563847480吹瓶工艺 中英文版r2.ppt
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1、1,二步法吹瓶工艺,技术服务组(西北),贾鹏 2008-10-22,2,的特性与特质 Chapter 1瓶胚如何生产?Chapter 2什么是双向拉伸?Chapter 3如何加热瓶胚?Chapter 4调整设定 Chapter 5瓶子特性 Chapter 6如何吹制瓶子?Chapter 7冷却 Chapter 8环境有那些要求?Chapter 9方法论 Chapter 10不同类型的瓶子之间有何差异?Chapter 11怎样改进瓶子品质?Chapter 12瓶子缺陷分析 Chapter 13,目录,3,P.E.T.的特性与特质,第 1 章,4,P.E.T.的特性与特质,在Tg.温度前,是无序的
2、分子链胶合成的玻璃态,PET的3个转化点温度,P.E.T.粒子,玻璃态转化点温度,mW,放热反应 吸热反应,能量,熔融态转化点温度,结晶转化点温度,温度升高(20C/min),非结晶态P.E.T.的DSC热分析,依材料不同而有所差异,5,玻璃态转化点温度(Tg)-软化点,在该温度下分子链与分子链间能相对运动(由固态转换到橡胶态的温度点)-该温度取决于该聚合体的结晶度有多少结晶温度(Tc)-在该温度下无规则的非结晶PET转化为结晶态(球状结晶,乳白色)-PET最大结晶率为55%左右熔融温度(Tf)-聚合体的熔融点该温度是微晶体熔融,由固态变成液态的温度-这是微晶体的熔化温度(例如:Tm=270)
3、固有粘度-PET的液态粘度这是摩尔质量的主要特征,也就是分子链的平均长度。,PET 的特性与特质,6,非结晶态-未有结晶的晶体存在,就是所谓的非结晶态。该状态是透明的,它的密度约为1.33,也被称为“强化”PET结晶态-一种由有序和无序区域组成的半结晶态。我们发现:加热过程中产生白色球状结晶 通过拉伸促使诱导结晶(拉伸结晶)定向拉伸-在不同条件下,可以使PET有单一方向或双方向的拉伸结晶,P.E.T 的特性与特质,7,瓶胚如何生产?,第 2 章,8,瓶胚是一种注塑物品。作为后续双向拉伸吹瓶的中间半成品瓶胚的瓶颈在注塑的阶段已经定型,它的尺寸在加热和拉伸/吹制时不会改变瓶胚的大小、重量、壁厚的设
4、计是我们吹制瓶子时需要非常关注的因素,胚身,支撑环,瓶颈,注塑口,密封面(天面),瓶胚生产,9,瓶胚生产,加热,软化,压缩,熔融态,60,80,100,120,140,160,180,200,220,240,260,280,瓶胚存放,机械手中冷却,模具中冷却,瓶胚固化开始,结晶态的P.E.T.粒子到非结晶态的瓶胚的转化,C,TG,模具出口,结晶的粒子,mW,能量,辐射热和机械能需快速跨过以避免结晶,注入模具内,压力范围70-90 bar取决于瓶胚大小,该温度能充分完成结晶体熔化,但不可过高以防止AA的产生,10,干燥机,螺杆/螺杆腔,注射压力,热流道,模具的母模,模具的公模,模具,瓶胚生产,1
5、1,瓶胚生产,注塑,存储(时间),再加热,释放AA味,12,瓶胚特性,以下的这些缺陷都是不可接受的:-目视缺陷-未熔融酯粒存在-斑点-气泡-不纯净-偏振光下可视材料降解-胚身或注射口部位结晶-偏振光下可视的材料流动纹路 以及明显超出规格范围:-重量-长度-厚度-直径,13,AA(乙醛)出现有以下几种原因:-它是PET降解产生的一种酸-在注塑瓶胚时存在于挤压机螺杆和螺杆舱内-在螺杆舱或注射室内的温度过高或PET滞留时间过长时产生-注射前干燥不好或挤压机螺杆转速过高造成剪切热过多,温度过高,也会产生AA 备注:瓶子内的AA没有毒性,但是会有水果(苹果)气味水对AA尤其敏感(包装饮用水无色、无味,无
6、法掩盖味道)最大AA值:粒子:0.5 1 ppm瓶胚:2 3 ppm 包装饮用水瓶子:1 2 gr./L 包装饮用水瓶ppm:百万分之一gr./L:密封24小时的空瓶内气体 微克/每升,瓶胚特性,14,SIDEL对于PET酯粒和瓶胚的存放建议-吸收水分 非结晶态易的分子会吸收水分 吸水量及速度,取决于温度、湿度、结晶度 吸水影响瓶胚的再加热和吹制 能吹出好瓶子的最大含水量为2000-2500ppm 最佳储存条件:-在 22C、50%相对湿度情况3个月会达到 2000ppm,5个月达到2500ppm-超过标准,水分会影响瓶胚对红外线的吸收和材料分布(水有润滑作用),瓶胚特性,15,PET在温度2
7、2C 和相对湿度为50%时的吸水过程,瓶胚含水量与时间的关系,降解过程,瓶胚特性,16,瓶胚生产,重量增加%,天,在相对湿度75%时存放,45 C35 C23 C,17,瓶胚生产,23 C、5%相对湿度23 C、50%相对湿度,IV(dl/gr),月,重50克 厚4mm的瓶胚,18,瓶胚生产,PET色母粒-1 2%混入标准的P.E.T.-在料斗中分开干燥,避免粘附和受潮-用适当的比例获得正确的颜色(黄色、绿色、蓝色)-通过螺杆的挤压达到的PET熔融混合-在自然光下显现艳丽色彩,取决于颜色的类型和粒子的大小色母液-通过批量系统用注入料斗,充分的给PET染色-这种不建议使用,19,瓶胚生产,色母油
8、的注入-通过泵将色母油注入料斗。如果色油未充分混合易造成螺杆打滑、及PET降解加色母油后再一次的造粒-酯粒已完成配色,不需另外混合配色 坏处:-因为是靠双重挤出获得的彩色粒子,对矿物质水来说,AA存在风险大备注:-着完色的PET对红外线辐射的吸收有所变化。通常说来,染完色的原料被加热时需要相对少的能量,取决于颜料本身,相差大约5%,20,瓶子的质量很大程度上取决于瓶胚的质量-除了瓶胚质量,瓶子质量还取决于:红外线灯管的分配 瓶胚温度 拉伸/预吹/吹制之间的关系,瓶胚特性,21,First step第一步,Second step第二步,Storage存储,工艺循环,22,什么是双向拉伸?,第 3
9、 章,23,轴向拉伸,轴向和径向拉伸,径向拉伸,拉伸成形,24,瓶胚/瓶子双向拉伸比率,Axial,轴向和径向的拉伸比取决于瓶胚与瓶子的尺寸,拉伸速度:0.8 1.5 m/s,L轴向,RADIAL径向,高压吹和预吹压力参数,双向拉伸温度大于Tg温度2025度,加热灯管配置,I.V.,Function of 的方程式(e),Function of 的方程式,25,L,l,D,d,p,轴向拉长率 瓶长 长度=-平均瓶胚长通常 长度=水瓶大约为3,气水瓶小于3径向拉伸率 瓶子直径 diam=-瓶胚直径-壁厚通常 直径=3.75 左右 双向拉伸率=轴向拉伸 x 径向拉伸=10 12,()双向拉伸率,2
10、6,()双向拉伸率,下列的拉伸率范围仅适用于Sidel 2代吹瓶机,27,每一个应用都具独特性:-用户应慎选使用的PET酯粒,以符合瓶子的机械特性和耐热性需求-依所要充填的内容物特性(矿泉水、汽水、热充饮料、食用油)来作出选择,Material 材料,28,如何加热瓶胚?,第 4 章,29,From feeding system.进胚系统 Orientating rollers.取向辊 Feeder rail.进胚导轨 Preform neck up.瓶口向上 Infeed wheel.进胚星轮 Preform load by spindles.芯轴加载瓶胚 Preform up side d
11、own.瓶胚翻转瓶口向下 Oven infeed.烘炉进给 Preform heating by IR lamps.红外灯管加热瓶胚 Preform neck up.瓶胚翻转瓶口向上 Oven outfeed.烘炉送出 Spindles unloading.芯轴卸载 Preform transfer.瓶胚传送 Mould.模具,瓶胚,30,Oven 加热炉,31,Oven setting 加热炉调整,32,Oven cooling 加热炉冷却,33,Oven 加热炉菜单,34,Lamp position 灯管位置,35,烘炉灯管配置:-分为9区,采步阶式 1区 2区=14 mm 2区 3区=1
12、5 mm 3区 4区=17 mm 4区 5区=19 mm-区域间灯管功率不同 1区=3000 瓦 2-9 区=2500 瓦 冷却支架保护瓶胚颈部 选项:-石英棒-反光板,Oven 加热炉,36,L 型板常用作热充填或结晶瓶口的加热,肩型板常用作可回收瓶和大直径瓶口的加热,CB2板实用标准型,Cooling shields 冷却档板,37,石英棒被用在1区。它用于聚焦红外线。有两个优点:集中加热使瓶颈下方部位能更好的被拉伸,减少瓶颈上的辐射能保护瓶颈 25%-50%的烘炉单元中必须使用石英棒,Quartz bar 石英棒,38,Lamp configuration 灯管配置,39,Oven 烘炉
13、,穿透炉,分布炉,稳定区,40,Oven 烘炉,通风,红外灯管,芯轴,红外灯管,冷却档板,红外线和通风的结合:-红外线穿透瓶胚的内部-通风气冷却瓶胚的外表,41,Zone,1,Zone,2,Zone,3,Zone,4,Zone,5,Zone,6,Zone,7,Oven 加热炉,42,调整设定,第 5 章,43,Regulation 调整,红外线摄像机必须监测瓶胚颈部40mm下的第3区,44,设置:-烘炉出口需要达到的瓶胚温度 待机:-不生产时烘炉的加热百分比 过度加热:-烘炉要尽快达到瓶胚加载温度时的加热百分比 调整:-生产中保证瓶胚的温度趋近设定温度的烘炉加热百分比 加载温度:-准许瓶胚加载
14、的烘炉温度,Regulation 调整,45,加热灯管,Ethernet,B1002(Only to start feeding),B1008,Olicorp,P.C.C,Distribution oven,Output%,%per zone,415V,Profibus DP,Profibus DP,46,输出%,100%,TC 炉温,瓶胚实测温度,加载,生产开始 80%,待机 30%,t,t,进胚温度,车间温度,瓶胚设置温度,加热灯管,输出%=前一输出%-(瓶胚实测值-瓶胚温度设置值)x 校正效率,47,烘炉出口红外摄像机的监测通常温度范围为 95-115,Oven 烘炉,48,瓶子特性,第
15、 6 章,49,模具是瓶子成型的最终印迹,它是机器个性化件的一部分瓶胚在模具里被吹制成空瓶由于模具的更换方便(快速更换系统),因此可以吹制各种不同的瓶型,瓶颈和瓶胚颈一样,瓶身是瓶胚经过双向拉伸后得到的,瓶子的定义,50,瓶胚受到拉伸杆和吹制的联合作用,最早变形的是机械特性最弱的部分(最热的位置或是最薄的位置)瓶子变形促进了拉伸结晶的增加当PET被拉伸成一平面时,就像吹气球一样被吹出型状当拉伸达到一定程度时随著PET的自我调整效应的这个重要特性,能使材料有正确分布和壁厚经过一定程度的双向拉伸,瓶胚内部的层与层之间开始彼此滑动断掉的分子链,促使了拉伸结晶的增加,造成PET变白(拉伸过度),瓶子特
16、性,51,如何吹制瓶子?,第 7 章,52,1,2,3,4,5,6,吹瓶周期,1-进胚2-瓶胚加热3-开始机械拉伸/开始预吹4-结束拉伸/结束预吹5-吹瓶6-出瓶,53,机械拉伸,瓶胚在模具中定位,拉伸结束低压预吹,低压预吹获得瓶子形状,高压吹瓶,模具壁对瓶子冷却,排气排瓶,拉伸/吹瓶关系,54,Oven outfeed.烘炉出口 Preform transfer to the mold.送瓶胚到模具 Mold closing/locking.模具合上/锁闭 Compensation.补偿 Nozzle lowering.喷嘴下降 Stretching/preblowing/blowing.拉
17、伸/预吹/吹制 Stretching rod raising.拉伸杆上升 Exhaust/compensation end.排气/补偿结束 Nozzle raising.喷嘴上升 Mold unlocking/opening.模具解锁/打开 Bottle transfer.瓶子传送 Outfeed wheel.出瓶轮,拉伸/吹塑关系,55,吹瓶站,56,0点-10点,排气,开始预吹,开始吹瓶,10点(瓶子底部),0点(瓶胚底部),热稳定,吹制,57,Point 0-Point 10 0点-10点,58,Stretching 拉伸,Air cylinder气缸,point 10 acquisit
18、ion.获取10点,0点-10点,59,拉伸/吹瓶关系,60,冷 却,第 8 章,61,冷却,吹制阶段结束后瓶子定形。需要一定的热交换时间使瓶子和模具壁接触达到降温冷却时间取决于瓶胚温度和瓶子壁厚为避免瓶子离开模具后变形,壁厚最厚处中间的温度不能超过TG(75C+/-5 C左右)非晶体材料存留的越多=越大的变形风险 良好的拉伸直到最终的冷却,才能得到良好的瓶子材料分布当模壁温度过高(超过Tg)时,在排气阶段常使用瓶子内部吹气加速冷却这一动作对瓶壁的冷却能产生理想的效果机器的速度可以调节到有充分的时间完成排气以及吹完瓶子后正确的冷却请记住排气有助于模具打开前瓶内压缩气体的排除,同样也能减少噪音,
19、62,环境有那些要求?,第 9 章,63,环境,吹瓶机的车间的温度是十分重要的在瓶胚投入料斗之前,瓶胚温度取决于存放的环境。在空瓶吹制工艺里,也是扮演一个很重要的角色低于15 C的瓶胚温度太低,在吹瓶时容易吹爆。等待一段时间,使瓶胚待室内回温至适合的温度超过35C后,PET的机械特性减弱,这可能增加瓶颈破损的风险 瓶胚颈部温度超过45C时,是十分敏感而脆弱的,此时(PET)材料是非晶体,在受压时仍然很脆弱建议加装热排风装置,这样可以尽可能的保持车间内温度的稳定在使用瓶胚前将它们存放在吹瓶机旁一至两天也是很有必要的要避免温度的重大差异,因为它会影响加热和材料分布烘炉应加装一个经久耐用的通风调节系
20、统,64,NOTE 备注:红外线摄像机监测瓶胚外层的温度,生产中用它来调整瓶胚加热炉的温度如所知,摄像机不能测量瓶胚内表的温度。瓶胚内表的温度升温,可借由红外灯管热能及循环风扇的对流气,以热传导方式进行如果室温突降10C将会引起加热的增加以补偿瓶胚外表温度的损失因此,瓶胚内部温度会增加加热灯管的配置仅从红外摄像头读取信息,如果车间温度改变,材料分布也会被影响瓶胚颈部下面的部位,对温度变化是很敏感的瓶胚注口处很容易加热将瓶底的料增加,上部的料,相对的就变少。反之亦然为保证制程的完整,车间温度应控制在15C-35C之间,且温度波动不可过大,环境,65,方法论,第 10 章,66,不要先入为主,要经
21、常质疑自己思维开放、严谨有逻辑的分析不受环境影想专注做事保持客观和沟通以获得最完整的可利用的信息掌握正确的方法记录获得的一些参数、状况和数据,方法论,67,你的SBO吹瓶机-必须能保证机械、电气、气压各系统的正常工作-必须装备将要吹制瓶子需要的个性化部件,并且要保证正确的调整-必须根据所使用的瓶胚来配置。正确调整烘炉内检测室内温度的传感器位置。烘炉内灯管设置必须保证加速升温,以缩短瓶胚进给等待时间-调整0点/10点,并将它保存到一个新菜单备注:记住生产周期:先经过冷的瓶胚进入,穿透加热,分布加热,稳定炉温,最后传送入模具,方法论,68,第1步-机器正常速度运行时弹出一些经烘炉加热过的瓶胚,检查
22、瓶胚。握住瓶胚瓶颈部,挤压 胚身来评估红外线吸收的状况,避免有不稳定的加热-用力挤压瓶胚时,胚身必须有一致的变形-不可有白化结晶的产生-瓶胚的温度不可高于Tg温度超过 20-25-根据材料的吸收能力的不同,打开或关闭一些灯管,直到你得到在一定的时间后能有稳定炉温,并确保温度是达到工艺需求的最小值来降低能源的损耗,方法论,69,第2步-激活预吹测试以检查预吹瓶型-所有预吹完成时瓶形必须尽可能的一致-不应有任何发白现象-不能出现偏心-底盖厚度应尽量保持最小-检查瓶身材料的重新分布-最终检查预吹参数,方法论,70,第3步-停止预吹测试,再加载一些新的瓶胚并检查第一批瓶子-控制瓶子的形状-瓶子的雏形需
23、充分成形-在瓶子稳定后应能保持完全透明-进行所有的必要质量测试,并按照正确的工序检查-连续吹瓶1小时来确认工艺的稳定性。必要时,调整加热设置-通过调整加热区域以获得瓶身良好材料分布-一次只调整一个参数,数值变化不可过大-检查所有的参数都没问题后,将参数存入菜单薄中,方法论,71,方法论,72,不同类型的瓶子之间有何差异?,第 11 章,73,其他种类的瓶子,可回收瓶,水瓶或CHP,宽口瓶,热瓶,水瓶(不加气),74,Refill bottles:可回收瓶-瓶子设计成可数次回收使用(可回收瓶)HR/Heatset bottles:热充填瓶:-热充填的瓶子。充填温度为75-95-两种类型的底部,(
24、轻的4个脚,重的6个脚)Autostable bottles:自稳定瓶:-纯水:两种底部(轻的标准底部和重的标准底部)Beer bottles:啤酒瓶:花瓣底部和香槟底部 CHP bottles:CHP瓶:-底部有无加强筋,其他种类的瓶子,75,Bottle necks 瓶颈,PCO,BPF,30/25,水瓶使用,用于食用油,用于广口瓶,软饮料使用,用于广口瓶,没有标准,76,尺寸检测:-用卡尺和直径卷尺来测量直径-用高度表测量高度。瓶子的外观图上标注有尺寸-必须在瓶子产出72小时后进行检测才有效容量:-有两种容量:满瓶口容量和充填容量。两种情况下容量测量必须用纯水并且必须考虑水的温度的影响-
25、通常用一个量杯和一个附刻度的注射器来测量容量-可以在瓶子的外形图上找到容量数值。在瓶子产出72小时后进行检测才有效壁厚:-瓶子壁厚可以用测量厚度的装置(用Magna-mike手动测量,用Gawis自动测量)测量-材料分布对于瓶子稳定、变形、平整十分重要-瓶子的材料分布必须均匀。材料分布可以通过控制分段克重来实现,Bottle control 瓶子控制,77,顶压测试:-这个测试用一个压力测量装置来完成,模拟瓶子在堆叠存储过程中所能承受的压力-空瓶或装满液体的瓶子都能进行测试老化测试:-这个测试更多用来测试碳酸饮料瓶。测试时瓶子置于炉子中-这个测试准确的模拟了瓶子将要存放的环境的温度和湿度爆瓶测
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