[2007.01]浅淡塑料容器的减量

摘要：塑料容器应向节省材料、减小重量的方向发展。以挤出吹塑聚乙烯中空容器为例，简单介绍了改变容器造型、选择综合性能优异的材料、口模异形化和多点壁厚控制等减量方法，并在工艺控制上略作阐述。

关键词：塑料容器、挤出吹塑成型、聚乙烯、减量方法、工艺

前言

高密度聚乙烯树脂是制造中空容器，尤其是中、大容量容器的主要材料。近几年，塑料原料价格持续上涨，尤其是聚乙烯树脂， 2000年平均价格约7000元/吨，2006年8月约13500元/吨，而且仍呈上升趋势。原料价格翻了一番，而容器的价格基本未变，有些甚至还有降低。容器生产企业的制造成本和客户的包装成本大大增加，许多企业以极低的利润维持着生存，因此更加重视节约原材料，容器制造企业力求以较轻的件重来满足客户的产品质量要求，包装企业力求以薄壁、轻量的容器来满足产品的包装和安全要求。容器的薄壁化和轻量化不仅可减少企业和客户的成本，增加利润，还可以减少资源消耗（石油）和环境成本（减少塑料废弃物的产生）。

塑料容器的减量，是通过有效的方法，在保证包装产品及消费者所需的使用性能和安全性能可接受性要求的前提下，降低容器中塑料的用量，重量减至最低。所谓的减量，不是偷工减料，是需要通过不断的创新来实现的。

挤出吹塑是生产塑料中空容器的主要成型方法之一，常见的产品有各种瓶类和桶类容器，本文就以挤出吹塑为例，侧重于介绍高密度聚乙烯吹塑容器的减量。

1、减量方法：

1.1改变容器的造型，增强强度和刚度，制造合理适用的轻型化容器

不同的容器造型，需要不同的壁厚来满足其使用和性能要求。应本着合理、适用、轻量的原则设计塑料容器的造型。

制造轻量化、薄壁化的塑料容器，在造型设计上除考虑外形美观、模具投入少、成型容易、使用方便等因素外，最重要的是要保证容器有足够的强度和刚度以满足使用要求。尤其是用于灌装的塑料瓶，要承受来自垂直方向的压力，就需要有足够的垂直载荷强度。

薄壁容器在结构设计中必须要注意以下几点：

1.1.1外形尽可能接近于椭圆形\矩形，这种造型，能以较少的材料，吹制出最大容量的容器，而且造型比较美观，使用方便；

1.1.2 避免过多的转角、棱角和平面转折，所有部位的角度，应设计成倒角或圆角，过渡处采用圆弧；

1.13 瓶身与瓶底转折处应采用大曲率转弯，这样，瓶底有利于传递垂直载荷，增加受力强度；瓶体与瓶肩接合部位,尽可能采用较大的弯曲半径；

1.14 瓶类最好增加周向波纹结构或添加凸凹花纹，桶类可增加纵向的加强筋，以消除在长期负载下的偏移、变形现象。

1.1.5 底部内凹，增加合理的加强筋。

1.2 选择综合性能优异的材料

塑料产品之所以能广泛地用于各种领域，取决于塑料材料优异的综合性能。随着合

成材料工业的发展，出现了不同用途的塑料材料品种，而且各品种之间还可以共混以满足产品的多种性能要求。

生产薄壁容器，要求材料具有较好的熔接能力、较低的熔体流动速率、足够的熔体

强度。

分子量、分子量分布便是上述能力的表观体现，对制品性能影响最大。

1.2.1 较高的分子量。聚合物的分子量有两种表示方法，即重均分子量和数均分子量。分子量较高的聚合物具有较高的聚合物粘度、较高的熔体强度、更好的韧性和耐环境应力开裂性。熔体流动速率是分子量的一种简单的表征，它大致与重均分子量范围相对应，熔体流动速率低，说明其相对分子质量高，反之亦然。一般挤出吹塑聚乙烯的熔体流动速率要求在1g/10min以下，最好选择0.2---0.5g/10min之间的，容积越大，要求越小。生产大型容器时可考虑使用超高分子量聚乙烯。

1.2.2 中宽略窄的分子量分布。分子量分布范围窄，难于成型加工，但制品的力学性能高，分子量分布太宽，熔体强度低，型坯不稳定，韧性不够。所以，在保证容器成型性的前提下，尽可能选择分子量分布较窄的材料，尤其是大型容器。

1.2.3 有时候，一种材料并不能满足制品的所有性能要求，需要进行材料改性。最简易可行的改性方法便是共混。第一种方式是根据制品的特别要求在材料中加入特别的添加剂，如抗氧化剂、紫外线吸收剂、防老化剂、抗静电剂等。第二种方式是在树脂中按一定比例混入不同分子量、不同分子量分布的不同牌号树脂，以弥补单一树脂造成的缺陷，改善制品的性能。对硬度、刚性、耐热性、渗透性要求较高的制品中，可考虑加入少量的聚丙烯，不仅性能得以提高，还可以较大幅度地降低制品的重量。

第一种方式，特别要考虑的是各种添加剂之间的加和效应，避免添加剂发生反应，削减功效。第二种方式要特别注意材料的相溶性，避免极端差异的树脂共混。

1.3 多点壁厚控制与口模异形化

容器的破裂、变形等往往不是因为重量不够，而是因为重量分布不均等，厚度差异大，壁薄处引发性变。生产中，经常因为某一点的厚度不足而性能达不到要求，也常常因为要提高这一点的厚度增加容器的平均壁度，增加材料用量。如果容器的壁厚均匀，壁厚偏差微小，容器就能以较小的壁厚满足性能要求，从而达到减少材料用量的目的。

多点壁厚控制和口模异形化是壁厚均匀的有效保证，在大型容器中尤为适用。

1.3.1多点壁厚控制 。现在的挤出吹塑设备，尤其是大型吹塑设备，一般都备有多点壁厚控制器（5点、30点、100点等）。将口模的芯模加工成扩张型或收缩型，利用液压伺服装置控制芯模的下降或提升，产生不同的口模间隙宽度，从而得到纵向壁厚不同的型坯，操作者可以看到以图形出现的多“点”扫描波，并可以通过图形进行调整。利用多点壁厚控制，不仅能弥补型坯下垂造成的上下壁厚不均，还可以根据需要加大或减小某一部位的壁厚。

使用壁厚控制器，最重要的是将图形中的“点”与型坯（容器）“点”的对应，所谓“点”，其实是均分型坯的各段。 “点”的长度等于型坯长度除以总“点”数。对于储料 缸式挤出机，型坯从下到上各“点”与图形中从始到终的各“点”一一对应，而对于连续式挤出设备，要考虑型坯夹断时剩余型坯的长度，也就是说，一个完整图形中的各“点”，被分割到两个容器的型坯周期中。

要在型坯中找到某一“点”，可先根据大致位置确定一个“点”的范围，再选定一“点”，将这一“点”的数值设定为0，挤出一个型坯，型坯上的最薄点，便是选定的这一“点”，以此为准找到所需要的位置，在下一个型坯周期中加以调整。

使用壁厚控制器，一定要保证型坯长度稳定，忽长忽短的型坯会造成“点”的错位。

1.3.2 口模异形化。多点壁厚控制有效地解决了纵向壁厚不均的问题，要使制品的周向壁厚也达到均匀一致，口模异形化是最有效的方法。

口模异形化是指根据产品的结构特点，将模套或模芯的横截面加工局部加深，局部改变口模间隙的宽度，以使型坯局部变厚，弥补吹胀比不一致造成的周向壁厚不均。还可以通过这种方法刻意加厚容器受力支撑部位的厚度，增强容器的受力强度。

异形的形状由容器的形状决定，口模的横截面与容器横截面形状基本相同。
下面是几个典型的异形口模实例：

分别为模套、模芯为异形的圆形、椭圆形容器口模截面形状

分别为模套、模芯为异形的正方形容器口模截面形状

分别为模套、模芯为异形的长方形容器口模截面形状

采用口模异形方法要注意以下两点：

a 防止因异形宽度太大而造成的型坯卷曲；

b异形区域应避开合模线位置；

c在口模某一位置做标记，以固定口模安装位置；

d异形口模异形区域的位置、大小、深度与原料的性能、加工工艺、设备性能、口模的长度及锥度等都有密切的关系，要通过多次试验才能最终确定。所以，开始时深度应略浅、宽度略窄，根据每次试验产品的壁厚情况逐步加深、加宽；

e 对于扩张型和收缩型口模，异形位置最好在平直段。

口模异形化不是一个科学的方法，但对于解决容器的周向壁厚分布、减少容器克重提高生产效率很有效，是可行的。

对于一些不具备多点壁厚控制的设备，只做口模异形，通过调整型坯温度控制型坯的下垂，也能基本达到壁厚均匀的目的。

2、薄壁容器生产工艺

工艺是赋予容器性能的必要途径，塑料容器的壁厚降低后，工艺会略有改变。

2.1 工艺温度

在设备和材料一定的情况下，工艺温度决定材料的剪切应力、出模膨胀、表观粘度等。挤出吹塑成型时，料坯温度是关键。温度太高时，熔融物料因粘度降低而变形，料坯会因重力而引起下坠，而且温度越高，塑料会发生热氧化降解，材料的粘性下降，强度降低。在型坯厚度较大的情况下，大的壁厚能弥补由于温度高而引起的材料强度的下降，如果在壁厚降低后仍保持较高的成型温度，势必导致容器强度大幅下降。当然，也不是越低越好，应在保证型坯表面光泽度好，塑化均匀，且不会使传动系统过载的前提下，应尽可能采用较低的加热温度。

同一种塑料，由于来源或牌号不同，其流动温度及分解温度是有差别的， 这是由于分子量和分子量分布不同所致。熔体流动速率大的树脂，成型温度要低，反之要高些。一般瓶类容器的成型温度在160--180℃，桶类容器170---190℃，冬季略高，夏季略低。进料段温度低一些，压缩段温度较高，挤出段温度应高于进料段而低于压缩段。口模温度基本与挤出段相同。

开机后，先挤出型坯观察温度的高低，以型坯不抖动，光泽度适中，无熔接痕，无条纹，熔体粘接度适中为最好。设备运转一段时间后，剪切热使熔体的温度上升，这时，可将设定温度降低2---3℃。有时，模头和口模温度由于降温系统不完善而久高不下，可采用间段性加热、断热的方法来控制。

2.2吹胀比

吹胀比表示型坯周向吹胀的膨胀程度。容器的壁厚减薄后，吹胀比应适当增大（口模直径减小），这样会提高容器的物理性能，但壁厚的均匀性差，需要用其它方法来弥补。

2.3 吹胀气压与冷却速度

吹胀气压的大小，根据容量大小决定，容量大需要的吹胀气压也大。在容量一定的前提下，容器越薄需要的吹胀气压就越大。

在挤出吹塑过程中，吹胀与冷却是同步进行的，吹胀时，容器的外壁与模具接触，内壁与吹胀的空气接触，但冷却主要靠模具冷却外壁再通过热量传递到内壁，达到整体冷却，容器越薄，冷却越快。因此，模具的温度不能太低，以免容器冷却速度过快造成内应力增大，降低容器性能。薄壁容器如果作到壁厚均匀，更不容易收缩变形，加工时，可采用略高的模具温度，置于模外继续冷却，这样不仅节约能源，更可以缩短生产周期，提高生产效率。

3、结束语

以上虽然是几种简单的减量方法，却是有效可行的。几种方法结合应用，效果明显，

效益可观。

塑料的减量是全社会的责任和义务，是永远的技术课题，我们需要在不断的创新中，开辟新的减量技术、开发新的适应环境要求的塑料包装材料，减少资源消耗，减少塑料废弃物的产生，创造更大的社会和经济效益。

参考资料：《塑料容器》 温耀贤主编，中国轻工业出版社

《塑料成型工艺》，中国轻工业出版社

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