聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET) 注塑成型技術(shù)

鄧朝魏

(四川宜賓普拉斯包裝材料有限公司，四川 宜賓 644000)

0 引言

PET 是熱塑性聚酯中最主要的品種，是五大工程塑料之一。因PET 具有耐蠕變，抗疲勞性，耐摩擦和尺寸穩(wěn)定性好，磨耗小而硬度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。PET 纖維主要用于紡織工業(yè)；PET 薄膜主要用于電器絕緣材料，片基和基帶，真空鍍鋁膜[1]；玻璃纖維增強(qiáng)PET 適用于電子電氣和汽車行業(yè)；PET的另一個(gè)用途就是吹塑、注塑制品，其透明度高、無(wú)毒無(wú)味、阻隔性好、成本低等優(yōu)良特性，在飲料、白酒包裝、冰箱等行業(yè)中有廣泛應(yīng)用，并成逐年上升的趨勢(shì)，本文主要講述瓶級(jí)聚酯切片注塑高透明制品的注塑成型技術(shù)。

1 PET 注塑成型工藝

PET 注塑成型工藝是指將PET 原料熔融的后通過(guò)加壓、注入模具中、冷卻成型后脫模得到設(shè)計(jì)形狀的半成品件的工藝過(guò)程。工藝過(guò)程主要包括合模、填充、保壓、冷卻、開模、脫模6 個(gè)階段，注塑后可進(jìn)行燙金、熱轉(zhuǎn)印、噴涂等表面裝飾工藝，因其透明及外觀裝飾豐富在食品行業(yè)及化妝品中被越來(lái)越廣泛應(yīng)用。

1.1 模具設(shè)計(jì)

1.1.1 模仁

模仁的材料首選要具有良好的抗腐蝕性，電渣重熔精煉S136 加入釩、鈦可提高硬度和韌性，其次要具有良好的耐磨性，淬火硬度選擇適當(dāng)，對(duì)于劃痕要求不高的產(chǎn)品，成型件可做鍍鉻或涂層處理，提高表面硬度及耐磨性，最好需要具有良好的拋光性能，制件抱緊力大，模具需要鏡面拋光，模具拉花后涉及到反復(fù)拋光，淬火硬度優(yōu)選HRC45～50。

1.1.2 澆口

可以采用潛伏式澆口或者點(diǎn)澆口，澆口應(yīng)開設(shè)在制品最厚處，便于熔體充模，采用中心進(jìn)膠，正對(duì)型腔壁或粗大的型芯，可改變?nèi)垠w流向，降低流速，減少熔體回填，使熔體均勻充滿型腔。如果是潛伏式澆口，建議最小直徑為0.75 mm。也可以用熱流道模具成型，模具與注塑機(jī)模板之間最好要有隔熱板，其厚度為12 mm 左右，而隔熱板一定能承受高壓。

1.1.3 流道

建議使用圓形流道以增加壓力的傳遞，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)流道直徑等于塑件厚度加1.5 mm?？梢允褂酶鞣N形式的澆口。冷流道側(cè)澆口設(shè)計(jì)要扁平，寬度在10～12 mm，厚度＜2 mm，定動(dòng)模定點(diǎn)需設(shè)計(jì)水路，防止?jié)部诎l(fā)白，熱流動(dòng)主要分為開放式和針閥式，針閥式控制方式主要有氣動(dòng)控制、液壓控制、伺服控制。PET 熱流道需加水套或模具附近直接通水路。

1.1.4 排氣槽

對(duì)于薄壁深腔的產(chǎn)品，如果模具排氣不良會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品不易注滿、表面透明度不良、燒料等異常問(wèn)題，所以必須在模具分型面及推板等位置設(shè)置良好的排氣槽，能將氣體及時(shí)引出型腔外，一級(jí)排氣槽建議深度為0.035 mm，寬度為3～5 mm。

1.1.5 定位

制件填充時(shí)，型腔壓力大，對(duì)于深腔產(chǎn)品易發(fā)生偏心，壁厚低于1.8 mm 的深腔產(chǎn)品模具應(yīng)設(shè)置糾偏結(jié)構(gòu)，通常有2 種方式可選擇：

（1）后模推板互鎖止口處增設(shè)HRC50 以上的耐磨塊，當(dāng)出現(xiàn)產(chǎn)品壁厚偏差過(guò)大時(shí)可通過(guò)調(diào)整耐磨塊前后位置來(lái)糾正動(dòng)模型芯。

（2）后模推板背面上下左右側(cè)可設(shè)置平衡調(diào)節(jié)塊，默認(rèn)與模板面平齊，當(dāng)出現(xiàn)產(chǎn)品壁厚偏差過(guò)大時(shí)可通過(guò)調(diào)整平衡塊高度來(lái)糾正動(dòng)模型芯。

1.1.6 冷卻水路

PET 模具的冷卻水路設(shè)計(jì)非常重要，生產(chǎn)周期及良品率與模具冷卻緊密聯(lián)系。盒體模具型腔一般采用環(huán)形水路，模仁一般采用噴泉式冷卻水路，水路直徑設(shè)計(jì)為Φ8～Φ10 mm, 水路距離模仁側(cè)壁20～22 mm，距離模仁頂部距離8～10 mm ，能有效達(dá)到模具快速冷卻及防止模仁破裂。

1.2 原料預(yù)干燥

由于PET 大分子中含有脂基，具有一定的親水性，原料在高溫下對(duì)水比較敏感，當(dāng)含水量超過(guò)200 ppm時(shí)，在加工中PET 分子量下降，制品易發(fā)白、變脆，導(dǎo)致產(chǎn)品不透明，因此，在加工前必須對(duì)原料進(jìn)行干燥，其干燥溫度為160～180 ℃，干燥4～6 h，最好采用除濕干燥機(jī)。干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)原料降解，生產(chǎn)的產(chǎn)品易發(fā)黃，同時(shí)粘度下降明顯，對(duì)產(chǎn)品的性能影響較大，對(duì)于粘度降有特殊要求的產(chǎn)品，原料干燥徹底是保證粘度降低的第一要因[2]，因此，選擇干燥設(shè)備時(shí)干燥系統(tǒng)的處理能力要與注塑用量相匹配，否則易出現(xiàn)處理能力過(guò)大，制品發(fā)黃，處理能力過(guò)小，干燥不充分，制品發(fā)白。

1.3 注塑成型工藝條件

推薦的注塑成型條件見表1。

表1 推薦的注塑成型條件

1.3.1 模具溫度

模溫直接影響熔體在模具中的冷卻速度和結(jié)晶度，結(jié)晶度不同、則制件性能不同。想要得到高透的制品，PET 生產(chǎn)模溫應(yīng)控制在15～25 ℃，保證熔體進(jìn)入模具后能快速冷卻下來(lái)。模溫高后，熔體冷卻時(shí)不能快速越過(guò)結(jié)晶區(qū)，導(dǎo)致制品結(jié)晶度升高，在結(jié)晶區(qū)停留的時(shí)間越長(zhǎng)，制品越不透明。同時(shí)模具溫度與生產(chǎn)環(huán)境有很大的關(guān)系，若模溫與室溫溫差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致模具“ 結(jié)露”[3]，制品表面會(huì)有“ 水印”，從而影響生產(chǎn)。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，要做好模溫與室溫的相互調(diào)節(jié)，在確保模具不“ 結(jié)露” 的情況下，模溫在設(shè)定范圍內(nèi)設(shè)定越低越好。

1.3.2 料筒溫度

PET 的成型溫度范圍窄，溫度的高低會(huì)直接影響制品的性能。若溫度過(guò)低，則塑化不好，使塑件出現(xiàn)凹陷、缺料、冷料等缺陷；反之，溫度過(guò)高，會(huì)造成溢邊，噴嘴流涎，色澤發(fā)黃，機(jī)械強(qiáng)度下降，甚至引起降解。通常，料筒溫度控制在280～320 ℃，不超過(guò)330 ℃，噴嘴溫度一般比料筒溫度低10～20 ℃，注塑機(jī)下料口的料筒溫度建議設(shè)置為265 ℃，防止停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致原料融化結(jié)塊引起下料口堵塞，無(wú)法儲(chǔ)料。

1.3.3 注射壓力

PET 在熔融狀態(tài)下的流變性較好，壓力對(duì)粘度的影響比溫度要大，因此，主要從壓力著手來(lái)改變?nèi)垠w的流動(dòng)性。通常采用中等壓力，壓力為60～100 Bar，壓力過(guò)高易引起模具偏心，澆口發(fā)白。注射壓力的確定，應(yīng)考慮PET 的黏度、填料的種類和數(shù)量，澆口的位置及大小，塑件的形狀和尺寸、模溫、注塑機(jī)類型等，保壓壓力一般為最大注射壓力的50%，保壓壓力過(guò)大易導(dǎo)致澆口發(fā)白。

1.3.4 注射速度

因模溫較低，PET 注射過(guò)程中前鋒料凝固很快，一般注射速度要快，但過(guò)快，剪切率高使物料易碎，透明制品表面易出現(xiàn)氣紋。注射速度一般在50%～80%，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品，可采用多段注射。對(duì)于有轉(zhuǎn)角的制品，在轉(zhuǎn)角處可采用低速注射，便于模具排氣，減少快速注射中熔體困氣的問(wèn)題，注射時(shí)間一般通常在7 s 內(nèi)完成。

1.3.5 螺桿選擇及轉(zhuǎn)速

因PET 注塑對(duì)螺桿的要求比較高，最好選擇PET專用螺桿，長(zhǎng)徑比1:24～25，低壓低剪切。長(zhǎng)徑比太大物料在料筒內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，過(guò)度受熱容易引起降解，影響制品性能。壓縮比大約為3:1[3]，壓縮比太小剪切生熱少，易塑化不良，制品性能差。儲(chǔ)料的速度一般采用中高速，一般在50%～90%，儲(chǔ)料壓力為120 bar, 可根據(jù)制品的冷卻時(shí)間來(lái)設(shè)置儲(chǔ)料速度，保證儲(chǔ)料時(shí)間與冷卻時(shí)間基本匹配，但對(duì)于冷卻時(shí)間特別長(zhǎng)的制品，建議采用延遲儲(chǔ)料功能，減少熔體在料筒中的停留時(shí)間，防止原料降解。

1.3.5 背壓

適當(dāng)?shù)谋硥嚎捎行哿蠅簩?shí)，增加密度，提高射膠量、有效減少熔體中的氣體。針對(duì)PET 的注塑，建議背壓范圍為10～20 Bar, 如果制品塑化良好，且制品無(wú)氣紋、氣泡等外觀缺陷，背壓越低越好，以免造成射嘴溶膠流涎，造成下模制品冷料斑缺陷，同時(shí)造成預(yù)塑機(jī)構(gòu)和螺桿筒機(jī)械磨損增大。

1.3.6 回料的使用

在實(shí)際注塑成型時(shí)，可添加PIR 回料，回料因性能降低、易混入雜質(zhì)等原因，使用量盡可能控制在20% 之內(nèi)，對(duì)于外觀及透明性要求高的制品，回料的回收需做好全過(guò)程防護(hù)，添加量控制在10% 以內(nèi)。注塑生產(chǎn)過(guò)程中的料頭、殘次品在保證清潔度的基礎(chǔ)上可直接粉碎，再通過(guò)60 目的篩網(wǎng)后篩選后直接按一定的比例添加到新料中進(jìn)行回用，無(wú)需再次造粒使用。

2 注塑成型加工中遇到的問(wèn)題及解決辦法

PET 原料具有易結(jié)晶、易降解，成型收縮率大，工藝范圍窄的特點(diǎn)，只有掌握好PET 的工藝特性，才能更好的對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的注塑缺陷進(jìn)行有效的工藝調(diào)試，生產(chǎn)出高透、完美的制品，表2 為PET 透明盒體注塑常見注塑缺陷及解決辦法。

表2 PET 注塑常見缺陷及解決辦法

3 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)PET 產(chǎn)業(yè)發(fā)展正處于高速發(fā)展期，而該原料通過(guò)注塑工藝生產(chǎn)的制品用于飲料及酒包裝近幾年得到了快速的增長(zhǎng)。本文對(duì)PET 注塑成型技術(shù)的模具設(shè)計(jì)、注塑成型工藝參數(shù)設(shè)置，以及注塑成型過(guò)程中常見注塑缺陷及解決辦法等重點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)地介紹，希望通過(guò)對(duì)PET 注塑成型技術(shù)的深入研究、探討，推廣，對(duì)擴(kuò)大PET 的使用領(lǐng)域具有積極的作用，同時(shí)對(duì)PET 注塑成型的實(shí)踐生產(chǎn)具有指導(dǎo)作用。