PET是一种热塑性的线性聚酯,继美国食品药品管理局禁止PVC用于食品和药品包装后开发的无毒无味包装材料。自上世纪问世以来,PET瓶的应用范围和产能产量不断扩大。两步法拉伸吹塑(SBM)是制作PET瓶的主要工艺,瓶坯加热是其中的关键环节。瓶坯加热过程中,不但要求瓶坯升到预期的温度值,而且要求瓶壁轴向上和内外两侧达到合理的温差以满足吹瓶的应力需要,进而可以有效地提高制瓶速度和成瓶质量。目前,瓶坯加热的主要方式为石英管加热,具有温度梯度大、能耗高、加热用时长等问题,亟需探究一种高效、节能的加热方式。而微波加热技术是利用微波直接渗透材料内部产生能量损耗,使材料整体温度迅速升高的体加热方式,可以有效避免表面加热方式产生的诸多问题。因此,本课题研发了一种新型的基于微波技术的PET瓶坯加热装置,实现了对PET瓶坯的高效、快速、低成本的加热。研究内容主要包括:一、基于微波技术的PET瓶坯加热可行性分析。分析微波技术的加热原理和PET瓶坯的材料性能,包括其介电性能和热性能。根据麦克斯韦方程和坡印廷定理,推导微波能量和热量的转化关系,从理论上确定微波加热PET瓶坯的可行性。微波加热利用分子极化现象而产生热效应,因此瓶坯的介电性能决定了其微波加热效果;而PET材料的热性能则决定了制瓶工艺中需要瓶坯加热环节,同时也明确了瓶坯加热的温度要求。二、基于微波技术的PET瓶坯加热装置尺寸结构设计和仿真优化。设计微波加热系统的主要装置,即谐振腔和波导。微波因其选择加热性主要用于加热极性材料,如食品、药品和木材等。虽然PET是一种强极性高聚物,但是决定其加热效果的参数,即其介电常数仍然较低,常规微波设备无法对其高效加热。因此,本课题基于电磁场理论推导模场分量作为谐振腔与波导的选择和设计依据,并结合PET瓶坯尺寸结构而确定其形状类型、谐振模式和对应的尺寸参数范围。为实现更好的加热效果,借助COMSOL仿真软件对微波装置进一步优化,确定谐振腔、波导和馈口的最佳尺寸及其耦合结构。三、基于微波技术的PET瓶坯加热装置建模、仿真与实验结果分析。在COMSOL中,为加热装置的最终设计方案建立参数化模型以模拟微波加热效果,对可视化仿真结果进行分析,确定本课题的微波加热装置在设计上满足瓶坯的温度分布和加热效率的要求。根据设计方案加工谐振腔和波导,并选择电气部件来搭建实验平台。对微波加热后的瓶坯进行温度测量以验证仿真的正确性,并将加热后的瓶坯进行吹瓶测试,成品瓶的各部分厚度合理、透明度良好且无变形情况,表明微波装置的实际加热效果满足瓶坯加热要求。