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什麼是吹脹比？控制中空成型壁厚與強度的黃金法則

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你的瓶子為何一摔就破？

為什麼您的中空瓶罐在墜落測試時，總是從角落破裂？為什麼產品的壁厚如此不均勻，有些地方厚、有些地方卻薄如蟬翼？

答案很可能就藏在可製造性設計 DFM 階段一個最關鍵、卻常被忽視的參數：吹脹比。

什麼是吹脹比？

吹脹比是一個簡單的數學比例，用來描述塑膠在模具中被拉伸的程度。

其定義是：模具型腔的最大直徑 ÷ 型胚或瓶胚的原始直徑。

這是一個黃金法則，因為它直接決定了材料被拉伸的極限。一個 1:1 的比例代表材料幾乎沒有拉伸；而一個 4:1 的比例，則代表材料的表面積被迫延展了數倍。

關鍵一：吹脹比如何決定壁厚與強度

吹脹比與壁厚成絕對的反比關係。

比例越高，代表型胚需要被拉伸得越薄，才能填滿整個模腔。這會導致兩個直接的後果：

  1. 整體壁厚變薄： 過高的吹脹比會使產品整體的平均壁厚不足。
  2. 壁厚嚴重不均： 塑膠在吹脹時，會優先填滿距離最近的區域。這導致瓶身（吹脹比小）的壁厚，遠大於瓶底角落（吹脹比最大）的壁厚。

這就是為什麼瓶罐的角落會一摔就破，因為它們通常是吹脹比最大的區域，壁厚也是成品上最薄、最脆弱的點。

關鍵二：吹脹比如何決定成型可行性

每種塑膠材料的物理拉伸能力都有其極限。

如果 DFM 階段設計的吹脹比過大，超出了材料的物理延展極限，熔融的型胚在吹氣過程中就會直接破裂，導致生產失敗。

專業建議： 優秀的製造商會建議將吹脹比控制在一個安全的範圍內，例如 3:1 或 2:1，具體取決於材料、產品形狀與壁厚要求。

如何優化吹脹比的設計？

  1. DFM 階段： 避免設計又寬又扁的瓶身、卻搭配極窄小的瓶頸，這會造成局部的吹脹比過大。
  2. 製程改善： 對於擠出中空成型，可以導入型胚編程，動態調整擠出型胚的厚度，預先在拉伸量大的區域提供更多材料，以補償高吹脹比帶來的過度薄化。

PET 寶特瓶的秘密：SBM 拉伸中空成型如何實現透明、高強度與氣密性

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碳酸飲料瓶的終極挑戰

寶特瓶是現代包裝的奇蹟。它必須極度透明、重量極輕、成本極低，同時還必須承受內部碳酸飲料的高壓氣體，並防止二氧化碳在數個月的保質期內洩漏。

這些嚴苛的要求，是透過一種特定的製程來實現的：SBM 拉伸中空成型。這種技術的核心，在於它能從根本上改變 PET 塑膠的材料特性。

階段一：起點，高精度的射出瓶胚

SBM 是一個兩階段製程。它的起點不是擠出的管狀型胚，而是一個外型酷似試管、稱為瓶胚的高精度零件。

這個瓶胚是使用射出成型製造的，其瓶口螺紋在此階段就已精確成型。

階段二：SBM 雙軸拉伸的魔術

瓶胚被製造出來後，會被重新加熱到一個精確的延展溫度，但尚未熔化。接著，SBM 製程的關鍵步驟開始了：

  1. 軸向拉伸： 一根拉伸桿高速向下推動，將瓶胚沿著垂直方向拉長。
  2. 徑向拉伸： 在拉伸桿伸長的同時，高壓空氣從瓶口注入，將瓶胚向水平方向吹脹，使其貼合模具的內壁。

這兩個同時發生的動作，被稱為雙軸拉伸。

核心解析：雙軸拉伸為何能強化 PET？

雙軸拉伸的價值不在於塑形，而在於它對 PET 材料分子結構的重塑。

當 PET 材料在特定溫度下被雙向拉伸時，其原本雜亂無章的高分子鏈會被迫重新排列，變得高度有序、緊密且相互鎖定。這個過程會引發材料的應變硬化。

這種微觀的分子重排，賦予了寶特瓶三大關鍵特性：

1. 高強度

排列整齊的分子鏈結構極為強韌，使瓶身能抵抗高衝擊，並承受碳酸飲料內部的高壓，不易爆裂。

2. 高透明度

快速的拉伸與冷卻，抑制了 PET 材料產生霧狀結晶的機會，使分子結構保持透明，達到玻璃般的清澈度。

3. 優異的氣密性

雙軸拉伸使分子鏈的堆疊極為緊密，大幅縮小了分子間的空隙。這形成了一道高效率的氣體屏障，能有效防止二氧化碳分子逸出，確保碳酸飲料的口感。

射出中空成型：實現高精度瓶口、零毛邊的唯一方法

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當瓶口密封性成為一切

在塑膠中空產品的世界中，並非所有瓶罐都生而平等。當您的產品是化妝品、醫療藥罐或精華液瓶時，瓶口的密封性與螺紋精度就是產品成功的關鍵。

在這種高精度要求下，傳統的擠出中空成型無法滿足需求，而射出中空成型就是唯一的答案。

射出中空成型的兩階段製程

與擠出中空成型一次成型不同，射出中空成型是一個更精密、更可控的兩階段製程。

階段一：射出瓶胚 機器首先會像一般射出成型一樣，使用高壓鋼模，精確地射出一個實心的瓶胚。這個瓶胚的外型像一支試管，其瓶口的螺紋在此階段就已完美成型。

階段二：吹氣成型 接著，這支溫熱的瓶胚會被自動轉移到第二組吹氣模具中。吹氣針會伸入瓶胚，注入高壓空氣，將其吹脹並貼合最終的瓶身模腔，然後冷卻定型。

核心優勢一：頂尖的瓶口螺紋精度

這是射出中空成型最大的價值。因為瓶口是在第一階段用高壓射出的，其公差與精細度與一般射出件相同。這確保了瓶蓋能完美鎖緊，達到百分之百的密封性，防止昂貴的內裝物洩漏或變質。

核心優勢二：成品完全零毛邊

這是與擠出中空成型最大的區別。擠出中空成型必然有夾斷式的毛邊。射出中空成型則完全沒有毛邊，成品從模具取出時就是乾淨的最終型態，省下了所有後續的修邊成本與工序。

核心優勢三：優異的表面光潔度

由於瓶胚是在高壓射出模具中成型的，其表面能完美複製模具的拋光或霧面質感。成品表面光澤度佳，底部也沒有擠出中空成型常見的夾斷疤痕，外觀更為精緻，是高單價商品的最佳選擇。

應用與限制

基於上述優勢，射出中空成型是高附加價值產品的首選：

  • 化妝品瓶、精華液瓶
  • 醫療藥罐、眼藥水瓶
  • 廣口霜罐
  • 需要精密公差的實驗室瓶罐

它的限制也很明顯：模具成本高昂，因為需要一套高精密射出模具加上一套吹氣模具。此外，它也難以製造帶有把手的產品，這仍是擠出中空成型的強項。

EBM 擠出中空成型-製造一體成型把手與大型工業品的成本優勢

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EBM 擠出中空成型的獨特定位

擠出中空成型 EBM 是中空成型技術中應用最廣、彈性最大的一種。當您看到超市貨架上的牛奶瓶、洗衣精瓶，或是工業用的 200 公升化學桶時，它們幾乎都是 EBM 的產物。

EBM 最大的價值在於，它能以極低的單件成本，快速生產出帶有把手或形狀不規則的大型中空產品。其核心秘密，就藏在型胚與夾斷式這兩大原理之中。

核心原理一：型胚

EBM 的製程始於型胚。型胚是一個由押出機垂直擠出的、中空、管狀的熔融塑膠。

您可以將型胚想像成一根中空的、熱的塑膠吸管。這根型胚會持續向下擠出，當它達到模具所需的長度時，下一步的關鍵動作便會開始。

核心原理二：夾斷式模具

這是 EBM 製程的靈魂。當型胚就位時，左右兩半的金屬模具會迅速閉合。

模具的邊緣被設計成鋒利的刀口，稱為夾斷區。模具在閉合的瞬間，會同時完成三件事：

  1. 夾持： 牢牢夾住熱型胚。
  2. 夾斷： 切斷型胚與上方押出機的連接。
  3. 密封： 將型胚的底部熱熔並密封起來，形成一個袋狀結構。

在模具閉合的同時，吹氣針會從上方或側邊刺入型胚並吹入高壓空氣，使型胚膨脹並貼合模具的冷卻內壁。

成本優勢一：一體成型把手

EBM 是如何製造出堅固把手的？

答案就在夾斷式原理。當模具閉合時，如果模具型腔中包含一個把手區域，型胚在該區域會被夾合成兩層塑膠，而非中空。

模具會刻意讓把手區域以外的型胚熔合，但在把手區域保留中空通道。這使得瓶身與把手在同一個循環中一體成型，無需任何後續組裝，結構極為堅固且成本極低。

成本優勢二：大型品的低成本方案

為何 EBM 適合製造大型油桶或不規則的汽車風管？

  1. 低壓製程，模具成本可控： EBM 是低壓吹氣成型，其模具壓力遠低於高壓射出成型。這意味著模具不需要使用昂貴的淬火鋼，使用鋁合金模具即可應付中大型批量，大幅降低了前期開發成本。
  2. 毛邊廢料可立即回收： 夾斷式製程必然會產生毛邊廢料。在成熟的 EBM 產線中，這些毛邊會被自動化裁切，並立即粉碎、傳送回押出機中與新料混合。這種高效的內部回收，使其材料利用率極高，有效壓低了材料成本。

什麼是中空成型？圖解三大類型 EBM、IBM 與 SBM 原理

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什麼是中空成型？

中空成型是一種專門製造中空塑膠零件的量產技術。從您每天使用的飲料瓶、洗髮精瓶，到大型的工業油桶或水塔，都是中空成型的產品。

其核心原理是將熱塑性塑膠加熱軟化，形成一個管狀的型胚或瓶胚，然後將其置於金屬模具中，再吹入高壓空氣，使塑膠膨脹並貼合模具的內壁，冷卻定型後即為中空產品。

根據型胚或瓶胚的製造方式，中空成型主要分為三大類型。

1. 擠出中空成型 EBM

EBM Extrusion Blow Molding 是最常見的類型。

  • 原理： 塑膠粒經押出機熔融後，被垂直擠出成一個中空的管狀型胚。當型胚達到設定長度時，模具從兩側快速閉合，夾斷型胚並密封底部。接著，吹氣針從上方吹入空氣，使型胚膨脹貼合模具。
  • EBM 的關鍵在於模具閉合時的夾斷設計，這會產生必然的毛邊，需在後續工序中修邊去除。
  • 應用： 牛奶瓶、洗髮精瓶、機油桶、汽車風管、大型工業容器。

2. 射出中空成型 IBM

IBM Injection Blow Molding 是一種高精度的製程。

  • 原理： 這是一個兩階段製程。
    1. 第一階段：使用射出成型，在高壓下製造出一個實心的瓶胚，其外型類似試管，瓶口螺紋在此階段已精確成型。
    2. 第二階段：將瓶胚轉移至中空成型模具中，加熱後吹氣使其膨脹。
  • IBM 的最大優勢是瓶口精度極高，且成品完全沒有毛邊，無需修邊。
  • 應用： 化妝品瓶、醫療藥罐、廣口瓶。

3. 拉伸中空成型 SBM

SBM Stretch Blow Molding 是製造 PET 寶特瓶的關鍵技術。

  • 原理： 這同樣是兩階段製程，是 IBM 的一種延伸。
    1. 第一階段：射出成型製造出 PET 瓶胚。
    2. 第二階段：將瓶胚加熱至特定溫度，一根拉伸桿向下將瓶胚做軸向拉伸，同時吹入高壓空氣做徑向拉伸。
  • 這種雙軸拉伸的動作會使 PET 材料的分子鏈重新排列，大幅提升瓶身的透明度、堅固性與氣密性。
  • 應用： PET 碳酸飲料瓶、礦泉水瓶、食用油瓶。