塑料注吹中空药瓶的生产过程是:首先采用注射成型法先制成有底型坯,然后将型坯趁热移入吹塑模中将其吹塑成中空制品。此种成型工艺问世于20世纪30年代末,在20世纪40~70年代不断得到发展和完善。在我国,塑料注吹中空成型技术起步较晚。20世纪80年代,随着美、德等国成熟设备的引进,以及借鉴国内挤吹中空成型的成熟经验,我国的注吹中空成型技术也逐渐趋于完善。
  江苏维达机械有限公司(以下简称"江苏维达")自1989年开始率先从事"三工位"一步法注吹中空成型机的研制,并于1991年首批投放市场。经过10多年的不断改进,目前该机器技术已非常成熟。近年来,随着我国医药包装工业的发展,江苏维达每年销售近200条生产线,从而推动了中国药品包装容器(尤其是固体药物片剂,胶囊包装)整体质量水平的大幅度提升。
  1、注吹中空成型的特点
  目前国内外生产塑料药瓶一般采用挤吹中空成型和注吹中空成型两种工艺方法,相比之下,注吹中空成型更适用于药瓶的生产。通常,采用注吹中空成型技术生产的药瓶具有以下优点:
  瓶底形状设计的灵活性大,瓶体机械强度高,耐冲击,不易破碎;瓶口尺寸精确,能与瓶盖100%密合;瓶口安全环可直接成型以配合安全瓶盖使用;瓶子的重量和尺寸可预先设置;瓶口和瓶身表面光泽度好;瓶底和瓶口无毛边废料,更节省原料;瓶身接台线平滑、不明显,可一模多腔,提高生产效率,.更适合于成型硬质塑料药瓶和广口药瓶等优点。
  尽管如此,注吹中空成型工艺却不适合于生产大型的或形状复杂的药瓶。此外,由于同时需要注塑料模具和吹塑模具,因此投资较大从,而在一定程度上限制了该成型技术的使用。
  2、塑料药瓶的主要技术指标
  目前有关塑料药瓶的生产尚无国家标准作为指导,通常遵循的是医药行业标准----《固体药用聚烯烃塑料瓶》,此标准适用于包装非芳香性、非油脂性、非挥发性及易氧化的固体药品(片剂、胶囊、制剂)的塑料瓶,其主要技术指标如下:
  外观质量要求:塑料药瓶的外观应具有均匀一致的乳白色色泽,不得有明显的色差,瓶子表面要光洁、平整,不允许有变形和明显的擦痕,不允许有砂眼、油污气泡,瓶口应平整、光滑。
  物理性能要求:塑料药瓶的物理性能主要技术指标见表1。
项目 指标
密封性 不允许有泄漏
振荡实验 不允许有泄漏
水蒸汽渗透性 100mg/24h L

  化学性能要求:塑料药瓶的化学性能主要技术指标
  表2.化学性能主要技术指标
项目 指标
还原性物质 消耗O.02mol/L高锰酸钾液<1.Oml
重金属 ≤1.0ppm
水浸液 ≤12.0mg
乙醇浸液 ≤50.0Mg
正乙烷浸液 ≤75.0Mg

  菌检试验指标:小于100ml的塑料瓶细菌总数不得超过1500个/瓶,霉菌总数不得超过150个/瓶100~250ml的塑料瓶细菌总数不得超过3000个/瓶大于250mL的塑料瓶细菌总数不得超过3500个/瓶,霉菌总数不得超过350个/瓶。所有规格的塑料瓶均不得检出有大肠杆菌
  异常毒性:塑料药瓶需无异常毒性。
  3.塑料药瓶的主要原料及配方
  一般,多种热塑性塑料如PE、PP、Pc等均可作为注吹中空药瓶的原料,但目前生产多的是用于固体药物包装的聚烯烃塑料瓶。这种瓶子以高密度聚乙烯树脂或聚丙烯为原料,并添加色母料(或钛白粉),碳酸钙填料以及硬脂酸锌等助剂加工制成。以高密度聚乙烯树脂(5000S)为例,其主要原料及配方见表3。
  表3 聚乙烯注吹中空药瓶的王要原料及配方
原料名称 配比(份)
聚乙烯(5006S) 100
碳酸钙填料 5
色母料(钛白粉) 1(0.8)
硬脂酸锌 1

  4.塑料药瓶生产工艺路线及主要设备
  塑料注吹中空药瓶的生产工艺流程为:原料准备-->注吹中空机-->注吹模具-->脱模-->输送带-->检验-->成品。因此该生产线所需的主要设备包括全自动注吹成型机链式输送带空气压缩净化装置塑料干燥机及自动上料机注塑模具和吹塑模具。以及2台模温机。
  主机的选用
  目前国内引进的用于塑料注吹中空药瓶的主机大都为三工位间歇回转式成型机,如美国惠顿(WHEATON)公司和美国宙马(JOMAR)公司的三工位注吹中空机,江苏维达研制的MSZ系列三工位注吹机包括MSZ25,MSZ40、MSZ60以及MSZ40L、MSZ60L。其中MSZ25、MSZ40、MSZ60注吹中空机采用卧式注塑配置MSZ40L、MSZ60L采用立式挤出配置。MSZ系列注吹中空成型机既吸收了国外同类产品的先进技术,同时还做了适当改进使之符合国内客户的生产需求。
  现以MSZ40注吹中空成型机为倒进行介绍。该机由注射部件、合模部件、转位部件、脱模部件等组成。其中注射部件的主要特点是:采用卧式注射方式,与立式注射相比,容易保养、维修、清料、且更换快速方便;设有回转装置,便于螺杆的装卸和料筒的清洗:机筒和螺杆均采用优质氮化钢,经氮化处理后使用寿命更长。螺杆头部有止逆环,可减少注射时物料沿螺杆回流;螺杆直径45MM,长径比20:1,注射量(PS)227g。合模部件的主要特点是:采用全液压式垂直启闭模结构可迅速提供高压锁模所需的40t力:外形简洁增压方便,可靠;靠蓄能器实现保压,可节省能源:移模速度采用快一慢一快控制,既确保了药瓶必要的成型周期又可减小机械的震动和冲击;设有低压模具保持功能,可保护模具免受硬物损坏。转位部件的主要特点是:回转方式由液压驱动曲柄连杆转信机构来完成。曲柄连杆转位机构为余弦运动规律,始末为柔性冲击,适于中速。用液压驱动,增压比大,回转工作台可设计成较大,实现一模多腔。机构简单,刚度好,成本低;设有定位销结构,靠定位销和转塔导套的精密配合。实现精确定位。定位准确、可靠、寿命长;转塔及模芯安装板材料选用LC4,既保证了一定的硬度,又大大降低了重量,从而减少了回惯量,使回转快速,平稳。脱模部件的主要特点是:脱模的起始位置可方便调节能满足不同高低药瓶的脱模需要脱模架靠齿轮齿条结构带动翻动90℃使药瓶直接整齐排放于输送带,符合医药包装卫生要求;齿轮、齿条结构与翻转马达结构相比,强度高,寿命长、成本低。
  辅机的选用
  塑料注吹中空药瓶生产所需的辅机般包括:输送带,空气压缩净化装置、原料干燥机和自动上料机,以及模温机。
  输送带一般由不锈钢平板链传动装置、火焰处理装置、记数装置等组成。由于不锈钢平板链不易生锈,利于清洁,因此避免了对药瓶的污染,符台医药包装卫生要求。与塑料平板链相比较,不锈钢平板链经火焰处理后变形小。火焰处理装置可除去瓶体油污,便于粘贴标签。火焰的大小、高低可随意调节,以满足不同瓶子的需要。记数装置靠光电开关的感应,可准确记录药瓶的数量,当药瓶的数量达到设定数值时,即给出报警信号。与人工操作相比,输送带大大减少了对药瓶污染的可能性,满足了医药包装卫生的要求。
  空气压缩净化装置包括无油压缩机、储气罐、空气干燥器、过滤器等系统。一般进入气路系统的气源为经过除尘、除水、不含油雾的压缩空气,灰尘和水分含量在100 Mg/m3以下,过滤精度在5um,吹气压力1.2Mpa供气量≥0.5m3/MIN。
  通常、如果原料中所含水分严重超标,就会引起药瓶的表面产生不规则的条纹和气泡,此时就需要采用干燥机干燥原料。一般来说,只要科学和规范地购买和贮存原料,就没有必要使用原料干燥机。为了提高生产设备的自动化水平和降低工人的劳动强度,建议选用自动上料机。
  模温机的作用是控制和稳定注塑模具内熔融塑料的温度。根据不同原料的特点,可设定不同的工艺温度,以获得稳定的型坯温度和瓶坯尺寸——温度太高会导致型坯粘结芯棒,温度太低会影响型坯的吹胀成型。
  生产工艺
  1、原料准备
  先将需成型的树脂与助剂按照配方严格计算配混均匀后再通过自动上料机将混合料传送到主机料斗。对于非吸湿性塑料(如PE、PP等)可直接使用,对于吸湿性塑料(如PET、Pc等)需经料斗干燥器对混合物进行干燥处理,否则会导致药瓶出现泡孔、放射斑、条纹等缺陷,并可能降低药瓶的机械性能和尺寸稳定性。
  2、注射型坯
  注射型坯为第一成型工位。在该工位上,塑料在注射部件的料筒螺杆内熔融,然后经热流道以高压注射到模腔内成为型坯。同时,使用高温导热油来调整模具的温度,以使型坯的温度适合下一工位的吹塑要求。一般注射温度与树脂的品种及药瓶的厚度有关。对于结晶性树脂,如PE, PP等,注射温度高于其熔点;对于无定型聚合物。注射温度要高于其粘流温度。通常,薄壁药瓶比厚壁药瓶的注射温度高,例如生产20ML聚乙烯(5000S)药瓶的工艺温度为:料筒加料段140℃~180℃料筒中段180℃~195℃,料筒前段195℃~210℃,热流道210℃~240℃。循环油控制的型坯温度分布为:瓶径和瓶底60℃~80℃,瓶体80℃~130℃。此外,注射压力与药瓶的壁厚有关,薄壁药瓶比厚壁药瓶注射压力高。在保证药瓶质量的情况下,应尽可能采用较低的注射压力。一般PE的注射压力为58.8~98.06Mpa, PP的注射压力为54.9~98.06Mpa。
  3.吹塑
  吹塑为第二成型工位,其过程是:型坯依附在芯棒上旋转到下一工位进行吹塑成型;压缩空气经芯棒吹入型坯使其膨胀,直到完全接触到吹塑模具,经冷却后,即吹塑完成。在吹塑过程中应注意以下几点
  可先采用低压(0.4—0.6Mpa)大流量空气进行吹塑,使型坯表面迅速贴合模具,消除局部冷却的可能性。然后进行高压(0.8~1.2Mpa)定型吹塑,使型坯吹胀形成模具的轮廓。
  当熔体粘度低。冷却速度较慢时,采用低压空气,反之则采用高压空气。
  当型坯在模具内被吹胀后,要在保持压力的情况下进行冷却定型。充分的冷却可以防止制品变形并保证外观质量。
  药瓶的冷却除模具通冷却水和压缩空气外,还要掌握适当的冷却时间。通常冷却时间占总成型时间的40%-60%。冷却时间过长,会延长成型周期。
  型坯被吹胀后,要有充分的时间回气。充分的回气可以防止药瓶底部变形成"放炮",回气时间可根据成型药瓶大小而定。对容积较大的药瓶,回气时间可长些,反之则短。
  4、脱模
  脱模为第三成型工位,其过程是:吹塑成型的药瓶被旋转到取出工位,由脱模具装置将药瓶自芯棒上取出。当药瓶被取出后,芯棒的内部冷却系统对芯棒进行冷却使其回复到注射工位芯棒的温度。同时,芯棒的外部冷却系统也将对芯棒进行冷,以防止制品粘结芯棒,影响药瓶质量。
  5、输送
  脱模板翻转90℃,将已成型的药瓶整齐地排放在输送带上,经过火焰装置、记数装置后直接装箱。
  6、检验
  对生产的药瓶进行常规检验和批量检验,主要检验项目包括:外观、物理性能、化学性能、菌检试验、异 常毒性等。
  7、包装
  对合格的药瓶进行包装,在标注了商标、规格、生产日期、生产单位和地址后,入库贮存。
  一般,注吹中空药瓶生产线除了技术、装备、工艺等条件外,还必须配套相应的辅助设施和操作管理人员。如动力、厂房、操作工人等,主要参数见表4。

  表4生产线有关的重要参数
项目 参数 备注
设备总装机容量 50KW 包括办工、照明用电
生产厂房 10m2/台 厂房为净化厂房
冷却水用量 3m3/h 水温在10℃-20℃
压缩空气 0.5m3/min 除尘除油
操作工人 2人/班 三班制生产共需6人

  通常应将注~吹中空药瓶生产线的主机放置在预置的地基上,也可以安装在一般机器所用的避震器上。同时需要对主机进行水平调整,可以利用主机的工作台面及注射装置的工作面作基准,用水平仅检查机器的纵、横向水平,水平度为0.1/1000mm。
  其他辅机也应放置在预置的地基上。在准备地基基础时,应安排出管道输送沟,用以辅设电缆、水管、气管等。压缩空气净化装置可放于净化厂房外。连接冷却水及压缩空气管道必须有足够大的截面,以减少传送时的损失。
  操作者在使用江苏维达的机器前,必须选熟悉机器的构造,以及液压系统原理,气动原理,电气控制原理和各种开关,按钮的作用,同时要检查水、电、气是否接通,是否连接正确,然后方可进行操作。
  首先进行手动操作:用手设置机器的温度,时间和行程开关的位置,并设定所有动作的压力和速度。然后进行半自动操作:关上安全门,从转台下降开始,直至转台上升,回转,至此完成一个半自动循环程序。一个循环结束后,再按自动按钮,使机器重新进行下一个循环。最后进行全自动操作:经半自动操作后,其它操作程序不变,将选择开关拨至自动位置,按自动开启钮,机器即按选定的程序连续地、周而复始的自动完成工艺过程和各个动作。在生产正常的条件下,机器均在全自动状态下运行,或要停止机器运转,可按自动停止按钮,机器在自动完成本循环后自动停止至循环起始位置。如出现紧急情况,可按急停按钮,机器会瞬间停止。
作者:中国塑料机械网 来源:中国塑料机械网信息中心
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