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环保型轻量瓶胚的注塑成型技术
添加时间:2019-6-28
  

出于自身利益以及环保和可持续发展的考虑,越来越多的瓶装水制造商开始从瓶胚入手,对现有的PET瓶进行“瘦身”,希望通过降低瓶胚自身的重量,实现局部减重。来自广州一道注塑机械有限公司(以下简称“一道公司”)的基于轻量瓶胚的注塑成型技术的成功推出,为瓶装水制造商带来了一个好消息。


环保型轻量瓶,顾名思义,就是在原有瓶重的基础上,通过降低PET瓶胚塑料切片的用量而制得的一种环保瓶。在该制品的生产过程中,由于采用先进的生产工艺将匹配的生产设备进行整合、排序,从而优化了繁琐的生产步骤,并使各种制造设备科学而有序地合为一体。这样做的好处是,能够有效节约占地面积、降低能耗,减少CO2的排放量,并显著提高效益。


为了使瓶装水的“瘦身”得以实现,打造可持续包装的新概念,一道公司在与可口可乐公司长期合作的基础上,针对2925瓶口的550ml瓶胚,率先提出要将原重量为16g的瓶胚减轻至11.8g。在这一过程中,一道公司也逐步摸索出一整套实现瓶重减轻的注塑工艺和方法,包括模具的设计以及注胚机的配置等。据该公司介绍,其减重技术已经在香港市场的Bonaqua瓶、中国市场的可口可乐环保冰露水瓶、百事可乐的AkuaFivna瓶以及中东的EnergyDrink水瓶中得到了成功应用。


轻量薄壁生产的特殊要求


1.瓶胚


对于PET瓶装水的瓶胚,最重要的就是瓶胚的AA(乙醛)值。过高的AA值不仅影响口感,而且对身体有害。通常,要求瓶胚的IV(黏度)降应低于8ppm。IV用于表征PET聚合物链的平均长度,与分子量成正比。它与注塑瓶胚的物理性质直接相关,并直接影响瓶胚的力学性能和透明度,一般取值为70~85ml/g。


2.注胚机




对于注胚机,其合模机构必须具备足够的刚性、优良的运动速度特性、模具变形均匀性以及重复性精度良好等特点。空循环时周期应当较短,脱模力要大且迅捷,以确保低压护模灵敏有效。开模位置及顶针位置要准确一致,确保机械手在取胚过程中准确无误。最好采用高性能的双阶塑化系统、特殊的塑化螺杆设计以及高灵敏的背压控制,从而实现大的塑化量和低的螺杆转速,并确保剪切力下降,缩短熔融物料的停留时间,有效防止AA值过高和IV下降的可能。温度控制系统要精准,而且料筒和热流道模具的温度能够根据需要自由调节。通过采用计算机控制技术,能够对整个成型工艺和各项参数进行在线检测,同时利用网络技术实现远程监控和诊断。由于生产的自动化程度较高,由注胚机、模具、机械手、抽湿机和干燥系统等组成的全套设备应全部由总线相连,做到易于控制,使得无人化生产的方式得以实现。


针对轻量瓶胚的注塑成型技术

1.锁模单元

优化锁模单元的设计,可以实现更快的动作:采用经过与华南理工大学合作而优化的5点式斜铰设计结构,这种结构具有良好的运动特性和力学特性;利用有限元分析,增加模板的刚性和挠度,并优化结构单元,提升了运动速度,增加了稳定性,使其更适用于PET瓶胚的专用注塑系统;采用专业的模板设计,并带有加强筋设计,使得受力更均匀,且模板的变形量更小;采用宽拉杆间距的设计,使模具能够容纳更多的模腔;采用全闭环的控制系统,锁模与开合模系统使用MOOG伺服阀控制伺服油缸,使得控制更加精密,运行更加稳定;带辅助顶出的顶出系统, 有助于提供更大的顶出力。一个360t的设备,其开合模的空循环时间仅为1.8s,且低压保护性能更好。



2.低压护模系统




低压护模系统能够精确检测出模板上阻力的变换,并准确判断出模具内是否有异物存在,同时对异物的存在是否不受模板移动速度的影响进行判断,并做到即使模板以较高的速度移动时仍能准确判断。从判断异物的存在到停止模板的运动,这一时间应该非常短,理论上要10ms,而实际不超过15ms。低压护模时的速度也比其他传统设备快,从而能够有效缩短合模时间和空循环周期。



3.注射单元




针对PET瓶胚系统的特殊成型工艺条件,一道公司采用了先进的两级注射方式。这种注射方式将PET原料的塑化和注射进行分开控制,不仅提高了螺杆的塑化效率和注射的精度,缩短了成型周期,还能够有效降低AA值。柱塞式设计的采用,使得对注射量的控制更为精确。通过专用的PET螺杆配置大扭矩的塑化电动机来实现原料的塑化,能够很好地满足塑化的工艺要求,提高螺杆的塑化效率。另外,该单元还能对下料口进行温度监控,而且其气动闸阀还具有卸料功能。





4.机械手




带冷却的工位取出板从侧面进入,有效增加了瓶胚的冷却。直线导轨的采用,既保证了机械手运动的精确性,同时也提供了一个便利的维护空间。模块化的内置式瓶胚输送带设计,使得维护更加方便。




使用的西门子伺服控制系统能够和整个系统的PLC控制进行有效的整合,从而使得系统更加稳定,操作也更为方便。96腔机械手更是采用双驱动、双导轨设计,显著提高了承载能力和运动速度,有助于缩短成型周期。





5.先进的西门子控制系统




通过与西门子公司合作,并结合PET瓶胚的生产工艺,一道公司建立了一套完全适用于其自身设备的控制系统。据介绍,包括伺服机械手在内的整套控制系统均采用了西门子元器件和来自西门子公司的最新技术——西门子高速PLC控制系统。该系统具有高速的运算功能,循环周期少于10ms。该系统不仅能够实现注射速度和保压压力等的闭环控制,而且还采用了不同等级、不同管理权限的管理模式,确保了所有高级设置都必须由管理权限才能进入,从而有效控制了产品的质量。通过将干燥系统和注塑机的控制系统整合在一起,管理和操作变得更为方便。



6.独特的液压控制系统




液压系统运用了最新的变量泵控制技术和蓄能器方式。变量泵和蓄能器的完美结合,使得控制更加稳定、容易且快速,同时在节能方面更为出众。整套液压系统使用了来自德国的原装元器件,高性能的泵和阀装置,使整套液压系统的运作更加精确和稳定。此外,在液压设计上,一道公司遵循所有的阀件和油挚板尽量靠近油缸等运作部件的原则,使得控制更加快速和精确。





7.瓶胚机与吹瓶机的连线




在对瓶胚机和吹瓶机进行连线时,还应该注意以下几个事项:(1)在连线前,瓶胚一定要冷却到室温,且内外壁温度一致;(2) 连线应尽量减少跌落点,避免瓶胚出现撞伤和刮花等缺陷;


(3)尽量避免弯道和碰撞;


(4)增加冷却装置,如风扇等。如果可以,最好选用具有透气功能的输送带;


(5)要有足够的输送长度,使瓶胚得到足够的冷却。通常,轻量型瓶胚的壁厚接近2.0mm,相比普通瓶胚冷却得更快,因此理论的输送距离应不超过30m;


(6)输送线的速度应适度, 既不要让瓶胚堆积,也不能太快;(7)环境温度要适宜。如果环境温度过高,可考虑提供吹风装置以供应冷风;


(8)考虑到后续设备可能会发生停机,还需要添加一组接胚装置,这样瓶胚在往输送带输送的同时,还可以直接接胚包装。