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| 藥用PET塑料瓶模具加工技術(shù)（一） |
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| 來(lái)源：中華包裝瓶網(wǎng) 編輯：zynljh 發(fā)表時(shí)間：2007/11/26 19:54:28 |
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聚酯塑料瓶(PET)是當前最主要的包裝容器之一，主要用于藥品、碳酸飲料的包裝，還可用于酒類(lèi)、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，聚酯瓶具有多種優(yōu)點(diǎn)。首先，聚酯瓶質(zhì)量輕、成型容易且瓶體牢固。強度和彈性明顯高于其它塑料材料，可以承受相當大的沖擊力而不破損，最適合作為壁薄、質(zhì)輕、強度高的藥品包裝瓶。PET瓶在我國上世紀80年代初問(wèn)世后，便以銳不可當的勢頭迅速發(fā)展。短短的二十幾年時(shí)間便成為全球最主要的液體及固體包裝容器。在藥品包裝領(lǐng)域的應用中，在裝藥容積相同的情況下，PET瓶重量只相當于玻璃瓶的1／10左右；同樣直徑的包裝瓶，PET瓶的容量是玻璃瓶的1.5倍。用PET原料可以制作透明或不透明棕色的瓶體。其次，藥用PET瓶具有良好的氣體阻隔性。在常用的塑料材料中，PET瓶阻隔水汽、氧氣性能最為優(yōu)良，可完全滿(mǎn)足藥品包裝的特殊存儲要求。PET具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性能，能用于除強堿和部分有機溶劑外的所有物品的包裝。第三，PET樹(shù)脂的回收利用率高于其它塑料，作為廢棄物燃燒處理時(shí)，由于它的燃燒熱卡值低而易燃，而且不產(chǎn)生有害氣體。第四，用PET制造的食品包裝符合食品衛生要求，因為PET樹(shù)脂不僅是一種無(wú)害樹(shù)脂，而且還是一種沒(méi)有任何添加劑的純粹樹(shù)脂，通過(guò)了包括美國、歐洲和日本在內的相當嚴格的食品衛生法的檢驗，被認為是一種合格并安全的藥品和食品包裝材料。這些優(yōu)點(diǎn)使聚酯瓶成為塑料中的佼佼者。目前，全世界聚酯產(chǎn)量正以?xún)晌粩档乃俾试鲩L(cháng)。以聚酯為主要原料制成的藥用塑料瓶無(wú)論從外觀(guān)、光澤，還是理化性能和質(zhì)量保證方面都是目前最理想的包裝產(chǎn)品之一。
藥用聚酯瓶的加工技術(shù)
1、藥用聚酯原料的特性
用于瓶體吹塑的聚酯(PET)原料為飽合線(xiàn)性熱塑性聚酯，主要應用性能指標為：特性粘度(IV)應控制在70～85ml/g，使吹塑瓶具有較高的機械強度與透明性；用于容積大(大于2升)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?jì)?yōu)先選用較高的特性粘度指標的材料生產(chǎn)為宜。由于原材料品種的選用正確與否，關(guān)系到生產(chǎn)過(guò)程成型工藝參數的選取和瓶體質(zhì)量狀況的優(yōu)劣。因此，在生產(chǎn)藥用PET瓶時(shí)，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，只為6μm／min(max)。即通過(guò)工藝控制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，并可改變晶體類(lèi)型與數量。聚酯要求的結晶度一般在30％左右。在稍高于玻璃化溫度或稍低于熔點(diǎn)的溫度下，聚酯的結晶速率很小，結晶需要很長(cháng)時(shí)間，在175℃左右的溫度下，結晶時(shí)間要短得多�？傊�，僅通過(guò)加熱來(lái)使聚酯結晶，其結晶過(guò)程較慢，有可能形成晶粒較大的球晶，這會(huì )折射光線(xiàn)，使制品呈白色，且脆性大。此外，聚酯的結晶速率隨其Ⅳ的提高而降低。取向可使聚酯分子有序排列，促進(jìn)結晶，所形成的晶體稱(chēng)為應變誘導晶體，其晶粒很小，不會(huì )折射光線(xiàn)，故取向聚酯制品為透明的。若對取向部分結晶的聚酯試樣作熱定形處理，使之進(jìn)一步結晶，試樣仍為透明的。所以，結晶與取向是影響拉伸吹塑聚酯瓶成型過(guò)程中保證性能的關(guān)鍵因素。若對瓶體進(jìn)行熱灌裝并用巴式消毒處理，還需要對部分結晶的聚酯作熱定形處理，使之進(jìn)一步結晶以提高耐熱性。
2、聚酯材料的去濕與干燥
由于加工聚酯時(shí)，其中所含的水分會(huì )在水解過(guò)程中與聚酯熔體發(fā)生化學(xué)反應而快速消耗，即水分在制品中產(chǎn)生氣泡。水解會(huì )降低聚酯熔體的特性粘度，也影響制品的機械強度與性能，而聚酯原材料是吸濕性聚合物，故加工前應經(jīng)嚴格干燥，使其剩余濕氣含量小于0.005％。聚酯原料要采用去濕干燥系統來(lái)干燥。由于干燥裝置提供的干燥熱空氣從料斗底部進(jìn)入原料中，吸收原料所含的濕氣后返回干燥裝置。為延長(cháng)干燥裝置中去濕床的壽命，保持其效率，要使出自料斗的濕空氣經(jīng)過(guò)后冷卻裝置(可采用循環(huán)水冷卻)，使空氣溫度低于65℃。要對后冷卻裝置進(jìn)行恒溫控制，以防止溫度過(guò)高的空氣進(jìn)入去濕床。經(jīng)冷卻的空氣通過(guò)過(guò)濾器，以除去空氣中的微粒�？諝庥扇翊渤駳�，最后經(jīng)過(guò)加熱器加熱后再次返回干燥料斗。于燥器干燥原料的條件：干燥溫度為140℃～180℃，空氣露點(diǎn)為－40℃，空氣量為0.06立方米／min(kg.h)。干燥時(shí)間為4h。掌握好以上條件應注意：(1)當空氣量取值高于0.06立方米／min(kg.h)時(shí)可拓寬操作范圍，降低干燥溫度，能耗會(huì )過(guò)高。(2)保證干燥露點(diǎn)盡可能低是很重要的，但露點(diǎn)低至－10℃時(shí)也不會(huì )有問(wèn)題；但應嚴格監測空氣露點(diǎn)，發(fā)現過(guò)高時(shí)，應及時(shí)降低。(3)干燥溫度是一個(gè)關(guān)鍵的參數，可通過(guò)在多種溫度下干燥并測量型坯的特性粘度來(lái)確定最佳的干燥溫度，一般為150℃～163℃。停機時(shí)，干燥溫度應降至120℃左右。(4)干燥時(shí)間加長(cháng)會(huì )降低聚酯原料的特性粘度，合理掌握干燥溫度成為關(guān)鍵參數，溫度小幅提高就會(huì )導致聚酯的特性粘度有較大的降低，因此干燥時(shí)間應盡可能短些，以拓寬操作范圍。在干燥過(guò)程中，由于聚酯的干燥溫度高，設備的料斗應具有良好的隔熱性能并采用玻璃纖維作隔熱層，應避免干燥的聚酯原料與外界空氣的接觸，因為聚酯原料會(huì )快速地吸收空氣中的濕氣。例如，完全干燥的聚酯原料與相對濕度為35％～40％的空氣接觸12min后，含濕量即達到0.005％。
藥用聚酯瓶的成型方法
聚酯瓶的成型方法有擠出吹塑與注射吹塑兩種工藝。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臺機器上依次完成。兩步法則采用擠出或注射成型型坯，并使型坯冷卻至室溫，成為半成品，然后將型坯再加熱并在拉伸吹塑機中成為瓶體。即型坯的成型、拉伸與吹塑分別在兩臺機器上完成。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。而注塑型坯模主要由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(guān)鍵。因此，需要將模具型坯尺寸參數結合成型工藝進(jìn)行合理選取。1、PET瓶高度與其頸部螺紋直徑的比值可確定型坯與芯棒的長(cháng)徑比(L／D)
芯棒長(cháng)徑比一般取值原則是不超過(guò)10：1。這是因為在型坯模具中芯棒為懸臂梁，且在充模時(shí)受高注射壓力的作用。長(cháng)徑比選值較大時(shí)，其芯棒彎曲較大，容易造成型坯、壁厚分布不均勻。但是，通過(guò)程序來(lái)控制熔體的充模速度或在充模過(guò)程中用滑動(dòng)頂針暫時(shí)固定芯棒頭端以使芯棒對中，此時(shí)芯棒的長(cháng)徑比可取大值。型坯高度是參考瓶體的高度乘以高度系數所得，一般為瓶體高度的92％～95％。為保證瓶體有好的透明度，熔體充入型坯模后，要快速將溫度降至145℃以下，但要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℃，為了快速冷卻型坯，還要采取液體或氣體對芯棒連續進(jìn)行內冷卻，其中冷氣可使芯棒有更一致的溫度分布，其空氣壓力一般在1MPa左右。
2、型坯注射時(shí)的熔體溫度
熔體溫度是PET型坯成型要注意的重要參數之一。從設備方面考慮，螺桿設計對PET熔融、混合均勻與熔體溫度有較大影響。PET注射要采用低剪切、低壓縮比(約2／1)的螺桿，進(jìn)料段取得長(cháng)些，過(guò)渡段與計量段取得短些。設備的機筒溫度對熔體溫度影響較大，提高機筒溫度會(huì )降低PET熔體的特性粘度。機筒溫度對型坯透明度有明顯影響，提高機筒溫度可改善型坯的透明度。例如當機筒溫度為280℃時(shí)，對應的熔體溫度為290℃，可保證型坯有最佳的透明度。而機筒溫度進(jìn)一步提高并不能改善透明度。機筒溫度較低時(shí)，適當提高螺桿轉速以霹澆口溫度，可小量地改善型坯的透明度。但由于熔體通過(guò)熱流道系統的時(shí)間較短，其溫度對型坯透明度改善的程度較小。提高注射壓力，即注射速率時(shí)，熔體通過(guò)噴嘴時(shí)會(huì )產(chǎn)生較高的剪切熱，明顯提高熔體溫度，使機筒溫度較低時(shí)就可成型透明型坯。保壓壓力較高時(shí)，會(huì )提高型坯模具內熔體冷卻時(shí)的結晶速率，降低型坯的透明度，尤其是在機筒溫度較低時(shí)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，對某一給定的聚酯樹(shù)脂與成型設備，可以這樣來(lái)確定合適的熔體溫度：先逐漸降低溫度，至型坯開(kāi)始出現霧狀，然后提高溫度，剛好達到成型透明型坯的溫度，成為合適的熔體溫度。
注射吹塑的瓶坯(即聚酯瓶樹(shù)脂)中含有乙醛，會(huì )使被包裝的藥品，尤其是液體藥品容易產(chǎn)生化學(xué)反應。所以，對瓶坯乙醛含量須加以控制，一般要求小于10ppm。降低瓶坯乙醛含量是聚酯瓶生產(chǎn)工藝優(yōu)質(zhì)化的一項重要課題，型坯的乙醛含量與熔體的溫度及停留時(shí)間有關(guān)。熔體溫度低于265℃時(shí)，乙醛含量與時(shí)間成線(xiàn)性關(guān)系；熔體溫度高于265℃時(shí)，兩者成指數關(guān)系。由于型坯中乙醛含量與機筒溫度成線(xiàn)性增加，支管與澆口溫度的提高也會(huì )少量地增加乙醛含量，但提高流道溫度時(shí)乙醛含量的增加幅度較小，這是因為熔體通過(guò)熱流道系統的時(shí)間要比其在機筒內停留的時(shí)間短。設備的螺桿轉速在較低值下增加對型坯中的乙醛含量沒(méi)有影響，但轉速進(jìn)一步提高時(shí)，產(chǎn)生的剪切熱會(huì )提高熔體溫度，增加乙醛含量。增加背壓會(huì )提高熔體溫度，從而增加乙醛含量，因此在保證聚酯原料塑化均勻的前提下，要盡可能降低背壓。注射壓力增加時(shí)要提高熔體溫度，但因熔體通過(guò)噴嘴的時(shí)間較短，這樣乙醛含量只有少量的增加，而保壓壓力與型坯模具溫度對乙醛含量沒(méi)有影響。 | |
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