中空吹塑制品的微发泡成型技术（一）

邱建成 邱睿

前言

中空吹塑制品微发泡吹塑成型技术最近几年常见于一些专业书籍的介绍，真正应用于中空吹塑制品生产的较少，特别是系统介绍的更少。中空吹塑微发泡工艺可分为物理发泡和化学发泡。两种发泡技术均可应用于中空吹塑工艺，根据吹塑设备的差别可分别选用。一般来说，从已经实际应用于中空吹塑生产的情况看，微发泡工艺对HDPE 类材料吹塑时效果更好一些，对其他材料特别是工程塑料是否能够应用微发泡技术工艺，还值得进行更多的试验与研究。

中空吹塑微发泡工艺成型技术对于增加制品壁厚、减轻制品重量、提高抗冲击强度、提高制品刚度、提高堆码强度等物理力学性能方面具有一定的优势，值得进行深入研究。

需要特别说明和提醒的是，吹塑微发泡技术可以提高吹塑制品的一些力学性能和具有一定的特殊作用，在某些特定的应用场合具有特别的使用价值，值得中空吹塑制品生产厂家和应用的用户进行关注。

1. 物理发泡成型技术

中空吹塑的物理发泡技术是采用物理方法使塑料型坯在挤出注射过程中进行微发泡的一种技术工艺，所以称为物理发泡技术。

物理发泡技术工艺一般可以应用于单层、多层、微层的中空吹塑制品的成型中。比如，在三层吹塑成型中，一般在中间层中采用物理发泡工艺让中间层型坯进行微发泡，内外表面层不进行发泡，这样生产出的吹塑制品具有较好的抗冲击强度和堆码强度，以满足不同的技术要求。在单层、多层、微层的中空吹塑成型中物理发泡中，一般采用对相应的螺杆的特定部位充入高压氮气的方法来进行物理发泡，使相应的塑料型坯发泡层进行物理发泡。其发泡的泡孔均匀细密，具有互不相连的闭孔发泡特性，发泡工艺较好控制，综合性能与各项成本因素较优。

此外，采用纯净水来对中空吹塑制品进行物理发泡成型技术也是一个比较可行的研究方向，其技术关键是在螺杆机筒的特定位置滴入定量的纯净水，使纯净水在加工过程中形成高压水蒸气对塑料型坯形成发泡，从而实现中空吹塑制品的物理发泡，从相关实验来看，这种方法值得进行深入研究，中空吹塑设备需要做好纯净水的密封和精密计量工作，操作时也是注意相关的操作事项。

1.1 中空吹塑制品物理发泡技术对吹塑机设备的要求

从物理发泡工艺的生产情况来看，采用多层至少三层的吹塑设备更加有利于进行工艺的控制，三层的制品中对中间层进行物理发泡控制，相对工艺控制更加稳定，制品质量容易得到保障。三层吹塑设备既可选择储料式机头，也可选择连续式挤出机头。从作者多年实际生产的效果来看，一般采用带储料式机头的吹塑机进行微发泡生产更为稳定，工艺调整方便、快捷。

1.1.1 对中空吹塑机温度控制系统的精度要求

中空吹塑制品采用微发泡吹塑工艺时，通常对温度控制系统会要求严格一些，一般情况下，不论是物理发泡或是化学发泡工艺，建议温度控制系统的误差在正负1℃以内比较合适，工艺控制会容易一些。

1.1.2 物理发泡吹塑工艺采用水作为发泡的助剂时，它是水在高温、高压下形成了高压的水蒸气，使塑料熔体内部产生了分散、致密的微型泡孔，而且每个泡孔相互独立，不与相邻的泡孔相通，这样才能产生较好的效果。一般建议采用纯净水或者是经过离子化处理的洁净的自来水，在设备的中间层的料斗附近设置精准加水装置，同时确保不对外部漏水；在不需要进行物理发泡时可随时关闭水阀。一般入水孔设置在料斗的下部直段处较好（靠近螺杆进料口）。

1.1.3 对挤出机长径比的要求

在中空吹塑制品发泡成型工艺中，长径比过小的挤出机，由于原料在挤出机停留的时间过短，如果塑料还来不及进行发泡，就已经被挤出机头，则不论是物理发泡还是化学发泡，都不能起到发泡的作用，因此，挤出机螺杆的长径比数据也会决定吹塑发泡工艺的优劣；从生产中的具体情况来看，采用长径比28:1 以上的挤出机对于吹塑发泡工艺来说，其工艺的稳定性会好很多，长径比在24:1 时，其吹塑发泡工艺则很难进行控制，通常情况下，长径比过小的挤出机很难进行吹塑发泡工艺的试验与正常生产。此外，氮气注入孔的位置设计与制造也是非常重要的。

1.2 对成型机头流道的要求

中空吹塑发泡成型技术的成功与否，至关重要的在于中空吹塑机的成型机头的流道设计和制造，一般来说，在现在常用的成型机头的基础上需要进行改进与创新，才能适应发泡成型的需要。

从实验的情况看，中空吹塑成型机头的流道设计与加工应该尽量的顺畅，精密度高，无死角。成型流道可适当的加长，塑料材料融合线位置应有适当的变形设计与制造。其表面精度应有较大的提高，以利于提高发泡的可控性。

1.3 物理发泡吹塑工艺的控制

就物理发泡吹塑工艺的控制而言，一般情况下，控制非常方便与简单，在制品已经能够正常生产的情况下，进行物理发泡吹塑工艺即可。采用氮气作为发泡介质时，对氮气注入的量和压力进行精密控制即可。

采用纯净水作为发泡剂时，一般来说，只是需要打开进水阀门，精密控制进水量即可。比较直接的办法是通过观察塑料型坯的发泡状况来确定微发泡的状况，当型坯发泡泡孔过大时，表明发泡太过，当型坯发泡泡孔过小时，表明发泡不足，只要适当调节进水量即可；以产品的发泡断面肉眼看不到微发泡泡孔为好，而型坯断面能够清晰的观察到微发泡的泡孔。

并且可将微发泡后的制品壁厚与发泡前的制品壁厚进行比较，一般情况下，微发泡后的制品壁厚应该是发泡前的壁厚的1.1~1.5 倍左右较好，特殊的中空吹塑制品发泡倍率可以达到 1.8~2.0左右。壁厚增加过多，表明发泡过大，会损失相关的力学性能，如果发泡不足，则没有起到发泡的作用，即没有发泡效果。

此外，制品吹塑成型时的压缩空气气压的调节也是关键，吹气气压不可过低，过低时也会使发泡时制品的内外表面不好，难以形成比较致密的内外表面；而影响产品的质量和力学性能。另外，单层吹塑制品采用物理发泡技术时，其技术要求也是有一些需要改变的地方。

2. 中空吹塑制品的化学发泡技术

中空吹塑制品的化学发泡技术是采用化学发泡方法使塑料型坯在挤出注射过程中进行微发泡的一种技术工艺，这种发泡工艺采用在主配方中加入发泡母粒的方法，使塑料型坯产生化学发泡，所以这种发泡工艺技术称为化学发泡技术。其发泡机理在此不做详细介绍。

中空吹塑制品的化学发泡工艺技术可应用于多层与单层以及微层的吹塑成型工艺中，成型方便，控制简易，对吹塑制品的成型没有不好的影响，可使中空吹塑制品的壁厚增加或是减轻吹塑制品的单重；对提高物理力学性能有一定的效果。特别是对一些采用了增强母粒来降低产品的生产成本的中空吹塑制品来说，具有较好的产品质量改进效果。

化学发泡与物理发泡对中空吹塑机的要求基本相同，建议选择相应的适合进行发泡成型工艺的中空吹塑机。

2.1 中空吹塑成型化学发泡工艺中发泡母粒的用量

目前市场可用于中空吹塑使用的发泡母粒生产较少，从已经使用的情况来看，一般应用于中空吹塑成型工艺的发泡母粒用量以0.3~5.0 kg/吨（主体原料）为好；具体用量的多少需要根据产品特点与天气情况确定。

天气情况主要是环境的湿度状况较为影响发泡倍率，当天气湿度较小时其发泡母粒的加入量需要大一些，天气湿度较大时，其发泡母粒的加入量需要小一些。当制品壁厚较厚时，其发泡母粒的比例也可适当加大。

2.2 中空吹塑微发泡成型工艺的控制要点

中空吹塑微发泡成型工艺中的主要影响因素有：发泡母粒的分散性，成型温度，环境空气湿度等。

2.2.1 发泡母粒的分散性

发泡母粒在吹塑原料的配方中所占比例很小，分散性如果不好，将直接造成产品的不合格或是出现大量的报废产品。改善分散性的方法主要有：

a. 减小发泡母粒的颗粒直径，由于发泡母粒是厂家直接提供的，颗粒直径比较一致，为了提高在吹塑原料中的分散性，减小发泡母粒的颗粒直径是一个行之有效的方法，可采用市面销售的小型中药材磨粉机进行二次加工，因为每天配方时用量较少，一般可根据用量，采用现场加工的方法进行，加工后的颗粒大小一般与细沙样即可。

b. 改善原料混合方法，可先将发泡母粒加入适量的白油与色母粒与少量原料先进行共混均匀，然后再加入其他原料进行充分混合，一定要确保各种原料的充分混合均匀才能进行生产。

2.2.2 精确控制挤出机、成型机头的工艺温度，对于中大型吹塑制品来说，控制工艺温度的偏差在±1~3℃以内较为合适，对于小型吹塑制品，工艺温度的偏差宜选择在±0.5~2℃以内较好。

2.2.3 随时掌握环境湿度的变化，当环境湿度过大时，实时减小发泡母粒的使用量，以免造成微发泡过量的情况。当环境湿度过小时，应该加大发泡母粒的加入量，以免微发泡不足，起不到微发泡的作用。对于环境湿度的掌握，需要工艺技术人员进行长期的环境湿度的记录工作，以便掌握环境湿度的变化规律，找到工艺配方的最佳状况。

同一中空吹塑制品的微发泡工艺的实用图片见图1，图2。

图1 中空吹塑制品断面微发泡切片

图2 中空吹塑制品型坯断面切片

从图1，图2 图片（放大300 倍）可以看出，塑料型坯的微发泡孔径明显大于制品的微发泡孔径，在吹塑制品中已经明显看不到微发泡的泡孔，只是看到比较致密的显示白色的带状，而在塑料型坯的断面放大图片图2 中可看到明显的微发泡孔存在，这些微发泡孔在吹气压力的吹制下，形成了图1 中空吹塑制品断面切片所看到的微发泡状态，微发泡孔已经非常致密，泡孔很小，分布均匀，因此在微发泡吹塑制品中具有较好的物理力学性能等。

结语

中空吹塑制品微发泡工艺技术在实际吹塑生产工艺中出现的时间不长，对工艺技术中许多细节还需要更多进行研究与探索，此外，许多定量的分析与研究仅仅是进行了一些初始的工作。

需要提示的是，中空吹塑制品微发泡成型工艺不是将吹塑制品做成 PU 类软泡沫的结构断面，只是在它的内部形成比较致密的微发泡孔（类似于各种硬泡的结构断面），而这些微孔每个相互之间没有形成相互穿透，这样才会对微发泡吹塑制品起到较好的增强作用。

目前从已经取得的研究成果来看，挤出中空吹塑采用微发泡工艺技术，对许多吹塑成型产品的性能提高与改善具有较好的效果；许多中空吹塑制品如：吹塑托盘、大型吹塑制品、水面船艇、大型水面浮体、需要高刚度的危险品包装桶、轿车的通风管道等等，可以采用发泡吹塑成型技术来进行生产，使其具有更好的产品物理力学性能和使用寿命。其成型技术值得更多业内的工程技术人员进行深入的研究。值得可喜的是，苏州同大机械有限公司已经研制出多系列的可用于中空吹塑制品发泡成型工艺的机型，中空吹塑制品生产厂家选择机型时可加以关注。