电直热双旋塑料滚塑成型机的设计应用

作者：福建华橡自控 孙鲁西

欢迎访问e展厅 展厅 10 其它塑料机械展厅 滚塑机, 复合机, 压延机, 塑料拉丝机, 覆膜机, ... 引言 滚塑是中空塑料制品成型的一种工艺方法，又称旋转成型、旋转模塑成回转成型。滚塑过程是将塑料粉末加人模具中，然后加热模具并使之沿相互垂直的两轴连续旋转戴摇摆，模具内树脂在重力和热量的作用下逐渐均匀地涂布、熔融姑附于模具内表面上，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，之后传人美国、日本等地，随着聚乙烯粉末化技术的成熟，日益成为粉末塑料成型工艺中极有竞争力的成型方法。近年来，滚塑工业以10%-15%的年增长率持续发展，成为小批量生产中、大型成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。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%。中国的相关数据远远低于国际水平。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:模具简单、成本低廉，适合成型大型塑料制品;适合多品种、小批量塑料制品的生产;适合成型形状复杂的制品以及复合制品;节约原材料;制品壁厚均匀、无接缝;制品无残余力，不易发生变形;换色容易，当要改变制品颜色时，只需清洗成型模具即可。 现行滚塑工艺的热源采用火焰直接加热、热气室恒温、套层热油等几种方式加热模具外壳。实际使用中大部分采用的热气室空气加热一般采用燃料、电热空气、热油间接加热，由于模具热传导的效率限制，致使热能的利用率极低;套层热油由于高温油的泵送和旋转密封等问题，使得实际应用中工艺难度和运行成本极高。同时，由于温度控制反应的滞后，造成塑脂在涂布、熔融、M附时难以调节所需温度，导致塑材过热碳化或理化性能剧降，因此大部分的滚塑件难以重复回收利用。同时，高温热室的环境造成旋转支撑、模具附件等氧化锈蚀和支撑件的选材局限，限制了滚塑自动化的发展。 通过网上查询，国外对电内热模具做过多年研究，资料仅见理论雏形，与之配套的电内热滚塑样机仍末走出实验室，对工业化使用仅有借鉴参考作用。因此，几家公司的相应研发成果均处于企业know-how保护状态。但在末来的推广应用中，该类样机雏形明显存在着控制繁琐、规格限制、成本居高难下等缺点。 1 新型双旋塑料滚塑成型机的研发设计 作者参与研发设计了一种电直热双旋塑料滚塑成型机，其样机外观如图1。在设计过程中，采用普通电动、机械传动副分别驱动两相交900的主副轴的旋转，并使得在旋转时，位于中心的直接采用电热器件加热的滚塑模具得到所需的电、气源、温度控制和动作控制。 新型电直热双旋塑料滚塑成型机可以做到如下要求: (1 )可安装专用快速塑料滚塑复合模具，其为数字化程度高、制作周期短、成本低的新型滚塑模具，同时亦可采用传统工艺生产的滚塑模具内置电加热器件构成的专用模具; (2 )模具所需加热源为其内置电加热器件，该电加热器件的电源由该机多路强电旋转输入装置供人; (3 )模具所需气源为冷却、内充压、动作执行气缸所需压缩空气、惰性气体，气源由该机多路气密旋转输入装置供入; (4 )模具多点测温模拟信号由该机多路弱电旋转输出装置传出; (5 )用人机界面(HMI)触摸屏、PLC,嵌入式DSP温度补偿控制模块、交流变频器，形成半开环加热温度、转速、转向、过程时间的自动化控制; (6 ) 控制柔性大，适应模具形状的能力极强，采用变频控速技术，分别实时控制主副轴转速和转向，适应模具形状不同所采用的主副轴速比，变换灵活且能记录、存储、调用多组成型工艺参数; (7 )能够实现电加热器分别控制加热，得以实现差动加温，制成内部凸起局部补强筋条、局部补厚及控制、过程记录，复现模具局部、整体温度; (8 )通过动作执行气缸，可以完成随模隔热储料容器预存料的二次加料，得以实现复合层滚塑件的制作; (9 )通过旋转通路控制压缩空气、惰性气体进人模控，可以对模具内腔成型料壁施加正压，减少收缩，减低气泡，强化产品表面细部复现，极大提高制品表面质量; (10 )通过动作执行气缸，可以完成气动脱模，得以实现滚塑工艺自动化; (11 )通过压缩空气管路控制系统，可以适时对模具、产品进行内外空气冷却，提高合格率并降低生产周期耗费时间; (12)容易适应规模化、系列化生产，占地空间、环境要求、安全保障、制作成本都较之传统滚塑机为优异，利于推广滚塑工艺应用; (13)由于模具耐压、精确温控，可抽真空，亦可扩展应用于控温负压组分交联反应(如MC尼龙、双组份聚氨醋等)的中空铸型件生产。 ·工业化应用之一——扭层塑料燃油箱生产线 由于电直热双旋塑料滚塑成型机采用节能的电直加热方式，提供旋转中不间断供电;低成本普通电动、机械传动副分别驱动框架结构，提供旋转中不间断送风冷却模具，加快成型速度，提高滚塑机的产率;采用正压(空气、惰性气体)充腔方式提高制品表面质量;采用数据传输，独立嵌入式DSP补偿温控模块，解决成型工艺数据收集和调节难题;采用PLC/HMI触摸屏/交流变频电机/温控模块形成机电一体化半开环控制系统，提升、改进滚塑工艺、设备。为滚塑工艺设备更新换代、普及推广、降低入门门坎增加一种新的自动化设备，也使滚塑行业得以延拓进入新的应用行业，增加新的滚塑品种。因此，该滚塑机的工业化应用推广具有极其可观的经济效益和社会效益。它可以采用差动加温、局部冷却制造内部筋条，而且，多次加料塑造双层滚塑(如外层为PA，内层为PE)成为可能。根据市场调研，具体地将其用在L层滚塑燃油箱生产制造中，为工业化应用项目之一。 覆层塑料燃油箱生产线是目前世界上较先进的油箱生产工艺技术，其采用超高分子重聚乙烯(Ultra一High Molecular Weight Polyethylene多层共挤吹塑技术所生产的覆层滚塑油箱，在各项技术指标上，特别是当前各国新车型设计的防汽漏指标上能满足美国、欧洲等各国汽车技术要求的最新标准要求。 而覆层滚塑燃油箱生产线就是比照这项新技术，加上采用RT(快速模具)技术制作的电直热式滚塑模具的研发应用项目。相比较多层共挤吹塑技术数+秒生产一台油箱，覆层滚塑燃油箱单机生产能力比较低，生产一台油箱需要近20 min，但由于单机配备成本以及模具成本较低，所以，生产线采用多机配多种油箱模具，形成相同总量的产能时，投资成本仅为多层共挤吹塑生产线的4.2%，模具投资仅10%(该项目已包括自制模具生产线的完整配套)，具备极低的实施成本的同时，还具备相当灵活的设计、配套、生产柔性。其生产的覆层滚塑油箱可以制造吹塑无法实现的形状，仅需两层就可达到耐候性、阻渗性的要求，除了无吹塑成型内应力外，可以增塑内筋条，还能镶嵌各种附件如箱口金属件、除静电导体等。同时，没有多层共挤吹塑剪口回用料再造粒时不同材质不相混融的问题，因为吹塑工艺剪口料将近总比20%-30%，这部分过程料头无法剥离分出只能粉碎后作为厚度比例最大的主要夹层置入油箱壁内，反复的轮用，将使得高分子材料理化特性恶化，直接影响油箱性能;另外也不存在多层共挤吹塑剪口泄漏隐患，关键的高分子材料制备技术国内也能完全解决而不受制于国外塑料巨头。同时，覆层滚塑燃油箱生产线从节能(95%电热效率)、环保(不用水、不燃烧、无废料、废箱可回收至95%、基本无污染)、投入产出等各项指标都体现较高的经济效益和社会效益。 该技术应用的难点在于油箱质量的划一性，也是滚塑行业的至今尚存的弱点，由计算机技术保证同一质量再现，需要保证模具高质量、投放材料质量、重量、准确的加温过程和精确的主副轴旋转速度匹配，而这些，由包括计算机优化分析、温度模态模拟、流体熔融流态分析等成熟相应的CAE技术在内的预前、监控、验证分析逐步完善定型工艺参数。局部电热、多点测温和数据传输提供了技术可能。气体加压充模和冷却在整个工艺过程的可控复现，也是削除不稳定因素的手段。 3 结语 电内热双旋塑料滚塑成型机的研发工作已完成样机设计、制造工作，期间仍有许多技术问题在后续设计中需加以完善提高，其在覆层滚塑燃油箱生产线上的应用更是需要许多高分子材料、模具制造、自控等专业人员的介人，当然，也要滚塑行业的专家的审视。该项技术拟申报发明专利以保护知识产权和公开推广应用。希望本文的抛砖引玉，能为中国的滚塑行业提供一种创新思维，一种可行的装备以及一种全新的生产工艺，籍以赶超世界滚塑水平。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/11/2008)