PET注拉吹技术设备发展现状及趋势

PET注注拉吹设设备和技技术发展展趋势随着食品品（包括括饮料）及及医疗产产品等对对包装瓶瓶的大量量需求，极极大地带带动了PPET注注拉吹设设备和技技术的发发展，而而啤酒和和果汁等等对长货货架期的的要求，则则大大促促进了PPET瓶瓶阻渗技技术的提提高。塑塑料拉伸伸吹塑又又称双轴轴取向吹吹塑，是是一类在在聚合物物的高弹弹态下通通过机械械方法（拉拉伸杆或或拉伸夹夹具）轴轴向拉伸伸型胚、用用压缩空空气径向向吹胀（拉拉伸）型型胚以成成型包装装容器的的方法。按按型胚的的成型方方法分，拉拉伸吹塑塑有注射射拉伸吹吹塑和挤挤出拉伸伸吹塑两两种。若若按工序序来分，拉拉伸吹塑塑又可分分成一步步法和两两步法两两种。在在一步法法中，型型胚的成成型、冷冷却、加加热、拉拉伸和吹吹胀以及及瓶子的的取出均均在一台台机械上上依次完完成；两两步法则则先成型型出型胚胚，并使使之冷却却至室温温，成为为半成品品，过后后再把型型胚送入入经加热热的拉伸伸吹塑机机械中，成成型为瓶瓶子，即即型胚的的成型及及其拉伸伸与吹胀胀分别在在两台机机械上进进行。拉拉伸吹塑塑成型可可使聚合合物分子子链沿轴轴向和周周向排列列，从而而使制品品的机械械性能、阻阻渗性能能、光学学性能和和耐化学学药品性性得到提提高。目目前应用用于拉伸伸吹塑成成型的塑塑料主要要有PEET、PPVC、PPP、PPAN这这四种，而而其中的的PETT则主要要是通过过注射拉拉伸吹塑塑的方法法（包括括一步法法和两步步法）成成型为瓶瓶，以用用于液体体的包装装。PEET注拉拉吹技术术和设备备注射拉拉伸吹塑塑的PEET瓶在在19776年开开始工业业化，这这是塑料料瓶用于于碳酸饮饮料行业业的真正正开端。PPET注注拉吹瓶瓶的市场场发展迅迅速，使使得PEET成为为当今应应用于吹吹塑的第第二大聚聚合物。PPET瓶瓶的容积积小至550mLL、大至至30LL，其形形状有圆圆形、椭椭圆形和和方形。PPET瓶瓶主要用用于包装装碳酸饮饮料，还还可包装装酒类饮饮料（啤啤酒、葡葡萄酒）、果果汁、矿矿泉水、食食用油、调调味品（酱酱油、果果酱、醋醋）、药药品（眼眼药水、糖糖浆）、化化妆品、农农药及洗洗涤剂等等。1、PPET的的特性与与干燥用用于吹塑塑的PEET为饱饱和线性性热塑性性聚酯，它它的最大大用途之之所以是是碳酸饮饮料包装装瓶，是是因为它它的阻CCO2、OO2和水水蒸汽渗渗透的性性能高，强强度、耐耐冲击性性、耐化化学药品品性和耐耐压性高高，透明明度和光光泽度很很好，外外观性能能良好以以及纯度度高。吹吹塑级PPET的的特性粘粘度(IIV)较较高(770885mll/g)，这是是为了使使吹塑瓶瓶能够有有较高的的机械性性能和透透明度。一一般来说说，IVV为700755ml/g的PPET适适于拉伸伸吹塑容容积较大大（2LL以上）的的瓶子，而而小容积积瓶则优优先选用用高IVV的PEET。结结晶和取取向是影影响拉伸伸吹塑PPET瓶瓶的成型型过程和和性能的的关键要要素。PPET是是一种可可结晶的的聚合物物，其结结晶度一一般为00%330%，但但结晶速速率很小小。取向向可使PPET分分子有序序排列，从从而促进进了晶体体的形成成，这种种晶体被被称为应应变诱导导晶体。由由于晶粒粒很小，不不会折射射光线，因因此经取取向的PPET瓶瓶为透明明的。由由于PEET是吸吸湿性聚聚合物，在在加工时时，其内内部所含含的水分分会在水水降解过过程中与与PETT熔体发发生化学学反应而而快速消消耗，这这会大大大降低PPET熔熔体的IIV，从从而使制制品的机机械性能能下降。因因而PEET在加加工前必必须经过过严格干干燥，以以使其剩剩余湿气气含量小小于0.0055%。推推荐的干干燥条件件为：干干燥温度度15001663，空气气露点为为-400，空气气量为00.066m3/minn/kggh，干干燥时间间为4hh。根据据经验，干干燥的温温度较低低、时间间较短，有有助于减减少乙醛醛的生成成。另外外，应避避免已干干燥过的的PETT与外界界空气接接触，因因为PEET会快快速地吸吸收空气气中的湿湿气，例例如，完完全干燥燥的PEET与相相对湿度度为355%440%的的空气接接触122minn后，含含湿量即即可达到到0.0005%。2、PPET的的注射拉拉伸吹塑塑1、瓶瓶胚的注注塑成型型透明度度高、乙乙醛含量量低的瓶瓶胚是注注拉吹透透明PEET瓶最最重要的的步骤。 熔体温度熔体温度是PET瓶胚成型要考虑的一个重要参数，其选取要适当，以保证瓶胚的透明度，同时又能控制乙醛的产生。在实际生产中，对某一给定的PET树脂和成型设备，可采用这样的步骤来确定合适的熔体温度：先逐渐降低温度，至瓶胚开始出现雾状，然后再提高温度，刚好能成型出透明瓶胚时的温度即为合适的熔体温度。一般来说，PET熔体的温度应选取280。提高注射速率、降低机筒温度有利于成型出透明度高、乙醛含量低的瓶胚。在充模的初始短时间内应采用高注射压力，以稳定充模过程，然后以低压力注射，可取得较好的效果。注塑机的螺杆设计对PET的熔融、混炼均匀性与熔体温度有较大影响。PET瓶胚的注塑要采用低剪切、低压缩比（约21）的螺杆，进料段应取得长些，过渡段与计量段则要取得短些。 热流道系统设计热流道时要考虑温度控制与流动均衡等问题。流动均衡是指熔体必须以相同的流率、压力降和时间均匀地充满各个型腔。为此，模具型腔应对称布置，流动和充模喷嘴的直径由中间往两边依次地适当增加。喷嘴在熔体充模时，因与低温的瓶胚模具紧贴会导致熔体的温度降低，从而影响型胚底部的透明性。为了避免该情况的发生，应在喷嘴周围设置加热圈，或设法在喷嘴与模具之间采取适当的隔热措施。另外，适当地加大流道和浇口的直径，也可提高型胚底部的透明度。 型胚模具的冷却由于PET的结晶速率很小，因此使熔体快速冷却，迅速通过结晶温度区，可得到透明的瓶胚。例如，把285的PET熔体快速冷却至7780，可使结晶度小于5%。而缓慢冷却熔体所得到的瓶胚是不透明的。为了使温度高的PET熔体在短时间内冷却固化，要求瓶胚模具有较高的冷却能力，这可以通过冷却水来调节。当瓶胚的壁厚小于4mm时，模具的冷却水温应选取1015，此时可得到透明瓶胚；而对于壁厚大于4mm的瓶胚，水温则要低至25。但模温过低，有时会因冷凝作用而在模腔或芯棒上形成水珠，从而影响成型性能和瓶胚性能。2、瓶胚的再加热和温度调节在PET瓶胚的再加热过程中，瓶胚被送入拉伸吹塑机械中，使其在烘箱内做连续的旋转运动，以将其均匀地加热。瓶胚在被再加热后，沿其壁厚方向的温度分布通常是不均匀的，即外壁温度较高，内壁温度较低，这对瓶胚的拉伸和吹塑是不利的，会使瓶壁内出现球晶、空隙或脱层面等缺陷，从而影响瓶子的性能，特别是明显降低了瓶子的阻渗性能。为此，在拉伸、吹塑瓶胚前应调节瓶胚在壁厚方向的温度分布，即通过瓶胚壁内的导热作用，使积聚在靠近外壁的热量传至内壁，同时外壁因与外界空气接触而得到适当冷却，这种调节可保证瓶胚在壁厚方向具有较为均匀的温度分布。此外，瓶胚内壁的周向拉伸比要比外壁的大，如用于拉伸吹塑1.5L PET瓶（瓶体外径为85mm）的瓶胚体的内、外径分别为18 mm和26mm，造成其内、外壁的周向拉伸比分别为4.71与3.31。为了有利于拉伸吹塑，瓶胚的内壁温度应比外壁高些。一步注拉吹也要对瓶胚作调温处理，但是与两步注拉吹相比，其瓶胚的调温较容易一些，因为一步法的瓶胚经模具冷却后，其厚度方向具有较为对称的温度分布。3、瓶胚的拉伸吹塑PET瓶胚要在适当的温度、拉伸比下拉伸、吹胀。对要承受内压的PET瓶（如碳酸饮料瓶），总拉伸比应选取101或更大些，其中，周向拉伸比取(47)1，轴向拉伸比取(1.42.6)1。拉伸比过大会使瓶子出现应力发白的现象。若把瓶胚的取向温度定低了，由于要明显提高拉伸应力，会使PET瓶出现应力发白现象；而把取向温度定高了，则会使瓶子出现结晶雾状。PET可在88115下取向，但为了获得透明性高的瓶子，取向温度范围应定得窄一些。有研究表明，PET的最佳取向温度约为105，而有的研究则认为是95。对瓶胚的吹胀可采用单级压缩空气，气压约为2MPa，也可采用双级压缩空气，即先注入低压(1.0 1.5MPa)空气，在瓶胚被吹胀得与模腔接触后，再注入高压(2.53.0MPa，有的达4MPa)空气，使瓶子与模腔紧密接触而快速冷却定型。拉伸吹塑模具的温度一般应取得低一些(310)，这样有助于缩短成型周期。而有时为了提高瓶子的耐热性能，可把模具温度取高些(80105)，以对瓶子做热定型处理。PET注拉吹技术的发展现状及趋势近年来，PET注拉吹技术的发展体现在提高产量、拓宽适应范围、改善容器性能和减小瓶子壁厚等方面。例如，目前PET瓶（容积0.5L）拉伸吹塑的最高产量已高达6000065000个/小时。为了适应再加热拉伸吹塑设备产量的提高，瓶胚注塑机制造厂家一直在设法增加瓶胚模具的模腔数量。单层PET瓶胚的注塑模具的模腔数在4年前就已达到了144腔，目前已有厂家推出了拥有144模腔的共注塑系统。另外，拉伸吹塑机制造厂家近年还在不断地改进拉伸吹塑的过程控制和制品品质检测技术。采用智能检测和闭环反馈技术，可使拉伸吹塑机实现自动调整；在拉伸吹塑机械上安装摄像机，并与照明及其他系统配合，可在生产过程中实时检测瓶胚和瓶子的颈部、底部、密封、表面及肉眼可见的缺陷，不合格的容器可被自动排除，还可在线检测PET瓶胚的光学性能；采用非接触的红外线技术，可在线快速(6s)检测瓶子的壁厚分布。拉伸吹塑PET瓶的主要发展方向是提高其阻渗性能和耐热性能。这里着重介绍PET瓶的阻渗技术。大约5年前，人们对阻渗性PET啤酒瓶抱有很高的期望，认为啤酒不久就可采用PET瓶灌装，但在实施过程中，人们却发现这比他们期望的要困难得多。实际上，在2002年全世界所使用的2500亿个啤酒瓶中，仅有不到0.1%是PET瓶。因此，吹塑厂家就把主要力量转向开发果汁、碳酸饮料和热灌装等产品用的阻渗性PET瓶，瓶子的容积则集中在2001000mL。这些产品对包装的要求显然要比啤酒低得多。通过提高PET瓶的阻O2和CO2的渗透性能，可延长货架期，保持饮料的香味和营养价值。目前提高PET瓶阻渗性能的技术可分为以下几种。1、共注射拉伸吹塑采用该技术成型的瓶胚具有多层结构，即PET作为结构层，在内外PET结构层间设置阻渗性层。目前约有70%的阻渗性PET瓶采用这种多层结构。可作为阻渗性层的树脂主要是MXD6尼龙和EVOH，它们的价格大约是$5.5/kg和$7.7/kg。MXD6尼龙是透明的高阻渗性树脂，可承受热灌装的温度；EVOH的阻CO2的渗透性能要比MXD6尼龙高，同时它还具有极好的香味保存性。此外还可采用纳米复合塑料作为多层瓶的阻渗性层。最近还出现了一种更新的方法，那就是先使MXD6尼龙与一种钴基氧捕捉剂(oxygen scavenger)共混，然后把此共混物作为拉伸吹塑多层PET瓶的芯层材料。用具有该种多层结构的PET瓶盛装果汁，再辅以PP阻渗性密封盖，可使果汁的货架期长达1年。该包装的货架期之所以这么长，是因为钴基氧捕捉剂既可堵住外面O2进入瓶内的通道，又可平衡已在瓶内的O2。2、表面涂覆技术该方法是指在单层PET瓶的内或外表面涂覆一层极薄（有些厚度比人的头发丝的直径还小）的阻渗层。该技术虽然可采用较低成本的单层PET瓶，但涂覆设备的造价一般较高。可用于涂覆的材料有多种，包括无机材料和有机材料。 碳。法国Sidel公司的Actis冷等离子体技术起初是为啤酒瓶而研发的，在瓶子的内表面涂覆一层薄的碳层，就可使其对O2和CO2的阻渗性能分别提高30倍和7倍。该公司为了降低成本，最近还开发了一种新的Actis Lite涂覆技术，以用于要求较低（如果汁、碳酸饮料和热灌装产品）的PET瓶。此外，日本有4家公司合作开发了一种低温等离子体技术，可把一种被称为“似金刚石的碳”材料涂覆在PET瓶表面，涂覆前不需预处理，涂层厚度为0.020.04mm，可使瓶子对气体的阻渗性能提高30倍。 氧化硅(SiOx)。采用特殊的等离子体技术，在PET瓶内表面沉积一层透明似玻璃的二氧化硅(SiO2)薄层（厚度为0.01mm 0.1mm）。该法的成本只比未处理的PET瓶高20%，却可使瓶子的阻CO2和O2渗透的性能分别提高25倍和17倍。SiO2涂层具有高的弹性（抗龟裂性），可保证瓶子在灌装过程中发生膨胀和收缩时仍能保持完好的阻渗性能。同时由于涂层位于瓶子内表面，确保了涂层在灌装和运输过程中不会被磨损。此外，在PET瓶的拉伸吹塑和灌装工序之间，通过物理真空镀膜的方法，也可把SiO2涂覆在瓶子外表面。该法的优点是产量大，可达20000个/小时。为防止涂层被磨损，可在SiO2层上涂保护层。 环氧氨基树脂。把液态的环氧氨基树脂喷涂在PET瓶的外表面，然后置于烘箱内进行交联固化，所形成的厚16mm的交联层不但光泽性好，而且对CO2和O2有很好的阻渗性能，使货架期可延长2.53倍。此外，瓶子还可进行巴氏消毒处理或用于果汁的热灌装。由于涂层树脂润滑性好，使用这种技术连续涂覆时，产量可达45000个/h。燃烧化学蒸气沉积法(Combustion Chemical Vapor Deposition)。这是一种较新的技术，采用有机或无机阻渗性材料，首先把低蒸汽压力的涂覆溶液喷成雾状，然后通过火焰使之干燥并同时固化。该涂层不会影响瓶子的透明性。与其他涂覆方法比，此技术不需真空箱，操作较简单，成本较低，并具有环境友好性。3、共混法将PET与高阻渗性树脂（如EVOH）或与氧捕捉剂或与这两者进行共混，然后再用此共混材料注塑出单层瓶胚，以用于拉伸吹塑。这种方法既不需要多层共注塑工艺，也不需涂覆设备，而且瓶子设计的自由度较大，但合适的阻渗性树脂价格很高。