塑料制品的旋轉(zhuǎn)成型_滾塑

1、S c ie nce&Te ch科技論壇塑料制品的旋轉(zhuǎn)成型滾塑中國包裝技術(shù)協(xié)會(huì)張惠曦一、滾塑工藝的發(fā)展過程滾塑起源于美國,1887年第一項(xiàng)滾塑專利問世,1934年制造出來第一臺(tái)滾塑機(jī),同時(shí)用聚氯乙烯通過滾塑成型方法生產(chǎn)塑料球、兒童玩具等產(chǎn)品。五十年代,隨著高壓聚乙烯原材料的生產(chǎn),以聚乙烯粉狀樹脂為原料生產(chǎn)聚乙烯貯槽、大型管材等,大大促進(jìn)了滾塑工藝的發(fā)展。以后,尼龍、聚碳酸脂、ABS等多種塑料也相繼采用滾塑工藝制造各種工業(yè)品,到七十年代初,滾塑工藝已成為當(dāng)時(shí)塑料制品生產(chǎn)的主要方法之一。1970年美國已有300余家企業(yè)從事滾塑制品的生產(chǎn),擁有500多臺(tái)滾塑設(shè)備,制造出來最大的容器容量超過1

2、000升。由于交聯(lián)聚乙烯的開發(fā),1986年滾塑工藝可以制造85立方米容積的貯水槽。1971年,在英國已有50多家企業(yè)搞滾塑制品生產(chǎn)。在歐洲大陸有20余家公司從事滾塑制品加工,其中有德國、法國、瑞士、挪威、丹麥、奧地利等國的公司。70年代初英國已能生產(chǎn)容量達(dá)4000加侖的容器,滾塑機(jī)組也同時(shí)研制成功。荷蘭已生產(chǎn)出直徑2.1米、長4.8米的大型圓柱形貯水罐,該貯水罐重540千克,壁厚25mm。當(dāng)時(shí)歐洲滾塑制品的總量已達(dá)15000噸以上,其中英國約為7000噸。滾塑工藝之所以得到發(fā)展,與塑料樹脂性能的提高及滾塑設(shè)備的改進(jìn)有著密切的關(guān)系。在這期間開發(fā)出來了不少種類的滾塑專用料,例如:美國聯(lián)合碳化公司(

3、U n i on Carb ide開發(fā)的GPEP903、GPEP803;美國Ro to tron公司Ro to thene 滾塑級(jí)R-8305-U;菲利浦公司開發(fā)出來的滾塑級(jí)交聯(lián)聚乙烯M arlex C I-100等。在這期間,滾塑機(jī)經(jīng)過了更新?lián)Q代,由開始使用的直火擺動(dòng)式發(fā)展到熱空氣循環(huán)加熱式。由開始時(shí)機(jī)器的主、副軸轉(zhuǎn)速不能自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制發(fā)展到雙軸自動(dòng)控制轉(zhuǎn)速,單臂三工位或三臂四工位,爐膛溫度自動(dòng)控制,溫度精度達(dá)±5。例如,美國三臂式滾塑機(jī)RO TAU T A3C-4000型,可以分別控制各臂的加熱、冷卻周期,以便同時(shí)滾塑成型不同的尺寸和不同的物件。其旋轉(zhuǎn)臂的回轉(zhuǎn)直徑4米,可生產(chǎn)80

4、00升的容器。同時(shí),傳熱均勻、占地面積小的導(dǎo)熱油循環(huán)加熱式滾塑也設(shè)計(jì)制造出來了。滾塑制品的應(yīng)用范圍,隨著滾塑工藝的發(fā)展而不斷擴(kuò)大,目前滾塑制品的應(yīng)用有以下方面:1.容器類滾塑制品。廣泛用于貯水槽、各種液態(tài)化學(xué)藥品的貯槽(如酸、堿、鹽化學(xué)肥料,農(nóng)藥等、汽油用容器(汽油貯槽、汽車、坦克用油箱、蓄電池的殼體等。英國干旱地區(qū)緊急貯水,每年需要容積6m3的容器12000個(gè);牧區(qū)處理牧草,每年需要容積1m3的容器10000個(gè)。我國高層樓房的貯水槽也應(yīng)考慮選用滾塑容器,可達(dá)到延長貯水槽的壽命、減少對(duì)水的污染的目的。在蓄電池殼方面,用滾塑聚乙烯容器代替硬質(zhì)橡膠瓶,可以取得十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益,據(jù)稱可以降低成本約

5、75%。2.汽車零件用滾塑制品。主要是應(yīng)用聚乙烯和聚氯乙烯滾塑制造工程車、救護(hù)車、旅行車的車體以及各種塑料管件,如空調(diào)彎管、靠背椅、扶手等。3.體育器材及各種塑料制品。主要有自行車座墊、人手椅、水上自行車、游船、游艇以及船和船塢之間的緩沖吸震器。4.玩具模特兒、工藝品可以由滾塑模具制造。5.滾塑工藝能生產(chǎn)完全密封的制品。如浮球、水球、藍(lán)球、乒乓球等。6.滾塑在建筑上也得到廣泛應(yīng)用。如貯水槽、污水處理槽、化糞池、整體浴室、電話間、大型管件。7.滾塑工藝制造航標(biāo)柱。加勒比海、密西西比河上使用的航標(biāo)就是滾塑工藝制品。二、滾塑工藝的特點(diǎn)及不足滾塑工藝的基本特征是在滾塑成型中,物料直接裝入到模具中,經(jīng)模

6、具旋轉(zhuǎn),物料熔化附著于模腔上成型的。整個(gè)成型過程,模具和物料差不多均處于完全不承受外力的狀態(tài)下,在每個(gè)成型周期,模具及模架反復(fù)經(jīng)受加熱、冷卻,經(jīng)歷一個(gè)較大幅度的升溫及降溫過程。滾塑工藝特點(diǎn)及不足:491998V o l.18N o.5CH INA PACKAGING1.滾塑工藝適合于大型及特大型制品的加工。塑料成型工藝有注塑、吹塑等,在成型過程中,塑料及模具都要受到相當(dāng)高的壓力,因此應(yīng)用這些成型工藝生產(chǎn)大型塑料制品時(shí),不僅必須使用能夠承受很大壓力的模具,使模具變得笨重而復(fù)雜,而且塑料成型設(shè)備也必須設(shè)計(jì)、制造得十分牢固,模具的加工制造難度增大,成本增加。與此相反,滾塑成型工藝只要求機(jī)架的強(qiáng)度能夠

7、支承物料、模具的重量。滾塑工藝加工大型及特大型制品使用的設(shè)備和模具簡單,特別是模具制造十分方便,制造周期短,成本低,僅為注塑模具價(jià)格的1-3%。例如:制造一個(gè)直徑1.4m,高1.2m的聚乙烯圓柱形塑料容器,滾塑工藝模具用3mm厚的鋼板焊接加工即可,機(jī)架用50×50角鋼焊接而成。如果用注塑工藝生產(chǎn)這樣的塑料容器,模具要相當(dāng)龐大,制造加工費(fèi)用也相當(dāng)昂貴,設(shè)備必須使用50千克的注塑機(jī),這臺(tái)注塑機(jī)是非常大的。2.用于多品種、小批量生產(chǎn)。滾塑工藝是在使用模具不受外力的作用下成型的,所以模具簡單,制造方便,價(jià)格便宜,適合小批量、多品種生產(chǎn)。一臺(tái)滾塑機(jī)可以安裝多個(gè)模具或多品種模具,這是其他塑料加工

8、成型機(jī)無法比擬的。3.適合滾塑各種復(fù)雜形狀的中空容器,整體無縫,一次成型。如:摩托艇、手形椅、球體等。4.節(jié)約原材料。因?yàn)闈L塑工藝過程不需要流道、澆口等廢料。5.可制造多層材質(zhì)的滾塑制品。根據(jù)材質(zhì)的熔融溫度高低不同,將兩種材質(zhì)裝入模具中,溫度低的先熔融,粘附在模具上,然后熔融溫度高的材質(zhì)形成制品的內(nèi)表面,制成復(fù)合塑料制品。滾塑工藝的主要缺點(diǎn)是:能耗較大,成型周期較長,勞動(dòng)強(qiáng)度較大,容器壁厚差距太大成型困難。滾塑工藝與其他成型工藝比較如下:項(xiàng)目工藝方法滾塑吹塑注塑備注設(shè)備費(fèi)低中高模具費(fèi)低中高生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢料低中高生產(chǎn)量少品種多優(yōu)差良生產(chǎn)量大制品良優(yōu)優(yōu)制品形狀復(fù)雜優(yōu)差良大型容器優(yōu)差良200L以上

9、容器滾塑工藝制造容易壁厚可調(diào)性良差優(yōu)內(nèi)外表面光潔度良優(yōu)優(yōu)多層材質(zhì)成型優(yōu)差優(yōu)注:通過改變模具結(jié)構(gòu),可以達(dá)到制品壁厚的變化。三、滾塑工藝的設(shè)備類型和工藝控制1.滾塑設(shè)備的類型(1直火擺動(dòng)式滾塑設(shè)備。模具放在轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上,使模具旋轉(zhuǎn),同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸做左右搖擺的動(dòng)作,達(dá)到使粉料熔融后粘附到模具內(nèi)壁的每個(gè)部位,冷卻后,制成產(chǎn)品。原理如圖1:1.模具2.主軸(旋轉(zhuǎn)軸3.電動(dòng)機(jī)4.凸輪5.加熱器6.支承7.冷卻水(圖1(2三工位三臂式雙向旋轉(zhuǎn)滾塑設(shè)備。設(shè)備有三個(gè)工位。一是加料、卸產(chǎn)品工位;二是加熱工位;三是冷卻工位。三個(gè)臂在每個(gè)工位上交替停留,每個(gè)臂上都固定模具,模具做自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),按工藝要求生產(chǎn)各種產(chǎn)品。三工

10、位單臂式雙向旋轉(zhuǎn)滾塑設(shè)備。在加料工位完成后,自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到加熱工位,再自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到冷卻工位。模具在加熱工位和冷卻工位連續(xù)做自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),即可生產(chǎn)出制品。原理如圖2:1.模具2.公轉(zhuǎn)主軸及被動(dòng)輪3.傘齒輪4.主軸支承5.公轉(zhuǎn)主動(dòng)輪6.自轉(zhuǎn)主動(dòng)輪7.變速器8.電動(dòng)機(jī)(圖2(3夾套式導(dǎo)熱油滾塑設(shè)備。設(shè)備的支架不需要移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng),在滾塑成型時(shí)處于同一位置。該設(shè)備必須使用夾套式模具,加熱、冷卻均依靠油泵將冷熱油循環(huán),達(dá)到使模具加熱、冷卻的目的。注意模具油路接口處泄漏問題。模具在支架上自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn),原理如圖3。2.滾塑工藝的控制(1涂脫模劑:為了使?jié)L塑成形的制品方便地從模具中取出,需要在模具內(nèi)表面涂飾脫模劑,脫模

11、劑為有機(jī)硅油和有機(jī)硅樹脂。有機(jī)硅油涂飾一次只能使用一次,而有機(jī)硅樹脂涂飾后,經(jīng)過加熱至250-280熱固化1-2小時(shí),得到一層脫模層,可以反復(fù)多次使用。59中國包裝1998年第18卷第5期1.冷(熱油入口2.3.5.7.旋轉(zhuǎn)軸管道接口4.模具6.冷(熱油出口(圖3(2安裝內(nèi)嵌件及有關(guān)附件 。為了提高局部地方的強(qiáng)度,可以內(nèi)嵌金屬件和塑料件。主要是進(jìn)出口部位的螺紋裝置、連接管件的接口,都必須安裝嵌件或附件。(3加料、閉模。原料顆粒度為35目,混合料要充分,加料計(jì)量要準(zhǔn)確,保證產(chǎn)品一致性。閉模時(shí)注意模縫要均勻,原料不能泄漏。(4加熱、模具旋轉(zhuǎn)。由于溫度的升高,模具中的物料逐漸熔融,同時(shí)模具自轉(zhuǎn)還要公

12、轉(zhuǎn),使模具內(nèi)壁各處都附著到物料。加熱時(shí)間:明火加熱為9分鐘,煤氣加熱或電加熱時(shí)間為13-14分鐘。根據(jù)產(chǎn)品形狀,注意選擇好自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的比例,附參考表。滾塑設(shè)備公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)速度選擇參考表:制品形狀公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù) 分鐘自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù) 分鐘長方形桶(臥放89球或球形容器89.75正方形、球、形狀復(fù)雜制品、手形椅等8-1010-12.5短粗管道56環(huán)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彎管、扁平矩形容器、輪胎等420525630圓桶(垂直放置424(5冷卻。將熔融的原料冷卻定型,注意冷卻速度不能太快,太快造成熔融原料下淌,使產(chǎn)品內(nèi)壁不光滑。而冷卻速度太慢,結(jié)晶型聚合物形成