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保健品聚酯塑料瓶的加工技术

聚酯塑料瓶是当前最重要的塑料包装材料之一,主要用于药品、碳酸饮料,还可包装酒类饮料、茶饮料、果汁、矿泉水、食用油、调味品、化妆品、农药与洗涤剂等液体的包装。作为药品包装容器。PET具有多种优点,首先PET瓶量轻且牢固,强度和弹性明显高于其他塑料材料制作的塑料瓶,可以承受相当大的冲击力而不会破损,最适合做成壁薄、质轻、强度高的药品包装瓶。在盛药容积相同的情况下,PET瓶重量只相当于玻璃瓶的1/10;同样外径的包装瓶,PET瓶的容易是玻璃瓶的1.5倍。用PET原料可以制作透明或不透明棕色的瓶体。药用PET瓶具有良好的气体阻隔性,在常用的塑料中,PET瓶的阻隔水汽、氧气性能最为优良,可完全满足药品包装的特殊存储要求。PET瓶具有优良的耐化学药品性能,能用于除强碱和一部分有机溶剂外的所有物品的包装。PET树脂的回收再利用率高于其他塑料,作为废弃物燃烧处理时,由于它的燃烧热卡值低而易燃,而且不产生有害气体。用PET制作的食品包装符合食品卫生要求,因为PET树脂不仅是一种无害的树脂,而且还是一种没有任何添加剂的纯粹树脂,它通过了包括美国、欧洲和日本相当严格的食品卫生法规的检验,被认为是一种合格并安全的药品、食品的包装材料。
一、药用聚酯瓶主要加工技术
1.用于瓶体吹塑的PET原料为饱和线性热塑性聚酯,主要应用性能指标为:特性粘度(IV)应控制在70-85ml/g,以便吹塑瓶有较高的机械性能与透明度。用于拉伸吹塑瓶体容积大(大于2L)的瓶体,选用聚酯原料的特性粘度为70-75ml/g。注射吹塑成型药用小容积瓶优先选用较高的特性粘度指标来生产为宜。由于原料品种的选用正确与否,关系到生产过程成型工艺参数的选取和成型后瓶体的质量状况,因此在生产药用PET瓶时,原料的特性粘度、结晶温度、冷却速率以及取向效应等工艺数据尤为重要。这是因为聚酯材料是一种可结晶的聚合物,其结晶速率很小为6um/min(max)。即通过工艺控制结晶温度与冷却速率等条件,使聚酯瓶成为非结晶性或结晶性的,并可改变晶体类型与数量。聚酯要求结晶度一般在30%左右。聚酯原料发生的取向效应可使聚酯分子有序排列,促进结晶,所形成的晶体被称为应变诱导晶体,其晶粒很小,不会折射光线,所以聚酯瓶产生的取向使瓶体透明。若想把瓶体生产成热灌装并可用于巴式消毒处理,还需对取向而部分结晶的聚酯作热定形处理,使之进一步结晶以提高耐热性。所以说聚酯原料的工艺特性中,分子结晶与取向是影响拉伸吹塑聚酯瓶体成型过程质量性能的关键因素。
2.聚酯材料的去湿与干燥
由于聚酯材料是吸湿性聚合物,故加工成型前,应经严格干燥使其剩余湿气含量小于0.005%。聚酯原料要采用去湿干燥系统来干燥。干燥条件可选为:干燥温度140-180℃,空气露点40℃,空气量0.06mm/kg.h。干燥时间4h。这些条件的掌握应注意:
①当空气量取值高于0.06mm/kg.h时可拓宽操作范围,降低干燥温度,能耗会过高;
②保证干燥露点尽可能地低是很重要的,但露点高至10℃也不会有问题,但还应严格监测空气露点,发现有过高时,应及时降低。
③干燥温度是一个关键的参数,可通过在多种
温度下干燥并测量型坯的特性粘度来确定最佳的干燥温度,一般为150~163℃。停机时干燥温度应降至120℃左右;
④干燥时间加长会降低聚酯原料的特性粘度,合理掌握干燥温度成为关键参数,温度小幅提高就会导致聚酯的特性粘度有较大的降低,因此干燥时间尽可能短些,以拓宽操作范围。在干燥过程中,由于聚酯的干燥温度较高,设备的料斗应具有良好的隔热性能并采用玻璃纤维作隔热层,应避免经干燥的聚酯原料与外界空气接触,因为聚酯原料会快速地吸收空气中的湿气。比如在完全干燥的聚酯原料与相对湿度为35%-40%的空气接触12min后,含湿量即达到0.005%。
二、药用PET瓶的成型方法
PET瓶的成型方法有挤出拉伸吹塑与注射吹塑工艺方法来成型。拉伸吹塑又有一步法与两步法之分,在一步法成型中,型坯的成型、冷却、加热、拉伸与吹塑和瓶体的取出均在一台机器上依次完成,两步法则采用挤出或注射成型型坯,并使型坯冷却到室温,成为半成品,然后把型坯送入再加热拉伸吹塑机器中成为瓶体。即型坯的成型、拉伸与吹塑分别在两台机器上完成。一步法注射吹塑PET瓶,注吹设备中需要有两副模具即注塑型坯模和吹塑模具。而注塑型坯模主要有型坯模腔及芯棒构成,其各部位尺寸参数选用的正确与否是瓶体能否成型的关键,因此很有必要将模具型坯尺寸参数结合成型工艺进行合理选取。
1.注塑模型坯高度与直径参数
PET瓶的高度与其颈部螺纹直径之比值可确定型坯与芯棒的长径比(L/D)。芯棒长径比一般不应超过10:1,这是因为在型坯模具中芯棒为悬臂梁,且在充模时受高注射压力的作用。长径比较大时弯曲较大,容易造成型坯壁厚分布不均匀,但是能通过程序来控制熔体的充模速度或在充模过程中用滑动顶计暂时固定芯棒头端以使芯棒对中,此时芯棒的长径比可取大值。型坯高度是参考瓶体的高度乘以高度系数所得,一般为瓶体高度的92%~95%。为保证型坯有高的透明度,熔体充入型坯模后,要快速将温度降至145℃以下,但经比聚酯材料的玻璃化温度(82℃)高些,且越接近玻璃化温度,吹塑瓶的透明度就越高。型坯模具冷却水温低至10-35℃,以快速冷却型坯,还要采取液体或气体对芯棒连续进行内冷却,其中气冷可使芯棒有更一致的温度分布,其冷气压一般在1mpa左右。
2.注塑型坯吹胀比取值
注射吹塑小容积的PET瓶,注吹时主要发生周向拉伸,轴向拉伸越小吹胀比(指瓶体直径与型坯体直径之比)越大,瓶壁厚分布不均匀的可能性也越大,易造成瓶肩与瓶身或瓶身与瓶底过滤区域的曲线部位壁厚不均匀。小容量瓶体吹胀比一般取1.5-1.8之间。对横截面为椭圆形的瓶体,若其椭比即椭圆长短轴的长度之比小于1.5∶1时,采用横截面为圆形的型坯可成型。椭圆比不超过2∶1时,可采用横截面为圆形的芯棒与椭圆形的型坯模腔来成型型坯。椭圆比大于2∶1时,一般要求芯棒与型坯模腔均设计成椭圆形。椭圆比增加,型坯模具的设计难度与制造成本均提高,一般不超过3∶1。
3.注塑型坯口部及颈部尺寸
型坯口部直径及螺纹尺寸应与瓶口尺寸螺纹相统一,并能与瓶盖的螺纹尺寸相匹配。因目前对此无统一国家标准,故根据瓶体盛装物来决定瓶口部的尺寸。确定型坯颈部尺寸与吹塑模具型腔尺寸时,还应考虑瓶体成型后的收缩。PET瓶在型坯内的吹胀气压为1.2mpa,采用水温在5-10℃冷却水冷却吹塑模具,以使型坏吹胀后得以快速冷却。
4.PET注吹成型芯棒功能及其作用
注射吹塑成型所使用的芯棒的作用及功能主要有五个方面:
①确定成型型坯的形状与瓶体颈部的内径;
②在机械转位过程中带走型坯或瓶体;
③芯棒内设置有气道与空气出入口,输送压缩空气以吹胀型坯体;
④芯棒内部可通循环液体或空气,以调节型坯温度;
⑤芯棒尾部处靠近配合面开设深0.10mm的凹槽,使型坯端部楔入槽内,避免从型坯成型工位转至吹塑工位的过程中,型坯因其弹性收缩导致的颈部螺纹错位,凹槽起到密封作用,减少吹胀过程中压缩空气的泄漏。
5?芯棒长度与直径的选值?
芯棒长度和直径主要由型坯来确定,芯棒体直径要比瓶体颈部内径小些,以便于瓶体脱模。不过芯棒直径应在瓶颈内径范围内尽可能地取大值,以避免造成过大的吹胀比。芯棒同轴度应在直径0.05-0.08mm内,瓶口部位芯棒直径尺寸是以瓶口外径和瓶口厚度而定,取值范围一般是瓶口芯棒直径等于瓶口外径减去两倍的瓶口壁厚。
6.芯棒底部与型坯底部之间距离尺寸的确定
这一距离尺寸即为型坯底部厚度,它的尺寸取值合理与否,直接影响瓶底部的厚度是否符合要求。一般使用的计算方法为:型坯底部的厚度(B)等于瓶底的最小厚度(T)加上0.1倍的瓶重量(w)/g。芯棒体选用的材料为合金工具钢,硬度为HRc52-54。比模具颈圈的硬度稍低。与熔体接触的芯棒表面要沿熔体流动方向抛光,并镀硬铬,以易于熔体充模和型坯的脱模。在PET瓶的吹塑与脱膜工位,气体继续在芯棒内环流,以保证芯棒有较一致的温度分布。芯棒各段的温度取值为:头部(对应型坯颈部)45-55℃,中部(对应型坯体)为40-50℃,尾部为23-35℃。在型坯注射工位,因熔体温度高,芯棒温度处于上述范围的上限,芯棒转至脱模工位时的温度因内冷而降至下限。在脱模工位顶出瓶子后,从外部对芯棒头部进行风冷,以降低芯棒温度。
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