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PET瓶加工技术探讨下

2022-04-28 来源:广州机械信息网

PET瓶加工技术探讨(下)

2.3 PET瓶坯的双轴取向

2.3.1宏观状态的转变

双轴取向从根本上改变了材料的性能。在加热之后,最初无定形状态下的瓶坯变成高弹态,即如橡胶一样。在双轴拉伸以后,大分子链的取向产生结晶。吹瓶后,材料像固体一样坚硬,因此发生了状态转变。状态转变是由于临界变强化限度引起的。在硬变强化限度范围以内,塑料流动性具有高度双向的特点,增加了PET的内部应力。

2.3.2应变强化系数

由于拉伸最终总要超过应变强化限度,以得到固态响应,从而影响诱导结晶,保证瓶体的壁厚均匀。一旦接近应变强化限度,应变以幂指数形式增加。实际上,应变强化的开始取决于最大应变值,即固有应变率限度(λn)。

Sidel公司通过瓶坯的自由吹瓶研究,证明λn取决与材料固有的粘度和瓶坯温度。另外,圆柱形的瓶坯在径向较在轴向更容易拉伸,即径向的固有应变率大于轴向的固有应变率,导致在轴向优先取向,而轴向的取向取决于材料特性粘度。

2.4 PET瓶坯的自调节作用

瓶坯上的应力分布使瓶坯各部分产生正交各向异性的扩展。这种扩展由应力-强化系数决定。在拉伸杆和高压的共同作用下,瓶坯刚刚开始变形时,最薄弱的环节是最热的或壁最薄的地方,从这里最先开始发生变形。当大到了应变强化限度时强度局部增加,因为产生了诱导结晶。一旦变形区域做自调节超过了未变形区域的强度,未变形的区域沿着移动的“气泡边界”开始变形。这种膨胀叫做自调节作用。虽然自调节作用只在达到了应变强化限度时才会发生,但却控制了瓶壁的厚度。

2.5工业上PET瓶坯的双轴取向

如上所述,分子的双轴取向是塑料在特定条件下双轴向受拉伸的结果。在几何上,瓶坯具有特定的双轴向率;瓶坯各部分的温度分布不同。工业上为了生产出具有特定性能的瓶体,必须控制拉伸速度和冷却速率。

◎ 材料性能

瓶坯的材料必须是无序的(结晶度低),以保证在双向拉伸时有合适的取向。另外,由于在同等条件下,在临界拉伸极限之前(发生降解前),高粘聚酯比低粘聚酯有较高的各向异性(正交各向异性取向),所以材料的特性粘度必须超过取向的要求值。实际上,特性粘度的选择还应根据瓶的最终用途而定。高粘聚酯(0.80-0.85)有很好的力学性能(蠕变),用于吹制碳酸饮料瓶。对于无气饮料如矿泉水,低粘聚酯(0.70-0.78)就够了。

◎ 几何形状

瓶坯的几何形状包含了有PTE的IV,瓶的外形和最终用途控制瓶坯的尺寸。实际上,瓶坯是基于双向拉伸率和所需的最终壁厚而选定的。沿二个轴方向达到固有拉伸率,才能得到足够的取向,从而增加材料的力学性能。材料的主要参数包括粘度及其它参数。超过固有应变率会增加内部应力。内部应力倾向于抵消瓶体内部气体压力,是有益的,应该尽量使之增大。另一方面,对于热灌装瓶,为了减小瓶体在冷却时(有负压)变形,内部应力应尽量使之减小。

◎ 温度

半结晶材料的双轴取向的温度条件为:(1)玻璃化温度Tg以上,以得到允许取向的延展性。(2)在结晶化温度以下,以避免妨碍取向的球晶晶核的形成。PET双轴取向的温度范围是90~120℃。对于确定的双向拉伸率,双轴向取向温度主要由最终产品的使用目的确定。对于碳酸饮料瓶,其温度范围是90~100℃,以增加诱导应力。对于热灌装瓶,其温度范围是110~120℃。即达到了固有应变率,诱导力也受到限制。

◎ 拉伸速度

拉伸速度必须很快(500~1500㎜/s),以防止拉伸时发生降解取向。

◎ 冷却

拉伸后,当材料冷却到Tg以下时,PET分子重新排列所引起的诱导应力“冻结”在瓶壁里,这对碳酸是有益的。对于热灌瓶,温度必须保持在Tg以上,以维持分子取向,让诱导应力松弛(减小直到消失)。在此期间,产生了额外的静态结晶(25%、30~35%),从而加强了结构。

综上所述,在PET瓶成型的过程中,温度的控制及拉伸、冷却对PET瓶的质量起重要作用。PET瓶的发展方向是不断提高瓶的性能,降低成本,不断扩大应用领域。随着PET瓶技术的发展,对材料及工艺要求更高的PET啤酒瓶已成为近期开发的热点,预示着PET瓶发展史上一个新的里程碑即将到来。

---<中国包装工业>

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