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当滚塑成型加工技术的发展概况

发布时间:2021-09-10 18:32:46 阅读: 来源:油气田缓蚀剂厂家

滚塑成型加工技术的发展概况

滚塑成型是一种历史悠久的成型工艺,由于具有其它成型工艺所无法比拟的优点,近年来发展迅速。本文对该工艺的特点、发展历史与发展现状及我国该行业的发展概况进行介绍。滚塑(ROtaional Moulding,也被称为Rotocasting或 Rotomoulding)是一种非常适合于生产中空制品的成型工艺.其加热、成型和冷却都是在无压力的模具内进行的。与其它生产中空制品的工艺比较,滚塑成型具有如下特点:

(1)成型是在无压力和非定向条件下进行的,故模具不承压,机器设备和模具费用低。不同形状和大小的模具能在同一台滚塑机上运转。

(2)制品的形状和大小有很大的灵活性,小至玩偶的眼睛,大至近100m3的超大型储存容器均可一次成型,壁厚均匀,制品无接缝。

(3)生产上具有通容性.通过改变加料量和调节成型周期可方便地生产不同壁厚的制品。

(4)通过不同的材料组合,可设计生产不同功能的多层制品,实芯层、发泡层、不同性能层、不同色泽层等。

(5)无边角废料,原料利用率高。

(6)尤其适合于多品种、小批量制品的生产。但该工艺也存在一些不足:

(1)原料价格高。所用树脂是专用牌号,且需要粉碎成粉末,导致成本增加。

(2)不适合小制品的大批量生产。这是由该工艺的成型周期较长所决定的。

(3)目前,可选用的原料品有限,绝大部分原料是聚乙烯,其次是聚氯乙烯。

(4)劳动强度大,能耗相对较高。

滚塑成型加工虽然存在一些不足,但由于具有其它塑料加工方法所无可比拟的优点,滚塑成型业已取得了令人瞩目的增长。

一、滚塑成型工艺的历史与发展概况

中空、一体制品其实并不是新的事物,早在十九世纪九十年代,空心赛璐珞玩具老鼠就是用吹塑的方法成型的。通过加热并双轴转动生产中空制品的第一个有记载的方法是1885年发表的一篇英国专利,它描述的是大炮的空心金属弹丸的制造。与当今滚塑成型设备相类似的机器首次出现在1935年的英国专利上,用于生产中空乳胶物品。这篇专利形成了现代滚塑机制造的基础。

在1935年,还没有适合滚塑成型的塑料材料。橡胶工业当时发现了这项技术的用途,并在塑料工业还在试图开发某种适用树脂时,逐步发展完善了这项技术。联碳公司于1946年推出了液态聚氯乙烯(增塑糊),给塑料工业提供了第一种非常适合于滚塑成型加工的适用、大宗的材料。在当今的滚塑成型业中,增塑糊仍然是用量仅次于聚乙烯的原料。能用于滚塑成型的聚乙烯细粉是在1961年由USI公司(即现在的Millennium石化公司)开发的。聚乙烯正是一种滚塑行业所一直期待的材料。它易于加工,耐长时间加热,而且成本低、耐化学品范围广,非常适合于滚塑成型工艺。这些综合优点使滚塑行业的最大市场过去是、将来依然是储存与运输容器、罐槽。从那时起,滚塑工业经历了一个稳定的增长阶段。至七十年代中期,滚塑成型已变成了主要的塑料加工技术之一。在七十年代中期到九十年代中期之间,滚塑成型业平均增速要高于其它塑料加工行业。从1976年到1995年,美国各种工艺所消耗的塑料原料每年以6.5%的速度增长。据1968年美国滚塑业总市场规模为68,000吨,而1982年为136,000吨。数据来源于1989年6月刊的《现代塑料》杂志,该期杂志试图对滚塑行业进行全面系统的分析,其中的研究报告估计当年美国用量为178,000吨。1991年,塑料工业协会(SM)估计全年美国滚塑行业的市场规模超过181,000吨。ney报告认为在1994年美国滚塑塑料材料总用量为344,000吨。

目前世界上约有1000多家企业从事滚塑加工。美国的滚塑制品以运动器材及玩具为主,占43%,箱子占19%容器占9%,汽车部件占9%,其它占20%。欧洲的产品主要用于工业和农业,分别占17%和29%,汽车部件占15%,容器占10%,园艺用品占8%,交通用品占8%。

二、滚塑成型的原料

对适用于滚塑成型的塑料原料有一些特殊的要求。首先,滚塑成型原料必须是液态或能被高效地研磨成35目的粉末,使之能够象液体一样平稳地流入模腔的各个角落,获得壁厚均匀的制品。其次,由于滚塑成型的周期较长,原料需承受较高的温度,因此它的热稳定性要好。在模腔内,没有外力推动塑料原料结合在一起形成一件制品。优良的滚塑成型原料必须能够在无压力作用下粘附到热的模腔表面,并熔合在一起。这就要求用于生产简单制品的塑料原料的熔融指数不小于3,而用于生产复杂形状制品的塑料原料的熔融指数在5以上。滚塑原料必须在260—400℃的加热温度下经过20—60分钟后能保持它的物理性能。好的滚塑塑料必须在高温下经受长时间空气接触具有耐氧化稳定性。氧化问题虽然能够在模腔内通入N2保护的方法加以克服,但会无谓地增加成本。滚塑本质上是一种无应力、无压力的加工工艺。因而,应使用零剪切粘度,而不是熔体流动速率来对一种树脂是否适合这种工艺进行评价。低粘度树脂倾向于粉末间粘接(烧结),能保持熔融聚合物在模具内有效地流动,保证良好的表面修饰。高粘度树脂导致低劣的表面,并产生过多的气泡。

冲击强度或韧性在选择材料时是一个非常重要根据浆料浓度的考虑因素,也是对滚塑制品的主要要求。线性低密度聚乙烯(LLDPE)能满足这一要求,因而被广泛用于这一工艺。不过,由于聚乙烯固有刚性低,因而还使用了其它一些材料,如橡胶改性聚丙烯和聚碳酸酯。此外,PVC增塑糊与粉料、醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯—丁基丙烯酸酯共聚物(EBA)及尼龙、ABS、乙烯ECTFE)等也使用于特殊应用领域。具有开发前景的原料还包括聚苯醚(PPO夹持试样的钳口易磨损等缘由)、ABS以及ABS—聚碳酸酯合金、PEEK、P对检测机构来讲PS和玻璃增强尼龙等。近年来,茂金属催化剂合成聚乙烯为滚塑提供了优质聚乙烯原料。一些滚塑材料及其性能见表。

三、滚塑成型的工艺和设备

计取一定量的材料放入模腔内。材料的重量将决定制品的壁厚。模具以3—20rmp在双轴方向循环转动。热空气烘箱通常天然气进行加热。在成型周期的烧结阶段,初始时材料保持在模具内的最低部位。离心力在树脂于模具表面上分布不起作用。树脂上也不受剪切力的作用。随着模具温度升高,粉末状树脂开始在模具表面沉积。因模具的角比表面吸热更快,材料首先在那里沉积。这可理解制品的角比其它部分较厚的原因。取细小的粒子次后,并以此类推。在树脂完全沉积到模具表面上后,继续加热使树脂粒子适度熔合,并消除粉末沉积阶段的可能夹带的空气气泡。由于通常的滚塑制品相当大,壁相当厚,熔合时间可能相当长,加热箱的温度相当高。常见的一个加工周期时间为15—20分钟不等,加热箱温度控制在300—325℃。在模具用水、空气或水/空气混合冷却后,取出制品,重新装填模具开始上一个加工周期。

模具按旋转形式可分为单轴旋转和双轴旋转:

(1)单轴旋转又称摇摆旋转。它因模具的运动方式而得名。安装在设备托架上的模具以托架上下摆动并使模具在托架上单轴转动。液体滚塑大多采用这种方式,其优点是设备简单,可采用火焰直接加热。(2)双轴旋转。它适合于任何复杂或异型的中空制品的加工。目前,粉末滚塑成型都采用双轴旋转。

梁平将围绕塑料制品产业最普通的加工设备是多臂转台机。该机器的基本部件有加热箱、冷却室和加工过程中移动转臂与模具的一座转台。在转台上安装了一至五条转臂。转臂既可以是直的,也可以是弯曲的。直臂用于安装小型模具,而曲柄臂则通常用于安装大型的单动模具。滚塑成型工艺可分为四个步骤。

(1)装料。将经过预先计量的塑料材料装入模腔内,模具安装在一条转臂上,转臂能在双轴方向上转动模具。然后转台合上模具,转动模具到加热箱中,并同时在两个方向上转动模具。将塑料材料均匀分布在模腔内表面上。(2)加热。加热箱提供的热量熔合(或烧结)塑料材料成模腔具有形状。(3)冷却。随着不停地转动,模具被移入冷却室,在那里对模具和塑料制品进行冷却。(4)开模。转台将模具移动到开模位置,取出最终制品。然后,重复上述过程加工下一个制品。

四、滚塑成型的发展趋势

塑料工业注意到了滚塑加工业的规模的迅速扩大。聚乙烯制造商已为滚塑加工行业提供了优质的、专用混合材料。该工艺所用的模具也已完善,其结构变得相当考究。成型机也得到重大改进,微处理机和气体注入是目前新机型上常用的标准配置。

Roy Crawford博士发展了“Rotolog”技术,能让加工商在实际成型过程中测量模具内的塑料材料的温度。这一重要发展能实现成型过程的最优化。

Rodney Syler在“State Industries”上发表的研究报告业已导致了一项新技术的诞生。将一台摄像机和光源放入模具内。这种设备能观察到材料是如何烧结到模腔表面上。该技术也为分析和优化成型工艺提供了手段。滚塑工艺也能以实体的或发泡的(相同类型或不同类型)材料生产多壁制品。滚塑成型一直被认为是生产小型,尤其是特大型模内插入件的理想工艺。Mold In Graphic Systems公司已将该技术进一步发展,在成型过程中制作多色标签和装饰性的镶嵌制品,变成产品的永久性部分。这种工艺省去了二次加工。滚塑工业20余年来的长足发展,与滚塑工作者协会的作用密不可分。该协会成立于1976年,由美国设立,总部设在美国。其成员有一半以上来自美国以外的其它国家,所以,它实际上成为了滚塑行业的国际性组织。它下属十一个委员会在信息、教育、材料研究与开发、过程设计控制、设备和模具改进等方面为企业提供服务。协会发表与本行业相关的论文与书籍,定期出版季刊“滚塑”(Rotation)。此外,协会每年春秋各组织一次全体成员大会,进行学术交流和讨论。这些都有力地促进和推动了整个行业的发展。

五、我国滚塑成型现状

与其它塑料加工门类相比,滚塑加工在我国起步较晚。1995年塑料加工协会下属的滚塑专业委员会宣告成立。国内滚塑用原料大多为LLDPE,主要由齐鲁石化公司塑料厂供应。我国引进的大型乙烯装置均含有滚塑级牌号,如兰州石化总厂、大庆石化总厂、盘锦天然气化工厂等。但由于市场未充分开发,这些引进牌号并未生产。许多滚塑加工企业

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