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1.概述
擠出吹塑是塑料中空制件生產(chǎn)的主要成型方法之一，適于PE、PP、 PVC、熱塑性工程塑料、熱塑性彈性體等聚合物及各種共混物，主要用于成型包裝容器，儲存罐與大桶，還可成型用于汽車工業(yè)等工業(yè)制件。擠出吹塑成型跟其他的塑料中空成型一樣，其主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)的產(chǎn)品成本低，工藝簡單，效益高，但其突出缺點(diǎn)是制品壁厚尺寸及均勻性不易控制。
擠出吹塑成型是將擠出成型的半熔融狀態(tài)的塑料管坯（型坯）,趁熱置于各種形狀的模具中,并即時在管坯中通入壓縮空氣將其吹脹,使其緊貼于模腔壁上成型,經(jīng)冷卻脫模后得到中空制件的熱成型過程。它的整個成型過程可以分為:型坯形成、型坯吹脹以及冷卻和固化三階段。
國內(nèi)外的研究者從60年代一直到現(xiàn)在都力圖用不同的方法來研究擠出吹塑成型的各個階段以及全過程，但總的來說大致可分為兩大類：實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值分析技術(shù)。數(shù)值分析法是建立在連續(xù)性方程，運(yùn)動方程和能量方程三大基本方程上，須做大量假設(shè)來簡化方程，用有限差分或有限元法求解。而且本構(gòu)方程中的某些流變參數(shù)數(shù)據(jù)也不易得到。對于形狀復(fù)雜的在制品，需要耗大量的計(jì)算機(jī)時間。實(shí)驗(yàn)研究則是最簡單直接的方法。
下面對擠出吹塑各個階段的實(shí)驗(yàn)研究狀況進(jìn)行綜述分析。
2.型坯成型階段研究狀況
型坯形成是指通過擠出成型得到半熔融狀態(tài)的塑料管坯（型坯）。隨著中空吹塑制件的幾何形狀越來越復(fù)雜,設(shè)計(jì)良好的預(yù)成型型坯對以最小的材料消耗獲得所需求的壁厚分布且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的制件有著重要的意義,也就是在型坯成型階段通過采用調(diào)節(jié)型坯的壁厚分布形狀,以使吹塑制品的壁厚分布趨于均勻。由于型坯形成時的擠出膨脹、下垂、回彈等因素使得型胚成型階段型胚尺寸在長度方向不一致而變得非常復(fù)雜。
由于擠出的聚合物型坯溫度高而無法直接測量，對擠出吹塑中型坯成型階段的實(shí)驗(yàn)研究主要是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法來測量型胚直徑分布和壁厚分布。最早用實(shí)驗(yàn)方法研究而獲得型坯尺寸的是Sheptakr等人。他們設(shè)計(jì)了一種被稱為“夾坯型”的特殊模具來分析型坯。這種裝置只能得到型坯的質(zhì)量膨脹Sw，但不能直接得到型坯的直徑和壁厚膨脹。Kalyon等[2]在上述裝置上增加了一套攝像裝置，可用于拍攝模具夾坯前型坯的圖像，從而可獲得型坯的直徑分布。這種方法能得到較精確的型坯直徑分布，但較費(fèi)時，且不能用于在線測量，因此限制了它的實(shí)際應(yīng)用。
另一種測量型坯膨脹的方法是塑料熔體直接擠出到與熔體相同溫度和密度的油中，這樣可以在無垂伸和固化的條件下測量型坯的膨脹；同時由于油箱側(cè)壁是透明玻璃，可在一定的時間間隔內(nèi)對型坯進(jìn)行拍照；又由于塑料熔體的透明性，根據(jù)照片就可確定型坯內(nèi)外的直徑分布。由于型坯膨脹，型坯的形狀尺寸沿著型坯長度方向是不一致的。為了標(biāo)識數(shù)據(jù)測量的位置，每隔固定時間用噴墨裝置把碳黑粒子噴射到型坯表面上做記號。但這種方法沒有考慮垂伸的影響，難以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。
隨著圖像分析技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究者都偏向使用圖像分析技術(shù)來確定型坯尺寸。型坯的直徑分布可通過圖像直接測量，但型坯的厚度分布則不能，它只能間接計(jì)算得到。許多的研究者試著用不同的測量手段和算法來計(jì)算型坯壁厚分布。P.L.Swan 等[3]設(shè)計(jì)了一套使用兩臺攝像機(jī)的裝置來測量型坯膨脹尺寸（如圖4所示）。讓型坯擠入到溫度與型坯一樣的容器中，位于下面的攝像機(jī)（9）對準(zhǔn)型坯的末端，而位于上端的攝像機(jī)（5）發(fā)出信號通過計(jì)算機(jī)控制攝像機(jī)（9）的位置以保證其在型坯擠出過程中總是對準(zhǔn)型坯的末端。通過圖像可以得到型坯的直徑和壁厚尺寸。但實(shí)驗(yàn)裝備復(fù)雜且只考慮等溫的情況，實(shí)際應(yīng)用不廣。
R.W.Diraddo和A.Garcia-Rejon[4]提出只建立在圖像分析基礎(chǔ)上非接觸式測量型坯壁厚分布的方法。該實(shí)驗(yàn)只使用一臺攝像機(jī)對型坯擠出過程進(jìn)行拍照，測量出型坯長度隨時間的變化關(guān)系、型坯的直徑分布、擠出流率、型坯沿長度方向的溫度梯度，再根據(jù)型坯壁厚分布與這些參數(shù)的關(guān)系計(jì)算出型坯壁厚分布。R.W.Diraddo等用此方法分別研究了不同分子量大小的HDPE樹脂，流率、熔體溫度、口模間隙對型坯壁厚分布的影響。這種方法理論復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理較繁瑣。
W.I.Patterson和M.R.Kamal[5]開發(fā)了型坯壁厚尺寸分布在線閉環(huán)控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，型坯的長度和直徑可通過相機(jī)及與其相連的圖像分析儀直接得到，型坯壁厚分布則通過幾何關(guān)系計(jì)算獲得，但其中所用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)比較難得到。若要實(shí)現(xiàn)對型坯壁厚尺寸分布的在線閉環(huán)控制，則需要一種能直接在線測量型坯壁厚分布的方法。
假定熔體流量為一常數(shù)的前提下，型坯壁厚可由一簡單方法計(jì)算得到，且可用于在線測量。最早使用該方法的是德國Kaise，后由Svein Eggen和Arne Sommerffeldt[6]改進(jìn)，測量裝置簡圖如圖5所示。由攝像機(jī)和向型坯表面噴墨的裝置及圖形分析儀組成。型坯的直徑分布可直接由所拍攝的圖片得到，再測量相鄰墨點(diǎn)間的距離，根據(jù)流量為一常數(shù)的假設(shè)，型坯的壁厚分布可由計(jì)算得到。
其中R是型坯半
