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聚酯塑料PET瓶的开发与应用(上)

2007/8/10 15:04:24 人评论

    1950年,美国杜邦化学公司以“聚对苯二甲酸乙二(醇)酯”做原料,首次开发出一种合成纤维。聚对苯二甲酸乙二酯的俗称是“涤纶纤维”,代号为PET。目前市售的PET包装容器,主要是PET树脂经吹塑成型的塑料容器。它主要依赖于高粘度、高品位的瓶用级PET树脂的发展,以及双向拉伸吹塑技术的开发。双向拉伸吹塑PET瓶的实用化,至今不过20多年的历史,然而由于PET瓶优良的物理机械性能、良好的经济性以及对环保要求很好的适应性等众多的突出优点,已经成为包装容器领域中一个极其引人注目的新秀。目前在我国已形成年产数10亿只瓶的生产能力。    1 PET树脂的分子结构与物理特性    PET树脂的微观结构中的大分子链,是由多个对苯二甲酸乙二酯的链节重复而成,具有良好的规整性为其提供了较佳的结晶性能。其分子链比较刚硬(主链中存在有苯环),分子间的作用力较强(有较强的极性),赋予了PET树脂良好的刚性、强度和对非极性气体等物质的良好的阻隔性能。    PET树脂是一种典型的晶体型聚合物,但其结晶速度较慢。通过结晶处理,可以大幅度地调整PET制品的性能,以适应应用上的需要。与聚乙烯、聚丙烯等晶体性树脂相比,PET大分子链的刚性较大(存在有亚苯基结构),因而结晶速度要慢得多。    PET树脂本身具有良好的热稳定性,但是在有水分存在时,易产生降解。降解的结果会导致PET分子量明显下降,特性粘度与制品的机械强度亦相应地下降。因此必须在成型之前,尽可能地排除其含水量。一般认为含水率低于0.005%为宜,至少应在0.01%以下。    2 PET的吹塑成型容器    2.1 PET的双向拉伸吹塑    由于PET树脂在成型加工过程中经过拉伸处理,制品中的高分子产生了良好的定向排列,因此制品除了具有PET树脂所固有的一般优点之外,机械强度和许多物理性能均有明显地改善,从而表现出一系列优异的特性。    (1)机械强度高    双向拉伸PET瓶的机械强度,不仅高于PVC容器而且明显地高于直接挤出吹塑法生产的PET容器。    (2)物耗低、重量轻    由于双向拉伸PET瓶具有高的机械强度和优良的物理性能,它可以采用较薄的壁厚以降低消耗,从而降低PET瓶的成本,提高其经济上的竞争力,同时还有助于降低运输成本。    (3)耐化学药品性好    主要表现在耐油性、耐有机药品性、耐酸性等方面,此外它有适度的耐碱性。    (4)外观优良    双向拉伸PET瓶的透明性好,雾度低,具有玻璃般的透明性和光泽度;此外PET的着色性能好,可以制成使用上所需要的各式各样的颜色。    (5)卫生性能好    双向拉伸PET瓶已成为当今世界各国所普遍认可的、可用于包装食品、药物等商品,是一种可靠性高的无毒包装材料。    (6)废弃的双向拉伸PET瓶易于处理    主要有降解法制取树脂、回收造粒、焚烧回收热能等方法。    2.2 PET瓶的双向拉伸吹塑方法    PET双向拉伸吹塑有多种实用化的工业方法。就型坯的制造方法而论,可分为挤出法与注射法两类。而注射法中,又有一步法(热坯法)和二步法(冷坯法)之分。其对比如表1所示。但无论采用哪种成型方法,制造双向拉伸PET瓶都需要事先制成型坯,然后再在适当的条件下,进行拉伸吹塑,制得最终的产品。注射拉伸吹塑,其型坯是经过注射的方法制得的,尺寸精度比较容易控制,瓶口的密封性比较容易保证。故这种成型方法应用十分广泛,目前PET拉伸吹塑基本上均采用注射拉伸吹塑。    PET的拉伸吹塑,主要包括型坯注射成型、型坯再加热、拉伸吹塑等3个基本部序。现分别简要介绍如下:  表1  热坯法与冷坯法对比项目项目成型方法 热坯法冷坯法生产运作的特点注、拉、吹的过程在一部机器上进行,能耗较小,不易控制。制备型坯和拉伸吹塑过程在两部独立的机器上完成,能耗相对高。型坯的运送状况内部一次完成,不需要在线外运送,减少型坯的污染和损坏。需要不同的设备,各自生产,甚至要外购。存在损坏和污染的情况。设备的维修与投资设备一次性投资大,维修相对困难。大幅度减少一次性的投资,易于维修。    (1)型坯注射     注射高透明、壁厚均匀性佳的型坯,是制得优良的PET拉伸吹塑瓶必不可少的条件。PET树脂中水分的存在,对于PET的成型加工具有很大的危害,因此应事先对制备注射型坯的PET物料进行干燥处理。为防止己干燥好的PET在注射成型过程中吸收空气中的水蒸气,注射机一般都配用干燥料斗。      PET树脂的熔点在260℃左右,分解温度在290℃以上,料筒和流道的温度可在260-290℃左右这一广阔的温度范围内选定。适当地提高料温有利于改善型坯的透明度;但高温注射时,型坯中的乙醛含量有增大的趋势,对此必须予以必要的重视。     (2)型坯的再加热     二步法注射拉伸吹塑,需将型坯从注射模中取出,使它冷却到室温。一般还需要24小时以上的停放,使型坯达到热平衡。在拉伸吹塑前,将瓶坯加热到拉伸吹塑的温度。     再加热过程一般在恒温箱中进行。恒温箱采用远红外或者石英加热器加热,也可采用射频加热。瓶坯不需要加热的颈部采用隔热屏加以保护。比较理想的方式是使型坯在烘箱中移动的同时不断地旋转,以利于均匀地加热。     经过再加热的型坯还需要经过“温度调节处理”。其必要性在于刚加热的型坯沿着厚度方向(径向)的温度分布是不均匀的,刚加热以后,型坯的温度分布对于拉伸吹塑的加工是不利的。因此需要一个温度调节处理过程。所谓“温度调节处理”,就是使加热完了的型坯的外壁与冷空气接触,得到调节冷却。温度调节处理的时间因加热历程不同而异,一般在10余秒至半分钟左右,最后得到温度约为100℃且温度分布比较平缓的再加热型坯。     (3)拉伸吹塑     拉伸吹塑可先行拉伸后再吹塑,也可同时进行拉伸与吹塑。拉伸吹塑采用的压缩空气的压力较普通吹塑的压力要大,一般在2MPa以上。PET的拉伸吹塑通常在纵向的拉伸倍率小,横向的拉伸(吹瓶)倍率较大。大的拉伸倍率有利于提高PET的物理机械性能,但是过高的拉伸倍率则可能导致内部出现细微的裂纹,呈现外观泛白的现象,同时引起强度的下降。在生产中以控制横向拉伸倍率不超过5,纵向拉伸倍率不超过2.5为宜。

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