产品材料与工艺期中作业.docx

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产品材料与工艺期中作业

产品材料与工艺期中作业

题目：

试从材料的选择，成型工艺，表面处理等角度论述塑料在某产品设计中的应用现状以及应注意的问题。

案例调查：

矿泉水瓶

一、

目前国内的矿泉水瓶

二、

矿泉水瓶的的材料分析

（1）、PET塑料

聚对苯二甲酸乙二醇酯

化学式为-OCH2-CH2OCOC6H4CO-

简称PET，为高聚合物，由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反应而来。

对苯二甲酸乙二醇酯是由对苯二甲酸和乙二醇发生酯化反应所得。

PET是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。

在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。

（2）、优点

　　①有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的3~5倍，耐折性好。

　　②耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀碱，耐大多数溶剂。

　　③具有优良的耐高、低温性能，可在120℃温度范围内长期使用，短期使用可耐150℃高温，可耐-70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。

　　④气体和水蒸气渗透率低，既有优良的阻气、水、油及异味性能。

　　⑤透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好。

⑥无毒、无味，卫生安全性好，可直接用于食品包装。

三、

矿泉水瓶的成型工艺-中空吹塑

中空吹塑（又称吹塑模塑）是借助于气体压力使闭合在模具中的热熔型坯吹胀形成中空制品的方法，是常用的塑料加工方法，同时也是发展较快的一种塑料成型方法。

吹塑用的模具只有阴模（凹模），与注塑成型相比，设备造价较低，适应性较强，可成型性能好（如低应力）、可成型具有复杂起伏曲线（形状）的制品。

中空吹塑又分为注射吹塑、挤出吹塑和拉伸吹塑，注射吹塑是用注射成形法先将塑料制成有底型坯，再把型坯移入吹塑模内进行吹塑成形。

挤出吹塑成形过程，管坯直接由挤出机挤出，并垂挂在安装于机头正下方的预先分开的型腔中；当下垂的型坯达到规定的长度后立即合模，并靠模具的切口将管坯切断；从模具分型面的小孔通入压缩空气，使型坯吹胀紧贴模壁而成型；保压，待制品在型腔中冷却定型后开模取出制品。

四、

矿泉水瓶的制作流程

（1）、成形前的准备

成型前应对塑料原料进行外观检验，如原料的色泽、细度及均匀度等，必要时应对塑料的工艺性能进行测试。

对容易吸湿的塑料，成形前应进行充分的干燥，避免制品表面出现银丝、斑纹和气泡等缺陷。

应对注射机的料筒进行清洗或拆换，并根据需要对模具进行预热。

为了使制品容易从模具内脱出，对有的模具型腔还须涂上脱模剂，常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。

（2）、吹塑成型可分为四个阶段

1、型坯形成阶段

聚合物在挤出机中的输送、熔融、混炼、泵出成型为型坯的形成阶段；在这一阶段，影响壁厚分布的主要工艺参数有：

①材料的分子量分布、平均分子量；

②吹塑机的温度控制系统和螺杆转速，其中温度控制系统包括料斗温度，料筒1区、2区、3区、4区温度，法兰温度，以及储料模头1区、2区、3区、4区温度。

2、型坯下料阶段

型坯从模唇与模芯的间隙中挤出为下料阶段。

此时，型坯离模膨胀和型坯垂伸这两种现象影响型坯成型。

影响壁厚分布的主要工艺参数是吹塑机的模头直径和壁厚控制系统，其中控制系统包括轴向壁厚控制系统和周向壁厚控制系统，以调整模唇与模芯的间隙。

3、型坯预吹阶段

为避免型坯内表面的接触、粘附，改善制品壁厚的均匀性，要对型坯进行预吹胀。

在型坯预吹阶段，从型坯下方往型坯内喷气，以护持型坯，减小其垂伸。

在这一阶段，影响壁厚分布的主要工艺参数有：

预吹压力、预吹时间。

4、型坯高压吹阶段

高压吹胀型坯，使之贴紧模具型腔，实现产品塑性成型阶段。

该阶段，影响产品成型的是型坯受高压吹胀变形、型坯与模腔接触变形。

而影响壁厚分布的主要工艺参数有：

材料的收缩率；吹气压力、时间；模具材料、结构、模具排气系统以及模具冷却系统，如冷却水道分布、冷却水进水温度等。

尽管影响吹塑制品质量的因素较多，但当生产条件、制品要求确定后，调整吹塑工艺参数能有效改善制品质量。

优化的工艺参数可以提高生产效率，降低原材料消耗，优化产品的综合性能。

（3）、制品的后处理

塑料制品脱模后，常需要进行适当的后处理来改善制品的性能和提高制品尺寸的稳定性，主要包括退火和后处理。

A、退火处理

由于塑料的塑化不均匀或在型腔内冷却速度不等，这导致塑料制品内不均匀的结晶、取向和收缩，从而产生内应力，使制品力学性能下降、光学性能破坏、表面出现裂纹，甚至变形开裂，因此必须进行退火处理。

方法是使制品在定温的加热液体介质或热空气循环烘箱中静置一段时间，温度应控制在高于制品使用温度10--20℃或者低于塑料热变形温度10--20℃为宜，时间视制品厚度而定。

退火处理的实质是松弛聚合物中冻结的分子链、消除内应力以及提高结晶度、稳定结晶结构。

B、调湿处理

有些塑料制品在高温下与空气接触会氧化变色或容易吸收水分而膨胀。

调湿处理就是使制品在一定的温度环境中预先吸收一定的水分，使制品尺寸稳定下来，避免在使用过程中再发生更大的变化。

五、

影响PET瓶吹塑的重要因素

瓶坯

制备吹塑瓶时，首先将PET切片注射成型为瓶坯，它要求二次回收料比例不能过高（5％以下），回收次数不能超过两次，而且分子量及粘度不能过低（分子量31000-50000，特性粘度0.78-0.85cm3／g）。

注塑成型的瓶坯需存放48h以上方能使用。

加热后没用完的瓶坯，必须再存放48h以上方能重新加热使用。

瓶坯的存放时间不能超过六个月。

瓶坯的优劣很大程度上取决于PET材料的优劣，应选择易吹胀、易定型的材料，并制定合理的瓶坯成型工艺。

实验表明，同样粘度的PET材料成型的瓶坯，进口的原料要比国产料易吹塑成型；而同一批次的瓶坯，生产日期不同，吹塑工艺也可能有较大差别。

瓶坯的优劣决定了吹塑工艺的难易，对瓶坯的要求是纯洁、透明、无杂质、无异色、注点长度及周围晕斑合适。

加热

瓶坯的加热由加热烘箱来完成，其温度由人工设定，自动调节。

烘箱中由远红外灯管发出远红外线对瓶坯辐射加热，由烘箱底部风机进行热循环，使烘箱内温度均匀。

瓶坯在烘箱中向前运动的同时自转，使瓶坯壁受热均匀。

要使烘箱更好地发挥作用，其高度、冷却板等的调整很重要，若调整不当，吹塑时易出现胀瓶口（瓶口变大）、硬头颈（颈部料拉不开）等缺陷。

预吹

预吹是二步吹瓶法中很重要的一个步骤，它是指吹塑过程中在拉伸杆下降的同时开始预吹气，使瓶坯初具形状。

这一工序中预吹位置、预吹压力和吹气流量是三个重要工艺因素。

预吹压力的大小随瓶子规格、设备能力不同而异，一般容量大、预吹压力要小；设备生产能力高，预吹压力也高。

对于已加热二次使用的瓶坯或存放时间超标的瓶坯，由于时温等差效应，二者成型工艺相似，与正常瓶坯相比，其要求

的热量要少，预吹压力也可适当降低。

辅机及模具

辅机主要指维持模具恒温的设备。

模具恒温对维持产品的稳定性有重要作用。

一般瓶身温度高，瓶底温度低。

对冷瓶来说，由于其底部的冷却效果决定了分子定向的程度，将温度控制在5-8℃为佳；而热瓶底部的温度则要高得多。

环境

生产环境的好坏对工艺调整也有较大影响，恒定的条件可以维持工艺的稳定及产品的稳定。

PET瓶吹塑成型一般在室温、低湿状态下为佳。

其它要求

有压瓶应同时满足应力测试与耐压测试的要求。

应力测试是为防止PET瓶灌装饮料时瓶底与润滑剂（碱性）接触过程中产生分子链的降解而发生开裂、渗漏等进行的内在质量控制；耐压测试则是防止瓶内充入一定压力气体后产生爆裂而进行的质量控制。

为满足这两种需要，中心点厚度要控制在一定范围内，一般情况是中心点薄，应力测试较好，耐压较差；中心点厚，耐压测试较好，应力测试较差。

当然，应力测试的结果还与中心点周围过渡区域料的堆积有很大关系，这要根据实际经验进行调整。

六、目前国内知名矿泉水企业的现状

通常情况下，一个550ml的矿泉水的水瓶重量为18克左右，而康师傅矿区水的瓶重量为15克左右，握在手中，普通消费者难以感受这3克的差距。

在众多的行业中，三克的差距也都会忽略不计。

可是在矿泉水瓶装水行业，这三克的差距往往是强与弱，胜与负的分水岭。

降低矿泉水瓶的重量，有着不小的技术难度，因为降低矿泉水瓶的前提是安全，而重量降低之后就需要矿泉水瓶在吹制过程中，薄壁均匀，对于厂商来说，如果技术不够，那么宁可做厚一点。

降低矿泉水瓶子的重量，首先要考虑到电脑调控吹塑的过程，矿泉水瓶身的设计等。

矿泉水瓶的设计要考虑到折角，要考虑到挤压和碰撞的问题，本身的握感要够，底部的承载能力要强，这几条是康师傅矿泉水瓶子设计的经验总结。

由此可见，矿泉水瓶子的吹塑和设计是非常具有技术含量的，而且吹塑和设计往往决定了矿泉水公司的成败。

如果想要在矿泉水行业取得成功，不在它的制作工艺上下点功夫，可见是不行的。