塑料制品的旋转成型_滚塑

1、S c ie nce&Te ch科技论坛塑料制品的旋转成型滚塑中国包装技术协会张惠曦一、滚塑工艺的发展过程滚塑起源于美国,1887年第一项滚塑专利问世,1934年制造出来第一台滚塑机,同时用聚氯乙烯通过滚塑成型方法生产塑料球、儿童玩具等产品。五十年代,随着高压聚乙烯原材料的生产,以聚乙烯粉状树脂为原料生产聚乙烯贮槽、大型管材等,大大促进了滚塑工艺的发展。以后,尼龙、聚碳酸脂、ABS等多种塑料也相继采用滚塑工艺制造各种工业品,到七十年代初,滚塑工艺已成为当时塑料制品生产的主要方法之一。1970年美国已有300余家企业从事滚塑制品的生产,拥有500多台滚塑设备,制造出来最大的容器容量超过1

2、000升。由于交联聚乙烯的开发,1986年滚塑工艺可以制造85立方米容积的贮水槽。1971年,在英国已有50多家企业搞滚塑制品生产。在欧洲大陆有20余家公司从事滚塑制品加工,其中有德国、法国、瑞士、挪威、丹麦、奥地利等国的公司。70年代初英国已能生产容量达4000加仑的容器,滚塑机组也同时研制成功。荷兰已生产出直径2.1米、长4.8米的大型圆柱形贮水罐,该贮水罐重540千克,壁厚25mm。当时欧洲滚塑制品的总量已达15000吨以上,其中英国约为7000吨。滚塑工艺之所以得到发展,与塑料树脂性能的提高及滚塑设备的改进有着密切的关系。在这期间开发出来了不少种类的滚塑专用料,例如:美国联合碳化公司(

3、U n i on Carb ide开发的GPEP903、GPEP803;美国Ro to tron公司Ro to thene 滚塑级R-8305-U;菲利浦公司开发出来的滚塑级交联聚乙烯M arlex C I-100等。在这期间,滚塑机经过了更新换代,由开始使用的直火摆动式发展到热空气循环加热式。由开始时机器的主、副轴转速不能自动调节与控制发展到双轴自动控制转速,单臂三工位或三臂四工位,炉膛温度自动控制,温度精度达±5。例如,美国三臂式滚塑机RO TAU T A3C-4000型,可以分别控制各臂的加热、冷却周期,以便同时滚塑成型不同的尺寸和不同的物件。其旋转臂的回转直径4米,可生产80

4、00升的容器。同时,传热均匀、占地面积小的导热油循环加热式滚塑也设计制造出来了。滚塑制品的应用范围,随着滚塑工艺的发展而不断扩大,目前滚塑制品的应用有以下方面:1.容器类滚塑制品。广泛用于贮水槽、各种液态化学药品的贮槽(如酸、碱、盐化学肥料,农药等、汽油用容器(汽油贮槽、汽车、坦克用油箱、蓄电池的壳体等。英国干旱地区紧急贮水,每年需要容积6m3的容器12000个;牧区处理牧草,每年需要容积1m3的容器10000个。我国高层楼房的贮水槽也应考虑选用滚塑容器,可达到延长贮水槽的寿命、减少对水的污染的目的。在蓄电池壳方面,用滚塑聚乙烯容器代替硬质橡胶瓶,可以取得十分明显的经济效益,据称可以降低成本约

5、75%。2.汽车零件用滚塑制品。主要是应用聚乙烯和聚氯乙烯滚塑制造工程车、救护车、旅行车的车体以及各种塑料管件,如空调弯管、靠背椅、扶手等。3.体育器材及各种塑料制品。主要有自行车座垫、人手椅、水上自行车、游船、游艇以及船和船坞之间的缓冲吸震器。4.玩具模特儿、工艺品可以由滚塑模具制造。5.滚塑工艺能生产完全密封的制品。如浮球、水球、蓝球、乒乓球等。6.滚塑在建筑上也得到广泛应用。如贮水槽、污水处理槽、化粪池、整体浴室、电话间、大型管件。7.滚塑工艺制造航标柱。加勒比海、密西西比河上使用的航标就是滚塑工艺制品。二、滚塑工艺的特点及不足滚塑工艺的基本特征是在滚塑成型中,物料直接装入到模具中,经模

6、具旋转,物料熔化附着于模腔上成型的。整个成型过程,模具和物料差不多均处于完全不承受外力的状态下,在每个成型周期,模具及模架反复经受加热、冷却,经历一个较大幅度的升温及降温过程。滚塑工艺特点及不足:491998V o l.18N o.5CH INA PACKAGING1.滚塑工艺适合于大型及特大型制品的加工。塑料成型工艺有注塑、吹塑等,在成型过程中,塑料及模具都要受到相当高的压力,因此应用这些成型工艺生产大型塑料制品时,不仅必须使用能够承受很大压力的模具,使模具变得笨重而复杂,而且塑料成型设备也必须设计、制造得十分牢固,模具的加工制造难度增大,成本增加。与此相反,滚塑成型工艺只要求机架的强度能够

7、支承物料、模具的重量。滚塑工艺加工大型及特大型制品使用的设备和模具简单,特别是模具制造十分方便,制造周期短,成本低,仅为注塑模具价格的1-3%。例如:制造一个直径1.4m,高1.2m的聚乙烯圆柱形塑料容器,滚塑工艺模具用3mm厚的钢板焊接加工即可,机架用50×50角钢焊接而成。如果用注塑工艺生产这样的塑料容器,模具要相当庞大,制造加工费用也相当昂贵,设备必须使用50千克的注塑机,这台注塑机是非常大的。2.用于多品种、小批量生产。滚塑工艺是在使用模具不受外力的作用下成型的,所以模具简单,制造方便,价格便宜,适合小批量、多品种生产。一台滚塑机可以安装多个模具或多品种模具,这是其他塑料加工

8、成型机无法比拟的。3.适合滚塑各种复杂形状的中空容器,整体无缝,一次成型。如:摩托艇、手形椅、球体等。4.节约原材料。因为滚塑工艺过程不需要流道、浇口等废料。5.可制造多层材质的滚塑制品。根据材质的熔融温度高低不同,将两种材质装入模具中,温度低的先熔融,粘附在模具上,然后熔融温度高的材质形成制品的内表面,制成复合塑料制品。滚塑工艺的主要缺点是:能耗较大,成型周期较长,劳动强度较大,容器壁厚差距太大成型困难。滚塑工艺与其他成型工艺比较如下:项目工艺方法滚塑吹塑注塑备注设备费低中高模具费低中高生产过程产生的废料低中高生产量少品种多优差良生产量大制品良优优制品形状复杂优差良大型容器优差良200L以上

9、容器滚塑工艺制造容易壁厚可调性良差优内外表面光洁度良优优多层材质成型优差优注:通过改变模具结构,可以达到制品壁厚的变化。三、滚塑工艺的设备类型和工艺控制1.滚塑设备的类型(1直火摆动式滚塑设备。模具放在转动的轴上,使模具旋转,同时转动轴做左右摇摆的动作,达到使粉料熔融后粘附到模具内壁的每个部位,冷却后,制成产品。原理如图1:1.模具2.主轴(旋转轴3.电动机4.凸轮5.加热器6.支承7.冷却水(图1(2三工位三臂式双向旋转滚塑设备。设备有三个工位。一是加料、卸产品工位;二是加热工位;三是冷却工位。三个臂在每个工位上交替停留,每个臂上都固定模具,模具做自转和公转运动,按工艺要求生产各种产品。三工

10、位单臂式双向旋转滚塑设备。在加料工位完成后,自动转动到加热工位,再自动转动到冷却工位。模具在加热工位和冷却工位连续做自转和公转运动,即可生产出制品。原理如图2:1.模具2.公转主轴及被动轮3.伞齿轮4.主轴支承5.公转主动轮6.自转主动轮7.变速器8.电动机(图2(3夹套式导热油滚塑设备。设备的支架不需要移动或转动,在滚塑成型时处于同一位置。该设备必须使用夹套式模具,加热、冷却均依靠油泵将冷热油循环,达到使模具加热、冷却的目的。注意模具油路接口处泄漏问题。模具在支架上自转和公转,原理如图3。2.滚塑工艺的控制(1涂脱模剂:为了使滚塑成形的制品方便地从模具中取出,需要在模具内表面涂饰脱模剂,脱模

11、剂为有机硅油和有机硅树脂。有机硅油涂饰一次只能使用一次,而有机硅树脂涂饰后,经过加热至250-280热固化1-2小时,得到一层脱模层,可以反复多次使用。59中国包装1998年第18卷第5期1.冷(热油入口2.3.5.7.旋转轴管道接口4.模具6.冷(热油出口(图3(2安装内嵌件及有关附件 。为了提高局部地方的强度,可以内嵌金属件和塑料件。主要是进出口部位的螺纹装置、连接管件的接口,都必须安装嵌件或附件。(3加料、闭模。原料颗粒度为35目,混合料要充分,加料计量要准确,保证产品一致性。闭模时注意模缝要均匀,原料不能泄漏。(4加热、模具旋转。由于温度的升高,模具中的物料逐渐熔融,同时模具自转还要公

12、转,使模具内壁各处都附着到物料。加热时间:明火加热为9分钟,煤气加热或电加热时间为13-14分钟。根据产品形状,注意选择好自转和公转的比例,附参考表。滚塑设备公转与自转速度选择参考表:制品形状公转转数 分钟自转转数 分钟长方形桶(卧放89球或球形容器89.75正方形、球、形状复杂制品、手形椅等8-1010-12.5短粗管道56环形中空制品、球6981210151218扁平矩形中空制品(坦克油箱、手提箱等415622.59.636弯管、扁平矩形容器、轮胎等420525630圆桶(垂直放置424(5冷却。将熔融的原料冷却定型,注意冷却速度不能太快,太快造成熔融原料下淌,使产品内壁不光滑。而冷却速度太慢,结晶型聚合物形成