中空塑料成型机技术发展趋势

作者：宁波海航塑料机械制造有限公司 张友根

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, ... 中空塑料成型机是塑料机械的三大主导产品之一。随着塑料中空制品行业的快速发展，中空制品的结构发生了很大变化，特别是汽车用中空制品发展较快。适应这一发展趋势，中空成型设备正向着多品种、大型化、高效、高产、高速、节能、电动化、网络诊断、智能化等方向发展。 多层共挤出中空塑料成型机 在中空制品领域中，多层共挤吹塑高阻隔性中空制品所占比重越来越大，其成型工艺是利用复合模头把几种不同的原料挤出吹制成型。这类中空容器对CO2 、O2或汽油等具有很好的阻隔效果。 目前，国内对多层共挤出中空塑料成型机的开发主要集中在以下三个方面： · 开发适合一定产品范围的共挤出机头（模头），以满足不同材料、不同层数、不同制品直径的要求。 · 开发组合的机头系统，它能根据不同的原料而特制出可能允许的组合数的机头。 · 开发基础机械程序，它可用于不同数量的模塑工位、不同的生产速度以及不同制品设计的平台。 模头是多层共挤出中空塑料成型机的心脏和大脑，包括多级层叠式和叠加式。通常，模头应满足以下要求： · 确保每一层达到最佳状态，以获得良好的圆周及侧向材料分布。同时，不受材料分布的影响，可加工范围广泛的塑料原料，并可适应不同的挤出量。 · 螺旋芯棒组合系统应具有高度的适应性。目前，多层结构最多可达七层，满足了特殊制品的需要，因此，该系统以其最优的加工条件，被多层共挤出机头优先采用。 · 多层共挤出机头的流变设计是设计中的关键，要求其在低挤出量下，具有良好的自清洁功能，在高挤出量下，具有最小的剪切热。 · 大型多层共挤出中空塑料成型机采用储料式机头，该结构是把主机头放在各层机头的上方，配有同心的环形活塞，把机头与储料腔作成一体，以使在低压下能实现型坯的高速挤出。 挤出机的适应性及其组合是保证多层共挤出中空塑料制品质量的前提。为此，多层共挤出中空塑料成型机的生产企业必须首先对所要加工的对象（包括制品、制品各层材料的特性及各层材料之间的粘结性能以及增粘剂的特性）进行充分的研究。在具体设计适应这些塑化材料的挤出机时，应确定好所需配备的挤出机的数量及型式。挤出机的设计原则是：能满足不同流量、不同材料的塑化要求，且其生产率应比标准挤出机的生产率高；螺杆和机筒的结构随着加工物料性质的不同而不同；每个挤出装置都应配制自动控制的定量加料斗，以精确控制加料量。 目前，多层共挤出中空塑料成型机的开发重点是：0.2～1L容器（用于盛装化妆品及家用卫生清洁剂）的2～3层共挤出中空塑料成型机；4～6层共挤出汽车油箱中空塑料成型机；220L大型多层共挤出中空塑料成型机。 大型挤吹中空塑料成型机 当前，缩短生产周期、提高生产效率是大型挤吹中空塑料成型机的重要发展方向。为此，其开发重点主要为： · 提高机器的塑化能力。应开发高塑化性能和高输送能力的螺杆机筒，大力推广、应用带强制喂料、强制冷却的高产量塑化挤出的“IKV”结构。 · 提高吹气压力、使用低温干燥高压空气吹塑是缩短吹塑冷却成型时间及提高制品质量的关键。 · 为了提高储料式机头的性能，应研发高性能双层心形包络流道的储料式机头。由于先进先出、快捷换色换料以及清理方便是高性能储料式机头的重要特征，因此，在开发生产机器的过程中，应积极应用先进的CAD/CAE/CAM技术，采用优质的钢材和精密的加工设备。 · 近年来，插销式无拉杆合模机构发展较快，它具有锁模力大、分布均匀、装卸模具容易、容模量大、节能等方面的优点，因此，应在大型挤吹中空塑料成型机中推广使用。 另外，插销式无拉杆合模机构的导向运动部件应采用摩擦系数小、运动平稳、运行精度高的滚珠直线导轨，快速移模由伺服电机通过滚珠丝杆来实现。高压锁模是由一模板上的插销插入另一模板上的锁紧套后，分布在其中一个模板左右两侧的两对以上的锁模油缸通过拉紧另一模板来实现的，反之，则为高压开模。 · 液压同步驱动无拉杆合模机构是一种最新的合模机构，它采用互相对称的两套液压驱动机构，分别同步驱动各自的模板。由于模板中心受驱动油缸的作用力，所以能降低模板的重量，减小锁紧变形量，从而使装卸模具更容易，容模量更大，以至于更适合机械手的操作，性能上比插销式无拉杆合模机构更具有优越性，值得推广应用。 · 应研发并推广应用径向壁厚分布系统（PWDS），它与轴向壁厚分布系统（AWDS）联合作用，可获得最佳的型坯及更为理想的制品壁厚分布。 单层小型挤吹中空塑料成型机 目前，单层小型挤吹中空塑料成型机的生产技术相对比较成熟，今后，主要是向高效率、高生产率、多工位、多功能方向发展。 “一步法”注拉吹中空塑料成型机 对“一步法”注拉吹中空塑料成型机的研究开发包括主机和模具两个方面。由于注拉吹中空塑料成型机是主机与模具两者结合的设备，所以，从对整机的重要性来说，主机只占整机的40%，而模具要占整机的60%。因此，模具是“一步法”注拉吹中空塑料成型机的研制重点，而注射型坯的模具又是模具中的研制重点。主机的研究重点则是转盘运转的高速度及定位的稳定性。例如，推广应用齿轮、齿条同步吹塑合模机构，以提高合模机构的重复精度及生产效率。 拉吹中空塑料成型机 提高成型速度是拉吹中空塑料成型机努力追求的目标，其关键技术是：优化加热系统以减少加热时间；提高瓶坯的运转输送传动速度；提高瓶坯快速稳定定位性能；缩短模具开合以及吹塑压紧头的升降时间；增加成型腔数。另外，研究开发能够检测瓶坯的同心度和内径的质量检测系统对降低拉吹中空塑料成型机的废品率、提高生产效率也是非常重要的。 总之，应大力开发将瓶坯的加热拉伸吹塑成型、原料的灌装、贴标、包装等多道工序集于一次完成的联机作业拉吹中空生产线。该生产线的特点是：灌充液体原料时，可直接在封闭无污染的环境中进行，而不需要对瓶进行再清洗。例如，采用净化压缩空气吹塑成型输液瓶后，可立即注入药液，再由传送机构输送到包装工位进行包装。 多层共注射瓶坯设备 多层复合瓶是中空容器的发展方向，它是专为啤酒的包装而开发的，有三层和五层两种类型。要发展多层复合瓶，开发多层注射瓶坯设备是其前提条件。多层共注射瓶的吹塑成型与单层PET瓶的吹塑成型相似，可用单层拉吹中空设备完成。 注吹中空塑料成型机 注吹中空塑料成型机不对注射型坯进行拉伸，只对型坯进行吹塑，是以“一步法”完成从原料到塑料瓶的整个生产过程。这种设备自动化程度高，特别适于大批量成型形状复杂的、带有螺纹瓶口的小型中空容器。 注吹中空成型机是把注塑机同中空成型机的吹塑系统结合成一体的设备。该设备具有所用材料广泛、成型的瓶口螺纹精度高且密封性好、制品无接缝且强度高、无边角料而使成本更低等方面的优点，尤其在医药包装行业得到了更广泛的应用。 注吹中空塑料成型机的发展方向是缩短成型周期以提高产量，为此，必须提高单机、单模生产率，减少换模停机时间，提高吹塑速度，优化传热系统。 三维（3D）挤吹中空塑料成型机 三维（3D）挤吹中空塑料成型机是为了成型形状复杂的中空工业零部件而新发展的设备，是一种废料少或无飞边的中空成型机。这种成型机主要具有以下优点： · 对合模力的要求较低； · 减少了切除料边的工作量，不必对成型品的外表面重新修正； · 热敏性塑料成型过程中的降解几率明显减少。 三维（3D）挤吹中空成型工艺是：型坯被挤出后，通过预吹涨使其贴紧在一边的模具壁上；然后，挤出头或模具按编制的成型程序进行2轴或3轴的转动，当类似肠形的型坯充满模腔时，另一边模具开始闭合并包紧型坯，使之与后续的型坯分离，这时整个型坯被吹胀并贴紧在模腔的壁上而完成成型。 开发三维（3D）挤吹中空塑料成型机时，应该在充分了解适用于3D导管的新型树脂及其发展趋势的前提下，开发三维运行机构及其控制系统，尤其要开发适合新型树脂塑化的机构和机头，在消化吸收国外先进技术的基础上，尽可能站在高起点上开发三维（3D）挤吹中空塑料成型机。 注射中空塑料成型机 注射中空塑料成型是无吹塑的特殊中空成型，它在模具、控制系统、成型工艺、后处理等方面均不同于普通的注塑和挤吹成型。该成型方法的主要优点是：制品强度高，制品的外形及表面质量高。因此，该成型方法特别适合于成型一些形状复杂的工业用中空制品。 注射中空塑料成型机主要包括以下成型方式： · 模具滑动注射中空塑料成型。其原理是：首先将中空制品一分为二，两部分分别被注射形成半成品；然后，将两部分半成品及其模具滑动至对合位置，二次合模后，在制品的两部分结合缝处再注射入塑料熔体（二次注射）；最后得到完整的中空制品。 与吹塑中空制品相比，该法成型的中空制品具有表面和尺寸精度高、壁厚均匀、设计自由度大的优点。在制造形状复杂的中空制品时，模具滑动注射中空塑料成型法与超声波焊接法相比的优点是：不需将半成品从模具中取出，因而可避免半成品在模具外冷却所造成的制品形状精度下降以及焊接法产生局部应力而引起的熔接缝区强度下降等问题。 · 半壳注射中空塑料成型。其原理是：首先用注射的方法生产两个半壳，然后将两个半壳焊接起来而成为中空制品。半壳注射中空塑料成型的关键在于制品的设计。通常，汽车发动机的进气管和汽车油箱等制品可用这种方法成型。 · 可熔型芯注射中空塑料成型。其原理是：利用低熔点的金属作为注射模具的型芯来生产内外表面形状复杂、光洁度高以及内部尺寸要求精确的中空塑料制品。这一技术的关键是：塑料注射时，型芯不得熔化；用作型芯的金属在熔化时以及用来熔化型芯的介质不会腐蚀塑料；在熔化型芯的温度下，制件不会发生变形。 目前，可熔型芯注射中空塑料成型技术在汽车发动机的全塑多头集成进气管领域内已得到广泛应用，其新的用途有：汽车水泵、离心热水泵、航天器油泵、水泵推进轮等。 电动中空塑料成型机 电动中空塑料成型机是今后需要积极开发的产品，它包括两种类型：驱动机构以电动为主，以液压或气动为辅；全电动驱动，包括伺服电机驱动和变频电机驱动。 全电动挤吹中空塑料成型机是用高效率电驱动取代液压驱动，用节能电驱动取代传统电驱动，具有节能、减少噪声和污染以及提高整机性能等优点。 由于“一步法”注拉吹中空塑料成型机主要用于成型饮料瓶、果汁瓶、输液瓶等，所以，使用全电动驱动装置可以提高这些制品的自洁性。全电动驱动装置的关键技术是实现转盘机构、瓶坯成型合模机构、拉吹同步合模机构、注射塑化机构的全电动驱动。在全电动驱动装置中，全电动拉吹中空塑料成型机的主要优点是：定位精确，速度快，无振动，自洁性高，效率高。若要实现“一步法”拉吹中空塑料成型机的全电动化，需要把合模机构的驱动变为电驱动，例如采用伺服马达传动、滚珠丝杠驱动的肘杆合模机构。 滚塑中空成型机 对于用其他成型方法难以成型的异型复杂的中空制品，选用滚塑中空成型则具有明显的优势，这种成型方法特别在化工行业中大有发展前途。这是因为所有的热塑性粉状塑料都可以滚塑成型，并已扩展到交联和热固性塑料领域。 滚塑中空成型机总体的技术发展趋势是向自动化、高速化方向发展。在加热方式上，是由热风循环法及明火加热法向油套加热法、熔盐加热法及红外线加热法等可自动控制的加热系统方向发展。 目前，已开发出多种汽车用多层滚塑中空成型制品。例如，多层滚塑燃料油箱在成本和性能方面可与多层共挤出燃料油箱相媲美。 中空制品后处理设备及工艺 中空制品后处理设备及工艺的开发，直接关系到主机的推广应用。中空制品有其特殊性，例如，有的中空制品对阻隔性、阻透性、耐化学性等有特殊要求。 为了满足中空制品的这些要求，除了采用多层共挤出技术以外，还可以对某些单层中空制品采用特殊的后处理工艺。一般，单层中空制品采用后处理法可比共挤出多层中空制品的成本更低，更能适应市场需求。 中空制品后处理工艺主要是针对制品的表面涂层进行处理，具体方法包括物理法和化学法。例如，对单层PET瓶采用等离子增强化学蒸气沉淀技术（简称ACTIS技术），在瓶内涂以0.1μm高度氢化无定型碳后，使瓶子对氧的阻隔性提高30倍,对CO2的阻隔性提高7倍, 从而使PET瓶包装的啤酒味道与玻璃瓶包装的味道没有差别。 总之，中空塑料成型机的发展方向是向着多品种、大型化、高效、高产、高速、节能、电动化、网络诊断、智能化等方向发展。中空塑料成型机的潜在应用市场是汽车零部件领域。我国的中空塑料成型机制造企业只有立足于新产品的开拓和产品设计的创新，才能够跟上国外先进水平的步伐。 作者简介 张友根，毕业于上海交通大学，现在宁波海航塑料机械制造有限公司任总工程师，主要从事塑料机械的研发工作，教授级高级工程师，享受国务院政府特殊津贴。到目前为止，张友根已撰写论文121篇，曾获得了3项上海市科技进步二等奖、2项机电部科技进步三等奖、4项上海市优秀新产品二等奖以及2项三等奖。另外，还荣获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。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/27/2005)