大型挤吹中空塑料成型机技术发展详解

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随着化学工业的迅猛发展以及化工产品在国际贸易的不断扩大，大型挤吹中空容器的需求增长迅猛，1000L的IBC桶近几年以更快的速度增长，在欧洲以8%速度增长，在美国25%速度增长，并正在取代双L环桶。大型挤吹中空容器的需求增长带动了大型挤吹中空塑料成型机的发展。上海华王工业有限公司在1998年研制出了1000L大型中空塑料成型机，填补了国内空白，并生产出了1000LIBC桶及中空托盘。世界上几家著名的挤吹中空塑料成型机制造商均先后推出了大型挤吹中空塑料成型机，并且近年设备有了许多新的发展，主要在节能、高效等方面有了显著的进步。 　　研发重点
　　1 提高生产效率
　　缩短生产周期、提高生产效率是大型挤吹中空塑料成型机技术进步的重要内容。我国的大型挤吹中空塑料成型机比国际上同类同规格的大型中空塑料成型机的生产效率低得多，所以我们不能仅满足于设备能成型出制品，而应当在提高生产效率上作研究开发。与生产效率有关的主要因素是塑化能力与吹塑冷却成型时间。
(1)提高塑化能力（挤出塑化生产能力）
　　提高塑化能力是提高生产效率的先决条件。国内研制的大型挤吹中空塑料成型机上配制的挤出机的塑化能力普遍低于国际上同规格的挤出机的塑化能力，所以成型周期长，能耗高。国内一些单位在大型挤吹中空塑料成型机上配制的挤出机一般还是采用常规设计的挤出机，没有对大型挤吹中空塑料成型机所需的挤出机的特殊性作深刻的研究，还停留在通用挤出机的理念上，仅满足于能塑化挤出，不去追求高的塑化能力。
　　提高塑化能力，即提高螺杆机筒的塑化性能和输送能力。在国际上，大型挤吹中空塑料成型机上配制的挤出机早以采用了带强制喂料强制冷却的 “IKV”结构。“IKV”结构，它主要是在机筒的加料区的衬套上开有形状不同的深而宽的纵向沟槽，同时在加料区设计强制冷却结构，极大提高了输送效率，由常规的0.3-0.5提高到0.6-0.85,加之合理的屏障段和混炼段的设计，其塑化能力较常规设计的挤出机的塑化能力高50%以上，而且挤出量稳定。国内生产的φ150/25挤出机，在加工HMWHDPE粉料时，其塑化能力仅达到250kg/h，德国Krupp公司“IKV”结构的φ150/25 挤出机在加工70%新料和30%粉碎料混合的HMWHDPE，其塑化能力达到600kg/h，名义比功率仅为0.3kw/kg.h-1。“IKV”结构在国内挤出机上未得到采用，值得我们深思。当然，“IKV”结构也存在一些缺陷，比如螺杆与机筒磨损严重，冷却水带走的能量偏高等等，所以，我们在设计螺杆与机筒时，应结合实际情况并不断采用新材料新技术，在“IKV”结构基础上不断研究和改进，提高塑化能力与塑化质量。当然，有的厂家在提高塑化能力方面做出了成绩，广东金明塑胶设备有限公司研制出了不但能加工100%新料还能加工100%粉料以及100%回收料的高产量螺杆，其产量比常规设计的螺杆产量提高40%以上。
(2) 缩短吹塑冷却成型时间
　　缩短吹塑冷却成型时间的关键是提高吹塑系统性能, 吹塑系统性能的主要技术指标是吹气压力和气体温度。我们现在配备的吹塑设备都是常规的空气压缩机，采用常规的吹气压力，不能满足大型中空制品快速吹胀冷却的需要。大型中空塑料制品的壁较厚，所以吹塑系统性能不但关系到生产效率，而且关系到制品的质量，特别是关系到型坯粘结缝的强度。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的关键，提高制品质量的关键。德国Beke公司把空气冷却到-350C到-450C，进行吹塑，加强了制品内壁的冷却，使制品内外壁的冷却速率均匀，极大提高了制品的品质，同时冷却时间缩短不少于20%，提高了生产效率。
　　2 高性能储料式机头
　　单层大型挤吹中空容器成型的机头为储料式机头。我国的大型挤吹中空塑料成型机生产的容器基本上都是单层，例如，200L的双L环桶，IBC桶等。单层大型中空容器为HMWHDPE原料成型，HMWHDPE是一种分子取向性很强的结晶形塑料，熔体的“弹性记忆” 效应强，所以储料式机头必须能达到使熔体内分子有充分时间重新排列分布，拓宽熔体流MWD分布性，降低熔体径向的温度梯度，以提高熔体融合缝区的强度和型坯表面的质量，保证挤出型坯内部熔体不产生破裂现象以提高制品强度;高性能储料式机头必须具有合理的流道结构，能充分适应塑料熔体的成型工艺要求，能实现快速换色换料。提高储料式机头的性能主要之一是使机头能提高熔体融合缝区的强度。目前，国内还较多采用熔体融合缝区的强度差的单层心形包络的流道设计的储料式机头。双层心形包络的流道的储料式机头是一种高性能储料式机头，其原理是将熔合缝区分成两处并错开分布，型坯被完整的熔料层所覆盖，提高了熔体融合缝区的强度，国际上广泛使用。先进的结构加上先进的设计手段才能取得最佳的效果。应用CAD是使双层心形包络的流道的储料式机头达到高性能的必需的方法，现用于机头设计的计算机软件有FLOW2000大型的计算机分析软件和三维模具设计软件PRO/E等，而目前我国的储料式机头的设计基本上未用先进的CAD 手段，单凭经验设计，这是我国的储料式机头性能提不高的主要原因。先进先出，快捷换色换料，清理方便，是高性能储料式机头的重要特性，积极的做法是采用先进的CAD手段加上优质的钢材和精密的加工设备及先进CAE加工方法。
　　3 机台升降机构
　　国内大型挤吹中空塑料成型机的机台升降机构大多数为链轮链条机构，实践证明，该种传动机构由于本身缺陷，所以调节不方便，容易咬死，特别在200L以上的机台升降机构中。但由于一些单位互相照搬，不作根本性的改革，仍在沿用。因此，对国内大型挤吹中空塑料成型的机台升降机构必须作实质性的改革，把由单一驱动的链轮链条同步升降机构，改为二个或四个同步驱动机构，杜绝咬死现象。
　　4 合模机构
　　合模机构应具有运动精度高、速度快、装卸模具容易等性能。目前，国内大型挤吹中空塑料成型机的合模机构沿用小型中空容器成型机合模机构的结构，采用二拉杆或四拉杆的三板连动及其扩展结构，主要缺点是：模板受力不均匀，易涨模的现象，同时由于拉杆的存在，使模具的空间受到一定限制，使机械手的操作空间受到约束。

　　插销式无拉杆合模机构是近年来发展起来的一种合模机构，具有锁模力大且分布均匀、装卸模具容易、容模量大、节能等特点，导向运动副采用摩擦系数小、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，高压锁模是一模板上的插销插入另一模板上的锁紧套后，分布在一模板左右两侧的两对以上的锁模油缸拉紧另一模板实现高压锁模，反之，则为高压开模。
　　液压同步驱动无拉杆合模机构。台湾凤记铁工厂股份有限公司的无拉杆合模机构不同于插销式无拉杆合模机构，最大规格达到VSE（DCE）-150 （螺杆直径），它是采用互相对称的两套液压驱动机构同步分别驱动各自的模板，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，装卸模具更容易、容模量更大、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。
　　5 型坯壁厚控制
　　制品壁厚最佳化是大型挤吹中空塑料成型机制造商追求的一个主要目标，同是也是一项关键技术。我国生产的中空容器存在的突出问题是壁厚不均匀、型坯壁厚控制系统分为轴向壁厚分布系统（AWDS）和径向壁厚分布系统（PWDS），两者互相联合作用，可获得最佳的型坯及更为理想的制品壁厚分布。目前，国内大多数大型挤吹中空塑料成型机制造商都仅使用轴向壁厚分布系统，该系统只对轴向的各个截面有的厚度分布进行控制，但由于挤出的型坯在水平截面内仍呈等厚圆形，对部分在某一对称方向有较大拉伸要求的制品则显得仍不是最佳的壁厚分布。径向壁厚分布系统对于在对称方向有较大拉伸要求的制品进行最佳的壁厚控制，可使挤出的型坯在某要求的区段内呈非圆截面变化，对于提高制品质量，改善曲面部件内外部半径的厚薄均匀性具有重要意义，同时，它还能在保证制品质量的前提下，降低制品重量，以1000L容器为例，采用径向壁厚分布系统，可降低重量5%-10%。径向壁厚分布系统有两种：通过电液伺服系统控制薄壁挠性环在一个或两个对称方向上的变形来改变型胚厚度的挠性环式；靠修形口环的上下移动来实现改变型胚厚度的口缘修形式。作为对径向壁厚分布系统的一种替代，芯模修形法，即在具有轴向壁厚分布系统控制的功能上，对其芯模的特定位置进行修正，近似获得在径向上的非圆变化量。
　　型胚壁厚控制伺服系统，至今我国还不能制造出达到性能要求的系统，特别是径向壁厚分布系统还是空白，在一定程度上阻碍了大型中空塑料成型机的技术进步。