吹胀比 blow-up ratio
（1） 中空吹塑时，吹塑模腔横向最大直径和管状型坯外径之比. （2） 吹塑薄膜时，吹胀管膜直径和口模直径之比。
管坯的尺寸和重量一定时，制件尺寸愈大，管坯的吹胀比愈大。虽然较大的吹胀比可以节约材料，但制件的强度和刚度降低；吹胀比过小，塑料消耗增加，制件有效容积减小，同时制件壁厚，冷却时间变长，使得成本增大。所以一般吹胀比选2~4倍。选择吹胀比时应根据材料的种类和性质，制件的形状、尺寸及管坯的尺寸等决定。
生产方法的选择，流程设计及说明
3.1 中空吹塑成型方法
中空容器一般采用吹塑成型的方法制得，但也常常采用滚塑的方法制造（尤其是特大型容器、小批量容器或异形容器）；周转箱一般采用注射成型的方法制造，但在一些比较特殊的情况下，为适应使用的需要采用钙塑板拼裁制造（具有质轻、价廉的优点，但强度稍逊）或
者由预发泡聚苯乙烯珠粒模塑成型（具有特别突出的隔热性能及良好的缓冲抗震能力），甚至采用片材热成型的方法制造（成本低但强度有限）。成型方法不同，往往会对制品的性能、成本带来很大的影响，因此在选择塑料包装容器时，如果对各种成型方法有一个概略的了解，是相当有利的。
塑料包装容器常用的各种塑料的特性，对于正确选用塑料包装容器更是十分重要的，因为塑料包装容器的材质，决定着塑料包装容器的基本特性。具有相同或相似形态的塑料包装容器，由于材质的不同，其使用性能上可能有极其巨大的差异。例如，聚碳酸酯吹塑桶和普通的聚酯拉伸吹塑桶，均具有极其良好的透明性与光泽度，在外观上是极为相似的，但聚碳酸酯桶的耐高温性能突出（可经受120℃以上的高温消毒），但阻隔性能差；而普通聚酯拉伸吹塑桶阻隔性能好，但耐热性能差（一般推荐在60℃以下的温度下使用）。又如聚乙烯容器耐酸、碱性好，但不耐众多的有机溶剂，而尼龙容器耐烃类及有机溶剂，但耐酸碱性较差（特别是耐酸性能差）等。聚碳酸酯桶可用于高温下灌装的商品（如果汁）的包装，但如将聚碳酸酯桶用于盛装需要有良好阻隔性的碳酸饮料（需防止饮料中的二氧化碳逃逸）或者食用油（要防止氧气进入桶中，以免食用油氧化、酸败），则不能很好地保护商品，得不到理想的包装效果；而采用普通聚酯拉伸桶包装碳酸饮料，可有效地防止饮
料中的二氧化碳逃逸（聚酯拉伸桶的阻隔性能优良），将其用于食用油的包装，可延缓食用油的氧化变质，延长其保质期（聚酯拉伸桶阻隔氧气的性能好，可有效地防上大气中的氧通过容器的器壁进入桶中），但将其用于包装高温填充的果汁之类的商品，在高温填充时，聚酯拉伸桶会发生严重的变质而失去使用价值。聚乙烯桶可以盛装酸碱之类的物质而不宜盛装苯、甲苯之类的有机溶剂（聚乙烯桶溶胀强度明显下降或者有机溶剂通过容器器壁逃逸），而尼龙容器虽不宜贮存酸碱之类的物质，但用于盛装苯、二甲苯之类的有机溶剂则是十分合适的。多层复合容器PE/PA/PE和PE单层容器，在外观上差不多完全相同，即使是塑料制品行业中的行家里手，亦很难就外观上的不同将它们分开，但两种容器在性能上的差异的确非常大，特别是对氧、二氧化碳、氮气以及有机溶剂的阻隔性能方面，可相差数十倍乃至数百倍之多，因此绝不能仅从塑料容器的外观来判断其适应性，而要把握塑料容器的基本特点，否则往往会因塑料容器的选用不当而造成巨大的损失。因此在选用塑料容器时，一定要充分了解塑料的有关性能，千万不可草率行事，当无法得到塑料包装容器性能方面的确切的资料时，建议在决定选用塑料包装容器之前，事先进行模拟包装的试验。
以上可见塑料包装容器常用的各种塑料的特性，对于正确选用塑料包装容器更是十分重要
的，因为塑料包装容器的材质，决定着塑料包装容器的基本特性。本设计选择加工饮水桶是鉴于聚碳酸酯优越的物化性能，能够重复多次的使用，能够进行高温的消毒，尽管聚碳酸酯的阻隔性能较差，但是作为饮用水的包装容器完全可以胜任。中空吹塑工艺是将挤出或注塑所得到的半熔融状态的管坯置于一定形状的模具中，在管坯中通入压缩空气将其吹胀，使之紧贴于模腔壁上，再经冷却脱模得到中空制品的成型方法。中空吹塑可分为：挤出吹塑、注射吹塑、拉伸吹塑和多层吹塑四大类。表3.1 中空吹塑成型的方法及种类 方 法 种 类
1.注吹 单模－单型胚、单模－多型胚、水平移动型胚、旋转移动型胚
2.挤吹
（1） 间断挤吹
（2） 连续挤吹
型胚转换方式
型胚递送方式
储料罐供料开关柜触头测温
螺杆柱塞供料
模具移动方式
单模、多模
垂直移动、水平移动、倾斜交替、转台水平、转台垂直、转台水平分度、转台水平垂直
3.衍生的其它方法
（1）片胚连续挤出吹塑
（2）冷却胚挤出吹塑
（3）浸轴吹塑
（4）无缝制品挤出吹塑
（5）薄壁中空制品吹塑成型
（6）预室法吹塑成型
（7）低发泡吹塑成型
（8）拉伸吹塑成型
（9）多层吹塑成型
1.注射拉伸 2.挤出拉伸
○1.共挤出吹塑 a.连续 b.间断c.连续－间断
○2.多步注射吹塑 a.连续两层注射型胚吹塑 b.第一型胚作嵌件的注射吹塑 c.在中空容器中注射的另一型胚吹塑
3.1.1 挤出-吹塑
挤出吹塑是塑料中空制件生产的主要成型方法之一，适于PE、PP、 PVC、热塑性工程塑料、热塑性弹性体等聚合物及各种共混物，主要用于成型包装容器，储存罐与大桶，还可成型用于汽车工业等工业制件。挤出吹塑成型跟其他的塑料中空成型一样，其主要优点是生产的产品成本低，工艺简单，效益高，但其突出缺点是制品壁厚尺寸及均匀性不易控制[12]。因为挤吹型胚受离模膨胀和垂伸的影响，因此，挤出型胚温度要低以及应力松弛也应该充分，这两方面情况对于现在的技术是可以实现的，但效果要满意，则受技术的限制。
瞿金平发明的电磁动态塑化挤出原理与设备为解决这一问题提供了理论依据和技术支持。挤出-吹塑是先用挤出机挤出管状型坯，然后趁热将型坯送入吹塑模中，通入压缩空气进行吹胀，使其紧贴模腔壁面而获得模腔形状，在保持一定压力的情况下，经冷却定型，开模脱模即得到吹塑制品。挤出吹塑具有管坯生产效率高、型胚温度比较均匀、制品破裂少、强度较高，能生产大型容器、设备 投资较少，熔接缝少，对容器的形状、大小和壁厚的允许范围较大等优点，因此，在当前中空制品生产中仍占有优势。按出料方式不同，挤出-吹塑可分为直接挤出-吹塑和挤出-贮料-压出-吹塑两大类。直接的挤出-吹塑优点是：设备简单，投资少，容易操作，适用于多种塑料的吹塑。但制品壁厚均匀性比较差。挤出-贮料-压出-吹塑的工艺特点是：可以用小设备生产大容器；在较短的时间内获得所需的型坯长度，保证了制品壁厚的均匀性。其缺点是：设备复杂，液压系统的设计和维护困难，投资大。国内目前采用挤出成型的设备（简称中空机）主要以国产设备为主。20L～1000L设备中，陕西秦川机械发展股份有限公司（简称秦川发展）的市场占有率70％以上。其中生产200L双L环桶的设备中，秦川发展市场占有率80商场柜台制作％以上。2002年，国内200L双L环桶产量超过300万只，消耗30万吨塑料。秦川发展是国内最早开发挤出中空成型设备的厂商，是生产 塑料机械、齿轮磨床、加工中心等设备的重工业企业，具有雄厚的研发实力和机械制造能力，在中空吹塑成型工艺方面具有丰富的经验。挤出成型制品生产企业主要分布在华东（江、浙、沪、鲁）、华南、华北等地。主要的几个生产厂商为：上海浦东龚路塑料容器有限公司、上海帆顺实业公司、江苏吴江市春鑫塑料厂、常州越洋塑料容器有限公司、大连第十三塑料厂、广东南海市东兴制罐有限公司等。
3.1.2 拉伸-吹塑
拉伸-吹塑是将加热到熔点以下的适当温度的有底型坯置于模具内，先拉伸杆进行拉伸，然后再进行吹塑成型的成型方法，它包括挤出-拉伸-吹塑（简称挤-拉-吹）和注射-拉伸-吹塑（简称“注-拉-吹）。
拉伸-吹塑又可分为一步法与两步法两种。在一步法中，型坯的成型、冷却（注-拉-吹不用）、加热（挤-拉-吹不用）、拉伸、吹塑、冷却及制品取出均在一台成型机上依次完成。两步法则先用挤出或注射法成型型坯，并使之冷却至室温，成为半成品；然后将型坯送入成型机中再加热、拉伸、吹塑成型为制品。
一步法与两步法拉伸吹塑各有其特点。
一步法的主要优点是：1）设备造价较低；2）型坯所受的热历程较短；3）能量消耗较低；
4）制品表面缺陷较少；5）可用于小批量生产。
两步法的主要优点是：1）可分别优化型坯成型与拉伸吹塑；2）设备的操作、维修较易；3）产量较高；4）制品成本较低；5）适于大批量生产。
3.1.3 注射-吹塑
将热塑性或热固性塑料，在料筒内控制好加热温度，使其熔融塑化，然后在压力作用下，通过喷嘴注入模具型腔内，熔体在模具内冷却定型或固化，开模后取出制品。它是制造塑料容器使用非常广泛的成型方法。由于热固性塑料不透明，注射成型较困难，其卫生性能又较难控制，因此，塑料容器，特别是接触食品的包装容器，主要使用热塑性塑料。
注射吹塑工艺过程有三个工位，每一个工位为注射机注射成型桶坯，第二个工位是桶坯在吹塑模具中吹胀成型制品，第三个工位为顶出制品，与挤出吹塑工艺类似，注射吹塑径向吹胀比大，轴向吹胀比小。注射成型的生产效率高，可制得外观极佳的容器，但不能一次成型封闭容器。注射吹塑适用于各种热塑性原料如：PE、PP、PS、PVC、PC等，可成型各种形状的容器，产品可替代玻璃桶，主要用于包装药品、化妆品、食品、日用品、农药等。注射吹塑工艺目前采用的设备主要为全自动注吹中空成型机，国内生产此设备的主要厂家为汕头金明塑胶设备有限公司、江苏维达公司。
3.1.4 多层吹塑
多层吹塑装置与普通的吹塑装置基本相同，主要区别在于塑化装置，多层吹塑装置一般由两台或者两台以上塑化挤出机或注射机组成。
共挤出吹塑能够同时稳定地向机头提供均质的熔体，所以对功能层、黏合层物料的均匀性要求高，因此对挤出装置的结构和控制要求也更高。共挤出装置要求具有良好的塑化能力和挤出稳定性。多层吹塑制品因为其具有良好的阻隔性能和耐热性能以及刚性，特别适合用于碳酸饮料等的包装，它对氧气、二氧化碳等阻隔性能良好。
主要产品为：高档汽车燃油箱、毒性较大的农药包装等，层数为2～6层不等。多层吹塑是中空吹塑的高端技术。目前国内陕西秦川机械发展股份有限公司已成功开发出用于生产六层高档汽车油箱的中空机，制品最大容积500L，已有三台交付用户。此设备填补国内空白，综合技术指标达到甚至超过德国同类设备。
我国设备研制单位对多层共挤出成型工艺的研究是一个最薄弱环节。影响了设备的研制和推广应用。国内的设备研制单位基本上没有专门的成型工艺研究机，注重于设备的研制，忽视成型工艺的研究，影响了设备的研制和推广应用。多层共挤出成型机不同于注塑机，设备研制单位对多层共挤出成型工艺的掌握和熟悉的程度，在很大程度上决定了设备的研
制和推广应用。我们一定要对此引起足够的重视，在机构上、人员配备上、财力上、设备上等方面，给予保证。
3.1.5 中空吹塑成型技术及设备的发展前景
近几年，我国塑料中空容器成型技术有了长足的进步，中空吹塑机的产量增长较快，2004年的年产量已达到3973台，比2003年增长22%。随着中空吹塑成型技术（挤吹、注吹、注拉吹）的进步，特别是大型中空成型设备、多层共挤中空成型工艺及设备的发展，带动了其它中空成型技术的最新发展，它们包括气体辅助注射成型、半壳注射技术（shell technology）、旋转成型、吸塑成型技术等。
1、挤吹中空成型技术
挤吹中空塑料成型机是中空容器成型的主要设备，世界上80%～90%的中空容器是采用挤吹成型的。在我国中空塑料成型机的发展历程中，挤吹中空塑料成型机是发展最快和最完善的机种。近几年来，挤吹成型工艺技术的最新发展主要体现在三维（3D）吹塑复杂中空容器和大型包装容器上。
(1) 三维（3D）吹塑成型工艺
3D(3维)成型技术也开始出现一些新的动向。在欧洲，由于一种采用3D成型技术生产的复
杂形状的管材可以被应用在柴油发动机中，使柴油汽车和轻型卡车由于节省燃料而受到消费者的欢迎，由此使得这种复杂形状的管材市场越来越大，从而确立了3D成型技术在欧洲的市场地位。但是在北美地区，这一技术还很少被使用，因为在美国，柴油发动机通常只是被应用在大型卡车或工业设备中。3D成型工艺的优点并不仅仅局限于生产复杂形状的产品。3D成型工艺实际上提供的是一种无废料产品，成型的零件没有缝合线，而且可以顺序地挤出软硬材料，生成柔韧的结合组件。[13]
当前中空吹塑成型用的最多的两种工艺是挤出吹塑和注射吹塑。
(2) 大型中空吹塑成型技术[14]
大型中空吹塑成型技术属于挤吹工艺。目前，采用大型吹塑机成型的容器主要是IBC桶（浸胶线500~2000L）和200L双L全塑桶。特别是大型化工液体包装容器成为新的发展热点。截止到2004年底，我国已从国外引进了20条生产线，总生产能力达到90万个。其中较大的厂家是上海帆顺实业有限公司和常州越洋塑料容器公司。由于大型中空容器制造设备要比一般小型吹塑机械的要求高很多，除了要具有储料头外，还要有对型坯进行高精度控制的功能，所以我国早期的大型吹塑机械都是从国外进口。如我国最早生产200L闭口塑料桶及内衬桶的设备是从德国Bekum公司引进的，随后又引进了200L L环塑料桶生产线。齐鲁石化
和金陵石化塑料厂则从德国Mauser公司引进了BM-201型吹塑机，用来生产国际通用危险货物、运输包装用200L自承式L型闭口刚性塑料桶。1993年秦川机床厂自行设计和制造出首台国产化大型吹塑机，并在江苏吴江青云塑料厂投入运行，取得了较好的效果，随后又有多家公司与德国、台湾厂商以合作和合资的方式生产大中型吹塑机，如广东金明塑胶设备有限公司利用国外技术推出了可生产容积达230L大桶吹塑机。
中空吹塑成型加工领域是较年轻且发展最快的一种成型技术，由于各行各业不断出现新型中空制品的需求，出现了许多的中空成型方法。如局部高延伸等壁厚箱状制品的需求，引出了“深纹”成型法，多层而单层多组分分段结构的制品，促使ASM(area selective multi-layer) 吹塑成型方法的诞生。中空成型发展向高效、精密、节能，这主要取决于多学科最新技术的集成。Fischer-w.muller 公司与日本Tahara公司开发了FMB1-D系列电动中空成型机。Tahara公司开发的用于加工Midpe的MSE-C22A型全电动中空吹塑机等都是最新的典型代表，体现了中空成型设备的发展方向。[15]
挤吹和注吹是最常用的两种中空容器成型工艺，中空吹塑成型过程中型胚熔体是由挤出机或注射机的塑化挤出装置完成的，它要能高效、均匀、稳定的塑化挤出机型胚熔体，型胚熔体质量对中空制品的物理力学性能有决定性的影响。挤出机和注射机的核心元件是螺杆
与机筒，因此螺杆与机筒的结构设计与制造在中空吹塑成型设备中占有极重要的地位，以下是挤吹和注吹的比较。坐便轮椅
表3.2 挤吹和注吹的比较
项目 挤吹 注吹
设备投资 低8gggg 高
型胚机头模具费 低 高
生产效率 较低 较高
制品修整量 多 少
边角料 多 少
适应制品的容积 小、中、大 小、中
适应特性能力 强 不强
制品的壁厚控制 困难 容易
制品的质量 好 很好
桶颈的修整公差 大（不好） 小（优良）
制品的光泽度 低 高
尺寸精度 较低 高
经以上对各种吹塑方法的讲述，本项目最后选定的成型工艺为：直接的挤出吹塑成型方法，与其它成型方法相比，它具有以下优点：
1) 设备制造容易，成本低，塑料加工厂的投资少；
2) 可以连续化生产，因此生产效率高；
3) 设备的自动化程度高，劳动强度低；
4) 生产操作简单，工艺控制容易；
5) 挤出产品均匀、密实、质量高。
原料的适应性强，不仅大多数的热塑性塑料都可以用于挤出成型，而且少数的热固性塑料也能适应；所生产的产品广泛，可一机多用，同一台挤出机，只要更换辅机，就可以生产出不同的制品（包括半成品）；生产线的占地面积少，且生产环境清洁。
当然，挤出成型也有其缺点：
不能生产三维尺寸的制品；制品往往需要二次加工。由于挤出成型的优点突出，因此，挤出成型在塑料加工行业中起着举足轻重的作用。热塑性塑料总量95%可用螺杆式挤出机生产。
根据上面的分析，生产饮水桶可以采用挤出吹塑的成型方法，根据该项目的生产需要和产品的特殊要求，应选挤出吹塑机进行此项目的饮水桶的生产。
3.2 流程设计及说明
本设计成型加工饮水桶是采用挤吹成型工艺，操作原理：先将PC在干燥设备中按一定要求进行干燥处理，使水分含量控制在小于0.02％。然后用干燥设备把干燥好的PC自动定量定时地加入带有封闭装置的中空成型机料斗中，在一定工艺条件控制下，将物料挤压塑化并挤入机头的储料器中，通过储料器管坯控制装置控制一次挤出量，挤出的管坯经带有自动控制装置的吹塑摸具进行合模、吹胀、冷却定型，然后开模，制品自动脱模，经修整处理后再检验包装。
中空吹塑成型的流程图
3.2.1 主要吹塑成型工艺参数(表3.3)
工艺参数 数值 单位
机身温度
加料段 260-270 ℃
压缩段漂浮箱 250-270 ℃
均化段 240-270 ℃
机头温度 250-270 ℃
模头接套温度 260-270
模具温度 60-90 ℃
底部 80-85 ℃
中部 75-80 ℃
上部 60 ℃
吹气压力 0.6～1.0 MPa
吹胀比 2-2.5
成型周期 60-90 s
管坯壁厚控制点 10 点
后处理条件 120/30 ℃/min
（1） 物料干燥
成型加工前，原料必须被充分的干燥。含有水分的材料进入模腔后，会使制件的表面出现
银纹状的瑕斑，甚至会在高温时发生加水分解的现象，致使材质劣化。因此在成型加工前一定要对材料进行预处理，使得材料能保持合适的水分。否则PC在较高的成型温度下容易发生水解反应而降解，严重影响制品质量。PC一经干燥完毕，必须在20min内用完，否则需重新进行干燥处理。
PC干燥条件：PC是吸湿性树脂，成型前，树脂含量应在0.02％以下，为达到这个要求，PC树脂应在以下条件下进行干燥：
干燥温度：120℃；干燥时间3～4h。
若采用恒温干燥箱，干燥温度：110～120℃。料层的厚度部超过40mm,干燥时间4～5h。
（2） 料筒温度的控制
料筒温度的控制PC在挤出吹塑成型时，料筒温度的控制要求非常严格，因为温度的高低直接影响到熔体的强度，进而影响到制品的质量及外观。在螺杆转速一定的情况下,熔体温度降低,型坯的壁厚膨胀反而增大,这可能因为型坯在挤出过程中的弹性恢复随温度的降低而增大的缘故。而且温度升高降低了熔体强度,这样增大了型坯垂伸。并且随温度的升高挤出流率减小,从而导致制品壁厚的减小[16]。使制品强度下降，而且透明度下降。因此，PC的挤出吹塑温度应根据制品和成型设备不同而有所不同，一般控制在230-280℃。
（3） 模具温度
模具温度的控制，通常对于挤出吹塑用模具温度都控制在同一温度，而且温度控制范围较大。但是对PC挤出吹塑用的成型模具温度必须分段控制，而且每段温度必须控制在±3℃，否则，模具温度过高或过低都会影响到制品的强度及外观。一般模具温度控制在60-90℃，制品有较高的表面光泽度和较高的透明度和提高制品的雕刻的精确度。较冷的模具有较短的成型周期，然而，必须注意剪切缝的有效的熔和强度。因为较低的模温导致制品存在较高的残余应力和可能需要较长的退火时间。
对于有柄的容器应额外增加温度对柄区域的控制，能减轻有柄区域的熔接缝。
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