全塑工業桶成型設備與技術進展
時間:2005-07-01
全塑工業桶，是指用于工業品包裝的、容積大于50升的各種全塑容器。由于鋼板價格的不斷上漲，許多鋼桶用戶在保證用途的前提下，逐步轉向中空塑料容器（桶）。大規格塑料桶屬于綠色環保高科技產品，綜合性能優異，具有廣闊的市場前景。截至2004年，國內200L塑料桶產量超過300萬只。
200L雙L全塑工業桶是隨著高分子樹脂材料的發展而在化工行業興起的一種包裝容器。它是用平均分子量在30萬左右的高密度聚乙烯（HMWHDPE）（表1、表2是兩種常用的200L雙L全塑工業桶原料的技術指標），經大型擠出吹塑中空成型機吹制而成。
全塑工業桶可用于酸類、堿類、脂類等各種液（粘）態具有腐蝕性化工產品的包裝，由于其優良的抗蝕性、高的強度、數倍于鐵桶的周轉次數及易回收性，倍受國際海運界的重視。由于200L雙L全塑工業桶完全能滿足《國際海上危險品貨物運輸規則》中有關危險品包裝容器的要求，在危險物品運輸中被愈來愈廣泛地使用。與此同時，一種新的產品——1000L IBC桶近幾年在國外快速增長，據世界上最大的IBC容器生產廠家SOTRALENTZ的報告介紹，近幾年IBC容器在歐洲約以8%的速度增長，而在美國IBC桶的增長速度則達到25%。
全塑工業桶成型用中空機
200L雙L全塑工業桶所用原料是平均分子量在30萬左右的高密度聚乙烯（HMWHDPE），熔體流動速率MI（HLMI：190℃、21.6kg）2~6g/10min，原料特性及制品工藝特點決定了其成型設備的特點和要求。200L儲料式中空機在200L雙L全塑工業桶生產中得到廣泛應用。能穩定生產該桶的設備，國內共計約45臺，其中秦川發展公司占32臺。
大型中空機一般包括：擠出機、機頭、合模裝置、吹脹裝置、制品取出裝置、液壓站、強弱電控制系統。一般的外輔設備尚包括：混送料系統、馀料粉碎回收系統等。按其擠出型坯的方式，大型中空機可分為儲料式和連續擠出式，而按型坯的結構又可分為單層或多層。目前，國內的200雙L全塑工業桶絕大多數采用單層儲料式中空機吹制。隨著技術發展及市場要求提高，此類設備將朝著高效、節能、提高產品品質、功能齊全的方向發展。
擠出機
大型中空機所配置的擠出機，其加工的原料一般主要是HMWPE，若采用常規設計，則其塑化效率明顯不足。國內生產的φ150/25擠出機在加工HMWPE粉料時，其塑化能力僅為250kg/h。在國外，尤其是在德國，許多大的中空機制造企業早已采用帶強迫喂料結構、強制冷卻段結構的單螺桿擠出機，被稱為IKV結構。IKV結構的擠出機在相同長徑比條件下，其塑化量較常規設計提高50%以上，且擠出量穩定，加之合理的屏障段和混煉段設計，能獲得高的塑化質量。表3列出了國內外幾家公司的單螺桿擠出機的性能。
表3中擠出機的產量，均是在加工HMWPE，并且是70%的新料（粉料）與30%的粉碎料混合的條件下測得。從表中可見上述各擠出機的比流量均達到7~8(kg/h)/(r/min)，而名義比功率均在0.3(KW/(kh/h))，屬于高效節能的擠出機，極適宜在大型中空機上使用。IKV型擠出機在使用時有比較嚴格的要求，尤其是強制冷卻段的溫度對擠出量有明顯影響，過去都采用手動調節，在國外較新的機器上已開始采用自動的比例調節。實際上IKV型擠出技術在國外已使用多年，但此項技術目前在國內尚未得到很好的采用，應引起業內人士的關注。
儲料式機頭
儲料式機頭的流道主要有3種形式：單層心型包絡流道、雙層心形包絡流道和螺旋流道。
早期的中空機機頭較多采用單層心形包絡流道，這主要是因為當時對成型制品要求不高。隨著用戶對容器質量要求不斷提高，尤其在大型容器方面，因為熔合縫的強度問題，單層心形包絡就顯出弱點，轉而出現了雙層心形包絡和螺旋流道設計。如果是單層心形包絡流道，擠出的型坯圓周上存在明顯的熔合縫區，而在雙層心形包絡流道擠出的型坯被完整的熔料層所覆蓋，因此熔合縫區的強度得以提高。目前德國、北美主要公司生產的大型儲料式中空機基本采用了雙層心形包絡流道。
德國 Mauser公司在中國推出雙層儲料式中空機，用于制造雙層200L雙L全塑工業桶。這種機頭采用雙層螺旋流道，內外層分別有兩臺擠出機供料，并同時儲料。由于制品的內層不用著色，在市場上非常有競爭力，有逐步替代單層200L全塑工業桶的趨勢。國內現有兩臺進口德國雙層200L中空機，其雙層L桶產品已被市場認可和接受，產品銷售情況很好。
對儲料式中空機機頭來講，衡量其水平的一個重要方面是其換色（換料）的速度。對于使用者來講，希望是更換速度越快越好。但實際上是很難的。一個好的機頭設計其換色時間往往仍需幾個小時，因此除了在設計流道時充分注意，減少滯留區外，也出現過某些采用輔助動作的方法來解決這個問題，如日本的布拉格公司在上世紀80年代就采用了旋轉流道套的方法來消除滯留區的影響，提高換色速度。但其帶來的問題是機頭結構復雜、故障率高和零件壽命降低。近幾年，又出現一種采用液壓提升流道，實現外部人工清理，用以加速換色的方法，該方法首見于美國的格來漢姆（GRAHAM）公司。由于其帶來機頭結構龐大、制造、裝配精度要求高、實際清理時工人的勞動環境差等問題，并未見有其它公司效仿。從總的情況來看，許多有名的公司在解決換色問題時，主要還是采取好的流道設計。
合模裝置
大型中空成型機的合模裝置，近年來的主要變化是進一步向節能化發展。早期的合模裝置大都采用四板液壓直動式，能耗較大。以后發展為液壓節能型合模裝置，即現在使用較廣泛的四拉桿三板聯動式。過去十年，市場上的大型中空機的合模裝置，無論其外部形狀如何，實質上幾乎都可歸入到三板聯動式，它的主要特點是將快速移模缸與增壓缸分開，用較小的油缸推動三塊模板的聯動快移，在較小油泵站的條件下獲得更高的移模速度。早期的三板聯動式合模裝置的一個主要缺點是必然帶有2~4根拉桿，使裝模空間受到一定限制。
近年來，大型中空機的合模裝置逐步趨向于采用兩板銷鎖式機構，貝克姆（Bekum）公司生產的1000L及500L（6層）中空機均采用了這種合模裝置，類似的裝置也為UNILOY等公司所用。該裝置的移模運動由油缸或伺服電機通過滾珠絲桿來實現，運動付采用了滾柱直線導軌，具有剛性高，運動精度高，運動輕快的特點，實際上是把機床制造技術向塑機制造方面的移植。這種兩板式合模裝置的合模力是由兩對或三對位置可調的銷鎖缸來實現。
為了方便模具安裝，這些銷鎖缸可以簡單地從模板上取下來，并通過沿軸向的調整來適應不同的模具厚度。與此相類似的還有一種被稱為“胡氏機構”的鎖模裝置，它的原理同銷鎖式機構基本相同，只是可以用在要求鎖模力更大的合模機構上。
另外，合模裝置液壓控制方面，一般都采用比例液壓閥，精確地控制合模速度，有利于制品的成型。
型坯壁厚控制
中空機機頭的型坯壁厚控制是中空成型的關鍵技術之一，其作用在全塑工業桶成型方面尤其顯著。型坯壁厚控制分為軸向控制（AWDS）和徑向控制（PWDS）兩種形式。目前的大型中空機一般都具有軸向型坯控制功能，其控制點從24點到256點不等。軸向壁厚控制的作用是使得注出的料坯根據制品不同的吹脹比沿軸向獲得不同的厚度，從而保證最終制品有比較均勻的壁厚分布，它是通過使芯模根據預設位置作軸向運動而改變模頭的開口量來達到改變坯厚的目的。
型坯壁厚控制的兩種形式：AWDS和PWDS
軸向壁厚控制雖能改善制品的壁厚分布，但由于其排出的型坯在水平截面內仍呈等厚圓形，對部分在某一對稱方向有較大拉伸要求的制品則顯得仍不是最佳，因此便產生了徑向壁厚控制技術。徑向控制技術可以使擠出的型坯在某要求的區段內呈非圓截面的變化。
軸向壁厚控制與徑向壁厚控制的聯合作用，可獲得最佳的型坯，亦可獲得更為理想的制品壁厚分布。
徑向壁厚控制技術發展到今天，基本上形成了兩種典型的設計，一種被稱為撓性環式，一種為口緣修形式。撓性環式是通過電液伺服控制薄壁撓性環在一個方向或兩個對稱方向上的變形來改變擠出型坯的厚度。它的特點是無論吹制什麼形狀的制品，只要其口模直徑不變，則徑向控制都能發揮作用。該結構存在的主要問題是撓性環的疲勞壽命有限，且更換制作一付新的撓性環價格昂貴。口緣修形式是靠修形口環的上下移動實現型坯壁厚的改變。與撓性環結構相比，其最大的優點是使用壽命長。而且一旦需要更換，有基本的機加能力的工廠即可承擔。在有的設計中，口環的修緣部分被做成活塊嵌入式，方便更換，并減少更換時的成本。
徑向壁厚控制技術對于提高大型中空制品的質量無疑是一個有效的方法，同時還能減輕制品的質量。以200L雙L全塑工業桶容器為例，至少可節省5%~10%的原料，其效益可觀。但是加一套大型的徑向壁厚控制裝置的附加費用也是較高的，以SIG公司的報價為例，配一套帶兩個伺服油缸的Φ220mm直徑撓性環式徑向控制器，其報價為20馀萬德國馬克。正是由于這種高昂的費用，限制了用戶廣泛的選用徑向壁厚控制器，尤其是大型中空機的用戶。對于1000L以上的中空機，由于制造上的困難，設備制造廠家一般也不提供徑向壁厚控制裝置的設備選項。
作為一種替代，許多用戶為了彌補缺少徑向控制裝置的不足，采取了一種簡單但也是行之有效的方法，即芯模修形法。其具體作法是在具有軸向壁厚控制功能的機頭上，對其芯模的特定位置進行修形，從而在軸向控制的同時，近似獲得在徑向上壁厚的非圓變化量。
其它應用
大型中空機還可用于其它產品的生產。近年來，中國汽車工業飛速發展，全塑汽車燃油箱也成為大型中空成型機的重要市場，但由于材料與應用領域的不同，汽車燃油箱較多采用多層共擠中空機成型。使用儲料式中空成型機的產品還有很多，如用于戶外的中空桌椅；各種貨物用中空周轉箱；高速公路中間隔離板；汽車上的一些零件，如座椅、通風管、擾流板、塑料燃油箱加油管等。但是，如對燃油箱阻滲性有要求，則塑料燃油箱加油管也有用多層共擠中空機成型。揚州亞普汽車塑料件有限公司就進口了一臺SIG小型多層共擠中空機制作塑料燃油箱加油管。
