邱建成 何建領(lǐng)

（蘇州同大機(jī)械有限公司）

前 言

常用的擠出吹塑制品多數(shù)都是采用HDPE類(lèi)塑料來(lái)吹塑成型的，因此，擠出吹塑制品的配方與改性技術(shù)基本上都是圍繞 HDPE塑料來(lái)進(jìn)行的，當(dāng)然，一些工程塑料的吹塑則與該種塑料的配方與改性有關(guān)。

HDPE通常用于大中型吹塑容器制作的主要原料，多數(shù)情況下，對(duì)于某一個(gè)特定的大中型擠出吹塑制品而言，一般只需要采用一種或是兩種塑料原料就可以吹塑成型，并且可以達(dá)到比較好的質(zhì)量水平。

近年來(lái)國(guó)際原油價(jià)格的普遍上漲，導(dǎo)致塑料原料價(jià)格大幅攀升，同時(shí)也由于真正能夠用于大中型、超大型中空吹塑制品的塑料原料的牌號(hào)并不是太多，因此也就導(dǎo)致了這一領(lǐng)域的塑料原料配方技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。預(yù)計(jì)在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)幾年內(nèi)，這一領(lǐng)域的原材料配方技術(shù)將會(huì)得到較快的發(fā)展，能夠適用各種特殊用途的原料配方將會(huì)受到大中型中空吹塑制品廠家的重視和開(kāi)發(fā)，同時(shí)，這一領(lǐng)域?qū)?huì)努力在保障制品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，千方百計(jì)的降低塑料原料的綜合成本和生產(chǎn)成本。因此，擠出吹塑原料配方的設(shè)計(jì)會(huì)顯得更為重要；同時(shí)塑料配方與改性技術(shù)的應(yīng)用也將更為受到各個(gè)吹塑制品廠家的重視。

HDPE的性能主要取決于其密度、相對(duì)分子質(zhì)量及相對(duì)分子質(zhì)量分布三個(gè)因素。密度越大，制品的剛性和硬度越高，耐化學(xué)腐蝕性能越強(qiáng)；相對(duì)分子質(zhì)量越高，聚合物流動(dòng)就越慢，韌性和耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性就越好；相對(duì)分子質(zhì)量分布的寬窄則會(huì)直接影響聚合物流動(dòng)的快慢。

此外，HDPE塑料材料在高速擠出吹塑加工過(guò)程中物理力學(xué)性能的較大變化值得關(guān)注，特別是近年來(lái)高速擠出吹塑生產(chǎn)線的大量運(yùn)行，帶來(lái)了許多新的技術(shù)課題。

一些HDPE的常用牌號(hào)在普通擠出吹塑機(jī)生產(chǎn)線時(shí)其物理力學(xué)性能優(yōu)異，當(dāng)進(jìn)入高速吹塑生產(chǎn)線加工時(shí)，往往生產(chǎn)出的制品力學(xué)性能與耐環(huán)境應(yīng)力參數(shù)發(fā)生了較大的變化，一些重要力學(xué)參數(shù)發(fā)生變差的趨勢(shì)，影響到產(chǎn)品性能的正常發(fā)揮，這些性能的變差，可能是由于高速吹塑機(jī)的擠出塑化系統(tǒng)與機(jī)頭以及吹塑成型過(guò)程中的綜合影響因素造成，具體是哪一些因素影響較大，有待更進(jìn)一步的研究與理論的深入探討。

大中型中空吹塑制品配方的研發(fā)

在大中型中空吹塑制品配方的研發(fā)方向上，一方面將會(huì)更加功能化，不斷追求制品功能的完善和使用壽命的延長(zhǎng)；而另一方面將會(huì)在優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，追求較大幅度的降低原材料成本和運(yùn)行成本，以其獲得更大的收益。

進(jìn)行配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的三個(gè)基本原則是：

1） 盡量滿(mǎn)足中空吹塑制品的各種使用功能及用途；

2） 塑料原料配方具有良好的加工性能；

3） 通過(guò)配方的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，降低生產(chǎn)成本。

同時(shí)，由于擠出吹塑制品與工程配套的范圍不斷擴(kuò)展，對(duì)吹塑制品的性能提出了更高的技術(shù)要求。如汽車(chē)、轎車(chē)、高鐵行業(yè)、航空、航天、航海、機(jī)械、電子、化工、物流、藥品包裝、食品飲品包裝、日用家居、農(nóng)業(yè)、工程應(yīng)用、水面浮體等許多行業(yè)的配套吹塑制品等等，都對(duì)塑料吹塑制品提出了高強(qiáng)度、高剛度、高精度、長(zhǎng)壽命等以及較好的耐溫性能等許多優(yōu)越性能的高要求。所以，對(duì)這些吹塑制品的改性就顯得非常的重要。

塑料的改性方法主要有物理改性和化學(xué)改性?xún)深?lèi)。化學(xué)改性是指通過(guò)化學(xué)方法改變聚合物分子鏈上的原子或是原子團(tuán)的種類(lèi)以及組合方式的改性方法，塑料可以通過(guò)嵌段共聚、接枝共聚、交聯(lián)反應(yīng)，或者是引入新的官能團(tuán)的方式從而形成新的特定的高分子材料；化學(xué)改性可以使制品獲得新的功能或是更好的物理與化學(xué)性能。

在擠出吹塑制品的配方改性實(shí)際操作中，一般常用物理改性技術(shù)應(yīng)用較多，而化學(xué)改性技術(shù)應(yīng)用較少，擠出吹塑制品的物理改性技術(shù)目前常用的方法有：①填充改性；②共混改性；③增強(qiáng)改性；④增韌改性；⑤納米復(fù)合改性；⑥功能化改性等等。

1.常用吹塑制品的配方技術(shù)

1） 25L塑料桶配方，見(jiàn)表1。

表1 25L塑料桶配方

表2 濃硝酸包裝用HDPE容器試驗(yàn)配方組成

從表1配方中看出，配方中采用兩種牌號(hào)的HDPE，其吹塑制品的強(qiáng)度、硬度韌性可得到保障，可滿(mǎn)足25L系列塑料桶的基本要求。

配方中兩種主料基本對(duì)半配置，在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)不同的性能需要調(diào)整配方中主料的比例，同時(shí)，主料的牌號(hào)選擇也可以根據(jù)市場(chǎng)供貨的具體情況選擇。

2） 化學(xué)危險(xiǎn)品中空塑料包裝桶配方設(shè)計(jì)：

如：試制容器 25L的包裝桶，桶的質(zhì)量為1800g。用于盛裝濃度為 68.2%的濃硝酸。單純的HDPE容器耐濃硝酸性能是不足的，但是加入適當(dāng)?shù)母呔畚锔男詣┲螅墒笻DPE耐濃硝酸的性能明顯提高。即采用 EVA和低分子改性劑LC改性 HDPE制濃硝酸包裝容器，試驗(yàn)配方如表2。

表2配方中HDPE為HHM5205，熔體流動(dòng)速率 MFI=0.35g/10min；EVA牌號(hào) 560，熔體流動(dòng)速率 MFI=3.5 g/10min，密度=0.93，VA 含量14%；低分子改性劑LC,中國(guó)產(chǎn)，工業(yè)級(jí)。

上述三種配方制得包裝桶檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

以上三種配方，經(jīng)按普通包裝檢驗(yàn)全部合格。

但是，用于盛裝濃硝酸，配方1一個(gè)月后就破裂了，因此不宜盛裝濃硝酸；配方2六個(gè)月后跌落試驗(yàn)桶體破裂了，不合格，雖然其它試驗(yàn)合格，若用來(lái)盛裝濃硝酸有危險(xiǎn)性，建議不宜采用；配方3從表3-18可以看出，用于盛裝濃硝酸半年后所有試驗(yàn)都合格。

表3 HDPE及其改性配方制得的25L桶用于包裝濃硝酸的檢測(cè)結(jié)果

表4 一種戶(hù)外塑料座椅的塑料配方表

表5 50～100L吹塑容器常用配方

由此得出，在HDPE中配入EVA和低分子改性劑LC,之后，改性HDPE抗?jié)庀跛岬男阅苊黠@改善，可以用于制造濃硝酸(68.4%)的包裝桶。

3） 一種戶(hù)外塑料座椅的塑料配方表。（見(jiàn)表4）

注：表4配方中7000F，6098均為高密度聚乙烯，具有較高的分子量。18D為低密度聚乙烯。EVA在這個(gè)配方中主要作為加工助劑使用，改善吹塑制品的外觀質(zhì)量和增強(qiáng)抗沖擊能力。并且具有較長(zhǎng)的耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂時(shí)間。

4） 50～100L吹塑容器配方，見(jiàn)表5。

表5中的配方可以根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行配方調(diào)整。

在表5的配方中，隨著分子量較高的塑料原料的比例增加，其制品的強(qiáng)度、剛度、耐溫性能增強(qiáng)，耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂時(shí)間延長(zhǎng)。制品廠家可以根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品的要求不同來(lái)調(diào)整各種塑料原料的不同比例，以達(dá)到各種不同的技術(shù)要求。

5） 100-220L吹塑容器

由于普通的高密度聚乙烯樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量不高，如HHM5502牌號(hào)的樹(shù)脂是相對(duì)分子質(zhì)量約為15萬(wàn)左右、典型的吹塑成型級(jí)乙烯和己烯共聚物，雖然它的力學(xué)性能、剛性及表面硬度均較好，但耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂能力和抗沖擊強(qiáng)度都比較差、熔體強(qiáng)度不高、擠出型坯過(guò)程中下垂現(xiàn)象嚴(yán)嚴(yán)重。如果采用該牌號(hào)樹(shù)脂制造 200L，凈重10.5kg全塑料大桶按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)作跌落試驗(yàn)，則出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。可見(jiàn)相對(duì)分子質(zhì)量較低的樹(shù)脂基本上是不適合于生產(chǎn)100～200L以上的大型塑料桶的。采用相對(duì)分子質(zhì)量大于25萬(wàn)的HMWHDPE樹(shù)脂吹塑成型 200L以上的大型桶在進(jìn)行與上述相同試驗(yàn)條件作跌落試驗(yàn)時(shí)，通常不會(huì)發(fā)生破裂現(xiàn)象，同時(shí)桶體壁厚的均勻性也得以明顯改善，大型桶的耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂能力也成倍地得以提高。因此設(shè)計(jì)100～220升大型中空塑料桶配方時(shí)一定要將相對(duì)分子質(zhì)量大于 25萬(wàn)作為首先考慮的指標(biāo)，其次是樹(shù)脂的密度，實(shí)踐證明，當(dāng)樹(shù)脂的密度處在 0.945～0.955g/cm3的范圍內(nèi)時(shí)高相對(duì)分子質(zhì)量高密度聚乙烯樹(shù)脂制品的剛性和耐應(yīng)力開(kāi)裂性能是比較均衡的。

工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)對(duì)制品的抗沖擊性能和耐應(yīng)力開(kāi)裂性能要求苛刻時(shí)(如汽油箱等)，往往選用密度為0.945g/cm3的樹(shù)脂為原料；再其次是加工性能相對(duì)容易性等。

現(xiàn)在，許多國(guó)家都針對(duì)大型塑料桶設(shè)計(jì)生產(chǎn)專(zhuān)用原料，它的相對(duì)分子質(zhì)量、熔體流動(dòng)速率及相對(duì)密度都適合制作大型中空塑料桶。

表6為部分牌號(hào)高相對(duì)分子質(zhì)量高密度聚乙烯樹(shù)脂，它們都可以直接選用制作100～220升甚至更大的中空塑料桶，且不需要摻入其它樹(shù)脂來(lái)改進(jìn)性能，它們已經(jīng)完全能達(dá)到大型中空塑料桶的使用性能。表6是近幾年國(guó)內(nèi)使用最多的幾個(gè)主要高分子量聚乙烯牌號(hào)的塑料，性能穩(wěn)定，生產(chǎn)量逐年增加，尤其是齊魯石化的1158牌號(hào)產(chǎn)品與獨(dú)山子石化的 5420牌號(hào)產(chǎn)品已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)200L雙L環(huán)危包桶的主要塑料原料，市場(chǎng)上也相應(yīng)容易采購(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，從許多 200L雙 L環(huán)危包桶生產(chǎn)廠家的實(shí)際生產(chǎn)配方來(lái)看，采用1158與5420兩種塑料原料各50%的配方生產(chǎn)，200L雙L環(huán)危包桶的質(zhì)量穩(wěn)定性較好；此種比例的配方目前在較多的制品廠家在使用。

在200L雙L環(huán)危包桶的生產(chǎn)配方中，長(zhǎng)期的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明，采用多種牌號(hào)的高分子量聚乙烯塑料原料組合配方進(jìn)行生產(chǎn)，其產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)比采用單一塑料原料的配方生產(chǎn)穩(wěn)定性及其他性能會(huì)提高較多，這一點(diǎn)值得引起危包桶制品廠家的高度重視，以減少因?yàn)樗芰显蠁我辉斐傻纳a(chǎn)損失。另外，值得特別提醒的是，由于200L雙L環(huán)危包桶的特殊使用要求，從大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中得出：在大型中空吹塑塑料桶的原材料中不要盲目添加礦物性母粒來(lái)降低成本或提高硬度，否則對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量影響相當(dāng)大，特別是對(duì)于液體狀危險(xiǎn)品的包裝桶而言，產(chǎn)品質(zhì)量將很難得到完全的保障，在這方面的配方改性技術(shù)還有待于進(jìn)一步的研究與開(kāi)發(fā)。

表6 大型中空塑料桶樹(shù)常用脂牌號(hào)及廠家

表7 小容量塑料桶耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂常見(jiàn)配方（1～10L塑料桶）

6） 耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂的小容量塑料桶配方技術(shù)

①近年來(lái)，日用化工產(chǎn)品的用量大量增加，由于許多日化品的配方中含有活性劑，對(duì)包裝塑料桶要求其具有耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂的性能。

另外，吹塑機(jī)智能化生產(chǎn)線的數(shù)量也是增長(zhǎng)加快，生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度提高很快，隨著這些因素的影響，對(duì)塑料原料的配方技術(shù)提出了相應(yīng)的技術(shù)要求，很多情況下，某單一品種牌號(hào)的塑料原料已經(jīng)很難滿(mǎn)足生產(chǎn)與客戶(hù)使用的要求，如果在這種情況下還是強(qiáng)調(diào)只是采用某一品種牌號(hào)的塑料原料，則可能造成數(shù)以萬(wàn)計(jì)或者是更多的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)于目前已經(jīng)出現(xiàn)的各種現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)狀況，值得引起制品生產(chǎn)廠家管理與技術(shù)人員的高度重視，有必要改變這些小容量塑料桶的配方技術(shù)，來(lái)適應(yīng)高速吹塑機(jī)生產(chǎn)線的變化與市場(chǎng)要求的變化，從而生產(chǎn)出高品質(zhì)的塑料桶滿(mǎn)足市場(chǎng)的不同要求。

對(duì)目前常用的小容量吹塑機(jī)生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，目前使用較多的塑料原料一般采用牌號(hào) 5502的HDPE塑料即可。但是隨著高速吹塑生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度的大幅度提高，采用這一單一品種的塑料原料已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求。其小容量塑料桶耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂常見(jiàn)配方見(jiàn)表7。

②應(yīng)力開(kāi)裂的原因分析

高密度聚乙烯瓶、容器的應(yīng)力開(kāi)裂的原因，通常來(lái)說(shuō)其原因較為復(fù)雜，其應(yīng)力開(kāi)裂的主要原因有：環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂；溶劑應(yīng)力開(kāi)裂；機(jī)械應(yīng)力開(kāi)裂和熱應(yīng)力開(kāi)裂等四種主要原因。

A.環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂（ESC）

環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂是容器的脆性失效，充滿(mǎn)極性液體時(shí)，在壓力下應(yīng)力集中，在應(yīng)力集中處發(fā)生容器開(kāi)裂現(xiàn)象。

這種應(yīng)力可以是容器重量或是容器內(nèi)部的壓力。應(yīng)力集中的點(diǎn)可能是容器的設(shè)計(jì)中突出不連續(xù)的點(diǎn)（如結(jié)構(gòu)上的突變點(diǎn)或是成型中形成的應(yīng)力集中點(diǎn)）。也可能是成型時(shí)厚薄不均冷卻速率不同形成的應(yīng)力集中點(diǎn)。極性液體不會(huì)產(chǎn)生明顯的膨脹，對(duì)塑料有化學(xué)或是其他方面的破壞。

B.溶劑應(yīng)力開(kāi)裂（SSC）

這種裂紋與環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂相似，由于相似，所以經(jīng)常容易混淆。除了內(nèi)部的液體外，具備環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂的特征，會(huì)影響塑料制品的性能。它可被塑料吸收，使其膨脹、變形、變軟、變脆、開(kāi)裂、或是其他的改變，實(shí)際上是化學(xué)浸蝕。

C.機(jī)械應(yīng)力開(kāi)裂（MSC）

這種作用涉及外部的應(yīng)力，通常是由頂部的載荷引起的，當(dāng)然有可能來(lái)自側(cè)面或是底部的應(yīng)力。它是通過(guò)外部的應(yīng)力而不是內(nèi)部的應(yīng)力引起開(kāi)裂或是變形的。

如近年來(lái)常見(jiàn)的一些水上塑料浮體，浮筒，吹塑托盤(pán)，工程結(jié)構(gòu)件等等，這類(lèi)吹塑制品的失效往往是由于機(jī)械應(yīng)力引起的。這種機(jī)械應(yīng)力引起的失效或是制品的損壞及破壞與塑料本身的耐老化性能沒(méi)有太大的關(guān)系，主要與機(jī)械應(yīng)力的頻繁疊加和反復(fù)作用有較大的關(guān)系；這種類(lèi)似的機(jī)械應(yīng)力破壞，在設(shè)計(jì)這類(lèi)工程結(jié)構(gòu)件時(shí)需要引起產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的特別注意。

此外，在吹塑制品行業(yè)常見(jiàn)的容器損壞有很多情況也與機(jī)械應(yīng)力相關(guān)，如一些危包桶，在運(yùn)輸途中為了降低運(yùn)輸成本，堆高多層，導(dǎo)致承受機(jī)械壓力過(guò)大發(fā)生變形或是損壞。

一些吹塑容器裝滿(mǎn)液體后，為了降低倉(cāng)儲(chǔ)成本，沒(méi)有按照技術(shù)要求進(jìn)行堆碼，超過(guò)容器堆碼所能夠承受的壓力，也容易發(fā)生失效或是損壞。

③應(yīng)對(duì)應(yīng)力開(kāi)裂的配方改進(jìn)措施

在應(yīng)對(duì)應(yīng)力開(kāi)裂的措施中，除了在容器或是制品設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮產(chǎn)品各自的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化外，對(duì)于一般常用的容器可以通過(guò)配方的改善來(lái)改變?nèi)萜鞯馁|(zhì)量狀況。

改善這類(lèi)應(yīng)力開(kāi)裂的配方措施的原則通常有以下幾點(diǎn)。

A.對(duì)于盛裝溶劑類(lèi)（如洗滌劑、油品、酒精、酮、醛、氯化物、芳香類(lèi)、脂肪等產(chǎn)品）時(shí)，除了需要保證容器本身的強(qiáng)度，剛度等機(jī)械性能足以承受外，其耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂時(shí)間應(yīng)該也是足夠，選擇配方時(shí)，應(yīng)該根據(jù)制品的特性選擇耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂時(shí)間較長(zhǎng)的塑料原料。

B.對(duì)于一些工程結(jié)構(gòu)吹塑件，如大型吹塑罐，吹塑托盤(pán)，塑料浮體，塑料浮筒，戶(hù)外吹塑用品等，除了保證產(chǎn)品具備應(yīng)有的重量和壁厚外，其生產(chǎn)原料的分子量應(yīng)該盡可能選擇高一些，使其具備足夠的抗機(jī)械應(yīng)力的能力。

從近幾年吹塑生產(chǎn)的實(shí)踐來(lái)看，采用高分子量的塑料原料來(lái)生產(chǎn)大型、超大型吹塑制品，適當(dāng)加厚制品壁厚，提高制品均勻度；是提高應(yīng)對(duì)機(jī)械應(yīng)力開(kāi)裂較好的措施。

C.在配方中采用添加一些塑料助劑的方法，也可以提高吹塑制品耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂的能力，如在吹塑制品配方中適當(dāng)?shù)奶砑覧VA、CPE類(lèi)的材料可有效延長(zhǎng)耐環(huán)境應(yīng)力的時(shí)間。

結(jié) 語(yǔ)

擠出吹塑的制品越來(lái)越多了，其使用的條件千差萬(wàn)別，使用的塑料原料越來(lái)越多，品種、牌號(hào)也是數(shù)不勝數(shù)，從現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)來(lái)看，吹塑制品廠家需要根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)和改進(jìn)每個(gè)產(chǎn)品的配方，這樣才能達(dá)到較好的效果。以上介紹的常用配方技術(shù)只是一些常用吹塑制品的常用配方，建議在吹塑制品具體生產(chǎn)中參考使用。