高质量滚塑包装箱的研究和生产

newmaker    来源：PT现代塑料

欢迎访问e展厅 展厅 5 吹塑机/中空成型机展厅 吹塑机, 吹瓶机, 中空成型机, ... 科学技术的日新月异，推动了世界经济的迅速发展，各种技术的相互渗透，也促进了新型产业的发展和进步。世界包装行业正向新型环保材料、低成本、高质量、规模化、专业化、集约化的方向发展，我国的包装行业只有合理有效地引进国外先进技术，及时消化、吸收并加以创新发展，才能更快地缩短我国包装工业和发达国家包装工业水平的差距，才能不断提高自己产品竞争能力和市场占有率，才能不断提高我国包装工业的国际竞争力。 1997年，河北金后盾塑胶有限公司引进了美国工艺技术的包装箱生产工艺，填补了国内滚塑包装箱生产空白，使用该滚塑技术生产的包装箱重量轻、坚固经久耐用、维护成本低；密封性能优良，防水、防沙尘、防污染；其抗冲击性能尤为优良，可以作为空投包装箱使用；良好原材料的选用，可使该产品环境适应性较好，适应±40℃的恶劣自然环境。正是该工艺制品的这些其它工艺无法比拟的优点，使该包装在行业内得到迅猛的发展，例如：我军医疗卫生部门采用的4x陆军野战医疗箱组、海军医疗箱组，我军后勤野战给养器材单元装备箱等等，其系列产品正被我国陆海空三军广泛推广用于药品包装、医疗器械包装、兵器包装、后勤装备包装等领域，而且被我国航天部门用作航天测控仪表减震机箱使用，随着科技水平的不断提高，其应用会越来越广。在近10年滚塑包装的研究与生产过程中，我们积累了丰富的滚塑包装箱开发设计和生产经验，对滚塑生产工艺也有了较为深刻的认识，在此提出自己的一些论点。 一、滚塑包装成型工艺及其优点 滚塑是中空塑料制品成型的一种工艺方法，又称旋转成型、旋转模塑或回转成型。滚塑过程是将塑料粉末加入模具中，然后加热模具并使之沿相互垂直的两根轴连续旋转，模具内树脂在重力和热量的作用下逐渐均匀地涂布、熔融粘附于模具内表面上，从而形成所需要的形状，然后冷却模具，脱模得到制品。 滚塑成型起源于20世纪40年代的英国，50年代在欧洲得到很大发展，之后传入美国、日本等地，随着滚塑专用料技术的成熟，日益成为粉末塑料成型工艺中极有竞争力的成型方法之一。近年来，滚塑工业以15%～20%的年增长率持续发展，成为小批量生产中、大型或超大型全封闭与半封闭的空心无缝容器最好的成型加工方法之一。目前，全球旋转模塑用树脂消耗量已占到树脂总产量的8%～9%。 滚塑成型工艺与传统的中空塑料制品成型方法（如注塑、吹塑、热成型等）相比，其最显著的特点就是树脂加热、成型和冷却过程都在无压的模具内进行。这样的特点使之表现出一系列的优点。 1.适于滚塑大型及特大型制件。绝大多数塑料成型加工工艺，在成型过程中，塑料及模具均处于相当高的压力（压强）之下，比如应用极为广泛的注塑、压缩模塑、挤出、吹塑等。因此应用这些成型工艺生产大型塑料制件时，不仅必须使用能够承受很大压力的模具，使模具变得笨重而复杂，而且塑料成型设备也必须设计、制造得十分牢固，机模的加工制造难度相应增大，成本增加。与此相反，由于滚塑成型工艺只要求机架的强度足以支撑物料、模具及机架自身的重量，以及防止物料泄漏的闭模力，因此即使滚塑大型及特大型塑料制件，也无需使用十分笨重的设备与模具，机模的加工制造十分方便，制造周期短、成本低。从理论上讲，用滚塑成型工艺成型的制件，在尺寸上几乎没有上限。而生产这样大的塑料容器，如采用吹塑成型，不用十分昂贵而庞大的吹塑设备是不可能的。 2.适用于多品种、小批量塑料制制品的生产。由于滚塑成型用模具不受外力作用，故模具简单、价格低廉、制造方便。另外，滚塑设备也具有较大的机动性，一台滚塑机，既可以安装一只大型模具，亦可安排多只小型模具；它不仅可以模塑大小不同的制件，而且也可以同时成型大小及形状均极不相同的制品，只要滚塑制品采用的原料相同，制品厚度相当，均可同时滚塑成型，因此滚塑成型工艺较之其它成型方法有更大的机动性。 3.滚塑成型极易变换制品的颜色。滚塑成型每次将物料直接加到模具中，使物料全部进入制品，当制品从模具中取出以后，再加入下次成型所需要的物料，因此当我们需要变换制品的颜色时，既不致浪费点滴原料，也不需要耗费时间去清理机器与模具。当我们在使用多只模具滚塑成型同一种塑料制品时，还可以在不同的模具中加入不同颜色的物料，同时滚塑出不同颜色的塑料制品。 4.适于成型各种复杂形状的中空制件。滚塑成型过程中，物料是逐渐涂覆、沉积到模具的内表面上的，制品对于模具型腔上的花纹等精细结构有很强的复制能力。同时由于模具在成型过程中不受外界的压力，可以直接采用精密浇铸等方法制取具有精细结构的、形状复杂的模具。 5.节约原材料。滚塑制品的壁厚比较均匀且倒角处稍厚，故能充分发挥物料的效能，有利于节约原材料。此外，在滚塑成型过程中，没有流道、浇口等废料，一旦调试好以后，生产过程中几乎没有回炉料，因此该工艺对于物料的利用率极高。模具简单、成本低廉，适合成型大型塑料制品。 6.制品无残余应力，不易发生变形。滚塑制品只要结构设计合适，制品成型过程中不受外界的压力的影响，也就不会有残余应力的存在，制品也将不易发生变形。 国内原来只有一些简单地摇摆式滚塑机采用最原始的滚塑工艺用于生产玩具、水桶等，总的来讲设备能力和工艺水平较低，用来生产较为精细的滚塑包装箱是近几年的事，据我们所知，国内只有很少几家企业能生产滚塑包装箱。 二、滚塑包装箱常见质量问题讨论 简单而实用是滚塑成型的一大优点，但同时也给该技术生产工艺带来了一些先天不足的缺陷。比如，制品内部易产生气泡，而表面则易出现空洞；制品易出现弯曲、收缩、变色等。这些现象不但影响了制品的外观形象，而且更重要的是严重损害了制品的力学性能。另外，滚塑包装箱的使用功能及产品美观要求的特殊性，造成设计结构上也容易产生构造应力，造成产品变形等工艺缺陷。因此，加强研究气泡的形成与消失，弯曲、收缩现象的形成与消失，制品的冲击强度及增强产品设计的科学性等，对提高滚塑包装制品的质量具有十分重要的意义。 气泡与孔眼： 气泡的形成是因为当粉末粒子熔化并粘结在一起的时候，其间夹带了空气。在工业生产中，常采用提高加热温度的方法来减少或消除制品中的气泡。因为当提高加热温度、延长或消除制品中的气泡时，物料粘度减小，气泡扩散容易。同时因为有更多的时间可使气泡扩散更彻底。这种方法对消除制品中的气泡虽然有效，但是也有副作用。比如增加熔融温度将导致成型周期延长，降低生产效率，增加产品成本；高温下物料被氧化，致使制品的力学性能降低，特别是冲击强度尤为明显。 冲击强度： 影响制品冲击强度的因素较多，比如加热温度、加热时间、冷却速度、粒子尺寸、模具、原材料等，其中加热温度和加热时间是影响冲击强度的主要因素。温度过低，材料熔融不够，导致制品冲击强度降低；温度过高，则会引起塑料产生降解，同样降低了制品的冲击强度。熔体流动数率MFI 与其冲击强度有直接的关联，MFI 随着冲击强度的下降而下降。因而 MFI 可以作为制品冲击强度的指征。 收缩与变形： 收缩、变形也是塑料滚塑成型制品的另一大缺陷。收缩、变形一方面是由于冷却时形成的残余应力引起的。实践证明，通过不同的冷却方式交替进行冷却可以减少制品的残余应力，或者在冷却期间向模具内充入压缩空气，即通过压缩空气使已固化塑料紧紧贴在模具的内壁，阻止它脱离模壁或变形，一直到塑料完全冷却为止，这样便起到了冷却定型的作用。并且由于此法对于已固化塑料的内表面同时冷却，改变了冷却机理，从而减小了残余应力，抑制了制品的收缩和变形。实际上大部分塑料制品冷却却时通入0.11MPa的压缩空气即基本上消除了收缩、变形现象；另一方面，产品结构外型的设设计也对制品有较大的影响，不适当的结构设计可能造成应力的长期存在或产生，使包装制品受外力时回复收缩变形的原状，造成包装制品外型不美观，使滚塑成品质量稳定性效果差。我们可以利用现代设计技术，包括计算机辅助设计（CAD）、计算机仿真设计、优化设计、可靠性设计以及并行设计等技术，不断提高包装箱的设计水平。 三、滚塑包装箱工艺过程中关键要素的控制 热温度控制： 温度是滚塑过程不可或缺的要素，尤其加热过程中适当的温度控制无疑是提高产品质量的最主要的手段。以聚乙烯为例说明这个问题，聚乙烯的滚塑工艺过程有一个特殊的现象：在粉末熔融过程中，粉末颗粒之间滞留的空气形成了气泡，随着加热过程的持续，这些气泡又消失了。进一步的研究表明，这些气泡的消失并非由于它们在浮力的作用下移向熔体的自由面，而是因为气泡中的空气逐渐融合在熔融的塑料熔体中。因此，对于聚乙烯的滚塑来说，科学地控制加热过程对消除聚乙烯制品中的气泡，提高产品质量有十分重要的意义。 由于滚塑的加热时间有时会较长，特别是制品壁较厚时，可能会持续半小时到一小时以上。这时就要求采取措施以防止材料在加热过程中的热氧化和材料性能的降低，通常在聚乙烯塑料中加入抗氧化剂可达到预防的目的。但是，当聚乙烯材料被加热到过高的温度或加热时间过长时，抗氧化剂并不能防止材料的氧化。当制品厚度较大需要加热较长的时间时，必须降低加热温度。如果利用提高温度来缩短加热时间，则有可能因气泡中的空气来不及消失而使气泡保留下来。当聚乙烯塑料被加热到熔融状态时，材料将经历一个从结晶态向熔体转化的过程，这正是聚乙烯颗粒开始熔化变软时所发生的过程。它首先出现在和模具内壁接触的一层材料，形成一个均匀的熔融材料层。然后，逐渐向内层扩展，直到全截面完全变成塑料熔体为止。接下来是继续加热使气泡逐渐消失的过程。这一过程的温度控制和时间控制需要调节。 冷却过程控制： 在冷却过程中，聚乙烯熔体的温度将从200℃降至接近室温，聚乙烯的分子将从无序的状态转变为较为有序的结晶态，结晶的过程需要一定的时间，结晶的速度和聚乙烯熔体的粘度有关。当聚乙烯熔体被迅速冷却时，聚乙烯熔体的粘度迅速增加，使其晶粒的生长受到阻碍，从而影响聚乙烯的结晶度。当结晶度不同时，聚乙烯制品的密度就不同，物理性能也将有所差别。由此，急速冷却的聚乙烯滚塑制品具有较低的密度，而缓慢冷却的制品则具有较高的密度。当然，制品冷却越慢，其生产周期越长，成本越高。用于滚塑生产的聚乙烯粉末本身具有一定的密度，它决定于材料的生产厂家。但经过滚塑生产后，由于冷却速度的不同，聚乙烯滚塑制品的密度将发生一定的变化，并且对产品的收缩也有一定的影响。 (end)

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