新型全塑桶及钢塑复合桶研究

杨文亮

进入新世纪以来，尤其是我国加入WTO后，制桶行业迎来了新的发展机遇。主要是钢桶的新产品层出不穷，许多国外的标准钢桶也开始在我国投入生产和使用，近年来出现的全塑桶及钢塑复合桶来势较猛，对钢桶市场的冲击不算小。

最近，又有企业从台湾引进的生产 200升塑料桶大型设备正式投产了。目前，蓝色外观的200升钢桶模样的塑料桶，已在大大小小的化工企业里经常可以看到，传统的钢桶似乎越来越少了，这种工业名称为双L环闭全塑料桶的产品在国内从无到有，从有到成熟，经历了八年风雨坎坷的历程，如今已成为新的流行趋势。

近年来钢塑复合桶在国内发展最为迅猛，目前已有三家企业在生产。这种内容器为塑料，外容器为钢的复合桶深为出口商欢迎，它们多用于包装蕃茄酱、果酱及化工原料割等产品，复合桶具有聚乙烯容器优良的耐化学药品性及钢桶的高强度保护功能，是化工、食 品等领域使用较为广泛的高级包装容器。

不论是全塑桶还是钢塑复合桶，其主要的生产环节就是塑料桶的制造，它又与普通的塑料容器不同，不论是工艺、技术、设备还是原料都非常复杂，目前国内生产企业采用的都是进口设备，有的原料也需要进口，其实这些技术和设备我国是有能力自己解决的，只是我们的步子晚了一步罢了。

全塑桶和钢塑复合桶的内容器主要是采用聚乙烯为原料，吹塑加工而成。与其它塑料相比，聚乙烯有如下主要特点：(1)容积跨度范围很大，从几立方厘米的小瓶到 10 立方米的大型贮槽均有工业化生产；(2)使用温度范围广，可在 - 40℃～80℃的范围内使用；(3)耐多种化学品，综合物理机械性能优越，应用领域十分广阔。

聚乙烯吹塑成型有挤出吹塑和注射吹塑两种方法，其中以挤出吹塑为主。在挤出吹塑中直接挤出吹塑用于生产中、小型聚乙烯桶；贮料缸式挤出吹塑用于生产大型及特大型桶。

聚乙烯桶的吹塑成型匹配

品质优良的型坯是吹塑成功的先决条件。要通过固定于垂直方向上的环型模头经高速挤出，制得良好的型坯，掌握聚乙烯熔体流动的基本特性是必要的。型坯挤出过程中常遇到的问题有造鱼皮、沪熔体破裂以及型坯下淌等。型坯品质的好坏与所选用的聚乙烯料的分子量、分子量分布以及分子结构均有很大的关系，同时也受成型条件的影响。

和许多热塑性塑料一样，聚乙烯熔体是非牛顿液体，流动时其剪切速度D与剪切应力T之间的关系为： D = KTn
式中，n为非牛顿指数，与聚乙烯的分子量有关。倘若分子量分布宽，非牛顿性增大，n值变大，吹塑时流动性改善，因此亦可通过测定n值推测吹塑成型时的流动性能。

当提高剪切力时，达到某一剪切应力值以上，聚乙烯的流动会变得极不稳定，导致挤出坯管表面毛糙，出现重鱼皮现象，直到引起坯管不规则畸变之类的整个熔体破裂。熔体破裂开始出现的剪切速度、剪切力，我们分别称之为临界剪切速度与临界剪切应力，临界剪切速度与临界剪切应力随聚乙烯分子量的增加而 降低。

鲨鱼皮现象是基于聚乙烯熔体与模头间的滑动粘附而产生的细微的凹凸皮面。分子量愈小 (熔融指数愈大)，分子量分布愈宽 (公式中的n值愈大)，愈不易产生鲨鱼皮现象。挤出速度低，亦有助于克服重鱼皮现象的产生。但倘若温度过低， 即使挤出速度很低，仍可能产生鳖鱼皮现象。

型坯的离模膨胀与下淌均与熔体的弹性有关。挤出吹塑用聚乙烯希望在低剪切速度下有较高的弹性，在高剪切速度下有较大的流动性。聚乙烯分子量增大，熔体弹性增大，离模膨胀增大，坯管下淌减小。分子量分布宽，对于改善低剪切 速度下的熔体的弹性效果不大，而长支链对提高 低剪切速度下的熔体粘度效果较大，有助于防止下淌，故相对来说，LDPE不易产生坯管的下淌。

聚乙烯桶的吹塑成型条件及其对产品性能的影晌

1、成型温度

实用的聚乙烯吹塑成型温度随聚乙烯的不同而不同，通常HDPE为170～210℃，LDPE 为 150～190℃。

吹塑大型桶一般采用较低的温度，而吹塑小型桶一般采用较高的温度，但需注意倘若成型温度过低，容易产生坯管渲鱼皮现象或者熔体破裂，温度过高则会出现坯管下淌，导致桶壁明显不均。

2、挤出速度

过度提高挤出速度和降低成型温度一样，容易引起坯管产生鳖鱼皮及熔体破裂，同时产生较大的离模膨胀，型坯壁增厚，导致产品重量增加，因此提高挤出速度应以不产生盗鱼皮和熔体破裂为前提，同时往往还需要调节模头芯棒与调节坯间的距离以维持产品的重量在标准范围之内。

3、壁厚调节

壁厚调节包括周向壁厚调节与纵向壁厚调节。一般通过调节螺丝移动调节圈在水平面上的位置，使坯管壁厚趋于均匀，坯管不产生弯曲，平行向下移动。纵向调节由型坯壁厚程序控制系统来完成。在型坯挤出过程中，按预置程序，通过伺服阀驱动液压缸，使模头的芯棒上下移动以调节口模间隙，从而调节坯管壁厚的纵向分布。通过对挤出坯管的周向、纵向壁厚调节，即可实现对聚乙烯吹塑容器的壁厚控制。

4、模具温度

模具温度对聚乙烯吹塑桶的外观、成型收缩率及强度均有影响。此外，模具温度还影响吹塑成型的周期。

模具温度高，聚乙烯吹塑桶的外观改善，但尺寸稳定性下降，机械强度 (特别是抗击强度)下降，生产周期延长，生产效率下降。模具温度过高，还可能产生产品在截坯夹断部过薄的弊病，因此适当降低模具的温度是有利的。但模具温度过低也会出现一些问题，如闭模时型坯与模具接触部分急剧冷却，型坯达到产品设计形状之前已难于延伸，从而导致产品的厚度不均。

5、吹塑空气压力

聚乙烯吹塑时气压的大小因原料不同而异，LDPE的吹塑压力一般取 0.2～0.4MPa，HDPE的吹塑压力一般取0.4～ 0. 7MPa。
适当提高吹塑压力有助于产品与模腔壁之间的接触，提高冷却效率，冷却定型效果改善且有助于缩短成型周期，但过大的吹塑压力会增大闭模装置的负担，对成型设备提出更高的要求。

聚乙烯桶吹塑成型时的常见问题及其解决办法

（一）型坯（坯管）成型

1、表面粗糙

(1)鲨鱼皮及熔体波动。产生原因是模头端部的树脂熔融体超过某一剪切速度。常见于低温高速成型。克服鲨鱼皮、熔体波动的办法是升高温度，降低熔体粘度或减小挤出量，扩大模头流道间隙，降低剪切速度，还可以通过选择树脂的途径予以改善。

(2)表面条纹。表面条纹亦称口模印，是由于树脂与流道擦伤或异物、烧焦物附着于口模处而引起。首先应充分清洁模具，同时当树脂温度过高时，产品中的口模印更明显，因此还有必要对成型温度进行调节。

(3)熔接线。由树脂合流状态不良引起，如模头流道结构不良、合流处树脂未充分均化、合流处树脂停留致老化等都会引起熔接线。为消除熔接线，有效的解决方法是校正十字模头的流道，消除滞流，使合流处均化。另外树脂温度过高，也易产生熔接线，故调节设定温度也常作为一项对策加以考虑。

2、壁厚不均匀

型坯壁厚不均匀，会引起型坯弯曲，吹气时产生穿孔，另外还会导致产品强度下降。型坯壁厚不均匀，除调节环未调好的原因之外，也可能是电热元件安装不好或者电线断线造成的温度不均匀引起，需对其进行相应的调整。本来不大的壁厚不均匀会因温度过高而扩大，因此需要注意不可过度升温。

对于扁平及其它异形形状，往往不能通过普通壁厚调节环调至壁厚均匀，应使用扁平模头或者削去模头的一部分的修整方法调整壁厚均匀性，这常常是有效的。

3、下淌

树脂温度过高是发生熔体下淌的主要原因，但也有选用的聚乙烯熔融指数过高、熔体张力不足的情况，这时宜改用适当的树脂。除调节温度及采用适当原料之外，消除下淌的对策还有提高挤出速度、缩短闭模时间等。使用壁厚控制器，对于防止因下淌引起的壁厚不均，控制纵向壁厚分布均匀是十分有效的。

(二)闭模截坯口

温度偏高或者温度偏低都得不到足够的截坯口熔合强度，因此设定适当的树脂温度是很必要的。

截坯口的熔合强度也受夹断线的形状和夹断速度的影响。截坯口刃的角度和刃的厚度适当加大，截坯口处的熔融树脂在产品内侧隆起，有助于消除截坯口处的缩孔，增加截坯口处的强度。截坯口部位的结构因型坯璧厚不同而多少有些不同，还需与树脂和成型条件相适应。但大型桶因下落时截坯口部位易破损，在截坯口处有充分的熔合时间，在即将完成闭模时减慢速度是有效的。通过改变减速位置 (减速时间) ，可以改善截坯口处的强度。

(三)吹塑与冷却

1、表面粗糙

型坯与模具未紧密接触，产品表面出现豆斑，同时还会引起合模线凹下、变薄，产品外观恶化，原因是在型坯和模具之间的空气未排净。由于空气的存在，型坯和模型之间封入的局部空气导致型坯缓慢冷却的部分受其拉伸变薄。合模线部分变薄，还会成为产品落体强度下降的一个原因。解决上述缺陷的对策，一是模腔表面喷砂糙化以利空气排出，二是合模面设计充分的排气结构。

2、倒角部位壁厚均匀不佳

对于有倒角的吹塑桶，倒角处的壁厚总是最薄处，这是由于当吹入空气之后，型坯开始膨胀，但与模具表面接触后，型坯则基本上停止膨胀，倒角处型坯与模腔接触的时间最晚，膨胀时间最长，膨胀最大，因而该处壁厚最薄。为改善容器壁厚的均匀性，最有效的措施是加大外观及实际使用允许的情况下，应尽可能地选用大的倒角半径。

3、合模线明显

模具加工质量不好引起分型面错动、导向杆错位、闭模力不足等均是合模线出现的原因。进行相应的修整，常能消除合模线。此外前面提到的排气不良也可能呈现合模线，这时应从排气的途径加以解决。

4、底部膨胀，容器自立性差

当容器底部冷却不充分时，成型器取出之后，底部会膨胀，从而导致容器自立性差的缺陷。消除该缺陷的办法是使用冷却机强化模具冷却。

5、收缩率大

当冷却不充分时，容器离模后会产生后 结晶，使收缩增大。吹塑压力不足时，型坯变形时也可能使收缩增大。因此当发现收缩过大时，应从充分冷却、适当增加吹塑压力和消除型坯变型等途径着手加以解决。

(四)其它问题

1、型坯回卷

解决型坯回卷的办法有降低挤出速度、增大模头口模间隙、提高拳侧模头或者芯棒的温度。

2、离模膨胀过小

解决离模膨胀过小的办法有降低温度、防止型坯下淌、增大模头尺寸。

3、型坯中有气泡

解决型坯中有气泡的办法有干燥树脂、加入分流板、过滤网、使用压缩比大的螺杆、延缓熔点起点。

4、出现“鱼眼”

解决“鱼眼”的办法有改善提炼效果、采用细的过滤网、清洁挤出机与模头、更换聚乙烯原料。

5、产品光泽不足

解决产品光泽不足的办法有升高树脂温度、升高模具温度和模唇处热圈。