PET瓶注拉吹技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著食品（包括飲料）及醫(yī)療產(chǎn)品等對包裝瓶的大量需求，極大地帶動了PET注拉吹設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展，而啤酒和果汁等對長貨架期的要求，則大大促進(jìn)了PET瓶阻滲技術(shù)的提高。

塑料拉伸吹塑又稱雙軸取向吹塑，是一類在聚合物的高彈態(tài)下通過機(jī)械方法（拉伸桿或拉伸夾具）軸向拉伸型胚、用壓縮空氣徑向吹脹（拉伸）型胚以成型包裝容器的方法。按型胚的成型方法分，拉伸吹塑有注射拉伸吹塑和擠出拉伸吹塑兩種。若按工序來分，拉伸吹塑又可分成一步法和兩步法兩種。在一步法中，型胚的成型、冷卻、加熱、拉伸和吹脹以及瓶子的取出均在一臺機(jī)械上依次完成；兩步法則先成型出型胚，并使之冷卻至室溫，成為半成品，過后再把型胚送入經(jīng)加熱的拉伸吹塑機(jī)械中，成型為瓶子，即型胚的成型及其拉伸與吹脹分別在兩臺機(jī)械上進(jìn)行。

拉伸吹塑成型可使聚合物分子鏈沿軸向和周向排列，從而使制品的機(jī)械性能、阻滲性能、光學(xué)性能和耐化學(xué)藥品性得到提高。目前應(yīng)用于拉伸吹塑成型的塑料主要有PET、PVC、PP、PAN這四種，而其中的PET則主要是通過注射拉伸吹塑的方法（包括一步法和兩步法）成型為瓶，以用于液體的包裝。



PET注拉吹技術(shù)和設(shè)備

注射拉伸吹塑的PET瓶在1976年開始工業(yè)化，這是塑料瓶用于碳酸飲料行業(yè)的真正開端。PET注拉吹瓶的市場發(fā)展迅速，使得PET成為當(dāng)今應(yīng)用于吹塑的第二大聚合物。PET瓶的容積小至50mL、大至30L，其形狀有圓形、橢圓形和方形。PET瓶主要用于包裝碳酸飲料，還可包裝酒類飲料（啤酒、葡萄酒）、果汁、礦泉水、食用油、調(diào)味品（醬油、果醬、醋）、藥品（眼藥水、糖漿）、化妝品、農(nóng)藥及洗滌劑等。

1、PET的特性與干燥

用于吹塑的PET為飽和線性熱塑性聚酯，它的最大用途之所以是碳酸飲料包裝瓶，是因為它的阻CO2、O2和水蒸汽滲透的性能高，強(qiáng)度、耐沖擊性、耐化學(xué)藥品性和耐壓性高，透明度和光澤度很好，外觀性能良好以及純度高。

吹塑級PET的特性粘度(IV)較高(70～85ml/g)，這是為了使吹塑瓶能夠有較高的機(jī)械性能和透明度。一般來說，IV為70~75ml/g的PET適于拉伸吹塑容積較大（2L以上）的瓶子，而小容積瓶則優(yōu)先選用高IV的PET。

結(jié)晶和取向是影響拉伸吹塑PET瓶的成型過程和性能的關(guān)鍵要素。PET是一種可結(jié)晶的聚合物，其結(jié)晶度一般為0%~30%，但結(jié)晶速率很小。取向可使PET分子有序排列，從而促進(jìn)了晶體的形成，這種晶體被稱為應(yīng)變誘導(dǎo)晶體。由于晶粒很小，不會折射光線，因此經(jīng)取向的PET瓶為透明的。

由于PET是吸濕性聚合物，在加工時，其內(nèi)部所含的水分會在水降解過程中與PET熔體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而快速消耗，這會大大降低PET熔體的IV，從而使制品的機(jī)械性能下降。因而PET在加工前必須經(jīng)過嚴(yán)格干燥，以使其剩余濕氣含量小于0.005%。推薦的干燥條件為：干燥溫度150℃~163℃，空氣露點為-40℃，空氣量為0.06m3/min/kg·h，干燥時間為4h。根據(jù)經(jīng)驗，干燥的溫度較低、時間較短，有助于減少乙醛的生成。另外，應(yīng)避免已干燥過的PET與外界空氣接觸，因為PET會快速地吸收空氣中的濕氣，例如，完全干燥的PET與相對濕度為35%~40%的空氣接觸12min后，含濕量即可達(dá)到0.005%。

2、PET的注射拉伸吹塑

1、瓶胚的注塑

成型透明度高、乙醛含量低的瓶胚是注拉吹透明PET瓶最重要的步驟。

● 熔體溫度

熔體溫度是PET瓶胚成型要考慮的一個重要參數(shù)，其選取要適當(dāng)，以保證瓶胚的透明度，同時又能控制乙醛的產(chǎn)生。在實際生產(chǎn)中，對某一給定的PET樹脂和成型設(shè)備，可采用這樣的步驟來確定合適的熔體溫度：先逐漸降低溫度，至瓶胚開始出現(xiàn)霧狀，然后再提高溫度，剛好能成型出透明瓶胚時的溫度即為合適的熔體溫度。一般來說，PET熔體的溫度應(yīng)選取280℃。

提高注射速率、降低機(jī)筒溫度有利于成型出透明度高、乙醛含量低的瓶胚。在充模的初始短時間內(nèi)應(yīng)采用高注射壓力，以穩(wěn)定充模過程，然后以低壓力注射，可取得較好的效果。
注塑機(jī)的螺桿設(shè)計對PET的熔融、混煉均勻性與熔體溫度有較大影響。PET瓶胚的注塑要采用低剪切、低壓縮比（約2∶1）的螺桿，進(jìn)料段應(yīng)取得長些，過渡段與計量段則要取得短些。

● 熱流道系統(tǒng)

設(shè)計熱流道時要考慮溫度控制與流動均衡等問題。流動均衡是指熔體必須以相同的流率、壓力降和時間均勻地充滿各個型腔。為此，模具型腔應(yīng)對稱布置，流動和充模噴嘴的直徑由中間往兩邊依次地適當(dāng)增加。

噴嘴在熔體充模時，因與低溫的瓶胚模具緊貼會導(dǎo)致熔體的溫度降低，從而影響型胚底部的透明性。為了避免該情況的發(fā)生，應(yīng)在噴嘴周圍設(shè)置加熱圈，或設(shè)法在噴嘴與模具之間采取適當(dāng)?shù)母魺岽胧?。另外，適當(dāng)?shù)丶哟罅鞯篮蜐部诘闹睆?，也可提高型胚底部的透明度?

● 型胚模具的冷卻

由于PET的結(jié)晶速率很小，因此使熔體快速冷卻，迅速通過結(jié)晶溫度區(qū)，可得到透明的瓶胚。例如，把285℃的PET熔體快速冷卻至77℃~80℃，可使結(jié)晶度小于5%。而緩慢冷卻熔體所得到的瓶胚是不透明的。

為了使溫度高的PET熔體在短時間內(nèi)冷卻固化，要求瓶胚模具有較高的冷卻能力，這可以通過冷卻水來調(diào)節(jié)。當(dāng)瓶胚的壁厚小于4mm時，模具的冷卻水溫應(yīng)選取10℃~15℃，此時可得到透明瓶胚；而對于壁厚大于4mm的瓶胚，水溫則要低至2℃~5℃。但模溫過低，有時會因冷凝作用而在模腔或芯棒上形成水珠，從而影響成型性能和瓶胚性能。

2、瓶胚的再加熱和溫度調(diào)節(jié)

在PET瓶胚的再加熱過程中，瓶胚被送入拉伸吹塑機(jī)械中，使其在烘箱內(nèi)做連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以將其均勻地加熱。瓶胚在被再加熱后，沿其壁厚方向的溫度分布通常是不均勻的，即外壁溫度較高，內(nèi)壁溫度較低，這對瓶胚的拉伸和吹塑是不利的，會使瓶壁內(nèi)出現(xiàn)球晶、空隙或脫層面等缺陷，從而影響瓶子的性能，特別是明顯降低了瓶子的阻滲性能。為此，在拉伸、吹塑瓶胚前應(yīng)調(diào)節(jié)瓶胚在壁厚方向的溫度分布，即通過瓶胚壁內(nèi)的導(dǎo)熱作用，使積聚在靠近外壁的熱量傳至內(nèi)壁，同時外壁因與外界空氣接觸而得到適當(dāng)冷卻，這種調(diào)節(jié)可保證瓶胚在壁厚方向具有較為均勻的溫度分布。此外，瓶胚內(nèi)壁的周向拉伸比要比外壁的大，如用于拉伸吹塑1.5L PET瓶（瓶體外徑為85mm）的瓶胚體的內(nèi)、外徑分別為18 mm和26mm，造成其內(nèi)、外壁的周向拉伸比分別為4.7∶1與3.3∶1。為了有利于拉伸吹塑，瓶胚的內(nèi)壁溫度應(yīng)比外壁高些。

一步注拉吹也要對瓶胚作調(diào)溫處理，但是與兩步注拉吹相比，其瓶胚的調(diào)溫較容易一些，因為一步法的瓶胚經(jīng)模具冷卻后，其厚度方向具有較為對稱的溫度分布。

3、瓶胚的拉伸吹塑

PET瓶胚要在適當(dāng)?shù)臏囟?、拉伸比下拉伸、吹脹。對要承受?nèi)壓的PET瓶（如碳酸飲料瓶），總拉伸比應(yīng)選取10∶1或更大些，其中，周向拉伸比取(4~7)∶1，軸向拉伸比取(1.4~2.6)∶1。拉伸比過大會使瓶子出現(xiàn)應(yīng)力發(fā)白的現(xiàn)象。
若把瓶胚的取向溫度定低了，由于要明顯提高拉伸應(yīng)力，會使PET瓶出現(xiàn)應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象；而把取向溫度定高了，則會使瓶子出現(xiàn)結(jié)晶霧狀。PET可在88℃~115℃下取向，但為了獲得透明性高的瓶子，取向溫度范圍應(yīng)定得窄一些。有研究表明，PET的最佳取向溫度約為105℃，而有的研究則認(rèn)為是95℃。
對瓶胚的吹脹可采用單級壓縮空氣，氣壓約為2MPa，也可采用雙級壓縮空氣，即先注入低壓(1.0 ~1.5MPa)空氣，在瓶胚被吹脹得與模腔接觸后，再注入高壓(2.5~3.0MPa，有的達(dá)4MPa)空氣，使瓶子與模腔緊密接觸而快速冷卻定型。拉伸吹塑模具的溫度一般應(yīng)取得低一些(3℃~10℃)，這樣有助于縮短成型周期。而有時為了提高瓶子的耐熱性能，可把模具溫度取高些(80℃~105℃)，以對瓶子做熱定型處理。

PET注拉吹技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

近年來，PET注拉吹技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在提高產(chǎn)量、拓寬適應(yīng)范圍、改善容器性能和減小瓶子壁厚等方面。例如，目前PET瓶（容積0.5L）拉伸吹塑的最高產(chǎn)量已高達(dá)60000~65000個/小時。為了適應(yīng)再加熱拉伸吹塑設(shè)備產(chǎn)量的提高，瓶胚注塑機(jī)制造廠家一直在設(shè)法增加瓶胚模具的模腔數(shù)量。單層PET瓶胚的注塑模具的模腔數(shù)在4年前就已達(dá)到了144腔，目前已有廠家推出了擁有144模腔的共注塑系統(tǒng)。另外，拉伸吹塑機(jī)制造廠家近年還在不斷地改進(jìn)拉伸吹塑的過程控制和制品品質(zhì)檢測技術(shù)。采用智能檢測和閉環(huán)反饋技術(shù)，可使拉伸吹塑機(jī)實現(xiàn)自動調(diào)整；在拉伸吹塑機(jī)械上安裝攝像機(jī)，并與照明及其他系統(tǒng)配合，可在生產(chǎn)過程中實時檢測瓶胚和瓶子的頸部、底部、密封、表面及肉眼可見的缺陷，不合格的容器可被自動排除，還可在線檢測PET瓶胚的光學(xué)性能；采用非接觸的紅外線技術(shù)，可在線快速(6s)檢測瓶子的壁厚分布。

拉伸吹塑PET瓶的主要發(fā)展方向是提高其阻滲性能和耐熱性能。這里著重介紹PET瓶的阻滲技術(shù)。

大約5年前，人們對阻滲性PET啤酒瓶抱有很高的期望，認(rèn)為啤酒不久就可采用PET瓶灌裝，但在實施過程中，人們卻發(fā)現(xiàn)這比他們期望的要困難得多。實際上，在2002年全世界所使用的2500億個啤酒瓶中，僅有不到0.1%是PET瓶。因此，吹塑廠家就把主要力量轉(zhuǎn)向開發(fā)果汁、碳酸飲料和熱灌裝等產(chǎn)品用的阻滲性PET瓶，瓶子的容積則集中在200~1000mL。這些產(chǎn)品對包裝的要求顯然要比啤酒低得多。

通過提高PET瓶的阻O2和CO2的滲透性能，可延長貨架期，保持飲料的香味和營養(yǎng)價值。目前提高PET瓶阻滲性能的技術(shù)可分為以下幾種。

1、共注射拉伸吹塑

采用該技術(shù)成型的瓶胚具有多層結(jié)構(gòu)，即PET作為結(jié)構(gòu)層，在內(nèi)外PET結(jié)構(gòu)層間設(shè)置阻滲性層。目前約有70%的阻滲性PET瓶采用這種多層結(jié)構(gòu)。

可作為阻滲性層的樹脂主要是MXD6尼龍和EVOH，它們的價格大約是$5.5/kg和$7.7/kg。MXD6尼龍是透明的高阻滲性樹脂，可承受熱灌裝的溫度；EVOH的阻CO2的滲透性能要比MXD6尼龍高，同時它還具有極好的香味保存性。此外還可采用納米復(fù)合塑料作為多層瓶的阻滲性層。

最近還出現(xiàn)了一種更新的方法，那就是先使MXD6尼龍與一種鈷基氧捕捉劑(oxygen scavenger)共混，然后把此共混物作為拉伸吹塑多層PET瓶的芯層材料。用具有該種多層結(jié)構(gòu)的PET瓶盛裝果汁，再輔以PP阻滲性密封蓋，可使果汁的貨架期長達(dá)1年。該包裝的貨架期之所以這么長，是因為鈷基氧捕捉劑既可堵住外面O2進(jìn)入瓶內(nèi)的通道，又可平衡已在瓶內(nèi)的O2。

2、表面涂覆技術(shù)

該方法是指在單層PET瓶的內(nèi)或外表面涂覆一層極薄（有些厚度比人的頭發(fā)絲的直徑還?。┑淖铦B層。該技術(shù)雖然可采用較低成本的單層PET瓶，但涂覆設(shè)備的造價一般較高?？捎糜谕扛驳牟牧嫌卸喾N，包括無機(jī)材料和有機(jī)材料。

● 碳。法國Sidel公司的Actis冷等離子體技術(shù)起初是為啤酒瓶而研發(fā)的，在瓶子的內(nèi)表面涂覆一層薄的碳層，就可使其對O2和CO2的阻滲性能分別提高30倍和7倍。該公司為了降低成本，最近還開發(fā)了一種新的Actis Lite涂覆技術(shù)，以用于要求較低（如果汁、碳酸飲料和熱灌裝產(chǎn)品）的PET瓶。
此外，日本有4家公司合作開發(fā)了一種低溫等離子體技術(shù)，可把一種被稱為“似金剛石的碳”材料涂覆在PET瓶表面，涂覆前不需預(yù)處理，涂層厚度為0.02~0.04mm，可使瓶子對氣體的阻滲性能提高30倍。

● 氧化硅(SiOx)。采用特殊的等離子體技術(shù)，在PET瓶內(nèi)表面沉積一層透明似玻璃的二氧化硅(SiO2)薄層（厚度為0.01mm ~0.1mm）。該法的成本只比未處理的PET瓶高20%，卻可使瓶子的阻CO2和O2滲透的性能分別提高25倍和17倍。SiO2涂層具有高的彈性（抗龜裂性），可保證瓶子在灌裝過程中發(fā)生膨脹和收縮時仍能保持完好的阻滲性能。同時由于涂層位于瓶子內(nèi)表面，確保了涂層在灌裝和運(yùn)輸過程中不會被磨損。

此外，在PET瓶的拉伸吹塑和灌裝工序之間，通過物理真空鍍膜的方法，也可把SiO2涂覆在瓶子外表面。該法的優(yōu)點是產(chǎn)量大，可達(dá)20000個/小時。為防止涂層被磨損，可在SiO2層上涂保護(hù)層。

● 環(huán)氧氨基樹脂。把液態(tài)的環(huán)氧氨基樹脂噴涂在PET瓶的外表面，然后置于烘箱內(nèi)進(jìn)行交聯(lián)固化，所形成的厚1~6mm的交聯(lián)層不但光澤性好，而且對CO2和O2有很好的阻滲性能，使貨架期可延長2.5~3倍。此外，瓶子還可進(jìn)行巴氏消毒處理或用于果汁的熱灌裝。由于涂層樹脂潤滑性好，使用這種技術(shù)連續(xù)涂覆時，產(chǎn)量可達(dá)45000個/h。

●燃燒化學(xué)蒸氣沉積法(Combustion Chemical Vapor Deposition)。這是一種較新的技術(shù)，采用有機(jī)或無機(jī)阻滲性材料，首先把低蒸汽壓力的涂覆溶液噴成霧狀，然后通過火焰使之干燥并同時固化。該涂層不會影響瓶子的透明性。與其他涂覆方法比，此技術(shù)不需真空箱，操作較簡單，成本較低，并具有環(huán)境友好性。

3、共混法

將PET與高阻滲性樹脂（如EVOH）或與氧捕捉劑或與這兩者進(jìn)行共混，然后再用此共混材料注塑出單層瓶胚，以用于拉伸吹塑。這種方法既不需要多層共注塑工藝，也不需涂覆設(shè)備，而且瓶子設(shè)計的自由度較大，但合適的阻滲性樹脂價格很高。