我国PET瓶坯注塑设备的现状及发展方向

作者：宁波海航塑料机械制造有限公司 张友根    来源：投稿

欢迎访问e展厅 展厅 1 注塑机展厅 注塑机, 立式注塑机, 二手注塑机, 真空成型机, 发泡注塑机, ... 摘要：本文分析了我国PET瓶坯注塑设备的现状和发展趋势，提出了我国PET瓶坯注塑设备的发展方向。 关键词：PET 瓶坯注塑设备 技术进展 发展方向 我国PET瓶坯注塑设备随着碳酸饮料的灌装而发展的，随着PET瓶应用范围的扩大，对PET瓶坯注塑设备提出了更高的性能要求。国际上性能优良的PET瓶坯注塑设备不断进入我国，推动了我国PET瓶的发展，推动了我国PET瓶坯注塑设备的科技进步。但是我们应当清醒地看到，国产的PET瓶坯塑料成型设备进不了大企业，好似散兵游勇在市场上零七八碎地敲打，成不了气候。本文，作者根据自己所了解的情况，针对以上一些问题，提出一些见解，供参考。 PET瓶坯注塑设备主要关系到两个方面：瓶坯注塑机，瓶坯模具。 1 PET瓶坯注塑机科技进步中几个值得重视的问题 国内PET瓶坯注塑机主要研发单层PET瓶坯的注射成型设备。国内虽研发了有一定量的PET注射成型设备，但其质量及技术水平与国际先进水平相比，至少相差二十年。国内PET瓶生产的老大单位，没有一台PET瓶坯的注射成形设备是国产的，就说明了这一问题。作者认为，PET瓶坯注射成形设备是高端设备，开发的思路不同于研发普通的注射成形设备。国内一些单位把研发PET瓶坯注塑机，作为普通的中、低端产品来研发，改变一下螺杆机筒就作为PET注塑机，这样，开发一开始就走上了一条错误的路线，所以搞来搞去总是在低端水平上徘徊。首先要纠正开发思路，把开发PET瓶坯注塑机作为高端产品来研发，才能开发出高性能的适应市场的ＰET瓶坯注塑机。 1.1 PET瓶坯注塑机主要性能的进展 PET注塑机的主要性能随着科技进步而不断提出新的要求。上世纪八十年代中期，PET瓶的应用处于起步阶段，热流道技术还处于开发阶段，特别是热流道技术运用于PET瓶坯模具还不够成熟，群腔PET瓶坯模具还处于研发阶段，所以，对PET瓶坯注塑机的性能要求还没有特别高的要求，例如，意大利新得多塑料机械有限公司1987年在上海介绍该公司的PET瓶坯注塑机的主要特征，主要介绍了螺杆和喷嘴方面为适应PET瓶坯注射成型所作的研发，对其它方面还未触及。随着热流道技术的发展，群腔模具发展，特别是PET瓶的应用成几何级数的增长，对PET瓶坯注塑机的性能要求提出越来越高的要求，PET瓶坯注塑机为适应市场的发展，其机构及结构控制等方面更进一步体现出专用注塑机的性能特征，主要表现在高速、高效、精密等方面。 1.2 PET瓶坯注塑机主要机构及结构的进展 1.2.1 合模机构 在PET瓶坯的群腔模具未得到应用之前,对PET瓶坯注塑机的合模机构性能的研究未得到足够的重视,例如, 意大利新得多塑料机械有限公司1987年在上海介绍该公司的PET瓶坯注塑机的合模机构是普通的肘杆合模机构。随着PET瓶坯群腔模具的应用，对PET瓶坯注塑机的合模机构提出了新的要求，即合模机构必须能长期保持模板间平行度及合模力（锁模力）的精度的稳定性。 PET瓶坯群腔模具相对于普通塑料制品的成形模具，具有精度高及刚性小的固有特征。一套PET瓶坯群腔模具的价格甚至超过主机的价格。所以合模机构必须能起到良好保护模具的作用。要达到这一功能，合模机构必须具备足够的刚度、优量的锁模及启模的速度特性、模板变形均匀及变形重复精度良好。 合模机构要达到上述要求，采用哪一种合模机构合适呢？这在开发中必须明确的要点。合模机构主要有肘杆合模机构和液压合模机构，肘杆合模机构又分为单支点、四支点、五支点合模机构，液压合模机构又有单缸及四缸同步合模机构。肘杆合模机构由其本身固有的特点决定了其锁模力的分布均匀性、机构精度的长期保持稳定性不能达到较高的要求，这对保护高精度的群腔模具是不利的，合模机构精度失衡会破坏模具的精度及使用寿命，虽然提高加工精度能提高合模机构的精度，弥补肘杆合模机购性能的欠缺，但不能从根本上克服其固有的缺点。四缸同步液压合模机构，由于液压刚性软，在高压合模时合模力的分布均匀性有所改善，对模具性能的保护有了提高，但由于四缸不可能做到理想的同步高压合紧模具。单缸液压合模机构其本身固有的特点对模具的精度的保护能达到理想的状态，在合模力分布的均匀性、模具低压保护、合模力稳定性等方面具有优良的性能，是精密注塑机首选的合模机构。根据上述简要的分析，可以看出，为对PET瓶坯群腔模具起到良好的性能保护，PET瓶坯注塑机的合模机构应首选单缸液压合模机构。 目前，国内大多数注塑机制造公司采用肘杆式合模机构作为成型PET瓶坯注塑机的合模机构。用户对PET瓶坯的注射成型设备也有了充分的了解，所以，决不会把一套进口的价格昂贵的PET瓶坯群腔模具放到普通的肘杆式合模机构注塑机上去使用。肘杆式合模机构的PET瓶坯注塑机，合模机构形式决定了只能进入低端PET瓶坯注塑机市场，无法进入PET瓶坯注塑机的高端市场。 1.2.1 注射塑化机构的进展 PET瓶坯注塑机的注射塑化机构处于不断发展过程中,向高速高效方向科技进步。在PET瓶坯注塑机的起步阶段，主要研究注射塑化如何减少在塑化注射过程的乙醛的产生，提高透明度。PET瓶坯的群腔模具的应用，降低PET瓶坯的制造成本，着重于高速高效的研发,高速高效是指高质量高速度成型,而不是指高的注射速度,PET的本身特性不容许高的注射速度，PET射出成型时若料温太高、螺杆剪切力太大或转速太快时均容易产生乙醛而导致酸化，通常成型后的PET瓶乙醛含量必须小于3ppm。对PET瓶坯的质量偏差提出了更高的要求，例如，质量在50克内的管坯最大负偏差为0.5克，质量在50克止70的管坯最大负偏差为1.5克、质量在70克止100的管坯最大负偏差为2.5克，所以精确计量也是研究开发的课题。 高速注射塑化是PET瓶坯注塑机科技进步的重要特点。高速、高产化，可使投资者以较低的投入获得较大的产出和高额的回报。要实现高速注射塑化，从机构、结构、控制方面上进行开拓创新。 普通的同轴一线式注射塑化机构由欲本身结构特点限制了生产率和质量的提高。要提高塑化能力只有两条途径，即提高塑化转速或加大螺杆直径；要提高PET的塑化质量基本上也有两条途径，即降低塑化温度或延长熔料在机筒中滞留时间。提高塑化转速，由于提高了剪切率会加速乙醛的产生率，不可采取，所以只能通过加大螺杆直径来提高塑化能力。降低塑化温度或延长熔料在机筒中滞留时间达到提高塑化质量，但同时降低了塑化能力。所以，要达到同时提高塑化能力和塑化质量，必须研发新的注射塑化机构，以满足高速高效的要求。根据注射塑化的特点，把注射和塑化的功能，从常规的一线式分为二线式，即把塑化与注射两种功能由常规的一个部件分为两个部件，塑化为螺杆独立运动，柱塞独立注射，注射与塑化两者之间互不干涉，塑化不占用成形周期，达到既提高塑化质量又提高塑化能力。通过加大塑化螺杆直径，达到提高塑化能力，同时，由于塑化独立于周期之外，可延长熔料在机筒中滞留时间，提高物料混炼塑化的均匀性；同时，由于塑化时间可适当延长，可提供实现低温塑化的足够时间，减少了因物料经受过度剪切可能造成物料急骤升温和热分解的机率。 塑化螺杆设计对PET的熔融、混炼均匀性与熔体温度有较大影响。PET瓶胚的注塑要采用低剪切、低压缩比（约2∶1）的螺杆，进料段应取得长些，过渡段与计量段则要取得短些。 高速注射塑化是PET瓶坯注塑机的重要特点。高速注射塑化并不是高速注射和高速塑化，而是把注射和塑化有机的结合起来，从机构、结构、控制方面上进行开拓创新，达到注射和塑化的总时间最小。国内多数单位的所谓PET瓶坯注塑机基本上只是把螺杆的长径比加大及在其它的螺杆参数方面作一些改动，根本达不到高速的性能要求。[3]加拿大HUSKY公司在2006上海国际橡塑展上展出的注射PET瓶坯的PET瓶坯专用注塑机，结合该公司的国际领先的热流道模具，成形一模96个瓶坯，周期不到7.5秒，合格率基本上达到100%。整机结构高速的主要的特点是塑化效率高，塑化注射机构把塑化与注射两种功能由常规的一个部件分为两个部件，塑化为螺杆独立运动，柱塞独立注射，螺杆塑化完成，熔料流道打开，将熔融料注入柱塞储料腔，计量到，融料流道关闭，然后，柱塞注料入模腔，这样，塑化不占用成形周期，提高了生产率。值得一提的是螺杆注料动作，该机在将熔融料注射动作是螺杆的注射不是单纯直线向前运动而是旋转的向前运动，旋转的方向同塑化旋转方向。作者认为，为适应PET的塑化，减少在加料过程中空气的进入，使加料过程中固体料填满螺槽，在将熔融料挤入至注射腔过程中，塑化螺杆旋转挤出，有利于排出进入机筒中固体料中的空气，同时，减少了塑化时间，缩短了生产周期。为减小熔融料的轴向温差，提高瓶坯质量，采用大直径螺杆塑化，缩短塑化行程，塑化行程在1D左右。这种设计思路值得我们参考。 2 开发多层共注射瓶坯设备 多层复合瓶是发展的方向,发展多层瓶坯设备是前提。我们在这方面基本上还是空白，国际上发展很快。Kortec公司在2003年NPE展览会上展示了一种144腔的“Ultra”共注射模具，和加拿大Husky公司的注塑机相配合，生产碳酸饮料瓶用的多层型坯，产量为35000支/h，走在世界前列，值的我们学习研究。多层共注射瓶的吹塑成型与单层PET瓶的吹塑成型基本差不多，可用单层拉吹中空设备进行。多层共注射瓶是专为啤酒包装而开发的，有三层的，也有五层的。国内珠海中富引进设备生产三层PET啤酒瓶。每年，我国的啤酒产量约2400万吨/年，需要啤酒瓶约44亿只/年，这是一个很大的市场，所以，对多层共注射瓶坯设备应加紧研制。 3 PET瓶坯模具的群腔化 PET瓶坯模具的群腔化是PET瓶坯模具的发展方向，是提高生产效率及降低生产成本的最主要的途径。制约单层瓶坯的生产效率的主要因素是模具，我国瓶坯模具的研究开发及制造大大落后于国际水平，热流道技术及运用过不了关，先进的瓶坯模具都为进口设备。国际上，单层瓶坯的注塑模具的模腔数在四年前已达到了144腔，美国芝加哥举行的NPE2006瑞士的耐驰特公司(Netstal-Maschinen AG)在展会上推出了一台192腔PET瓶坯预成型机，已在位于美国宾夕法尼亚州Reading的Berkshire Bottling Works公司应用。加拿大的赫斯基公司(Husky Injection Molding Systems Ltd.)也在NPE2006展示一款专为锁模力约650吨的Husky HyPET注塑机而设计的216腔PET瓶坯预成型模具，应用于美国的Amcor PET Packaging公司。而我们还只能达到48腔,其技术及质量水平远远低于国际先进水平,进不了国内知名PET瓶坯生产公司。群腔PET瓶坯模具是PET瓶成型设备的主功方向。为适合群腔PET瓶坯模具的成形，PET注塑机的机构、结构、控制系统等也要作相应的创新开发。 我国许多模具研发单位在PET瓶坯模具研发方面也做出了大量成绩，有一定数量的PET瓶坯模具已出口，也有一些已取代了进口PET瓶坯模具。广州华研精密机械有限公司采用CAD/CAM电脑辅助设计/制造，潜心研制PET瓶坯系列模具，设计的热流道，吸收了国外的先进技术，采用免剪浇口设计，热流道喷咀单独控温。在目前还数国内首创。模具在全自动条件下生产，无需员工的频繁操作，以减少工人的劳动力。模具的关键零件（型芯，型腔，口模）采用德国镜面防锈钢并经热处理（HRC45），保证了模具的使用寿命与瓶质量（正常使用150万次免维修，最大最小壁厚差小于0.1mm）。浙江黄岩裕盛聚酯模具厂制造有一出十二腔、一出十六腔、一出四十八腔PET瓶坯注塑模系列，吸收德国、日本、加拿大等国的先进技术，经过多年的精心研究，研制成功新一代YS2一出十六腔瓶坯等注塑模系列，能用国产注塑机生产出进口品质的PET瓶坯。 4 PET瓶坯成型周期高速化 高速成型周期是PET瓶坯性能的综合体现。总的说，成型周期越来越短，生产率越来越高。发达国家的挤出机已普遍采用现代电子和计算机控制技术，对整个成行过程的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量，各种原料的配比、电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。有的公司己采用网上远程监测、诊断和控制，对挤出成型生产线进行网络控制。这对保证工艺条件的稳定，提高产品的精度和提升生产效率都极为有利。Netstal公司的PET-Line机型在NPE2006展厅引起了轰动，这种机器的锁模力约为600吨的192腔预成型机，每小时可铸造9万多个瓶坯，该机的预成型件循环时间仅为7.4秒。加拿大HUSKY公司在2006上海国际橡塑展上展出的注射PET瓶坯的Hy400瓶坯专用注塑机，结合该公司的国际领先的热流道模具，成形一模96个瓶坯，周期不到7.5秒，合格率基本上达到100%。整机结构高速的主要的特点是塑化效率高，塑化注射机构把塑化与注射两种功能由常规的一个部件分为两个部件，塑化为螺杆独立运动，柱塞独立注射，螺杆塑化完成，熔料流道打开，将熔融料注入柱塞储料腔，计量到，融料流道关闭，然后，柱塞注料入模腔，这样，塑化不占用成形周期，提高了生产率。值得一提的是螺杆注料动作，该机在将熔融料注射动作是螺杆的注射不是单纯直线向前运动而是旋转的向前运动，旋转的方向同塑化旋转方向。作者认为，为适应PET的塑化，减少在加料过程中空气的进入，使加料过程中固体料填满螺槽，在将熔融料挤入至注射腔过程中，塑化螺杆旋转挤出，有利于排出进入机筒中固体料中的空气，同时，减少了塑化时间，缩短了生产周期。为减小熔融料的轴向温差，提高瓶坯质量，采用大直径螺杆塑化，缩短塑化行程，塑化行程在1D左右。 5 研发体系一体化 PET瓶坯注塑设备的研发，不同于注塑机的研发。通用注塑机的研发，基本上是纯粹是注塑机的研发，对研发人员掌握模具、注射工艺、塑料原料等的知识的要求不高，目前不小比例的注塑机研发人员对这些根本不了解。PET瓶坯的注塑成形已由多腔发展到群腔，所以，PET瓶坯注塑设备是注塑机、模具、注射工艺，以及原料的四者成为一个体系的组合，特别是前三者必须成为一体化的紧密组合，缺一不可。根据PET瓶坯注塑设备的发展要求，只有对四方面的知识充分了解和掌握，才能开发出高端的PET瓶坯注塑设备。国际上PET瓶坯注塑设备的领头羊，把研发PET瓶坯注塑机和PET瓶坯模具作为一个体系来进行，特别对热流道的技术及运用于PET瓶坯模具，在国际上占领先地位，使主机与模具两者的互相匹配达到最佳状态，发挥最大的生产能力，使PET瓶坯注塑设备达到最佳的性能。国内PET瓶坯注塑设备的研发体系，四者之间严重脫节，不成一个紧密的研发产业链，研发主机的不了解主机如何与模具匹配，研发模具的不了解模具如何与主机匹配。研发主机的单位单纯认为PET瓶坯注塑设备的研发就是PET注塑机的研发，把PET注塑机的研发单纯认为是注射塑化装置的研发，把PET注射塑化装置的研发单纯认为是螺杆的研发，所以国内研发的所谓PET注塑机只是把螺杆改进一下，停留在国际上世纪八十年代水平。研发主机的单位缺乏对PET瓶坯模具的了解，更不用说对PET瓶坯模具的研发。在这样的认识水平及研发体系下，根本不可能研发出高端的PET瓶坯注塑设备。 6 结语 本文对我国PET瓶坯注塑设备的现状和发展方向作了论述，充分说明了我国PET瓶塑料成型设备大有发展前景，同时，我们应当看到PET瓶塑料成型设备与工业发达国家的差距较大。国际上典型的PET瓶坯注塑机生产设备为加拿大的HUSKEY PET注塑机，是国际上公认的领头羊，所以，我们应当认真研究其性能特点、机构特点、性能特点，开发出更具有性能优势的PET瓶坯注塑机。在市场国际化的今天，国产的PET瓶注塑坯设备，如果在性能上没有技术优势，那研制出来的设备只能当展品，不能当商品。 The present situation and develops the direction of the injection plastic mould equipment of Parision of PET's bottle Zhang Yougen ( NingBo HaiHang Plastic Machinery Manufacture Co.,Ltd. NingBo 315806 ) Abstract: Present situation and the development trend of the injection plastic mould equipment of Parision of PET's bottle were analyzed to the paper, and put forward the development direction of the injection plastic mould equipment of Parision of our country PET's bottle. Keywords: The Parision of PET's bottle The injection plastic mould equipment Technology development Develops the direction 张友根 教授级高工， 享受国务院政府特殊津贴有突出贡献专家， 中国科学院《高科技与产业化》专家，中国管理科学院学术委员会特约研究员。长期来,从事塑料机械的研究与开发。以第一完成人，获得上海市科技进步二等奖三项，机电部科技进步三等奖二项，上海市优秀新产品二等奖四项及三等奖二项。在国际国内有关专业学术会议及专业学术刊物上发表了中/英文132篇论文。曾获得上海市工业战线优秀科技工作者、上海市“讲理想、比贡献”先进个人、上海市机电工业局先进工作者及先进科技工作者等荣誉。 联系电话: 0574-86115553 张友根 邮件寄: 宁波北仑大碶坝头西路325号315806 宁波海航塑料机械制造有限公司(宁波展晖电子科技有限公司)张友根 收(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/5/2007)