BOPP塑瓶大輸液瓶胚冷卻方式的改進

秦玉超 周 奇

（上海華源安徽錦輝制藥有限公司，安徽阜陽236018）

0 引言

BOPP（Biaxially Oriented Polypropylene，雙向拉伸聚丙烯）塑瓶大輸液生產中塑瓶的生產工藝分“一步法”和“兩步法”2種。“兩步法”是指先由注塑機將BOPP粒子料注塑成瓶胚，再由吹瓶機加熱烘箱將瓶胚加熱并經潔凈空氣吹塑成型。“一步法”則是將“兩步法”的第1步“瓶胚注塑”和第2步“吹瓶”通過一個轉臺連續執行，并在同一臺設備上實現注塑和吹瓶。由于“兩步法”吹瓶工藝具有生產速度快、設備簡單、模具費用低、投資少的優點，同時，吹制出的塑瓶重量輕、瓶壁薄厚均勻、透明度好、制造成本低，被國內大多數塑瓶大輸液生產廠家所采用。

1 問題的提出

1.1 “兩步法”BOPP塑瓶制瓶工藝

“兩步法”的工藝流程為：制胚注塑機將BOPP粒子料制成瓶胚，制成的瓶胚冷卻至室溫后加入吹瓶機料斗，經上胚及理胚裝置進入吹瓶機加熱烘箱均勻加熱，將加熱好的瓶胚再送入吹瓶機吹瓶。

該工藝中，瓶胚的冷卻方式有間歇冷卻和在線冷卻2種。2011年以前，國內BOPP塑瓶大輸液生產廠家采用的瓶胚冷卻方式均為間歇冷卻，即由瓶胚注塑機制成的瓶胚通過人工裝入潔凈袋裝箱運至瓶胚冷卻間集中堆放冷卻10～12 h至室溫，再由人工運送至吹瓶機加熱，經均勻加熱后吹瓶。我公司2009年投產的2條塑瓶大輸液生產線，采用的就是這種間歇冷卻方式。

隨著科技的不斷進步，2011年后，國內市場上開始出現瓶胚在線冷卻方式，因該種冷卻方式具有自動化程度高、生產成本低、節約勞動力等優點，正逐漸替代間歇冷卻方式，被廣泛應用。

1.2 瓶胚冷卻的目的

由于BOPP粒子料吹瓶時對瓶胚溫度均勻性要求較高，若吹瓶時瓶胚個體溫差較大或同一瓶胚內外溫差較大，吹出的塑瓶會出現褶皺、破瓶，底部聚料、不正，瓶身薄厚不勻、發白等現象，大大降低吹瓶合格率。為避免以上現象發生，除保證瓶胚在吹瓶機加熱烘箱中均勻加熱外，還要保證進入吹瓶機加熱烘箱的瓶胚溫度均勻。

一般情況下，由于同一注塑機同時脫模制出的瓶胚溫度在45～55℃左右，溫差較大，不能滿足進入吹瓶機加熱烘箱直接加熱吹瓶的要求。為使送入加熱烘箱的瓶胚溫度均勻，國內BOPP塑瓶大輸液生產廠家均采用將瓶胚冷卻到室溫后再送入吹瓶機加熱烘箱進行加熱吹瓶的方式。

1.3 瓶胚間歇冷卻的缺點和不足

瓶胚間歇冷卻需由人工運送至瓶胚冷卻間冷卻一段時間（10～12 h）至室溫后再由人工運送去吹瓶。在實際生產中，這種瓶胚冷卻方式存在以下問題：

（1）由于瓶胚需要人工裝袋、裝箱、運輸、碼放、冷卻后再次轉運，生產中易引起碰撞、污染或差錯，從而影響吹瓶質量，降低吹瓶及成品合格率；

（2）自動化程度低，整個生產流程由于瓶胚冷卻工序的影響，間歇式生產往往因為人為因素造成停機；

（3）儲存瓶胚需要在潔凈區占用較大的空間，從而增加空調系統的送風量，使空調凈化系統設備投資及運行成本增大；

（4）增加了勞動力成本。

2 冷卻效果分析與改進方案

筆者通過多次對塑瓶生產線進行改造，改進了塑瓶瓶胚的冷卻方式，使其實現在線冷卻，將“兩步法”生產工藝中的間歇生產方式變為聯動生產方式，并成功應用于生產。

2.1 瓶胚聚集冷卻與個體冷卻效果分析

實際生產中，使用激光測溫儀對裝箱碼放冷卻的瓶胚進行分時段抽檢測溫發現：瓶胚均勻冷卻到室溫的時間大約為10～12 h。經分析，造成瓶胚冷卻時間較長的原因是由于瓶胚在潔凈袋內和外界冷空氣接觸面積不均勻造成的，外圍的瓶胚冷卻較快，而內部的瓶胚冷卻較慢。根據分析，為使冷卻時瓶胚能充分與空氣接觸，考慮將瓶胚單層均勻擺放在潔凈區內冷卻，并且每隔一段時間對冷卻的瓶胚翻轉1次，多次實驗發現該種方式使瓶胚均勻冷卻到室溫的時間大約在30～40m in。

2.2 改進方案

將瓶胚間歇冷卻方式改為在線冷卻，改進后的生產線布局如圖1所示。

注塑機制出的瓶胚通過在線多層往復式冷胚傳送裝置邊傳送邊冷卻瓶胚，在傳送過程中實現瓶胚的有效冷卻，取代老工藝的人工裝箱儲存冷卻。該工藝使“兩步法”塑瓶大輸液生產從制胚到吹瓶結束整個工序完全聯動起來，實現了自動化操作，有效降低了瓶胚在運輸及儲存冷卻過程中被可見異物、微粒等污染的風險，提高了產品質量，減少了能耗及工人勞動強度，從而達到了降低生產成本的目的。

3 改造要點

3.1 瓶胚在線多層往復式冷胚傳送裝置的確定

通過瓶胚聚集冷卻與個體冷卻效果分析，設計出一種高效率的瓶胚在線輸送冷卻的裝置，該裝置必須滿足以下要求：

（1）瓶胚在冷卻輸送過程中單層均勻排列；

（2）瓶胚在冷卻輸送過程中最好每隔一段時間進行1次翻轉；

（3）冷卻時間可在30～40min范圍內調整；

（4）輸送裝置必須能夠儲存40 m in內注塑機的瓶胚產量；

（5）結合生產現場，盡可能少地改動潔凈區房間布置。

根據以上要求，選定多層往復式冷胚傳送裝置來完成瓶胚的在線冷卻和輸送，如圖2所示。

注塑機制出的瓶胚通過提升機輸送至多層往復式冷胚傳送裝置頂層（1段）呈單層均勻排放向前輸送，輸送至頂層行程末端后翻轉進入第2層（2段）冷卻，以此類推，翻轉3次后，進入第4段，均勻冷卻至室溫的瓶胚經第4段進入吹瓶機加熱烘箱料斗加熱吹瓶。整個行程通過輸送帶的無極調速，實現冷卻時間在30～40m in內可控。

3.2 多層往復式冷胚傳送裝置的設計計算

多層往復式冷胚傳送裝置的寬度、長度、線速度及層數應根據生產線的實際要求確定，計算方法如下：

（1）瓶胚的尺寸：22mm×76mm。

（2）在線往復冷胚傳送裝置總面積計算（按生產線250m L規格、150瓶/m in、瓶胚在線冷卻時間最大40m in，并取1.3的保險系數計算）：面積=0.022×0.076×40×150×1.3=13.04m2。

（3）考慮到瓶胚提升裝置的提升速度及選用的提升皮帶的寬度，若將瓶胚冷卻裝置的寬度定為560mm，那么，瓶胚冷卻裝置的長度=13.04÷0.56=23.3m。

根據瓶胚在冷卻過程中需翻轉及潔凈區布局和設備布置的情況，將傳送裝置設計為3層4段，每段長度6m左右，線速度為0.5～0.9m/min可調。

3.3 多層往復式冷胚傳送裝置材料的選用

該裝置安裝在潔凈區內，和瓶胚接觸的冷卻傳送部分選用能滿足GMP要求的橡膠或尼龍材料傳送帶，全部外圍支架包括緊固螺釘選用不銹鋼制作。

3.4 多層往復式冷胚傳送裝置運行速度的調節與控制

為方便操作，降低改造成本，該裝置輸送帶的動力裝置為配套電機與減速器，單獨使用變頻器控制，可實現無極調速，以滿足調節不同冷卻時間的需要。制胚注塑機及吹瓶機瓶胚加熱烘箱無需做任何改動。

3.5 瓶胚從制胚注塑機輸送到多層往復式冷胚傳送裝置的設備

將原制胚注塑機儲胚料斗稍作改造后，加裝瓶胚提升輸送機，可使注塑機注塑出的瓶胚不間斷地運送至多層往復式冷胚傳送裝置。

4 改造效果分析

我公司年產6000萬瓶塑瓶輸液的2條生產線于2011年7月進行了加裝在線多層往復式冷胚傳送裝置的改造，改造后已連續運行了18個月，運行效果分析如下：

（1）減少了操作人員，節約了人員費用。2條塑瓶輸液生產線原采用人工裝箱儲存冷卻方式，每條線需4名操作人員從制胚間將瓶胚裝袋、搬運、碼放到瓶胚儲存冷卻間，冷卻好的瓶胚再由儲存冷卻間搬運至吹瓶間，每天2班，2條線需操作人員16名。改造后每臺吹瓶機配置1套在線往復冷卻傳送裝置，由1人操作，2條生產線2班共需4人，減少12人，按照每人每年3萬元工資計算，每年節約工資支出36萬元。

（2）降低了瓶胚在運輸儲存過程中被污染及混淆的風險，提高了吹瓶合格率及產品質量，改進后隨機抽查了3批吹瓶崗位記錄，吹瓶合格率比較如表1所示。

表1 吹瓶合格率比較

從表1可知，改進前250m L吹瓶合格率97.5%左右，改進后，吹瓶合格率可達98.7%，若按合格率提高1.2%，年產6000萬瓶的生產量計算，每年可節約成本10.8萬元左右（按每只塑瓶成本0.15元計）。改進后，由于降低了瓶胚在運輸儲存過程中被污染及混淆的風險，更有利于產品質量的控制。

（3）設備的自動化程度大大提高，整個生產流程由間歇式生產轉變為聯動生產，減少了由于人為因素停機的時間，提高了生產效率。經改進前后實際對比，生產同批量產品，平均每天每條生產線可節約生產時間0.5 h左右（按每條生產線日產10萬瓶，工作12 h左右計算）。

（4）改造不改變吹瓶機及注塑機的結構及控制部分，潔凈區布局也未變化，用時短，費用低。2條生產線的改造只需4個工作日，在線往復冷卻傳送帶、支架、變頻器、電機、減速器及瓶胚提升機等每套裝置加工改造費用約8萬元左右。

5 結語

運行實踐證明，將BOPP輸液塑瓶生產線瓶胚冷卻方式由人工裝箱儲存冷卻改進為在線冷卻方式，技術成熟、工藝簡單可行、改造時間短、費用低，改造后提高了產品質量及吹瓶合格率，減少了操作人員，節約了勞動力，可為公司年降低生產成本50萬元左右，效益顯著，并可向同行業推廣，具有較好的社會效益。

［1］張友根.中國創造的BOPP拉伸吹瓶設備［J］.湖南包裝，2010（4）

［2］張旭，孫金蓮.塑料輸液瓶大容量注射劑生產設備的發展過程及設備技術介紹［J］.醫藥工程設計，2010（1）

［3］洪定一主編.聚丙烯—原理、工藝與技術［M］.北京：中國石化出版社，2002