塑料加工新技术十则

HEATS · 发表于 2010-9-12 18:29:51

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　　木塑复合塑料的节能实质是利用天然木材加工的废料(如木屑、木粉、麻纤维、果壳、稻糠、纸浆、桔杆、竹粉等)进行超细化表面处理，与合成树脂共混，充填量可高达50%，成型的制品可锯、刨、钻，且吸水率低，受潮不变形，不含甲醛，符合环保、阻燃等安全要求。过去，木屑、木粉、废料等大都烧掉，既浪费大量资源，又造成环境污染。木塑复合料做为一种节能、节材、环境友好材料引起国际上普遍关注，研究成果也很多。10年来，北美木塑复合料每年以50%的速度递增。发展木塑复合塑料在我国更具意义，因为2000年我国木材需求量高达10190万m3，供应量6390万m3，缺口高达3800万m3。

　　木塑复合材料主要用在建筑业(建筑铺板)、汽车业(门板、后搁物板、顶蓬、高架箱、防护板等)，仓储业(托盘、垫板、包装箱)，交通运输业(公路噪音隔板、防护栏、座仓隔板、铁轨枕木)，农业(棚架、槽、水桶)，设施(地板、露天桌椅、棚栏、梯子等)。以托盘为例，国内市场需求量约1亿，90%以上要改为木塑，需发展产量1000万吨，价值600亿人民币的新兴产业。

　　但是，生产木塑复合制品有许多关键技术：树脂、木粉的制造技术、木粉的干燥技术，木粉界面的处理技术；在注塑、挤出、吹塑设备中要求单螺杆或双螺杆对木粉有良好的分散性、浸润性、混炼、剪切、排气、脱水、脱挥、排除气泡功能；塑化部件要耐腐蚀、耐磨损；设备应具有对上述工艺条件及物料在各部位停留时间的精确控制的功能。

　　TPE快速加工技术

　　据预测，在不久的将来，注射成型加工商在加工SantopreneTM热塑性橡胶时，通过采用一种新技术可显著缩短加工周期。利用这一技术不仅可大幅度降低生产单个部件的成本，还可提高注射成型的加工能力。通过与这一先进的加工工艺相结合，一个SantopreneTM TPE新系列将很快以崭新的面貌出现，其加工速度将比通常的SantopreneTM橡胶牌号高25%。这些加工成型性能经过改进的材料还可显著降低注射成型加工商的生产费用。

　　据介绍，通过将这一最新的SantopreneTM橡胶技术投入市场，可帮助加工商节省生产费用，并提高生产能力，从而更有利于他们拓展业务。同时，这一快速加工新技术也进一步拓展了选择SantopreneTM橡胶替代热固性橡胶的经济性界线。

　　选择SantopreneTM橡胶替代热固性橡胶的其它优点还包括易于加工、设计适应性、可靠的部件一致性、可回收性，并可高效使用废料，这包括了在生产过程中以及在部件寿命期后产生的废料。

　　这一技术也可用于注塑、吹塑和挤出成型。然而最能够从这一新技术中获益的是像注射成型那样需要较长加工周期的生产类型。

　　包装机械控制技术发展新方向

　　今天的机械控制系统看似单一，但其内部却包含了逻辑和运动控制系统、人-机互动系统、诊断系统，甚至人工智能系统。以下来自包装机械制造业的一些实例，将揭示出机械控制系统的发展新方向。　

　　和大多数技术一样，机械控制技术在发展过程中，也曾经历曲折。它从历史上简单而庞大的控制系统，发展到今天的小型多功能控制系统，将机械、运动控制和通讯系统有机结合在一起。

　　最初，在包装领域中所应用的第一代包装机械——Dubbed Gen1，结构很简单，是纯机械性的。由一台电机带动直线轴转动，并通过凸轮产生动力。采用可编程控制器(PLC)的控制系统，结构也很简单，由操作员直接控制机器。在大部分情况下，还没有采用人-机互动技术(HMI)。之后，出现了第二代包装机械。此技术诞生于十年前，包装机械仍采用传动轴驱动，只是结构更复杂一些，因为由伺服电机来控制速度，所以可以向一些特殊的动作发出指令，而且也采用了更为复杂的PLC可编程逻辑控制器。的确，第二代包装机械的可调性更好，但这一优点却需要付出更高的费用。这些费用包括更多的线路布置、更多的PLC可编程逻辑控制器输入/输出(I/O)装置，这些装置庞大而复杂，有更多的传感器和程序控制，甚至还包括更多的外围设备；而且对于故障的排除和处理也更加困难。

　　现在的第三代包装机械，融合了所谓的“机械电子”概念，采用伺服系统和简单的机械装置，以达到执行复杂动作的目的。销售商追求的目标是：机器价格更便宜，工作速度更快、性能更好，占地面积小，所以根据需求而不断有新的技术推出也就不足为奇了。

　　第三代包装机械诞生于4年前，其开发焦点转移到了单箱控制技术，其具有逻辑性的PLC功能和I/O装置，如果需要，还可以配备HMI技术、甚至是以太网和网络通讯服务系统以方便企业间沟通。以前，第二代包装机械需要一个编码器和可编程限位开关(PLS)来确定伺服位置。现在，由于第三代包装机械拥有I/O装置的缘故，伺服控制系统存在于一个处理器内，当伺服系统就位时，就会产生传感动作，并通过总线发出信号，起动任何一个需要的工艺流程。

　　工程热塑性塑料的二步法造粒

　　德国WEIMA机器公司在2006年2月14-18日米兰塑料展上展示了二步法造粒设备的最新成果，其特色是主次两台造粒机。该设备适用于ABS、PA、PBT、PC、POM、PPA、LCP等工程热塑性塑料的经济型造粒，尤其是增强级玻璃纤维的造粒，形式为开机大废料块或大体积生产剩料。

　　在两步法造粒中，待造粒材料在WLK型坚固单轴主造粒机中被预造粒成约40mm大小的粒子，然后利用NZ型后续次造粒机被进一步造粒成为约3-10mm的最终颗粒，这是为对于预造粒材料的次级造粒而特别设计的。

　　为了避免造粒出现故障，需要向破碎机持续地适量加料，而这些要求通过手工操作一般是难以保证的。一旦喂料过量，通常会引起造粒不均匀，产生波动，并伴随有高标噪音的发生，其结果便是导致物料累积或正在被粉碎的物料因为摩擦而致使其热能削弱。此外，对于干扰性材料的较高灵敏性，以及造成频繁更换刀片的普通较高刀片磨损都还有待观测。

　　与之相比，二步法造粒能使主造粒机非连续加料，在这里料斗发挥了缓冲器的功效。以这种方式的喂料对整套生产流程进行优化意义重大，因为那些操作人员不必再不间断地操作造粒机，从而使其能够忙于其它工作。

　　通过一个间停开关的控制，预造粒的粒子现在被很好地加入到NZ型次级造粒机中。两台造粒机的排列可以选择为一个在另一个上方或一个在另一个之后。次级造粒机根据切割机的工作原理工作，且专为预造粒的粒子而设计。较之于普通型的造粒机，第二代造粒机体积要小得多，只需借助较少的整机驱动能量。由于其喂料均匀，以近似450min-1的转速运转，都不曾有故障发生。当这样一个造粒机用于预造粒材料的第二次粉碎时，所产生的噪音水平较之于转速相同(n=450-500min-1)的一步法加工也要低得多。

　　考特斯将展示KCC20D挤出吹塑机

　　全球吹塑机械制造领域的先驱——考特斯机械制造有限公司将再次参加于4月26至29日在上海举行的国际橡塑展。

　　在今年的展台(W2展厅，E03站台)上，考特斯将展示一台KCC20D的挤出吹塑机。它配备有中心距为100毫米的ZWVP30四型腔模头。在此次展示中，这台机器将以每小时2400只的产量生产0.75升圆形瓶。考特斯可以提供广泛系列型号的吹塑机。用于连续挤出式或蓄料缸模头的生产，配有移动式合模装置，或者在生产容量从几毫升到30升的包装容器，甚至到10,000升的大型容器，六层或七层共挤燃油系统以及在生产三维旋状管件时，都装配有型坯进料装置。这样可以达到飞边最小化，以满足汽车管道、家用电器和其他技术部件的使用要求。

　　单夹芯注塑与汽车工艺

　　汽车工业继续面临着对灵活性和不断改进生产方法的需求所带来的巨大压力。与削减成本和满足日益严格的环境法规(例如排放物的减少和旧车辆的处置)的不变要求一起，还有包括五星欧洲NCAP分级系统在内的安全问题。

　　现在的趋势，例如针对特定市场的汽车款式种类越来越多，要求在平台共享政策、零配件共享系统和组合式设计方法这些方面有更进一步的发展。其它热门话题包括增值、功能改善和车重减轻。

　　塑料工业现在能在轻质结构、多功能性和设计灵活性几个领域做出不俗的贡献。而且，类似单夹芯的工艺、多组份解决方案、缩短的周期时间和能耗降低都能帮助整体成本的降低。图1正是显示出降低的材料需求和较短的周期时间，即提高的产量，能对与单一组份汽车部件有关的生产成本起到多大的作用。

　　单夹芯注塑与汽车

　　针对具有不同芯层和皮层材料的单夹芯工艺具有巨大的竞争优势。下表对两种工艺进行了总结。

　　尤其对大型部件来说，通过在芯层使用回收材料所实现的材料成本降低能对整体成本节省做出很大的贡献。Ferromatik Milacron公司在去年举行的工厂开放日活动中，展示了使用单夹芯注塑来实现部件成本降低的两个应用。

　　代表着典型的单夹芯工艺，装备有附属挤出机的K-TEC 350 MSW机器被用来生产轿车门的内面板。在注塑之前，回收材料被引入到注射装置当中。随后回收材料与(皮层用)纯料被一次性注射到模具当中。

　　具有集成式中央刹车灯、为一家法国汽车生产商而制的扰流器在一台MAXIMA 800 MSW-2F机器上被生产出来。这种机器的结构中包括了能用于单夹芯注塑的第二注射装置。对于这种应用，单夹芯工艺将玻璃增强芯料与A级可涂漆的皮层材料结合在一起了。

　　汽车内部的中控台部件是单夹芯工艺能带来生产新方法的又一领域。这是要将高品质的软触表面材料(TPE)和尺寸稳定的芯层结合到一起。单夹芯工艺在这里具有高度的设计灵活性，例如，笔或信用卡夹的集合，或者地图与纸张用夹子。象这样的中控台部件可以用于避免不需要的缝隙：多亏材料的结合具有公差。除了这些功能上的优势以外，单夹芯工艺也同样具有上面所介绍的节省潜力，因为可以选择比TPE皮层材料便宜许多的芯层材料。

　　趋势已起步

　　如这些例子所示，Ferromatik Milacron公司的单夹芯工艺为汽车工业带来了许多东西。顶尖的OEM厂家已经在使用或者正在推行单夹芯工艺。

　　注吹工艺的优点及缺点

　　注吹工艺的优点：1.塑料瓶从原料到制成品一次成型，自动化程度高，无须人工二次加工，节省人工，而且卫生、符合医药包装的GMP要求，特别适用于生产药瓶。2.产品外观美观，瓶口尺寸准确，塑料瓶重量稳定。3.塑料制品由注射型胚一次吹塑制成，瓶口及瓶底无废料，瓶口平整密封性能好。4.适合生产高档精美的塑料中空制品，如化妆品瓶、婴儿奶瓶、太空杯、灯球等。

　　注吹工艺对比挤出工艺存在以下几个缺点：1.工艺复杂，模具加工难度大，不易掌握。2.模具零部件多，生产加工周期长，费用高。3.不适于多品种，小批量的产品使用。

　　日本研究出塑料陶瓷复合材料

　　近日，日本研究出一种使塑料与陶瓷一体化的新技术。其方法是，首先在塑料表面涂上特殊的无机材料，并应用一种特殊的处理方法，使其表面结构具有瞬间的超耐热性，容易与陶瓷作紧密的结合；然后再采用等离子熔射法，在摄氏2万度的超高温下高速喷出陶瓷粒子，从而使塑料与陶瓷一体成型。这样制成的复合材料其表面硬度是钢铁的2倍以上，具有重量轻、强度高、耐冲击、加工性能好等优点，用途广泛。

　　圣万提新增MultiZone产品系列向小型应用的扩展

　　作为全球最大的为注塑工业提供热流道系统，机械喷嘴，温度控制器及浇口衬套的厂商之一，圣万提(Synventive)一直被大部分客户认知为一家主要为汽车工业提供大、中型热流道系统的供应商。但最近公司为了配合日益增长的小型应用的需要，开发了四种新系列热嘴，从而扩展了其MultiZone产品系列；扩展后的产品系列射胶量最低可达0.1克。

　　新开发的四种系列热嘴包括04的两种系列和——全新的——分别采用标准的4.0和3.5mm注塑流道直径的03的两种系列。热嘴“内宽外细”的结构是研发的关键。除了其细长的外形和最大可达186mm的长度，理想的注塑管道直径范围，04系列为2.5至6.0mm，03系列为2.0至4.5mm。而实现热嘴内、外径有效关系的关键是采用紧凑并可互换加热器。

　　圣万提的这四种新系列热嘴的应用范围十分广泛。04C01系列代替未采用可互换加热器的CA系列热嘴。根据模具结构，加热器现在可从前端或后端更换。

　　04 C02系列具有许多特性，可简化模具制造商的工作。例如，热嘴头分离了轴向和径向定位，节约了模具制造商一个主要的工步。定位点是模板表面上的平面，不再需要调整喷嘴底部的间歇。加热器和热电偶的电缆平行于注嘴方向上，因此易于从前端进行更换。

　　03C01和03C02系列热嘴是前系列部分，比04系列小一尺寸。03C02系列的特性是它们从前端螺纹连接在热嘴支撑板上，从而避免塑胶渗出分流板，使其简便的从前端完成更换。

　　配合新系列热嘴而开发的HYC2508液压针阀油缸，结构十分紧凑，具有该产品系列已经成熟的所有重要质量特性：为了简化组件和保证伺服速度，针阀高度可在原位进行调整(＋/-1mm)。针阀的旋转锁定保证它的尖端始终精确定位，这对于自由形状或倾斜表面的浇口尤为重要。具有专利的主动冷却针阀导向和油室分离实现了高稳定性，紧凑的结构确保其可用于十分有限的空间中。油缸设计的另一个重要特性是它直接安装在分流板上，排除了由于热膨胀造成油缸和分流板偏移的可能，因此在运行时可实现高可靠性。在2006年，该油缸的气动型号将可用于满足洁净室条件。由于多模腔模具通常只需要完全布线和管道排布的热半模，圣万提提供高效的温度控制器，使得完整和经过测试的系统可以选用并随时可投入使用。

　　在2006年4月26-29日在上海举行的亚洲最大橡塑业国际展会Chinaplas上，圣万提(Synventive)将展出其先进的热流道系统产品及应用。本次展会将在位于浦东的上海新国际博览中心举行，圣万提将在E2展厅M01展位展出在其位于苏州新工厂生产的热流道系列产品；该工厂是圣万提于04年投资建立的，主要负责设计、制造和服务提供其亚洲市场的所有系统产品。展会期间，公司还将于28日上午10：00–12：30主办“热流道技术在汽车工业注塑工艺里的应用”的专题研讨会(地点设在E2展厅外的M14室)，以回应客户对上述领域产品的高度关注。

　　国外废旧塑料回收利用措施介绍

　　随着塑料工业的迅猛发展，废旧塑料的回收利用作为一项节约能源、保护环境的措施，普遍受到重视。尤其是发达国家，这方面的工作起步早，已经收到了明显的效益，我国有必要借鉴其经验。

　　美国是世界塑料生产大国。据统计，到2000年，美国年生产塑料3400余万吨，废旧塑料超过1600万吨。美国早在20世纪60年代就已展开废旧塑料回收利用的广泛研究，但若不加速回收废旧塑料的步伐，也将无法承受日益增长的废旧塑料所产生的环境污染及给经济带来的损失。美国回收利用废旧塑料品种的比例为：包装制品占50%，建筑材料占18%，消费品11%，汽车配件5%，电子电气制品3%，其塑料品种所占比例分别为聚烯烃类占61%，聚氯乙烯占13%，聚苯乙烯占10%，聚酯类占11%，其他占5%。80年代末，美国的废旧塑料回收率近10%。据统计，美国在20世纪末废旧塑料回收率达35%以上。其中，燃烧废旧塑料回收能源由80年代的3%增至18%；废旧制品的掩埋率从96%下降到37%。美国在燃烧废旧塑料利用热能，热分解提取化工原料等方面进行了大量工作并取得了一些成果。另外，美国各州为解决塑料废弃物问题，使用了立法这样的强硬措施。

　　日本是塑料生产第二大国。20世纪80年代，其年均废旧塑料排放量占生产量的46%。可见，废旧塑料的回收已成为日本的严重社会问题。而且日本是能源短缺的国家，所以对废旧塑料的回收利用一直保持积极态度。90年代初，日本回收利用废旧塑料率为7%，燃烧利用热能率为35%。日本在混合废旧塑料的开发应用方面也处于世界领先地位。如三菱石油化学株式会社研制的REVERZER设备可以将含有非塑料成分达2%(如废纸)的混合热塑性废旧塑料制成各种再生制品，如栅栓、排水管、电缆盘、货架等。日本约有20多台这样的设备，世界上有30多家公司使用这种设备加工再生制品。　

　　意大利是目前欧洲回收利用废旧塑料工作做得最好的国家。意大利的废旧塑料约占城市固体废弃物的4%，其回收率可达28%。意大利还研制出从城市固体垃圾中分离废旧塑料的机械装置。意大利对废旧塑料回收一般是将塑料碎片和纸片一起收集，并用干法分眩分离后的废旧聚乙烯制品经粉碎后，用磁筛除去铁等金属杂质，经清洗、脱水、干燥后，通过螺杆挤出机进行造粒。这种回收料加入新料，可保证其具有足够的力学性能，可生产垃圾袋、异型材、中空制品等。

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