制品容积可达500L。

注拉吹技术在制品壁厚均匀度和尺寸精度方面有何特长？采用该技术生产的塑料中空容器最佳的适用行业有哪些？

陈新辉先生：注拉吹技术在制品壁厚均布度和尺寸精度等方面要优于多层共挤成型技术，其制品主要用于啤酒、碳酸饮料、果汁饮料、饮用水、茶饮料、食用油、食用调料、药品等的包装。

史永红先生：注拉吹中空成型制品具有壁厚均匀、尺寸稳定性好、重量轻、强度大等优点，因此应用范围非常广泛。由于注拉吹工艺生产的容器多以PET、PP、PE、PVC等材料为原料，从而使用这些原料生产的瓶子具有质轻、便携、无毒、透明、不易破碎、阻隔性较好等优点，使其越来越多地成为玻璃瓶的替代品而被应用在碳酸饮料、果汁饮料、饮用水、食用油、酒类、日化产品、药品等行业的包装中。

目前，采用注拉吹技术生产出的制品已能够满足一些很苛刻的使用要求，最典型的例子就是啤酒瓶，国外已有PET啤酒瓶被用于啤酒的包装中。对于塑料瓶生产企业来说，啤酒瓶市场是相当巨大的，但由于对瓶子的要求很高，要求瓶子具有高透明性、高阻隔性和耐热性，因此，目前国内企业还没有进入这一市场。

多层共挤技术是目前最重要和最有发展前景的中空塑料制品生产技术，它为容器功能和产品结构方面带来了什么样的改变？对中空制品向多品种、个性化、轻量化、薄壁化方向发展有何裨助？

陈新辉先生：多层共挤技术作为一种特殊的生产技术，拥有如下几个优点：

（1）改善容器的各项性能指标。采用多层共挤吹塑技术，利用材料的特点优势互补，大大改善了制品的阻隔、密封、耐腐蚀、耐高温、抗低温、抗菌、无毒、保鲜等性能。例如，通过共挤出低渗透性的PA、EVOH等塑料，可提高制品对气体或液体的防渗透能力，明显提高被包装物的存放时间。

（2）提高制品的可竞争性。采用多层共挤出技术，可以大大节省对高要求的贵重原材料的使用，同时也可以共挤出一层回收原料，减少制品的构成成本。目前，多层共挤农药品容器、汽车油箱等的生产全部采用了多层共挤技术，金明公司设计制造的汽车油箱设备已经达到了七层，既满足了使用的要求，又降低了制品的成本，提高了产品的竞争力。

（3）扩大了产品的应用领域。由于多层共挤技术成型工艺具有易于成型、适于成型形状多样化的制品以及功能丰富的特点，因此，不仅多层共挤中空成型制品在应用领域内逐步替代了一部分原先采用的玻璃瓶、铁制品、铝塑制品的包装，而且为进入中空工业异型制品成型领域奠定了基础，为多层共挤中空成型设备制造商提供了无限商机。

史永红先生：多层共挤是指在基层中增加一层功能阻隔层，例如EVOH、PA、PVDC等，其中，常见的阻隔层材料EVOH对气体的阻透性特别好，可有效地阻隔O2、CO2、汽油等的渗透。因此，多层中空制品被广泛应用于食品包装、农药包装及汽车油箱等行业。

由于多层包装制品中有一层阻隔层，可使中空制品或包装袋厚度减少，阻隔性提高，降低了生产成本，提高了制品的使用性能，因此多层包装制品市场前景广阔。采用这一技术生产的食品包装制品可以确保食品的鲜味和风味，延长食品的货架寿命和储存期。目前，多层共挤成型包装制品在国外的塑料包装制品市场中已占有80%的份额。

另外，采用这一技术生产的多层汽车油箱能够有效地阻隔汽油的渗漏，使汽车油箱达到欧Ⅱ或欧Ⅲ标准。

目前，秦川机械公司已开发成功六层共挤塑料中空成型设备，用于生产汽车燃油箱，最大容积为200L。据悉，该机采用了新技术，不仅可确保型坯壁厚100个控制点，使容器厚壁均匀，而且电气、液压和气压稳定，无渗油漏气现象，上料系统可确保六台挤出机连续稳定上料。在此想请问史永红先生：您如何看待多层共挤技术在工业包装领域的应用前景？

史永红先生：陕西秦川机械发展股份有限公司（简称秦川发展）开发的SCJC500×6六层共挤中空成型机主要用于生产六层汽车燃油箱，该机的技术水平、硬件配置及制品质量均能够达到欧洲同类产品的技术水平，所生产出的油箱能够达到欧Ⅱ和欧Ⅲ标准，目前已售出了6台。

目前，国内只有秦川发展公司一家能够生产此类设备。随着国内重型汽车、轿车、大巴车等汽车品种的进一步发展以及国家对环保要求的更加严格，多层中空机的市场前景将更加广阔。2004年，国内多层塑料油箱制品的产量约为100万只，预计2005年将达到 140万只。

陈新辉先生，请您介绍一下贵公司的中空成型机目前的开发情况。

陈新辉先生：广东金明塑胶设备有限公司自1987年建厂以来，一直从事中空成型机的研究开发、生产和销售，产品遍布国内外，具有丰富的设计和生产经验，尤其是近几年来，在多层共挤领域中更是取得了突破性的进展，今年，我们公司被广东省评为“广东省多层共挤塑料加工设备工程技术研究开发中心”。目前，金明公司所生产的中空成型设备容量从10mL到500L，单层至七层共挤共有大小18种规格的中空成型设备，其中多层共挤成型设备有6种，主要是三层、四层、五层和七层共挤设备。最近，我们研发的一台四层共挤双模头已在东莞投产，主要用于生产农药瓶。同时，我们新投产的一台500L七层共挤汽车油箱生产设备，主要用于生产各种汽车多层油箱以替代以前的铁制品以及单层塑料制品。

在饮料、药品包装方面，注拉吹技术无疑保留着传统的优势，请您从液压控制系统、控制性能系统、容器的收缩量、精密注吹、塑化装置与正确计量、吹塑模具的设计与制造等方面，谈谈目前及今后一段时间内我国注吹机发展的重点？

陈新辉先生：注拉吹技术是聚合物加工领域中重要的一环，具有提高制品力学性能、气体阻隔性等优点，应用范围广，是其他吹瓶机不能替代的一种成型技术。由于我们没有生产这类设备的经验，因而只能简单淡淡我的一点看法。我认为除了在高产高效节能等方面还需投入研究力度之外，最重要的一点是要利用先进的计算机辅助工程（CAE）技术来对注拉吹中聚合物加工成型进行模拟优化，避免凭借经验，通过反复试验和修正的方式所带来的盲目性，它不但耗费大量的时间和资金，而且延长了开发周期，增加了产品成本，无法适应市场的需求。

目前，随着理论研究的深入和计算机技术的迅速发展，采用先进的计算机辅助软件对聚合物加工成型过程进行模拟优化，实现与实际问题的结合，这一工作已取得了重大进展和效益。有资料表明，通过采用此类软件研究塑料瓶在拉伸过程中拉伸速率对瓶坯厚度分布的影响规律和吹塑过程中瓶壁厚度分布规律，结果表明，改变拉伸速度对瓶坯厚度分布具有很大的影响，速率过大或过小都会产生不利的影响。通过计算值与实际测量值的比较，表明模拟计算能较好地预测成型瓶子的厚度分布，从而为改进工艺与模具设计提供了新的途径，克服了单凭经验的缺点。

另一个需要关注的问题是注拉吹模具的设计开发。目前大部分国内厂家只注重主机的开发，忽视模具的研发制造。而注拉吹成型机是主机与模具有机结合的装备，模具的重要性在某种程度上要大于主机，这就是为什么有的生产厂商将模具是否达到要求列为质量控制标准。因此，只有研制出合格的注拉吹模具，解决好模具的材料、热流道喷嘴及热流道的设计、温度的控制系统等方面的问题，才有望在国内造出先进的注拉吹设备。

史永红先生：国内注拉吹设备的技术水平普遍较低，在各类中空成型设备中，注拉吹设备与国外同类产品的差别是最大的。
注拉吹设备主要的应用市场为饮料瓶及矿泉水瓶。目前，国内的娃哈哈、农夫山泉、乐百氏、可口可乐、百事可乐等大型饮料及矿泉水厂家采用的设备均为进口设备。其中，一步法设备主要为日本青木固公司和日本ASB公司的产品,两步法设备主要为德国SIDEL公司和SIG公司的产品。我认为，国内一步法和两步法注拉吹设备存在的主要问题是：生产效率低，能耗较大；制品偏重，透明度差。因此，建议注拉吹设备生产企业应采用国外最新的、成熟的电器及液压元件，同时，下功夫认真研究各种原料的成型工艺。

如何更好地实现中空容器加工过程中的质量监控？换言之,可否请您谈谈如何利用好相关的自动化与控制、测量检测、称重等技术与装置，有效实现中空容器加工过程中的产品质量监控？

陈新辉先生：要实现多层共挤中空容器加工过程中的质量监控，提高产品质量的稳定性，必须从两方面入手：一是对影响产品质量不稳定的主要原因进行分析和控制。多层共挤中空成型由于其成型工艺的特点，因而要对各挤出机塑化效果、挤出稳定性、工艺温度、熔体内复合的特性要求、各层复合的均匀性、型坯壁厚厚度分布情况、吹气压力、冷却速度等进行分析，不同形状、大小的制品其工艺要求也不完全相同。二是选用配套先进、质量稳定可靠的中空成型设备。一台优秀的设备不但可以减少产品质量的波动，而且能提供许多先进的技术与装置供操作者监控和分析产品的质量。例如，配置挤出机的自动称重装置能有效地避免由挤出电机、换网装置等引起的挤出波动，还能有效地减少原材料的消耗，从而获得优异性能的制品。另外，配置制品型坯壁厚控制技术能最大限度地保证异形制品壁厚的均匀性；配置自动测漏等制品质量检测装置能有效控制出厂产品的合格率。

史永红先生：目前，我国中空成型机市场存在的问题较多，其中，最主要的问题有两点：一方面，国内一些中空设备生产厂家由于缺乏研发实力，不能很好地理解原料的成型工艺，没有认真分析原料的性能，导致开发的设备对原料的适应性差，通常只能适应某一种牌号原料的加工，而不能同时满足市场中众多牌号的原料加工要求；另一方面，为了迎合市场需求，特别是低端用户的要求，一些企业一味地减少设备的使用性能，特别是安全方面的性能。这两方面的问题直接影响了我国中空机整体技术水平和实力的提高。

我认为，中空设备生产商应该在深入研究原料性能和成型工艺的基础上，努力提高电气控制系统、液压控制系统及气动控制系统的可靠性和稳定性，同时，重视发挥混料、称重、厚度检测、渗漏试验、质量检测等辅助设备的作用，只有这样，才能开发出高质量的产品。

如果有两个塑料中空容器加工商，分别采用上述提到的两种加工方法，在他们采购相对应的设备前，您对他们在设备选型方面会给出什么样的建议？

陈新辉先生：在设备的选用方面，不同的厂家有不同的做法，但大多数厂家都会以性能价格比作为选择设备的主要依据，当然，也有厂家更注重性能而对价格因素考虑较少，或更注重价格而对设备的性能要求不高。在此，我主要谈谈这两类设备在性能上必须要考虑的因素。注拉吹设备由于生产的制品的附加值较低，竞争较激烈，因而在选购时，要在充分了解设备的性能稳定性、可靠性的前提下，还要从产量、价格和技术先进性方面进行全面考察。多层共挤设备由于起步较晚，产品附加值较高，设备的投入也较大，因而客户在选择设备时，应将设备的先进性和稳定性、是否是成熟技术等作为首要考虑的因素，其次才是对价格的比较。

史永红先生：用户选购设备时，应理性地分析拟选购设备的性价比、能耗、元件的综合性能以及设备厂商的综合技术水平、售后技术服务及其市场占用率，不应单纯地注重价格或某一个元件的性能，而应理性地分析投资回收期，同时，还应对拟生产的制品市场前景、竞争对手及其市场占有率、原料价格走势、运输成本等进行综合分析。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/27/2005)


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