塑料容器是我们日常生活中的必需品。例如,洗头发和洗澡时所用的洗发水和沐浴露、夏季必备的防晒霜、拌土豆沙拉时所用的蛋黄酱等等…… 这些产品全都是装在塑料容器中的。而这些容器正是采用“直接吹塑成型工艺”(塑料容器的一种成型方法)制作而成。
什么是“直接吹塑成型工艺”?用作塑料容器原料的塑料被加热时会熔化、变软,冷却时变硬。而这种工艺正是利用这种特性进行加工的一种成型方法。
将用作原料的塑料颗粒(粒料)在近200度的高温下加热至熔化、软化状态,并将所得的树脂制成管状,从机器中挤出。这种处于熔融状态的管状塑料被称为“型坯”。
将挤出的型坯夹于模具内(其中,模具被挖空成希望制成的产品形状),然后直接向型坯中注入空气,使其膨胀。将型坯吹胀至紧贴模具内壁面,形成与模具相同的形状。待紧贴模具内壁面的型坯冷却硬化后脱模,即可得到与模具形状相同的塑料容器。按该步骤制成中空的容器,故又称“中空成型工艺”。
利用直接吹塑成型工艺制成的塑料容器的特点是:底部有一条拼合缝。这是型坯在模具中吹胀成型后留下的痕迹。大家的身边也有许多直接吹塑成型的容器。请务必找找看。
直接吹塑的优点
下面将介绍直接吹塑成型工艺的各种优点。
・适用于多品种、小批量生产
制作每种成型制品时所需更换的零部件较少。变更成型制品时,可以在短时间内更改程序。此外,与拉伸吹塑成型机和注塑吹塑成型机所用的模具相比,直接吹塑成型机所用的模具造价更低,从而降低了制作新成型制品时的初始投资。
・可以一体成型具有不规则形状的产品(带手柄容器)
带手柄容器等具有不规则形状的产品也可以像常规容器一样成型。在瓶体成型之后无需手柄组装工序。直接吹塑成型工艺可以一步制成不规则产品,不需使用其他设备。
・可以进行多层成型加工
不同的树脂可以形成树脂层叠体,进行多层成型加工。可制成如下例所示的高附加值瓶。
- 使用氧气阻隔性材料,抑制内容物氧化
- 使瓶子表面富有光泽
- 制备再利用毛边(回收材料)的层
什么是“多层成型”
直接吹塑成型工艺的一大优点是可以进行多层成型加工。多层成型是一种将不同的多个树脂层压并同时成型的成型方法,通过层压可以加工成高附加值容器。
塑料的功能因种类而异。通常用于直接吹塑成型工艺的通用树脂(如HDPE(高密度聚乙烯)、LDPE(低密度聚乙烯)和PP(聚丙烯))价格低廉、使用方便,但也有“容易透氧”、“勿光泽,外观缺乏高级感”的缺点。为了弥补这一缺点,我们采用具有氧气阻隔性能和光泽感较好的功能树脂,如EVOH树脂(乙烯乙烯醇共聚物)和PA(聚酰胺)。然而,由于功能树脂非常昂贵,单独成型容易导致瓶子的单价较高。此外,与通用树脂相比,功能树脂的成型难度较大,不适合单独成型。因此,我们的解决办法是:将昂贵的功能树脂用量控制在所需的最低限度内,将通用树脂和功能树脂层压成型。这就是多层成型工艺。
多层成型的加工方法是:制成多层结构的型坯,并将其挤出。常规的直接吹塑机只需1台挤出机。而在多层成型机中,需要根据所用树脂的数量,配备多台挤出机。具体方法是:先将树脂从多台挤出机输送至机头部,在机头内层叠树脂,然后将多层型坯挤出。挤出多层型坯后的成型方法与常规成型工艺相同。
多层成型工艺的优点
多层成型工艺主要有2个优点。通过使用多种类型树脂,可增加容器的附加值。此外,通过使用回收材料,可减少原料用量。
①增加容器的附加值
・防止氧化
在我们的日常生活中,蛋黄酱容器和调料容器等食品容器最为常见。仅用HDPE和LDPE树脂制成的容器可以透氧,从而导致内容物快速劣化。但若将EVOH树脂层用作中间层,则可防止内容物发生氧化。
・防止挥发
EVOH还有助于防止内容物挥发。汽油的挥发成分与氧气一样,可以透过HDPE。汽油罐也与食品容器一样,可以使用EVOH来防止内容物挥发。
・耐化学性
PA被应用于农药容器中。HDPE树脂的耐化学性较差。一旦与农药直接接触,就会导致内容物渗透或容器变形。将PA置于最内层,以防止这些情况发生。PA树脂的耐化学性优异。可防止农药渗透或容器变形。
・改善成型制品的外观和设计
将EVOH和PET-G用于最外层,以改善成型制品的设计。对于追求高级感的容器(化妆品相关),仅使用HDPE成型会导致容器表面勿光泽,无法呈现高级感。将光泽度好的EVOH和PET-G用于容器最外层,可以提升容器的高级感。
②减少原料用量
・利用回收材料
直接吹塑成型工艺在成型过程中会产生毛边。毛边通常可以作为回收材料实现再利用,但在某些成型制品中,回收材料可能不得与内容物接触。针对此类容器的解决方法是:将回收材料层设计于采用新材料制成的层之间。
在单层成型工艺中,毛边只能作废弃处理,但通过多层成型加工,毛边可以用作回收材料,从而降低制造成本、减轻对环境的负担。
・节省颜料
容器的着色方法是:将颜料加入树脂中,然后成型。但是,与不着色的容器相比,添加颜料的容器的制造成本会增加。因此,我们充分利用多层成型工艺,以控制这种成本增加。在外层设计一层加入颜料的树脂,同时在内层设计一层未加入颜料的树脂。内层不使用颜料,则可控制成本。
产品 | 层数 | 内层 | 外层 | 目的 | ||||
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蛋黄酱 | 6 | LDPE | REG | AD | EVOH | AD | LDPE | 防氧化、利用回收材料 |
调料 | 6 | PP | REG | AD | EVOH | AD | PP | 防氧化、利用回收材料 |
燃料箱 | 6 | HMWPE | AD | EVOH | AD | REG | HMWPE | 防挥发、节省颜料、利用回收材料 |
睫毛膏 | 5 | PP | AD | EVOH | AD | PP | 防渗透 | |
农药 | 5 | PA | AD | REG | HDPE | 耐化学性、利用回收材料、剩余量可视化 | ||
HDPE(VS) | ||||||||
洗发水 | 4 | HDPE | REG | AD | PET-G | 光泽、利用回收材料 | ||
防晒霜 | 4 | HDPE | REG | AD | EVOH | 光泽、利用回收材料、提高印刷性 | ||
车用汽油 | 3 | HDPE | REG | HDPE | 节省颜料、利用回收材料 |
REG:回收材料
AD:粘合树脂
VS:观测条纹(剩余量可视化)