塑料吹塑中空成型机

塑料吹塑中空成型机的应用与发展

摘要：塑料吹塑中空成型是目前较为常见的一种热塑料制品的成型方法之一，其成型工艺较为简单，并具有生产效率高、制品质量高的优点。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最完善的中空塑料成型机，特别是小型挤吹中空塑料成型机的发展速度特别快。本文介绍了塑料挤吹中空成型机液压驱动及控制系统的设计思想、控制系统工作原理，分析了系统的控制性能和特点及在样机上的运行情况。

关键词：中空塑料，成型技术，发展趋势

Abstract: Plastic blow molding is the more common form of thermal plastic molding methods. Its molding process is relatively simple, and has the advantages of high production efficiency, as well as high quality products.Hollow plastic molding machines in our development process, the extrusion blow molding machine is the fastest growing most complete hollow plastic molding machine, especially small plastic extrusion blow molding machine particularly fast pace of development.This article describes the plastic extrusion blow molding machine hydraulic drive and control system design，control system works, analysis of system performance and control characteristics and the operation of the prototype.

Keywords: hollow plastic, molding technology, Development trends 1 概述

随着塑料工业的蓬勃发展，我国塑料机械行业已初具规模，塑料挤吹中空成型机是利用挤出吹塑工艺生产塑料中空制品的高效设备，由挤出型坯和将型坯送入模具、再通入压缩空气吹胀两大部分组成。采用液压调速回路来改变型坯挤出速率、电液位置控制技术来控制型坯壁厚，以成

型壁厚分布均匀或者有选择地增加壁厚的吹塑制品，在挤吹中空领域根据我国的特点开发了很多品种。从总体功能分：全自动，半自动；从成型工位数区分：单工位，双工位，三工位，四工位，六工位，八工位；从机头（模头）区分：连续挤出式（单机头，双机头，三机头，四机头，六机头，双层单机头，双层双机头，单层透明线单机头，双层透明线单机头），储料式；从塑化形式分：单机挤出塑化，多机挤出塑化；从合模驱动形式分：机械，液压，气动；从合模结构形式分：有拉杆，无拉杆；从合模机构运行形式分：水平径向平移，轴向水平平移，水平多工位回转，斜移模；按吹气形式分：上吹、下吹、侧吹等等[1]。

2 单层小型挤吹中空塑料成型机

目前，单层小型挤吹中空塑料成型机的生产技术相对比较成熟，今后，主要是向高效率、高生产率、多工位、多功能方向发展[2]。

2.1“一步法”注拉吹中空塑料成型机

对“一步法”注拉吹中空塑料成型机的研究开发包括主机和模具两个方面。由于注拉吹中空塑料成型机是主机与模具两者结合的设备，所以，从对整机的重要性来说，主机只占整机的40%，而模具要占整机的60%。因此，模具是“一步法”注拉吹中空塑料成型机的研制重点，而注射型坯的模具又是模具中的研制重点。主机的研究重点则是转盘运转的高速度及定位的稳定性。例如，推广应用齿轮、齿条同步吹塑合模机构，以提高合模机构的重复精度及生产效率[3]。

2.2 拉吹中空塑料成型机

提高成型速度是拉吹中空塑料成型机努力追求的目标，其关键技术是：优化加热系统以减少加热时间；提高瓶坯的运转输送传动速度；提高瓶坯快速稳定定位性能；缩短模具开合以及吹塑

压紧头的升降时间；增加成型腔数。另外，研究开发能够检测瓶坯的同心度和内径的质量检测系统对降低拉吹中空塑料成型机的废品率、提高生产效率也是非常重要的[4]。

总之，应大力开发将瓶坯的加热拉伸吹塑成型、原料的灌装、贴标、包装等多道工序集于一次完成的联机作业拉吹中空生产线。该生产线的特点是：灌充液体原料时，可直接在封闭无污染的环境中进行，而不需要对瓶进行再清洗。例如，采用净化压缩空气吹塑成型输液瓶后，可立即注入药液，再由传送机构输送到包装工位进行包装。

3 多层共挤出中空塑料成型机技术综述

多层共挤出中空塑料成型机是很有发展前途的中空塑料成型机。多层吹塑高阻隔性中空制品必将在中空制品领域内占的比例越来越大。多层吹塑制品不仅在食品包装工业发展很快，而且在化学品、化妆品、医药卫生及其它工业包装方面也迅速增长。

多层共挤出中空塑料成型机在我国挤吹中空塑料成型机领域中是一个薄弱环节。多层共挤中空制品的发展促进了多层共挤出中空塑料成型机的发展。国际上，近年来多层共挤出中空塑料成型机发展的速度很快，同时技术进步也很快[。国内也有一些品种推出，例如，HYB-75D三层共出挤出双工位模内贴标中空成型机，采用四模头双工位，配备精确的集成PID温控系统，各螺杆挤出压力实时检测，自动去飞边，精确的西门子全电脑控制在不影响制品阻透性品质情况下减小中层及内层厚度（0.03-0.05mm），填补了国内空白。也有能够生产六层500L的共挤出中空塑料成型机，达到国际同类机的水平[6]。

3.1 研发重点

在中空制品领域中，多层共挤吹塑高阻隔性中空制品所占比重越来越大，其成型工艺是利用

复合模头把几种不同的原料挤出吹制成型。这类中空容器对CO2、O2或汽油等具有很好的阻隔效果。

目前，国内对多层共挤出中空塑料成型机的开发主要集中在以下三个方面：

1、研究一定范围的共挤出机头（模头），以满足不同材料、不同层数、机头直径等要求；

2、研究组合包装系统，它能根据不同的原料特制出可能允许的组合数的机头；

3、研究基础机械程序，它可用不同数量的模塑工位和包括生产速度和制品设计的平台尺寸[9]。

模头是多层共挤出中空塑料成型机的心脏和大脑，包括多级层叠式和叠加式。通常，模头应满足以下要求：

1、确保每一层达到最佳状态，以获得良好的圆周及侧向材料分布。同时，不受材料分布的影响，可加工范围广泛的塑料原料，并可适应不同的挤出量。

2、螺旋芯棒组合系统应具有高度的适应性。目前，多层结构最多可达七层，满足了特殊制品的需要，因此，该系统以其最优的加工条件，被多层共挤出机头优先采用。

3、多层共挤出机头的流变设计是设计中的关键，要求其在低挤出量下，具有良好的自清洁功能，在高挤出量下，具有最小的剪切热[10]。

3.2 多层共挤出机头

机头是多层共挤出中空塑料成型机的心脏和大脑，它的性能应能达到：控制每一层达到最佳

状态和完满的圆周及侧向材料分布，能不受材料分布的影响而加工变化广泛的塑料原料和不同的挤出量。螺旋芯棒组合系统，具有高度适应性，多段结构可达七层，满足了特殊制品的需要，加工条件最优，是多层共挤出机头优先采用的系统[。多层共挤出机头的流变设计是设计中的关键，要能达到机头不依懒于生产率和原料分布有关的原料粘度，在低挤出量下具有良好的自清洁功能和高挤出量下的最小剪切热，每一层中具有良好的圆周分布，层组合原料分布均匀，能加工范围较宽的塑料原料、不同挤出量以及不同挤出量比。大型多层共挤出中空塑料成型机采用储料式机头，该结构是主机头在各层机头的上方，配制着同心的环形活塞，把机头与储料腔作成一体，使在低压下能实现型胚的高速挤出[13]。

3.3 挤出机的适应性及组合

挤出机的适应性及组合是保证多层共挤出中空塑料制品质量的前题。研制者首先必须对所研制多层共挤出中空塑料成型机加工的对象（包刮制品，制品各层材料的特性及各层材料之间的粘结性能，增粘剂的特性）作彻底的了解，然后设计适应所需塑化材料对象的挤出机，确定所需要配备挤出机的数量及型式。挤出机应能适应不同流量、不同材料塑化，生产率应比标准的挤出机的生产率要高。螺杆和机筒的结构随着加工物料性质的不同而其结构不一样。每个挤出装置都应配制自动控制的定量加料斗，精确控制加料量。德国Fischer公司六层共挤出中空塑料成型机，在挤出软、硬PVC和ABS料时，采用了行星轮挤出螺杆，还设有一段密封的冷却区，使物料低温塑化均匀，输送能力高[16]。

4 塑料中空成型机械发展与展望

4.1 大型挤吹中空塑料成型机

当前，缩短生产周期、提高生产效率是大型挤吹中空塑料成型机的重要发展方向。为此，其

开发重点主要为：

提高机器的塑化能力。应开发高塑化性能和高输送能力的螺杆机筒，大力推广、应用带强制喂料、强制冷却的高产量塑化挤出的“IKV”结构。

提高吹气压力、使用低温干燥高压空气吹塑是缩短吹塑冷却成型时间及提高制品质量的关键

[9]。

为了提高储料式机头的性能，应研发高性能双层心形包络流道的储料式机头。由于先进先出、快捷换色换料以及清理方便是高性能储料式机头的重要特征，因此，在开发生产机器的过程中，应积极应用先进的CAD/CAE/CAM技术，采用优质的钢材和精密的加工设备。

近年来，插销式无拉杆合模机构发展较快，它具有锁模力大、分布均匀、装卸模具容易、容模量大、节能等方面的优点，因此，应在大型挤吹中空塑料成型机中推广使用。

另外，插销式无拉杆合模机构的导向运动部件应采用摩擦系数小、运动平稳、运行精度高的滚珠直线导轨，快速移模由伺服电机通过滚珠丝杆来实现。高压锁模是由一模板上的插销插入另一模板上的锁紧套后，分布在其中一个模板左右两侧的两对以上的锁模油缸通过拉紧另一模板来实现的，反之，则为高压开模。

液压同步驱动无拉杆合模机构是一种最新的合模机构，它采用互相对称的两套液压驱动机构，分别同步驱动各自的模板。由于模板中心受驱动油缸的作用力，所以能降低模板的重量，减小锁紧变形量，从而使装卸模具更容易，容模量更大，以至于更适合机械手的操作，性能上比插销式无拉杆合模机构更具有优越性，值得推广应用。

4.2 多层共注射瓶坯设备

多层复合瓶是中空容器的发展方向，它是专为啤酒的包装而开发的，有三层和五层两种类型。要发展多层复合瓶，开发多层注射瓶坯设备是其前提条件。多层共注射瓶的吹塑成型与单层PET瓶的吹塑成型相似，可用单层拉吹中空设备完成。

4.3 注吹中空塑料成型机

注吹中空塑料成型机不对注射型坯进行拉伸，只对型坯进行吹塑，是以“一步法”完成从原料到塑料瓶的整个生产过程。这种设备自动化程度高，特别适于大批量成型形状复杂的、带有螺纹瓶口的小型中空容器[17]。

注吹中空成型机是把注塑机同中空成型机的吹塑系统结合成一体的设备。该设备具有所用材料广泛、成型的瓶口螺纹精度高且密封性好、制品无接缝且强度高、无边角料而使成本更低等方面的优点，尤其在医药包装行业得到了更广泛的应用。

注吹中空塑料成型机的发展方向是缩短成型周期以提高产量，为此，必须提高单机、单模生产率，减少换模停机时间，提高吹塑速度，优化传热系统。

4.4 三维（3D）挤吹中空塑料成型机

三维（3D）挤吹中空塑料成型机是为了成型形状复杂的中空工业零部件而新发展的设备，是一种废料少或无飞边的中空成型机。这种成型机主要具有以下优点：

1、对合模力的要求较低；

2、减少了切除料边的工作量，不必对成型品的外表面重新修正；

3、热敏性塑料成型过程中的降解几率明显减少。

三维（3D）挤吹中空成型工艺是：型坯被挤出后，通过预吹涨使其贴紧在一边的模具壁上；然后，挤出头或模具按编制的成型程序进行2轴或3轴的转动，当类似肠形的型坯充满模腔时，另一边模具开始闭合并包紧型坯，使之与后续的型坯分离，这时整个型坯被吹胀并贴紧在模腔的壁上而完成成型。

开发三维（3D）挤吹中空塑料成型机时，应该在充分了解适用于3D导管的新型树脂及其发展趋势的前提下，开发三维运行机构及其控制系统，尤其要开发适合新型树脂塑化的机构和机头，在消化吸收国外先进技术的基础上，尽可能站在高起点上开发三维（3D）挤吹中空塑料成型机[18]。

4.5 注射中空塑料成型机

注射中空塑料成型是无吹塑的特殊中空成型，它在模具、控制系统、成型工艺、后处理等方面均不同于普通的注塑和挤吹成型。该成型方法的主要优点是：制品强度高，制品的外形及表面质量高。因此，该成型方法特别适合于成型一些形状复杂的工业用中空制品。

注射中空塑料成型机主要包括以下成型方式：

1、模具滑动注射中空塑料成型。其原理是：首先将中空制品一分为二，两部分分别被注射形成半成品；然后，将两部分半成品及其模具滑动至对合位置，二次合模后，在制品的两部分结合缝处再注射入塑料熔体（二次注射）；最后得到完整的中空制品。

与吹塑中空制品相比，该法成型的中空制品具有表面和尺寸精度高、壁厚均匀、设计自由度大的优点。在制造形状复杂的中空制品时，模具滑动注射中空塑料成型法与超声波焊接法相比的优点是：不需将半成品从模具中取出，因而可避免半成品在模具外冷却所造成的制品形状精度下

降以及焊接法产生局部应力而引起的熔接缝区强度下降等问题[23]。

2、半壳注射中空塑料成型。其原理是：首先用注射的方法生产两个半壳，然后将两个半壳焊接起来而成为中空制品。半壳注射中空塑料成型的关键在于制品的设计。通常，汽车发动机的进气管和汽车油箱等制品可用这种方法成型。

3、可熔型芯注射中空塑料成型。其原理是：利用低熔点的金属作为注射模具的型芯来生产内外表面形状复杂、光洁度高以及内部尺寸要求精确的中空塑料制品。这一技术的关键是：塑料注射时，型芯不得熔化；用作型芯的金属在熔化时以及用来熔化型芯的介质不会腐蚀塑料；在熔化型芯的温度下，制件不会发生变形。

目前，可熔型芯注射中空塑料成型技术在汽车发动机的全塑多头集成进气管领域内已得到广泛应用，其新的用途有：汽车水泵、离心热水泵、航天器油泵、水泵推进轮等[24]。

4.6 电动中空塑料成型机

电动中空塑料成型机是今后需要积极开发的产品，它包括两种类型：驱动机构以电动为主，以液压或气动为辅；全电动驱动，包括伺服电机驱动和变频电机驱动。

全电动挤吹中空塑料成型机是用高效率电驱动取代液压驱动，用节能电驱动取代传统电驱动，具有节能、减少噪声和污染以及提高整机性能等优点。

由于“一步法”注拉吹中空塑料成型机主要用于成型饮料瓶、果汁瓶、输液瓶等，所以，使用全电动驱动装置可以提高这些制品的自洁性。全电动驱动装置的关键技术是实现转盘机构、瓶坯成型合模机构、拉吹同步合模机构、注射塑化机构的全电动驱动。在全电动驱动装置中，全电动拉吹中空塑料成型机的主要优点是：定位精确，速度快，无振动，自洁性高，效率高。若要实

现“一步法”拉吹中空塑料成型机的全电动化，需要把合模机构的驱动变为电驱动，例如采用伺服马达传动、滚珠丝杠驱动的肘杆合模机构。

4.7 滚塑中空成型机

对于用其他成型方法难以成型的异型复杂的中空制品，选用滚塑中空成型则具有明显的优势，这种成型方法特别在化工行业中大有发展前途。这是因为所有的热塑性粉状塑料都可以滚塑成型，并已扩展到交联和热固性塑料领域。

滚塑中空成型机总体的技术发展趋势是向自动化、高速化方向发展。在加热方式上，是由热风循环法及明火加热法向油套加热法、熔盐加热法及红外线加热法等可自动控制的加热系统方向发展[25]。

目前，已开发出多种汽车用多层滚塑中空成型制品。例如，多层滚塑燃料油箱在成本和性能方面可与多层共挤出燃料油箱相媲美。

5 总结

近年来，中空成型机设备制造业获得了高速发展，并在我国塑料机械制造行业中占有重要地位。随着国家将高端塑料成型设备制造业纳入政策支持的重要装备行业，以及国内外用户需求的快速发展，中空成型机制造业将得到进一步的发展与进步。从国内外市场的发展趋势来看，由于塑料瓶、塑料桶、汽车配件和工业吹塑件等多种吹塑制品规模化生产的需要，各种高速、稳定、节能、辅机配套完善的专业化、全自动生产线将是未来几年的发展主流。由于国内地区间工业发展不平衡，以及国外市场对中空成型机技术要求的不同，中空成型机企业的研发与制造不仅要满足不同档次设备的市场需求，还应注重研发生产运行稳定并且高效节能的专用中空成型机设备，

为进一步拓展市场空间和进军高端产品市场奠定基础。

参考文献

[1] 高学文. 多层共挤出复合薄膜晶点解析[M]. 中国机械出版社,2004.

[2] 丁晓刚. 中空制品发展方向的探讨[J]. 塑料包装,2009,02:20-23

[3] 杨太德. 塑料成型模具钢的选用与热处理[J]. 连云港职业技术学院学报,2000,02:15-17

[4] 何宜柱. 透气性陶瓷模及在塑料成型中的应用[J]. 模具工业,2003,04:25-36

[5]Michaeli,W, Brunswick,A. Herstellung medienfuehrender Leitunggen durch GIT[J]. Kunstoffe, 1998, 88(1):34~39.

[6] Brunswick,A,Henze,E.LSR-Bauteile mit funktionellen Hohlraeume[J].

Kunststoffe,1998, 88(9):1 404~1 406.

[7]黄汉雄.高分子材料成型加工装备及技术的进展、趋势与对策（上）[J].橡塑技术与装备，2006,32（5）：11~21.

[8] Servo solenoid valves with on-board electronics(OBE) TYPE 4WRPEH 10/6[Z] . Bosch-Rex AG

Industrial Hydraulics. 2003(9).

[9] 王海锋. 变频式液压塑胶中空成型机控制技术研究与应用[J]. 机床电器,2005,01:47-56

[10] 康益荣. SZL-200／250塑料成型机设计中的几点体会[M]. 中国机械出版社,2007

[11] Michaeli,W, Brunswick,A, Gruber,M. Gas geben mit

wasser:Wasserinjectionstechnik (WIT):Eine Alternative zur Gasinjektionstechnik [J]. Kunststoffe, 1999,89(4):84~86.

[12] Michaeli,W, Junetgen,T, Brunswick,A. Die WIT auf dem Weg zur Serie [J]. Kunststoffe, 2001, 91(3): 104~106.

[13] 缪惟民. 沪产中空成型机通过部级鉴定[J]. 包装与食品机械,2000,01:45-69

[14]Gong shaman. The development trend of the plastic molding technology [J]. enterprise technology development, 2000,12:50-52

[15] Ding Xiaogang. direction of hollow products [M]. plastic packaging,2009

[16] 牛建岭.NPE2009展示最新挤出和吹塑加工设备[J].国外塑料,2009，27（8）：64-65

[17] 张友根.“十二五”塑料机械产品结构调整与绿色技术应用的分析研究(2)[J].饮料工 业,2011,14(7):40-49

[18] 张友根.现代节能技术在塑料包装机械上应用[J].湖南包装,2011(4):31-37

[19] Yang Taide. plastic molding mold steel selection and heat treatment [J].

Lianyungang Technical College, 2000,02:31-32

[20] Liu Shih-jung,Chen Yen-shou. The manufacturing of thermoplastic composites parts by water-assisted injection molding technology [J].Composites (Part A), 2004, 35:171~180.

[21] Liu Shih-jung,Shih Chang-chi. An experimental study of the water-assisted injection molding f PA-6 composites[J].Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2008,27(9):985~999.

[22] J im F. Thin W all Molding D ifferences in Processing overStandard Injection Molding. SPE ANTEC [ C ]. 1995, 41:4302433.

[23] 张玉霞.中空成型设备的技术进展及发展趋势[J].现代塑料加工应用,2004,16(1):60-64

[24] 刘敏江.塑料加工技术大全[M].北京：中国轻工出版社,2001

[25] 李海梅,高峰,申长雨.吹塑成型发展现状[J].塑胶工业,2006,15-18