一步法注拉吹塑料中空成型是當(dāng)今世界先進(jìn)的拉伸制瓶工藝技術(shù)，采用高壓高速注射瓶坯、對(duì)瓶坯進(jìn)行軸向拉伸和雙向吹塑拉伸、冷卻定型等工藝技術(shù)。注射、拉伸、吹塑工序在一臺(tái)設(shè)備上依次完成，即“一步法”制瓶工藝。 

    塑料瓶經(jīng)拉伸后透明度、表面剛度、抗沖擊性、阻氣透性等綜合機(jī)械性能得到了較大提高，生產(chǎn)效率高，制品內(nèi)在質(zhì)量及尺寸精度容易得到保證。

1、一步法注拉吹工藝設(shè)備簡介

   一步法注拉吹工藝設(shè)備的主機(jī)是注拉吹塑料中空成型機(jī)及其注拉吹模具，主要由注射裝置、升降轉(zhuǎn)位裝置、拉伸吹塑裝置、脫模裝置、液壓系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)、機(jī)架、安全罩、注射瓶坯模、拉伸吹塑成型模等部分組成，集成了注拉吹專用控制電腦、變頻控制器、電液比例控制系統(tǒng)、熱流道模具等一些先進(jìn)工藝裝備。

  一步法注拉吹設(shè)備的輔機(jī)主要有塑料除濕干燥機(jī)、空氣壓縮機(jī)、空氣除濕機(jī)、模具冷卻機(jī)等，是集“機(jī)、電、液、氣、微機(jī)”的一體化高端技術(shù)裝備，綜合運(yùn)用了P ID 溫控技術(shù)、變頻技術(shù)、微機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)、熱流道模具技術(shù)等一些先進(jìn)的技術(shù)，與國內(nèi)目前普遍使用的擠吹機(jī)、注吹機(jī)、注拉吹二步法設(shè)備相比，在自動(dòng)化程度、成品率、節(jié)約能耗、減少廢料等多方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。適于生產(chǎn)帶瓶頸、精度高、透明度好、無毒、對(duì)內(nèi)容物保存效果好的高檔塑料瓶，廣泛用于加工醫(yī)藥、保健品、食品、化妝品及化工等行業(yè)的PET、PEN、PP 等高檔包裝瓶。

2、設(shè)備及技術(shù)特點(diǎn)

2.1 三工位

包括注射瓶坯工位、拉伸吹塑工位、脫模工位。 

2.2 一步法工藝

瓶坯注射成型、瓶坯拉伸、瓶子吹塑成型等工序在該機(jī)上依次完成。、

2.3 變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用與電液比例復(fù)合調(diào)速專利技術(shù)應(yīng)用于注拉吹制瓶工藝，較以往采用變量泵供油、雙泵供油或雙聯(lián)泵組供油具有很多優(yōu)勢(shì)。主要體現(xiàn)在小流量高壓工況時(shí)：

（1 ）雙泵供油時(shí)，因?yàn)楦鞴r之間的流量變化時(shí)間都在3 s 以內(nèi)，而泵由零轉(zhuǎn)速啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間在3 s 左右，所以該機(jī)在高壓小流量時(shí)不能停掉大泵，只能全流量供油、卸荷閥卸荷， 造成能耗

（2）雙聯(lián)泵組供油時(shí)，在高壓小流量工況時(shí)，小泵供高壓油，大泵卸荷，但泵仍然是全流量供油，由溢流閥泄油，造成能耗。

（3）變量泵供油，可以實(shí)現(xiàn)泵的供油流量自動(dòng)控制，并在高壓狀態(tài)時(shí)減小流量，從而保持對(duì)輸出功率的控制，因而能耗較低，自動(dòng)化程度較高，但是成本高，國內(nèi)使用還較少。

   能耗大會(huì)使系統(tǒng)發(fā)熱，并且泵在全流量下長期工作，使泵的運(yùn)行精度和使用壽命都會(huì)受到一些影響。應(yīng)用變頻與電液比例復(fù)合調(diào)速微機(jī)控制系統(tǒng)，按照系統(tǒng)的工況需要實(shí)現(xiàn)壓力和流量的最優(yōu)化控制，從而大幅度降低液壓系統(tǒng)的溢流損耗，具有顯著的節(jié)能降耗效果，比普通技術(shù)節(jié)電30% 以上。機(jī)器在微機(jī)控制下運(yùn)行時(shí)，微機(jī)利用位移傳感尺精確測(cè)控動(dòng)作行程并判斷機(jī)器在整個(gè)工作循環(huán)中處于哪個(gè)工況，然后根據(jù)工況要求將設(shè)定的頻率信號(hào)輸送給變頻器從而控制電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速，控制定量泵的輸出流量。

   該技術(shù)的特點(diǎn)是：避免了供油過量溢流造成的功耗和發(fā)熱現(xiàn)象；油泵不會(huì)在全流量下長期供油，其壽命大大提高；供油量調(diào)節(jié)是無級(jí)調(diào)節(jié)，變換平穩(wěn)，不會(huì)造成沖擊現(xiàn)象；特別是在高壓小流量工況時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)更加突出和明顯，通過變頻可以在一定調(diào)速范圍內(nèi)通過變頻參數(shù)預(yù)置，使電動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速下經(jīng)定量泵提供負(fù)載要求的油壓，電動(dòng)機(jī)在較低的功率輸出下運(yùn)行，降低能耗，減少系統(tǒng)發(fā)熱量，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全可靠；還可以使電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)，減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

2.4 以PET 為主要生產(chǎn)原料

   PET 原料為半結(jié)晶性塑料，結(jié)晶點(diǎn)260℃，其塑化溫度控制在280℃左右；水敏性強(qiáng)，易吸濕水解，必須在150℃的干燥空氣中干燥4h以上，使水分含量低于0.005%；瓶坯溫度在95℃時(shí)拉伸吹塑，易于成型，質(zhì)量易于控制；在170℃時(shí)結(jié)晶速度最快，所以要迅速冷卻通過結(jié)晶區(qū)，選用結(jié)晶速度慢的品種，特性黏度值70～85 ml/g。

2.5 一模多腔

設(shè)備成型時(shí)可使用一模多腔，并可連續(xù)全自動(dòng)生產(chǎn)。

2.6 熱流道模具設(shè)計(jì)

   國外的先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)在使用計(jì)算機(jī)軟件包，對(duì)一模多腔熱流道模具進(jìn)行精密設(shè)計(jì)計(jì)算。應(yīng)用先進(jìn)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)塑料成型特性、介質(zhì)冷卻特性、熱量傳遞特性、流道參數(shù)、型腔應(yīng)力變化等各方面因素進(jìn)行精確模擬分析。

   在國內(nèi)，熱流道模具的設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)成為制約一步法注拉吹工藝設(shè)備國產(chǎn)化的瓶頸，業(yè)內(nèi)人士應(yīng)該尋找突破口進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)。最近幾年，很多塑料中空成型設(shè)備的制造商也一直在關(guān)注著一步法注拉吹工藝設(shè)備的進(jìn)展，但是制造工藝問題少有涉足。

2.7 高效PET 塑化螺桿

   PET 的熔點(diǎn)在260℃，在95℃左右吹塑，溫度控制要相對(duì)精確，確保成型穩(wěn)定。由于PET是結(jié)晶型塑料，所以瓶坯注射成型工藝要求采用快速冷卻方法以迅速通過結(jié)晶區(qū)，因而在注射結(jié)束后的保壓冷卻時(shí)間只有3s左右，要在這樣短的時(shí)間內(nèi)完成高質(zhì)量的塑化過程，這就要求PET塑化螺桿必須是高效的。最近幾年我國的PET 塑料瓶坯加工工藝及裝備技術(shù)都有了很大的提高，為PET注拉吹制瓶實(shí)現(xiàn)一步法奠定了基礎(chǔ)，并且隨著技術(shù)引進(jìn)和不斷地探索，相信具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的注拉吹一步法成型設(shè)備會(huì)趕上世界先進(jìn)水平。

3 設(shè)備優(yōu)勢(shì)

（1）一步法工藝，比二步法工藝生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、無二次污染。

（2 ）三工位結(jié)構(gòu)，比四工位結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小，參見四工位示意圖（圖

（3 ）制品瓶口光滑、螺紋精度高、密封性好。 

（4 ）P E T 瓶子經(jīng)拉伸后，透明度高、表面剛度大、強(qiáng)度高，對(duì)O2 、CO2 、水蒸氣的阻透性好，與P VC 不相上下。

（5 ）熱流道模具，無澆口廢料。

（6 ）變頻與電液比例壓力閥復(fù)合控制系統(tǒng)，節(jié)能降耗。

（7 ）微機(jī)全自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行控制、自動(dòng)安全保護(hù)、自動(dòng)故障檢測(cè)、自動(dòng)報(bào)警。

（8 ）液壓系統(tǒng)分為注射油路系統(tǒng)和吹塑油路系統(tǒng)兩套液壓系統(tǒng)，使機(jī)器的多個(gè)動(dòng)作能夠同時(shí)疊加，實(shí)現(xiàn)高精度、高速、高效的運(yùn)行。

（9 ）與二步法工藝相比，由于無需對(duì)瓶坯進(jìn)行加熱，所以節(jié)能效果顯著。

（1 0 ）與四工位工藝相比，由于無需對(duì)瓶坯進(jìn)行加熱調(diào)整，也有一定的節(jié)能效果。

4、塑料中空成型機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

在國際上，塑料中空成型機(jī)正向著多品種、大型化、高效、高速、節(jié)能、環(huán)保、智能化方向發(fā)展。在國內(nèi)，塑料中空成型機(jī)是位于注塑機(jī)、擠出機(jī)之后的第3 大塑料機(jī)械主導(dǎo)產(chǎn)品，年產(chǎn)臺(tái)套以上，主要包括：①擠吹機(jī)，主要用于生產(chǎn)HDPE、PP、PVC 等低檔瓶；②注吹機(jī)，主要用于生產(chǎn)HDPE、P P 等中檔瓶；③注拉吹二步法設(shè)備（主要以浙江黃巖地區(qū)為代表，在瓶坯注塑機(jī)上生產(chǎn)瓶坯，然后在拉吹成型機(jī)上生產(chǎn)瓶子），主要用于生產(chǎn)PET、PC等中檔瓶；④中空注射機(jī)，主要用于生產(chǎn)P S 、PV C等中空制品。

國內(nèi)研制生產(chǎn)的擠拉吹、注拉吹一步法設(shè)備還沒有完全進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，市場主要依賴進(jìn)口，價(jià)格很高。諸如娃哈哈、康師傅、匯源等飲料業(yè)，強(qiáng)生、青春寶、新華制藥等醫(yī)藥業(yè)均投入巨資引進(jìn)日精、青木固、米拉克龍等國外制造商的設(shè)備和模具。因進(jìn)口設(shè)備的投資巨大，很大程度上阻礙了國內(nèi)企業(yè)采用先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)程，減慢了同類包裝瓶質(zhì)量提高的速度。

藥用包裝塑料瓶的生產(chǎn)：

①東部沿海地區(qū)采用“一步法注拉吹工藝”或“二步法注拉吹工藝”生產(chǎn)PET 中高檔瓶，采用“注吹工藝”生產(chǎn)PE 中檔瓶；②中西部地區(qū)采用“二步法注拉吹工藝”生產(chǎn)PET 中檔瓶，采用“注吹工藝”生產(chǎn)PE 中檔瓶。

5、與國外先進(jìn)技術(shù)的差距 

在國內(nèi)，一步法注拉吹工藝設(shè)備的研發(fā)始于上世紀(jì)9 0 年代末，經(jīng)過不懈的探索實(shí)踐，取得了很多成效，也積累了大量經(jīng)驗(yàn)，但實(shí)際上還處于起步階段，與國外先進(jìn)技術(shù)相比還存在著一些差距，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

 5.1 溫控部分

設(shè)定溫度與實(shí)際溫度及環(huán)境溫度的差值為輸入變量的二變量三維專家模糊P I D 控制算法，使得無論環(huán)境溫度如何變化，都能獲得良好的溫控精度，精度達(dá)到±1℃，基本上能夠滿足工藝要求，但是控制精度還不夠穩(wěn)定，對(duì)瓶坯的質(zhì)量有些影響。國外已經(jīng)在采用更先進(jìn)的P I D控制方法，控制精度更高，可以達(dá)到±0 . 5 ℃，溫度也更加穩(wěn)定。

 5.2 模具冷卻

模具冷卻采用循環(huán)冷卻水，生產(chǎn)中還要解決好模具結(jié)露問題，使得熱平衡點(diǎn)的掌控難度較大。僅靠高壓高速大流量冷卻水循環(huán)還不夠，國外技術(shù)還采用了空調(diào)系統(tǒng)以控制機(jī)器安全罩內(nèi)工作空間環(huán)境的溫度和濕度。

 5.3 模具加工精度

國內(nèi)高精度數(shù)控加工中心要依賴進(jìn)口，而且還受到一定程度的制約，因而高精度模具的生產(chǎn)加工難度很大，特別是型腔的熱變形位置度、唇模位置度的控制難度很大，而精度達(dá)不到要求，勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重影響瓶坯的精度，從而最終影響到P E T 制品的成型質(zhì)量。

5.4 各型腔注射時(shí)間同步性控制技術(shù)

各型腔注射時(shí)間的同步性直接影響到注射瓶坯的質(zhì)量，也影響到瓶坯底部的應(yīng)力集中大小，而澆道長短不一，對(duì)分澆口針閥打開的掌握則至關(guān)重要，因而如何更好的掌控難度很大。

5.5 模具內(nèi)熱量的傳遞控制技術(shù)

國外采用模具設(shè)計(jì)軟件包對(duì)模具的流道及加熱管的布置進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，因而流道和加熱管的分布是趨于合理的，而我們只有靠理論分析和經(jīng)驗(yàn)，常常偏差較大，使瓶坯的軸向和徑向合理溫度分布不理想，最終影響到拉伸和吹塑的成型質(zhì)量。

5.6 熱流道的高溫密封技術(shù)

熱流道模具內(nèi)存在幾個(gè)密封點(diǎn)，對(duì)高壓注射的密封要求很高，這些密封技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)還有較大差距，是我們要攻關(guān)解決的問題之一。

通過以上幾個(gè)方面的分析可以看出，一步法注拉吹工藝設(shè)備在某些細(xì)節(jié)上與國外先進(jìn)技術(shù)還有一定的差距，還要進(jìn)一步完善，特別是熱流道模具的設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)成為制約一步法注拉吹工藝設(shè)備國產(chǎn)化的瓶頸，也是注拉吹塑料中空成型機(jī)不能完全進(jìn)入市場的癥結(jié)所在，應(yīng)該進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，解決好制造工藝方面的問題。并且在溫控方面還要進(jìn)一步研究，力求控制精度更高，控制也更加穩(wěn)定，能夠滿足熱流道模具制瓶的工藝要求。