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藥用聚酯塑料瓶的加工技術

2015-8-30 22:11:20      點擊:
  聚酯塑料瓶是當前最重要的塑料包裝材料之一,主要用於藥品、碳酸飲料,還可包裝酒類飲料、茶飲料、果汁、礦泉水、食用油、調味品、化妝品、農藥與洗滌劑等液體的包裝。作為藥品包裝容器。PET具有多種優點,首先PET瓶量輕且牢固,強度和彈性明顯高於其他塑料材料製作的塑料瓶,可以承受相當大的衝擊力而不會破損,最適合做成壁薄、質輕、強度高的藥品包裝瓶。在盛藥容積相同的情況下,PET瓶重量隻相當於玻璃瓶的1/10;同樣外徑的包裝瓶,PET瓶的容易是玻璃瓶的1.5倍。用PET原料可以製作透明或不透明棕色的瓶體。藥用PET瓶具有良好的氣體阻隔性,在常用的塑料中,PET瓶的阻隔水汽、氧氣性能最為優良,可完全滿足藥品包裝的特殊存儲要求。PET瓶具有優良的耐化學藥品性能,能用於除強堿和一部分有機溶劑外的所有物品的包裝。PET樹脂的回收再利用率高於其他塑料,作為廢棄物燃燒處理時,由於它的燃燒熱卡值低而易燃,而且不產生有害氣體。用PET製作的食品包裝符合食品衛生要求,因為PET樹脂不僅是一種無害的樹脂,而且還是一種沒有任何添加劑的純粹樹脂,它通過了包括美國、歐洲和日本相當嚴格的食品衛生法規的檢驗,被認為是一種合格並安全的藥品、食品的包裝材料。
一、藥用聚酯瓶主要加工技術
1.用於瓶體吹塑的PET原料為飽和線性熱塑性聚酯,主要應用性能指標為:特性粘度(IV)應控製在70-85ml/g,以便吹塑瓶有較高的機械性能與透明度。用於拉伸吹塑瓶體容積大(大於2L)的瓶體,選用聚酯原料的特性粘度為70-75ml/g。注射吹塑成型藥用小容積瓶優先選用較高的特性粘度指標來生產為宜。由於原料品種的選用正確與否,關係到生產過程成型工藝參數的選取和成型後瓶體的質量狀況,因此在生產藥用PET瓶時,原料的特性粘度、結晶溫度、冷卻速率以及取向效應等工藝數據尤為重要。這是因為聚酯材料是一種可結晶的聚合物,其結晶速率很小為6um/min(max)。即通過工藝控製結晶溫度與冷卻速率等條件,使聚酯瓶成為非結晶性或結晶性的,並可改變晶體類型與數量。聚酯要求結晶度一般在30%左右。聚酯原料發生的取向效應可使聚酯分子有序排列,促進結晶,所形成的晶體被稱為應變誘導晶體,其晶粒很小,不會折射光線,所以聚酯瓶產生的取向使瓶體透明。若想把瓶體生產成熱灌裝並可用於巴式消毒處理,還需對取向而部分結晶的聚酯作熱定形處理,使之進一步結晶以提高耐熱性。所以說聚酯原料的工藝特性中,分子結晶與取向是影響拉伸吹塑聚酯瓶體成型過程質量性能的關鍵因素。
2.聚酯材料的去濕與幹燥
由於聚酯材料是吸濕性聚合物,故加工成型前,應經嚴格幹燥使其剩餘濕氣含量小於0.005%。聚酯原料要采用去濕幹燥係統來幹燥。幹燥條件可選為:幹燥溫度140-180℃,空氣露點40℃,空氣量0.06mm/kg.h。幹燥時間4h。這些條件的掌握應注意:①當空氣量取值高於0.06mm/kg.h時可拓寬操作範圍,降低幹燥溫度,能耗會過高;②保證幹燥露點盡可能地低是很重要的,但露點高至10℃也不會有問題,但還應嚴格監測空氣露點,發現有過高時,應及時降低。③幹燥溫度是一個關鍵的參數,可通過在多種
溫度下幹燥並測量型坯的特性粘度來確定最佳的幹燥溫度,一般為150~163℃。停機時幹燥溫度應降至120℃左右;④幹燥時間加長會降低聚酯原料的特性粘度,合理掌握幹燥溫度成為關鍵參數,溫度小幅提高就會導致聚酯的特性粘度有較大的降低,因此幹燥時間盡可能短些,以拓寬操作範圍。在幹燥過程中,由於聚酯的幹燥溫度較高,設備的料鬥應具有良好的隔熱性能並采用玻璃纖維作隔熱層,應避免經幹燥的聚酯原料與外界空氣接觸,因為聚酯原料會快速地吸收空氣中的濕氣。比如在完全幹燥的聚酯原料與相對濕度為35%-40%的空氣接觸12min後,含濕量即達到0.005%。
二、藥用PET瓶的成型方法
PET瓶的成型方法有擠出拉伸吹塑與注射吹塑工藝方法來成型。拉伸吹塑又有一步法與兩步法之分,在一步法成型中,型坯的成型、冷卻、加熱、拉伸與吹塑和瓶體的取出均在一台機器上依次完成,兩步法則采用擠出或注射成型型坯,並使型坯冷卻到室溫,成為半成品,然後把型坯送入再加熱拉伸吹塑機器中成為瓶體。即型坯的成型、拉伸與吹塑分別在兩台機器上完成。一步法注射吹塑PET瓶,注吹設備中需要有兩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構成,其各部位尺寸參數選用的正確與否是瓶體能否成型的關鍵,因此很有必要將模具型坯尺寸參數結合成型工藝進行合理選取。
1.注塑模型坯高度與直徑參數
PET瓶的高度與其頸部螺紋直徑之比值可確定型坯與芯棒的長徑比(L/D)。芯棒長徑比一般不應超過10:1,這是因為在型坯模具中芯棒為懸臂梁,且在充模時受高注射壓力的作用。長徑比較大時彎曲較大,容易造成型坯壁厚分布不均勻,但是能通過程序來控製熔體的充模速度或在充模過程中用滑動頂計暫時固定芯棒頭端以使芯棒對中,此時芯棒的長徑比可取大值。型坯高度是參考瓶體的高度乘以高度係數所得,一般為瓶體高度的92%~95%。為保證型坯有高的透明度,熔體充入型坯模後,要快速將溫度降至145℃以下,但經比聚酯材料的玻璃化溫度(82℃)高些,且越接近玻璃化溫度,吹塑瓶的透明度就越高。型坯模具冷卻水溫低至10-35℃,以快速冷卻型坯,還要采取液體或氣體對芯棒連續進行內冷卻,其中氣冷可使芯棒有更一致的溫度分布,其冷氣壓一般在1mpa左右。
2.注塑型坯吹脹比取值
注射吹塑小容積的PET瓶,注吹時主要發生周向拉伸,軸向拉伸越小吹脹比(指瓶體直徑與型坯體直徑之比)越大,瓶壁厚分布不均勻的可能性也越大,易造成瓶肩與瓶身或瓶身與瓶底過濾區域的曲線部位壁厚不均勻。小容量瓶體吹脹比一般取1.5-1.8之間。對橫截麵為橢圓形的瓶體,若其橢比即橢圓長短軸的長度之比小於1.5∶1時,采用橫截麵為圓形的型坯可成型。橢圓比不超過2∶1時,可采用橫截麵為圓形的芯棒與橢圓形的型坯模腔來成型型坯。橢圓比大於2∶1時,一般要求芯棒與型坯模腔均設計成橢圓形。橢圓比增加,型坯模具的設計難度與製造成本均提高,一般不超過3∶1。
3.注塑型坯口部及頸部尺寸
型坯口部直徑及螺紋尺寸應與瓶口尺寸螺紋相統一,並能與瓶蓋的螺紋尺寸相匹配。因目前對此無統一國家標準,故根據瓶體盛裝物來決定瓶口部的尺寸。確定型坯頸部尺寸與吹塑模具型腔尺寸時,還應考慮瓶體成型後的收縮。PET瓶在型坯內的吹脹氣壓為1.2mpa,采用水溫在5-10℃冷卻水冷卻吹塑模具,以使型壞吹脹後得以快速冷卻。
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個方麵:①確定成型型坯的形狀與瓶體頸部的內徑;②在機械轉位過程中帶走型坯或瓶體;③芯棒內設置有氣道與空氣出入口,輸送壓縮空氣以吹脹型坯體;④芯棒內部可通循環液體或空氣,以調節型坯溫度;⑤芯棒尾部處靠近配合麵開設深0.10mm的凹槽,使型坯端部楔入槽內,避免從型坯成型工位轉至吹塑工位的過程中,型坯因其彈性收縮導致的頸部螺紋錯位,凹槽起到密封作用,減少吹脹過程中壓縮空氣的泄漏。
5?芯棒長度與直徑的選值?
芯棒長度和直徑主要由型坯來確定,芯棒體直徑要比瓶體頸部內徑小些,以便於瓶體脫模。不過芯棒直徑應在瓶頸內徑範圍內盡可能地取大值,以避免造成過大的吹脹比。芯棒同軸度應在直徑0.05-0.08mm內,瓶口部位芯棒直徑尺寸是以瓶口外徑和瓶口厚度而定,取值範圍一般是瓶口芯棒直徑等於瓶口外徑減去兩倍的瓶口壁厚。
6.芯棒底部與型坯底部之間距離尺寸的確定
這一距離尺寸即為型坯底部厚度,它的尺寸取值合理與否,直接影響瓶底部的厚度是否符合要求。一般使用的計算方法為:型坯底部的厚度(B)等於瓶底的最小厚度(T)加上0.1倍的瓶重量(w)/g。芯棒體選用的材料為合金工具鋼,硬度為HRc52-54。比模具頸圈的硬度稍低。與熔體接觸的芯棒表麵要沿熔體流動方向拋光,並鍍硬鉻,以易於熔體充模和型坯的脫模。在PET瓶的吹塑與脫膜工位,氣體繼續在芯棒內環流,以保證芯棒有較一致的溫度分布。芯棒各段的溫度取值為:頭部(對應型坯頸部)45-55℃,中部(對應型坯體)為40-50℃,尾部為23-35℃。在型坯注射工位,因熔體溫度高,芯棒溫度處於上述範圍的上限,芯棒轉至脫模工位時的溫度因內冷而降至下限。在脫模工位頂出瓶子後,從外部對芯棒頭部進行風冷,以降低芯棒溫度。