隨著食品(包括飲料)及醫(yī)療產(chǎn)品等對包裝瓶的大量需求,極大地帶動了PET注拉吹設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展,而啤酒和果汁等對長貨架期的要求,則大大促進(jìn)了PET瓶阻滲技術(shù)的提高。化妝品包裝瓶廠家
塑料拉伸吹塑又稱雙軸取向吹塑,是一共在聚合物的高彈杰下通過機(jī)械方法(拉伸桿或拉伸夾具)軸向拉伸型胚、用壓縮空氣徑向吹脹(拉伸)型胚以成型包裝容器的方法。按型胚的成型方法分,拉仲吹塑有注射拉伸吹塑和擠出拉伸吹塑兩種。若按工序來分,拉伸咬塑又可分成一步法和兩步法兩種。在一步法中,型胚的成型、冷卻、加熱、拉伸和吹脹以及瓶子的取出均在一臺機(jī)械上依次完成;兩步法則先成型出型胚,并使之冷卻至室溫,成為半成品,過后再把型胚送入經(jīng)加熱的拉伸吐塑機(jī)械中,成型為瓶子,印型胚的成型及其拉伸與吹脹分別在兩臺機(jī)械上進(jìn)行。
拉伸吹塑成型可使聚合物分子鏈沿軸向和周向排列,從而使制品的機(jī)械性能、阻滲性能、光學(xué)性能和酎化學(xué)藥品性得到提高。目前應(yīng)用干拉伸吹塑成型的塑料主要有PET、PVC、PP、PAN這四種,而其中的PET則主要是通過注射拉伸吹塑的方法(包括一步法和兩步法)成型為瓶,以用于液體的包裝。化妝品包裝瓶廠家
注射拉伸吹堂的PET瓶在1976年開始工業(yè)化,這是塑料瓶用于碳酸飲料行業(yè)的真正開端。PET注拉吹瓶的市場發(fā)展迅速,使得PET成為當(dāng)今應(yīng)用于吹塑的第二大聚合物。PET瓶的客積小至50mL、大至30L,其形狀有圓形、橢圓形和方形。PET瓶主要用于包裝碳酸飲料,還可包裝酒類飲料(啤酒、葡萄酒)、果汁、礦泉水、食用油、調(diào)味品(醬油、果醬、醋)、藥品(眼藥水、糖漿)、化妝品、農(nóng)藥及冼滌劑等。化妝品包裝瓶廠家
一、PET的特性與干燥
用于吹塑的PET為飽和線性熱塑性聚酯,它的最大用途之所以是碳酸飲料包裝瓶,是因?yàn)樗淖鐲O2、O2和水蒸汽滲透的性能高,強(qiáng)度、耐沖擊性、耐化學(xué)藥品性和耐壓性高,透明度和光澤度很好,外觀性能良好以及純度高。
吹塑級PET的特性粘度(Ⅳ)較高(70~85ml/g),這是為了使吹塑瓶能夠有較高的機(jī)械性能和透明度。一般來說,Ⅳ為70~75ml/g的PET適于拉伸吹塑容積較大(2L以上)的瓶子,而小容積瓶則優(yōu)先選用高Ⅳ的PET。
結(jié)晶和取向是影響拉伸吹塑PET瓶的成型過程和性能的關(guān)鍵要素。PET是一種可結(jié)晶的聚合物,其結(jié)晶度一般為0%~30%,但結(jié)晶速率很小。取向可使PET分子有序排列,從而促進(jìn)了晶體的形成,這種晶體被稱為應(yīng)變誘導(dǎo)晶體。由于晶粒很小,不會折射光線,因此經(jīng)取向的PET瓶為透明的。化妝品包裝瓶廠家
由于PET是吸濕性聚合物,在加工時(shí),其內(nèi)部所合的水分會在水降解過程中與PET熔體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而快速消耗,這會大大降低PET熔體的Ⅳ,從而使制品的機(jī)械性能下降。因而PET在加工前必須經(jīng)過嚴(yán)格干燥,以使其剩余濕氣含量小于0.005%。推薦的干燥條件為:干燥溫度150℃~163℃,空氣露點(diǎn)為-40℃,空氣量為0.06m3/min/kg·h,干燥時(shí)間為4h。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),干燥的溫度較低、時(shí)間較短,有助于減少乙醛的生成。另外,應(yīng)避免已干燥過的PET與外界空氣接觸,因?yàn)镻ET會快速地吸收空氣中的濕氣,例如,完全干燥的PET與相對濕度為35%~40%的空氣接觸12min后,含濕量即可達(dá)到0.005%。化妝品包裝瓶廠家
二、PET的注射拉伸吹塑
1、瓶胚的注塑
成型透明度高、乙醛含量低的瓶胚是注拉吹透明PET瓶最重要的步驟。
●熔體溫度
熔體溫度是PET瓶胚成型要考慮的一個(gè)重要參數(shù),其選取要適當(dāng),以保證瓶胚的透明度,同時(shí)又能控制乙醛的產(chǎn)生。在實(shí)際生產(chǎn)中,對某一給定的PET樹脂和成型設(shè)備,可采用這樣的步驟來確定合適的熔體溫度:先逐漸降低溫度,至瓶胚開始出現(xiàn)霧狀,然后再提高溫度,剛好能成型出透明瓶胚時(shí)的溫度即為合適的熔體溫度。一般來說,PET熔體的溫度應(yīng)選取280℃。
提高注射速率、降低機(jī)筒溫度有利于成型出透明度高、乙醛含量低的瓶胚。在充模的初始短時(shí)間內(nèi)應(yīng)采用高注射壓力,以穩(wěn)定充模過程,然后以低壓力注射,可取得較好的效果。化妝品包裝瓶廠家
注塑機(jī)的螺桿設(shè)計(jì)對PET的熔融、混煉均勻性與熔體溫度有較大影響。PET瓶胚的注塑要采用低剪切、低壓縮比(約2:1)的螺桿,進(jìn)料段應(yīng)取得長些,過渡段與計(jì)量段則要取得短些。
●熱流道系統(tǒng)
設(shè)計(jì)熱流道時(shí)要考慮溫度控制與流動均衡等問題。流動均衡是指熔體必須以相同的流率、壓力降和時(shí)間均勻地充滿各個(gè)型腔。為此,模具型腔應(yīng)對稱布置,流動和充模噴嘴的直徑由中間往兩邊依次地適當(dāng)增加。
噴嘴在熔體充模時(shí),因與低溫的瓶胚模具緊貼會導(dǎo)致熔體的溫度降低,從而影響型胚底部的透明性。為了避免該情況的發(fā)生,應(yīng)在噴嘴周圍設(shè)置加熱圈,或設(shè)法在噴嘴與模具之間采取適當(dāng)?shù)母魺岽胧A硗猓m當(dāng)?shù)丶哟罅鞯篮蜐部诘闹睆剑部商岣咝团叩撞康耐该鞫取;瘖y品包裝瓶廠家
●型胚模具的冷卻
由于PET的結(jié)晶速率很小,因此使熔體快速冷卻,迅速通過結(jié)晶溫度區(qū),可得到透明的瓶胚。例如,把285℃的PET熔體快速冷卻至77℃~80℃,可使結(jié)晶度小于5%。而緩慢冷卻熔體所得到的瓶胚是不透明的。
為了使溫度高的PET熔體在短時(shí)間內(nèi)冷卻固化,要求瓶胚模具有較高的冷卻能力,這可以通過冷卻水來調(diào)節(jié)。當(dāng)瓶胚的壁厚小于4mm時(shí),模具的冷卻水溫應(yīng)選取10℃~15℃,此時(shí)可得到透明瓶胚;而對于壁厚大于4mm的瓶胚,水溫則要低至2℃~5℃。但模溫過低,有時(shí)會因冷凝作用,而在模腔或芯棒上形成水珠,從而影響成型性能和瓶胚性能。
2、瓶胚的再加熱和溫度調(diào)節(jié)
在PET瓶胚的再加熱過程中,瓶胚被送入拉伸吹塑機(jī)械中,使其在烘箱內(nèi)做連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,以將其均勻地加熱。瓶胚在被再加熱后,沿其壁厚方向的溫度分布通常是不均勻的,即外壁溫度較高,內(nèi)壁溫度較低,這對瓶胚的拉伸和吹塑是不利的,會使瓶壁內(nèi)出現(xiàn)球晶、空隙或脫層面等缺陷,從而影響瓶子的性能,特別是明顯降低了瓶子的阻滲性能。為此,在拉伸、吹塑瓶胚前應(yīng)調(diào)節(jié)瓶胚在壁厚方向的溫度分布,即通過瓶胚壁內(nèi)的導(dǎo)熱作用,使積聚在靠近外壁的熱量傳至內(nèi)壁,同時(shí)外壁因與外界空氣接觸而得到適當(dāng)冷卻,這種調(diào)節(jié)可保證瓶胚在壁厚方向具有較為均勻的溫度分布。此外,瓶胚內(nèi)壁的周向拉伸比要比外壁的大,如用于拉伸吹塑1.5LPET瓶(瓶體外徑為85mm)的瓶胚體的內(nèi)、外徑分別為18mm和26mm,造成其內(nèi)、外壁的周向拉伸比分別為4.7:1與3.3:1為了有利于拉伸吹塑,瓶胚的內(nèi)壁溫度應(yīng)比外壁高些。化妝品包裝瓶廠家
一步注拉吹也要對瓶胚作調(diào)溫處理,但是與兩步注拉吹相比,其瓶胚的調(diào)溫較容易一些,因?yàn)橐徊椒ǖ钠颗呓?jīng)模具冷卻后,其厚度方向具有較為對稱的溫度分布。
3、瓶胚的拉伸吹塑
PET瓶胚要在適當(dāng)?shù)臏囟取⒗毂认吕臁⒋得洝σ惺軆?nèi)壓的PET瓶(如碳酸飲料瓶),總拉伸比應(yīng)選取10:1或更大些,其中,周向拉伸比取(4.7):1.軸向拉伸比取(1.4~2.6):1。拉伸比過大會使瓶子出現(xiàn)應(yīng)力發(fā)白的現(xiàn)象。
若把瓶胚的取向溫度定低了,由于要明顯提高拉伸應(yīng)力,會使PET瓶出現(xiàn)應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象;而把取向溫度定高了,則會使瓶子出現(xiàn)結(jié)晶霧狀。PET可在88℃~115℃下取向,但為了獲得透明性高的瓶子,取向溫度范圍應(yīng)定得窄一些。有研究表明,PET的最佳取向溫度約為105℃,而有的研究則認(rèn)為是95℃。化妝品包裝瓶廠家
對瓶胚的吹脹可采用單級壓縮空氣,氣壓約為2MPa,也可采用雙級壓縮空氣,即先注入低壓(1.0~1.5MPa)空氣,在瓶胚被吹脹得與模腔接觸后,再注入高壓(2.5~3.0MPa,有的達(dá)4MPa)空氣,使瓶子與模腔緊密接觸而快速冷卻定型。拉伸吹塑模具的溫度一般應(yīng)取得低一些(3℃~10"C),這樣有助于縮短成型周期。而有時(shí)為了提高瓶子的耐熱性能,可把模具溫度取高些(80"C一105"C),以對瓶子做熱定型處理。
三、PET注拉吹技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
近年來,PET注拉吹技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在提高產(chǎn)量、拓寬適應(yīng)范圍、改善容器性能和減小瓶子壁厚等方面。例如,目前PET瓶(容積0.5L)拉伸吹塑的最高產(chǎn)量已高達(dá)60000~65000個(gè)/時(shí)。為了適應(yīng)再加熱拉伸吹塑設(shè)備產(chǎn)量的提高,瓶胚注塑機(jī)制造廠家一直在設(shè)法增加瓶胚模具的模腔數(shù)量。單層PET瓶胚的注塑模具的模腔數(shù)在4年前就已達(dá)到了144腔,目前已有廠家推出了擁有144模腔的共注塑系統(tǒng)。另外,拉伸吹塑機(jī)制造廠家近年還在不斷地改進(jìn)拉伸吹塑的過程控制和制品品質(zhì)檢測技術(shù)。采用智能檢測和閉環(huán)反饋技術(shù),可使拉伸吹塑機(jī)實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整;在拉伸吹塑機(jī)械上安裝攝像機(jī),并與照明及其他系統(tǒng)配合,可在生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)檢測瓶胚和瓶子的頸部、底部、密封、表面及肉眼可見的缺陷,不合格的容器可被自動排除,還可在線檢測PET瓶胚的光學(xué)性能;采用非接觸的紅外線技術(shù),可在線快速(6s)檢測瓶子的壁厚分布。化妝品包裝瓶廠家
拉伸吹塑PET瓶的主要發(fā)展方向是提高其阻滲性能和耐熱性能。這里著重介紹PET瓶的阻滲技術(shù)。
大約5年前,人們對阻滲性PET啤酒瓶抱有很高的期望,認(rèn)為啤酒不久就可采用PET瓶灌裝,但在實(shí)施過程中,人們卻發(fā)現(xiàn)這比他們期望的要困難得多。實(shí)際上,在20O2年全世界所使用的2500億個(gè)啤酒瓶中,僅有不到0.1%是PET瓶。因此,吹塑廠家就把主要力量轉(zhuǎn)向開發(fā)果汁、碳酸飲料和熱灌裝等產(chǎn)品用的阻滲性PET瓶,瓶子的容積則集中在200~1000mL。這些產(chǎn)品對包裝的要求顯然要比啤酒低得多。
通過提高PET瓶的阻O2和CO2的滲透性能,可延長貨架期,保持飲料的香味和營養(yǎng)價(jià)值。目前提高PET瓶阻滲性能的技術(shù)可分為以下幾種。
1、共注射拉伸吹塑
采用該技術(shù)成型的瓶胚具有多層結(jié)構(gòu),即PET作為結(jié)構(gòu)層,在內(nèi)外PET結(jié)構(gòu)層間設(shè)置阻滲性層。目前約有70%的阻滲性PET瓶采用這種多層結(jié)構(gòu)。化妝品包裝瓶廠家
可作為阻滲性層的樹脂主要是MXD6尼龍和EVOH,它們的價(jià)格大約是$5.5/kg和$7.7/kg。MXD6尼龍是透明的高阻滲性樹脂,可承受熱灌裝的溫度;EVOH的阻CO2的滲透性能要比MXD6尼龍高,同時(shí)它還具有極好的香味保存性。此外還可采用納米復(fù)合塑料作為多層瓶的阻滲性層。
最近還出現(xiàn)了一種更新的方法,那就是先使MXD6尼龍與一種鈷基氧捕捉劑(oxygenscavenger)共混,然后把此共混物作為拉伸吹塑多層PET瓶的芯層材料。用具有該種多層結(jié)構(gòu)的PET瓶盛裝果汁,再輔以PP阻滲性密封蓋,可使果汁的貨架期長達(dá)1年。該包裝的貨架期之所以這么長,是因?yàn)殁捇醪蹲絼┘瓤啥伦⊥饷鍻2進(jìn)入瓶內(nèi)的通道,又可平衡已在瓶內(nèi)的O2。
2、表面涂覆技術(shù)
該方法是指在單層PET瓶的內(nèi)或外表面涂覆一層極薄(有些厚度比人的頭發(fā)絲的直徑還小)的阻滲層。該技術(shù)雖然可采用較低成本的單層PET瓶,但涂覆設(shè)備的造價(jià)一般較高。可用于涂覆的材料有多種,包括無機(jī)材料和有機(jī)材料。化妝品包裝瓶廠家
●碳
法國Sidel公司的Actis冷等離子體技術(shù)起初是為啤酒瓶而研發(fā)的,在瓶子的內(nèi)表面涂覆一層薄的碳層,就可使其對O2和CO2的阻滲性能分別提高30倍和7倍。該公司為了降低成本,最近還開發(fā)了一種新的ActisLite涂覆技術(shù),以用于要求較低(如果汁、碳酸飲料和熱灌裝產(chǎn)品)的PET瓶。
此外,日本有4家公司合作開發(fā)了一種低溫等離子體技術(shù),可把一種被稱為“似金剛石的碳”材料涂覆在PET瓶表面,涂覆前不需預(yù)處理,涂層厚度為0.02~0.04mm,可使瓶子對氣體的阻滲性能提高30倍。
●氧化硅(SiOx)
采用特殊的等離子體技術(shù),在PET瓶內(nèi)表面沉積一層透明似玻璃的二氧化硅(SiO2)薄層(厚度為0.01mm~0.1mm)。該法的成本只比耒處理的PET瓶高20%,卻可使瓶子的阻CO2和O2滲透的性能分別提高25倍和17倍。SiO2涂層具有高的彈性(抗龜裂性),可保證瓶子在灌裝過程中發(fā)生膨脹和收縮時(shí)仍能保持完好的阻滲性能。同時(shí)由于涂層位于瓶子內(nèi)表面,確保了涂層在灌裝和運(yùn)輸過程中不會被磨損。
此外。在PET瓶的拉伸吹塑和灌裝工序之間,通過物理真空鍍膜的方法,也可把SiO2涂覆在瓶子外表面。該法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量大,可達(dá)20000個(gè)/時(shí)。為防止涂層被磨損,可在SiO2層上涂保護(hù)層。化妝品包裝瓶廠家
●環(huán)氧氨基樹脂
把液態(tài)的環(huán)氧氧基樹脂噴涂在PET瓶的外表面,然后置于烘箱內(nèi)進(jìn)行交聯(lián)固化,所形成的厚1~6mm的交聯(lián)層不但光澤性好,而且對CO2和O2有很好的阻滲性能,使貨架期可延長2.5—3倍。此外,瓶子還可進(jìn)行巴氏消毒處理或用于果汁的熱灌裝。由于涂層樹脂潤滑性好,使用這種技術(shù)連續(xù)涂覆時(shí),產(chǎn)量可達(dá)45000個(gè)/h。
●燃燒化學(xué)蒸氣沉積法(CombustionChemicalVaporDeposition)
這是一種較新的技術(shù),采用有機(jī)或無機(jī)阻滲性材料,首先把低蒸汽壓力的涂覆溶液噴成霧狀,然后通過火焰使之干燥并同時(shí)固化。該涂層不會影響瓶子的透明性。與其他涂覆方法比,此技術(shù)不需真空箱,操作較簡單,成本較低,并具有環(huán)境友好性。
3、共混法
將PET與高阻滲性樹脂(如EVOH)或與氧捕捉劑或與這兩者進(jìn)行共混,然后再用此共混材料注塑出單層瓶胚,以用于拉伸吹塑。這種方法既不需要多層共注塑工藝,也不需涂覆設(shè)備,而且瓶子設(shè)計(jì)的自由度較大,但合適的阻滲性樹脂價(jià)格很高。