中空塑料成型機技術發展趨勢
時間:2005-07-04
中空塑料成型機是塑料機械的三大主導產品之一。隨著塑料中空制品行業的快速發展，中空制品的結構發生了很大變化，特別是汽車用中空制品發展較快。適應這一發展趨勢，中空成型設備正向著多品種、大型化、高效、高產、高速、節能、電動化、網絡診斷、智能化等方向發展。
多層共擠出中空塑料成型機
在中空制品領域中，多層共擠吹塑高阻隔性中空制品所占比重越來越大，其成型工藝是利用復合模頭把幾種不同的原料擠出吹制成型。這類中空容器對CO2 、O2或汽油等具有很好的阻隔效果。
目前，國內對多層共擠出中空塑料成型機的開發主要集中在以下三個方面：
· 開發適合一定產品范圍的共擠出機頭（模頭），以滿足不同材料、不同層數、不同制品直徑的要求。
· 開發組合的機頭系統，它能根據不同的原料而特制出可能允許的組合數的機頭。
· 開發基礎機械程序，它可用于不同數量的模塑工位、不同的生產速度以及不同制品設計的平臺。
模頭是多層共擠出中空塑料成型機的心臟和大腦，包括多級層疊式和疊加式。通常，模頭應滿足以下要求：
· 確保每一層達到最佳狀態，以獲得良好的圓周及側向材料分布。同時，不受材料分布的影響，可加工范圍廣泛的塑料原料，并可適應不同的擠出量。
· 螺旋芯棒組合系統應具有高度的適應性。目前，多層結構最多可達七層，滿足了特殊制品的需要，因此，該系統以其最優的加工條件，被多層共擠出機頭優先采用。
· 多層共擠出機頭的流變設計是設計中的關鍵，要求其在低擠出量下，具有良好的自清潔功能，在高擠出量下，具有最小的剪切熱。
· 大型多層共擠出中空塑料成型機采用儲料式機頭，該結構是把主機頭放在各層機頭的上方，配有同心的環形活塞，把機頭與儲料腔作成一體，以使在低壓下能實現型坯的高速擠出。
擠出機的適應性及其組合是保證多層共擠出中空塑料制品質量的前提。為此，多層共擠出中空塑料成型機的生產企業必須首先對所要加工的對象（包括制品、制品各層材料的特性及各層材料之間的粘結性能以及增粘劑的特性）進行充分的研究。在具體設計適應這些塑化材料的擠出機時，應確定好所需配備的擠出機的數量及型式。擠出機的設計原則是：能滿足不同流量、不同材料的塑化要求，且其生產率應比標準擠出機的生產率高；螺桿和機筒的結構隨著加工物料性質的不同而不同；每個擠出裝置都應配制自動控制的定量加料斗，以精確控制加料量。
目前，多層共擠出中空塑料成型機的開發重點是：0.2～1L容器（用于盛裝化妝品及家用衛生清潔劑）的2～3層共擠出中空塑料成型機；4～6層共擠出汽車油箱中空塑料成型機；220L大型多層共擠出中空塑料成型機。
大型擠吹中空塑料成型機
當前，縮短生產周期、提高生產效率是大型擠吹中空塑料成型機的重要發展方向。為此，其開發重點主要為：
· 提高機器的塑化能力。應開發高塑化性能和高輸送能力的螺桿機筒，大力推廣、應用帶強制喂料、強制冷卻的高產量塑化擠出的“IKV”結構。
· 提高吹氣壓力、使用低溫干燥高壓空氣吹塑是縮短吹塑冷卻成型時間及提高制品質量的關鍵。
· 為了提高儲料式機頭的性能，應研發高性能雙層心形包絡流道的儲料式機頭。由于先進先出、快捷換色換料以及清理方便是高性能儲料式機頭的重要特征，因此，在開發生產機器的過程中，應積極應用先進的CAD/CAE/CAM技術，采用優質的鋼材和精密的加工設備。
· 近年來，插銷式無拉桿合模機構發展較快，它具有鎖模力大、分布均勻、裝卸模具容易、容模量大、節能等方面的優點，因此，應在大型擠吹中空塑料成型機中推廣使用。
另外，插銷式無拉桿合模機構的導向運動部件應采用摩擦系數小、運動平穩、運行精度高的滾珠直線導軌，快速移模由伺服電機通過滾珠絲桿來實現。高壓鎖模是由一模板上的插銷插入另一模板上的鎖緊套后，分布在其中一個模板左右兩側的兩對以上的鎖模油缸通過拉緊另一模板來實現的，反之，則為高壓開模。
· 液壓同步驅動無拉桿合模機構是一種最新的合模機構，它采用互相對稱的兩套液壓驅動機構，分別同步驅動各自的模板。由于模板中心受驅動油缸的作用力，所以能降低模板的重量，減小鎖緊變形量，從而使裝卸模具更容易，容模量更大，以至于更適合機械手的操作，性能上比插銷式無拉桿合模機構更具有優越性，值得推廣應用。
· 應研發并推廣應用徑向壁厚分布系統（PWDS），它與軸向壁厚分布系統（AWDS）聯合作用，可獲得最佳的型坯及更為理想的制品壁厚分布。
單層小型擠吹中空塑料成型機
目前，單層小型擠吹中空塑料成型機的生產技術相對比較成熟，今后，主要是向高效率、高生產率、多工位、多功能方向發展。
“一步法”注拉吹中空塑料成型機
對“一步法”注拉吹中空塑料成型機的研究開發包括主機和模具兩個方面。由于注拉吹中空塑料成型機是主機與模具兩者結合的設備，所以，從對整機的重要性來說，主機只占整機的40%，而模具要占整機的60%。因此，模具是“一步法”注拉吹中空塑料成型機的研制重點，而注射型坯的模具又是模具中的研制重點。主機的研究重點則是轉盤運轉的高速度及定位的穩定性。例如，推廣應用齒輪、齒條同步吹塑合模機構，以提高合模機構的重復精度及生產效率。
拉吹中空塑料成型機
提高成型速度是拉吹中空塑料成型機努力追求的目標，其關鍵技術是：優化加熱系統以減少加熱時間；提高瓶坯的運轉輸送傳動速度；提高瓶坯快速穩定定位性能；縮短模具開合以及吹塑壓緊頭的升降時間；增加成型腔數。另外，研究開發能夠檢測瓶坯的同心度和內徑的質量檢測系統對降低拉吹中空塑料成型機的廢品率、提高生產效率也是非常重要的。
總之，應大力開發將瓶坯的加熱拉伸吹塑成型、原料的灌裝、貼標、包裝等多道工序集于一次完成的聯機作業拉吹中空生產線。該生產線的特點是：灌充液體原料時，可直接在封閉無污染的環境中進行，而不需要對瓶進行再清洗。例如，采用凈化壓縮空氣吹塑成型輸液瓶后，可立即注入藥液，再由傳送機構輸送到包裝工位進行包裝。
多層共注射瓶坯設備
多層復合瓶是中空容器的發展方向，它是專為啤酒的包裝而開發的，有三層和五層兩種類型。要發展多層復合瓶，開發多層注射瓶坯設備是其前提條件。多層共注射瓶的吹塑成型與單層PET瓶的吹塑成型相似，可用單層拉吹中空設備完成。
注吹中空塑料成型機
注吹中空塑料成型機不對注射型坯進行拉伸，只對型坯進行吹塑，是以“一步法”完成從原料到塑料瓶的整個生產過程。這種設備自動化程度高，特別適于大批量成型形狀復雜的、帶有螺紋瓶口的小型中空容器。
注吹中空成型機是把注塑機同中空成型機的吹塑系統結合成一體的設備。該設備具有所用材料廣泛、成型的瓶口螺紋精度高且密封性好、制品無接縫且強度高、無邊角料而使成本更低等方面的優點，尤其在醫藥包裝行業得到了更廣泛的應用。
注吹中空塑料成型機的發展方向是縮短成型周期以提高產量，為此，必須提高單機、單模生產率，減少換模停機時間，提高吹塑速度，優化傳熱系統。
三維（3D）擠吹中空塑料成型機
三維（3D）擠吹中空塑料成型機是為了成型形狀復雜的中空工業零部件而新發展的設備，是一種廢料少或無飛邊的中空成型機。這種成型機主要具有以下優點：
· 對合模力的要求較低；
· 減少了切除料邊的工作量，不必對成型品的外表面重新修正；
· 熱敏性塑料成型過程中的降解幾率明顯減少。
三維（3D）擠吹中空成型工藝是：型坯被擠出后，通過預吹漲使其貼緊在一邊的模具壁上；然后，擠出頭或模具按編制的成型程序進行2軸或3軸的轉動，當類似腸形的型坯充滿模腔時，另一邊模具開始閉合并包緊型坯，使之與后續的型坯分離，這時整個型坯被吹脹并貼緊在模腔的壁上而完成成型。
開發三維（3D）擠吹中空塑料成型機時，應該在充分了解適用于3D導管的新型樹脂及其發展趨勢的前提下，開發三維運行機構及其控制系統，尤其要開發適合新型樹脂塑化的機構和機頭，在消化吸收國外先進技術的基礎上，盡可能站在高起點上開發三維（3D）擠吹中空塑料成型機。
注射中空塑料成型機
注射中空塑料成型是無吹塑的特殊中空成型，它在模具、控制系統、成型工藝、后處理等方面均不同于普通的注塑和擠吹成型。該成型方法的主要優點是：制品強度高，制品的外形及表面質量高。因此，該成型方法特別適合于成型一些形狀復雜的工業用中空制品。
注射中空塑料成型機主要包括以下成型方式：
· 模具滑動注射中空塑料成型。其原理是：首先將中空制品一分為二，兩部分分別被注射形成半成品；然后，將兩部分半成品及其模具滑動至對合位置，二次合模后，在制品的兩部分結合縫處再注射入塑料熔體（二次注射）；最后得到完整的中空制品。
與吹塑中空制品相比，該法成型的中空制品具有表面和尺寸精度高、壁厚均勻、設計自由度大的優點。在制造形狀復雜的中空制品時，模具滑動注射中空塑料成型法與超聲波焊接法相比的優點是：不需將半成品從模具中取出，因而可避免半成品在模具外冷卻所造成的制品形狀精度下降以及焊接法產生局部應力而引起的熔接縫區強度下降等問題。
· 半殼注射中空塑料成型。其原理是：首先用注射的方法生產兩個半殼，然后將兩個半殼焊接起來而成為中空制品。半殼注射中空塑料成型的關鍵在于制品的設計。通常，汽車發動機的進氣管和汽車油箱等制品可用這種方法成型。
· 可熔型芯注射中空塑料成型。其原理是：利用低熔點的金屬作為注射模具的型芯來生產內外表面形狀復雜、光潔度高以及內部尺寸要求精確的中空塑料制品。這一技術的關鍵是：塑料注射時，型芯不得熔化；用作型芯的金屬在熔化時以及用來熔化型芯的介質不會腐蝕塑料；在熔化型芯的溫度下，制件不會發生變形。
目前，可熔型芯注射中空塑料成型技術在汽車發動機的全塑多頭集成進氣管領域內已得到廣泛應用，其新的用途有：汽車水泵、離心熱水泵、航天器油泵、水泵推進輪等。
電動中空塑料成型機
電動中空塑料成型機是今后需要積極開發的產品，它包括兩種類型：驅動機構以電動為主，以液壓或氣動為輔；全電動驅動，包括伺服電機驅動和變頻電機驅動。
全電動擠吹中空塑料成型機是用高效率電驅動取代液壓驅動，用節能電驅動取代傳統電驅動，具有節能、減少噪聲和污染以及提高整機性能等優點。
由于“一步法”注拉吹中空塑料成型機主要用于成型飲料瓶、果汁瓶、輸液瓶等，所以，使用全電動驅動裝置可以提高這些制品的自潔性。全電動驅動裝置的關鍵技術是實現轉盤機構、瓶坯成型合模機構、拉吹同步合模機構、注射塑化機構的全電動驅動。在全電動驅動裝置中，全電動拉吹中空塑料成型機的主要優點是：定位精確，速度快，無振動，自潔性高，效率高。若要實現“一步法”拉吹中空塑料成型機的全電動化，需要把合模機構的驅動變為電驅動，例如采用伺服馬達傳動、滾珠絲杠驅動的肘桿合模機構。
滾塑中空成型機
對于用其他成型方法難以成型的異型復雜的中空制品，選用滾塑中空成型則具有明顯的優勢，這種成型方法特別在化工行業中大有發展前途。這是因為所有的熱塑性粉狀塑料都可以滾塑成型，并已擴展到交聯和熱固性塑料領域。
滾塑中空成型機總體的技術發展趨勢是向自動化、高速化方向發展。在加熱方式上，是由熱風循環法及明火加熱法向油套加熱法、熔鹽加熱法及紅外線加熱法等可自動控制的加熱系統方向發展。
目前，已開發出多種汽車用多層滾塑中空成型制品。例如，多層滾塑燃料油箱在成本和性能方面可與多層共擠出燃料油箱相媲美。
中空制品后處理設備及工藝
中空制品后處理設備及工藝的開發，直接關系到主機的推廣應用。中空制品有其特殊性，例如，有的中空制品對阻隔性、阻透性、耐化學性等有特殊要求。
為了滿足中空制品的這些要求，除了采用多層共擠出技術以外，還可以對某些單層中空制品采用特殊的后處理工藝。一般，單層中空制品采用后處理法可比共擠出多層中空制品的成本更低，更能適應市場需求。
中空制品后處理工藝主要是針對制品的表面涂層進行處理，具體方法包括物理法和化學法。例如，對單層PET瓶采用等離子增強化學蒸氣沉淀技術（簡稱ACTIS技術），在瓶內涂以0.1μm高度氫化無定型碳后，使瓶子對氧的阻隔性提高30倍,對CO2的阻隔性提高7倍, 從而使PET瓶包裝的啤酒味道與玻璃瓶包裝的味道沒有差別。
總之，中空塑料成型機的發展方向是向著多品種、大型化、高效、高產、高速、節能、電動化、網絡診斷、智能化等方向發展。中空塑料成型機的潛在應用市場是汽車零部件領域。我國的中空塑料成型機制造企業只有立足于新產品的開拓和產品設計的創新，才能夠跟上國外先進水平的步伐。
