医用PET瓶注拉吹成型研究及工艺优化

摘要

医用 PET瓶凭借其优异的物理性能与化学性能,目前已取代玻璃瓶成为最主要的医用包装容器。它主要采用二步法注塑拉伸吹塑工艺进行工业生产。生产过程的复杂程度与PET瓶坯结构尺寸的设计对医用PET瓶的质量与制造成本具有很大的影响。因此,许多的国内外研究人员对PET瓶的成型过程与PET瓶瓶坯的结构尺寸的设计展开了大量的研究。本文主要对 PET瓶的拉伸吹塑过程进行基于有限元的数值模拟研究,利用模拟结果对拉吹过程的工艺条件和 PET瓶坯结构尺寸的设计进行优化。
　　本文将国内外PET瓶、PET瓶拉吹过程的数值模拟以及PET瓶坯优化的研究现状进行了总结。对医用 PET瓶的材料与成型工艺进行了研究分析,提出了利用POLYFLOW软件对PET瓶拉伸吹塑成型过程进行数值模拟的结果数据对成型过程的工艺条件与瓶坯尺寸进行优化的PET瓶优化设计方案。
　　本文以某PET医用血清分离瓶作为实例,通过POLYFLOW软件对其拉伸吹塑成型过程展开数值模拟,研究工艺条件与瓶坯尺寸对其轴向壁厚分布均匀性的影响,根据分析结果展开优化设计。结果表明:拉伸杆速度、吹胀延迟时间、一次吹胀压力与瓶坯的尺寸对注拉吹成型 PET瓶的壁厚的均匀分布有较大影响。拉伸速度越大,PET瓶壁厚分布越均匀,但速度过大易造成瓶坯拉破;吹胀延迟时间主要对瓶肩、瓶底部分影响较大,吹胀延迟时间在一定范围内的增大有利于 PET瓶壁厚的均匀分布;拉伸比较小时,一次吹胀压力的大小对瓶底部分的壁厚分布有较明显影响,过大或过小均不利于壁厚的均匀分布;二次吹胀压力对PET瓶轴向壁厚分布的均匀性影响较小。PET瓶坯的整体壁厚对PET瓶轴向壁厚分布的均匀性影响较小;瓶坯的高度与瓶坯局部壁厚的变化是对PET瓶轴向壁厚的均匀分布产生较大影响。对壁厚进行分段式壁厚设计可有效改善PET瓶的轴向壁厚分布均匀性并节约材料、减轻制品重量。通过采用数值模拟仿真试验可分析得到瓶坯最佳高度的取值范围与瓶坯的最佳壁厚尺寸。通过模拟计算和对工艺条件、瓶坯尺寸的优化设计,可显著提高拉吹成型 PET瓶的壁厚均匀性,并有助于PET瓶轻量化设计。

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第一章 绪论

1.1 研究背景、目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的内容

第二章 注拉吹成型原理及数值模拟方法

2.1 PET瓶注射拉伸吹塑成型工艺

2.2 PET瓶坯设计方法

2.3 PET瓶设计制造的仿真优化技术

2.4 PET瓶优化设计

2.5 本章小结

第三章 医用PET血清分离瓶拉伸吹塑过程的数值模拟

3.1 CAD建模

3.2 网格划分

3.3 边界条件与子域的设定

3.4 建立仿真模型及求解分析

3.5 结果分析

3.6 本章小结

第四章 PET瓶坯尺寸对成型制品壁厚分布均匀性的研究

4.1 瓶坯尺寸对注拉吹成型PET瓶轴向壁厚分布的影响

4.2 瓶坯尺寸优化

4.3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果