当药用塑料瓶生产成型收缩现象分析

药用塑料瓶生产成型收缩现象分析

本文针对精密注射吹塑机设备，从注吹成型工艺条件、塑料品种、进料口形式、模具及瓶体结构等方面分析药用中小型塑料瓶成型后收缩的现象，总结出如何获得高精度尺寸的塑料容器。

一、引言

我国药品包装用容器塑料瓶的生产近几年有了较快的发展，据有关方面统计，现已引进国外先进生产线四十余条，而采用国产设备生产药用塑料瓶的厂家也已超过二百余家，其产量逐年增加，以适应药品包装的更新换代。药品用塑料瓶生产设备的成型方式是由挤出吹塑向注射吹塑转变，因为采用注射吹塑成型设备生产药用塑料瓶时，成型过程首先对塑料瓶口部进行注塑建成后将具有挤压生产线22条定型，从而保证瓶口及螺纹部位的尺寸精度，然后再吹塑料体。这种成型方法适应了药品片剂包装的特殊要求，能防止盛装在瓶内气体的挥发和外部污染的空气向瓶内渗透，保证了容器口部与瓶盖之间具有较好的密封性能。从而使药品在有效期内不变质、不受光线照射而裂解，但是在瓶体及瓶盖的整体设计中为保证盛装药品的卫生及安全性，多数厂家往往是在瓶盖边缘设计防盗环，并在瓶口与瓶颈的过渡部位设计有棘爪。当瓶内装入药品后，瓶盖与瓶口螺纹互配旋入时，防溢环不脱落，当需要打开瓶盖时，由于瓶口处设有棘爪，阻止瓶盖环的反向运动，从而使防盗环在外力作用下自行脱落。在实际生产中，如果瓶口及棘爪的成型收缩尺寸不稳定，产生较大的误差，往往防盗环的性能丧失而达不到所要求的功能。试验研究分析表明：造成瓶口棘爪及瓶身尺寸不稳定的原因是受成型收缩的影响，成型后收缩和不稳定易造成瓶体翘曲变形、缩瘪以及螺纹尺寸的变化，使瓶盖与瓶口难以达到良好的互配性，进而影响药瓶的整体质量。研究分析认为影响瓶体收缩率的主要因素，有成型过程的工艺条件、塑料原料的性质、瓶体设计结构及模具形状尺寸。为能准确而有效地研究以上的内容，我们采用了国外进口精密注射吹塑成型机，其设备可高速高压注吹成型药瓶，并有较好的成型灵敏度，为此首先介绍一下设备的应用情况。

二、精密注射吹塑成型机性能及应用

1.具有较高的灵敏度、良好的再现性和稳定性的液压控制系统

首先在液压系统中，为了起到能量转换、传递和控制的作用，精密注射机的柱塞式螺杆是由液压马达驱动，并由液压系统控制注塑，其注塑压力、注射速度、塑化压力等均由安装在液压系统的控制阀进行单程序的控制和均匀调节。注射装置具有螺杆退回功能，主要由瞬时调节油进行选择，为有效地储存和释放液压系统中的能量，其液压系统中带有蓄能器。注吹机的机械成型系统主要由相距120°的三个工位组成，即注塑工位、吹塑工位和容易脱模工位。三工位中间是能够旋转的转盘，注塑工位型坯在芯棒上注塑后，旋转盘转位，将型坯送往吹塑工位进行吹塑成型吹塑结束后旋转盘转到脱模工位、将瓶体脱模。在此期间所有的工艺参数值均由数字输入，注吹机的注射时间、冷却时间等时间控制均能从0..9秒任意选择，而控制程序的步骤可进行电脑控制，并由电脑进行工艺参数的监测和工作状态的显示，使注吹机实现精密成型。

2.具有能进行微调的控制性能、优良可靠的操作及使用方便的电子控制系统

注吹的螺杆转速调节是依靠电子仪器进行工作HRD，电子指示器由传感器和显示器组成，传感器与测量计算机系统一同装在传感器盒内，当旋转空心轴端的螺杆端头对螺杆的每一转在传感器内产生一个电脉冲，根据单向脉冲的不同差别，计算机可确定螺杆转速数值，精确地在显示器上显示数值。

3.能进行高速高压注射型坯，吹塑时容器的收缩量较小

精密注吹机的另一特点是具有注射压力的超高压的性能，其目的是降低吹塑成型后收缩率，增加容器的密度。由于注射压力高，注射速度快，与普通注吹机比较，其合模系统的刚性好，耐久性能强，有足够的注模吹模的合模力，能抵抗高压高速注入的熔融塑料的压力，模具变形较小。

4.具有优良的塑化装置，能使塑料原料在均匀温度下充分塑化，并能正确计量

当塑料熔料注射到型坯模具内，开始向吹塑模内成型时，注吹机料筒内的柱塞螺杆转动，使上料器把装入料斗的塑料颗粒向螺杆前端输送，并在料筒加热的作用下使物料塑化，当机筒前端堆积的熔料进行准确的计量并能在显示器上显示，保证了预塑量的准确性。

三、注射吹塑成型工艺条件对塑料瓶收缩的分析

1.注射压力与塑料瓶体收缩率的关系

注射压力是指注吹机螺杆端面处作用于塑料熔料单位面积上的力。这里指的是注射时的充模压力的提高，瓶体收缩率随之减小。当充模压力由50MPa增大到100MPa时，瓶体收缩率由1.66%降低到1.62%。因此采用高压注射使充模压力增加有利于降低瓶体收缩率，其降低收缩率原因是当高压注射时，塑料分子间受到的压缩程度增大，分子与分子之间的结合更紧密，进而瓶体收缩程度相应变小。

2.保压压力及其时间与瓶体收缩的关系

注吹成型过程中的保压压力通常指注塑型坯模内所产生的高压压力，它对塑料熔料的最终压实起着决定性的作用，是决定瓶体收缩大小的重要因素。一般保压压力从30MPa增加到80MPa，瓶体径向收缩率从1.70%降至1.50%。随着保压压力的增加，瓶体径向收缩明显降低。同时保压时间延长，其收缩率降低。这是因为保压时间延长，会引起塑料热膨胀系数减小，其热收缩率也随之减小。

3.注射速度与瓶体收缩的关系

注射速度是指充模时的线速度，从料温与传压的角度来说，提高料流的速率有利于压力的传导，使收缩下降。但注射速度太大，摩擦生热大，同时瓶体内应力增大，各向异性增加，当注射速度从100mm/s增至200mm/s时，瓶体收缩率由1.60%增至1.68%，即注射速度增加，瓶体收缩也增大，这表明此时弹性将就显著。影响注射速度与收缩率的因素较多，它与注吹机流道口注嘴的大小、位置及模温和料温有密切联系，较为复杂，只能在一定限度内研究分析。

4.注吹机料筒加热温度与瓶体收缩的关系

料筒温度在其它工艺条件不变的情况下，料温越高，冷却至室温后的瓶体收缩就越大，当料筒温度由180℃升到220℃时，收缩率由1.62%升到1.68%。

5.芯棒温度与瓶体收缩的关系

因为成型时芯棒体直接接触瓶口及瓶体，其内部通有循环液体或空气，以调节型坯温度，因此芯棒温度取值越高，脱模时瓶口处的温度相应就越大。当芯棒温度由80℃增至120℃时，瓶体收缩率由1.60%增加至2.00%。

6.吹塑模温与瓶体收缩的关系

吹塑模的温度起着冷却成型后塑料瓶体的作用，温度一般设定在℃左右，若温度高于50℃，瓶体收缩明显增大。这是因为由型坯模的熔料固化后向吹塑模转移时，碰到较高的吹塑模温，使塑料结晶固化层的增长速度减慢，在此温度下因与环境温度的差别加大，引起瓶体热胀冷缩的作用相对增大，因此收缩率相应增大。

7.吹塑压力与吹塑速度对瓶体收缩的影响

吹塑压力指吹塑成型瓶体所采用的压缩空气的压力。对于薄壁大容积的瓶体或表面带有花纹、商标图案、螺纹的瓶体以助记词粘度和弹性模量比较大的塑料，吹塑压力可选较大值，吹塑速度也随之加快，这样既有利于获取壁厚均匀，表面光泽好，同时也有利于缩短吹胀时间，使瓶体收缩变小。

8.瓶体冷却时间与收缩的关系

随着瓶体冷却时间的延长，收缩率随之降低。冷却时间主要由塑料熔料的温度、注射速度、型坯模吹塑模温度等因素决定。其关系为熔料温度高，冷却时间长；注射速度慢，冷却时间短；模具温度高，冷却时间长；保压压力高，冷却时间长。总之，增加瓶体冷却时间，有利于瓶体收缩率的降低。

四、注吹机模具结构设计尺寸与瓶体收缩的分析

注射吹塑工艺成型塑料瓶需要两套模具，即：型坯模具与吹塑模具。主要是吹塑模腔的尺寸最终决定瓶体的整体形状尺寸，其型腔尺寸设计主要依据瓶体的外部形状尺寸，同时考虑瓶体的收缩率来确定，成型后瓶体在吹塑模腔内被冷却时，塑料分子热振动的降低会减小塑料自由体积使瓶体收缩，由于瓶体收缩是整体体积的在2014年接受采访时收缩，在确定吹塑型腔的最终尺寸时，各项尺寸均应考虑收缩补偿的方向是根据瓶体形状不同，其收缩方向不一样，例如药用圆形旋转体塑料瓶，其成品收缩方向是在瓶体截面中心线方向收缩，内外的收缩量比长度方向收缩量要小，所以在设计吹塑型腔给予模具尺寸补偿时注意瓶体的收缩方向。另外，型坯型模与吹塑模具结构设计是否合理，还关系到能否提高作用在塑料熔料上的压力和提高物料的流动性。如果两种作用都能实现，则会促使瓶体收缩率的降低，在设计模腔尺寸时，要考虑机械加工型腔收缩率，包括吹塑瓶体的收缩与模具加工出现的收缩，铸造型坯要考虑模具材料在铸造过程的收缩率。模具设计的依据是各种塑料的收缩范围，塑料的壁厚，形状进料口形式尺寸分布情况，按照一定的实际情况各部位的收缩率，再来计算型腔尺寸的数据，对高精度的塑料或者难以掌握收缩率时，应采取这种方法来设计模具：对塑件外径取较小的收缩率，内径取较大收缩率，以留有试模后修正的余地。

五、塑料品种及配合剂用量对瓶体收缩的分析

塑料原料的成分、性质及品种不同，其收缩率不同。对热塑性塑料来讲，其成型过程由于存在结晶化形成体积变化，内应力强，聚集在塑件内的残余应力大，分子取向性强。因此，其收缩率一般都较大，收缩率的范围增材制造、工业机器人中心进入创建阶段宽，方向性明显，另外成型后的收缩和退火处理后的收缩一般都比热固性塑料大，在一般资料中提供的各种热塑性塑料成型收缩率只是一个大致的范围，要想获取实际设计时的收缩率的具体数值，要综合各方面的具体情况来确定。首先原料是不可忽视的，有此塑料及助剂的分子结构决定了它们具有吸湿性，在运输或贮存过程中也会不同程度地存在水分，其湿气水分的含量不仅影响瓶体的物理化学性能，还能影响瓶体尺寸的变化。当原料的水分含量大，则瓶体收缩率增大，使瓶体各部位尺寸精度变差，外观质量差。在瓶体原料配方设计中，粉状填充类助剂随加入份数的增加，瓶体收缩率表现为减小，而增加塑化