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滚塑成型技术及发展

时间: 2011-07-15 08:00 来源: 作者: 点击:

滚塑成型工艺自上世纪30年代问世以来,经过60多年的发展,其设备与工艺日趋完善。从小巧的儿童玩具到常见的汽车塑料件直至庞大的工程塑料制品,特别是超大型及非标异型中空塑料制品,由于其它塑料加工工艺本身特性的限制,现在还只能依靠滚塑成型工艺才能完成。目前,滚塑成型工艺已成为塑料成型加工工艺中的重要分支。

滚塑成型又称旋塑、旋转成型、旋转模塑、旋转铸塑、回转成型等。滚塑成型工艺是先将塑料原料加入
模具中,然后模具沿两垂直轴不断旋转并使之加热,使模内的塑料原料在重力和热能的作用下,逐渐均匀地涂布、熔融粘附于模腔的整个表面上,成型为所需要的形状,再经冷却定型、脱模,最后获得制品。


风机外壳


电动车外壳

塑料及其复合材料的加工成型工艺有很多种,除了我们常见的挤出、注射、吹塑成型等工艺外,滚塑也是塑料制品的一种加工方法。目前,国外滚塑工业发展很快,而国内由于各种因素,如较慢的加工周期及所用材料的限制,滚塑工业发展速度低于其他塑料成型加工行业。

传统上,滚塑主要应用于热塑性材料上,近年来,可交联聚乙烯等热固性材料的滚塑成型也发展很快。由于滚塑并不需要较高的注射压力、较高的剪切速率或精确的聚合物计量器,因此,模具和机器都比较低廉,而且使用寿命也较长。

生产过程

滚塑成型的基本加工过程很简单,就是将粉末状或液状聚合物放在模具里,加热同时围绕两个垂直轴旋转(自转和公转),然后冷却。在加热阶段的最初,如果用的是粉末状材料,则先在模具表面形成多孔层,然后随循环过程渐渐熔融,最后形成均匀厚度的均相层;如果用的是液体材料,则先流动和涂覆在模具表面,当达到凝胶点时则完全停止流动。模具随后转入冷却工区,通过强制通风或喷水冷却,然后被放置于工作区,在这里,模具被打开,完成的制件被取走,接着再进行下一轮循环。

设计优势

与其他模具工艺相比,滚塑工艺为我们提供了更多的设计空间。在正确的设计理念之下,我们可以将几部分零件组合成一个完整的模具,这种做法大大降低了高昂的装配成本。

滚塑制作程序还包括一系列的固有设计思维方式,诸如如何调和侧壁厚度,如何强化外部设置。如果还需要添加一些附属设计的话,那么我们还可以将加强肋线这一环节添加到设计之中。


滚塑大圆球


玩具


滚塑工艺为产品注入了设计者们的无尽想象。设计师们可以在制作工艺过程中选择最好的制作材料,其中包括食品及药物总局认可的各种材料。制作过程中放入的添加剂可以有效地抵御气候的侵袭、静电的干扰等外界客观因素。在设计过程中,插入口、螺纹、把手、倒陷装置,完美的表面设计都是其中的看点之一。设计师们同样也可以设计成多墙式模具,其内部既可以是中空,又可以是填满了泡沫。

成本优势

当成本也成为我们考虑的因素之一时,滚塑工艺比其它类型的工艺更具有市场优势。在与吹塑工艺和注塑工艺对比时,滚塑工艺更能够在有效成本范围内轻而易举地生产出大小不同的部件。它的模具相对来说也要低廉许多,因为它没有一些内部核心需要制作完成。而且在没有内部核心的情况下,只要一点小小的变化就可以制作成另一个模型。

由于制作过程中的各个部件都是在高温与旋转的工艺流程下最终成型的,不同于那些在重压之下形成的部件,因此滚塑模具不需要像注塑工艺那样还需要经过特别加工才可以经受住重压的考验。

至于用来生产转换产品的生产成本目前也有所下降,因为轻型塑料要想转换成重型塑料,往往需要耗费更多的原材料。对于滚塑工艺来说,节省消耗成本的单一型原模将是其未来的高产量发展走向。

特点

滚塑工艺的特点主要有:

·滚塑模具成本低 — 同等规格大小的产品,滚塑模具的成本约是吹塑、注塑模具成本的1/3到1/4,适合成型大型塑料制品;
·滚塑产品边缘强度好 — 滚塑可以实现产品边缘的厚度超过5个毫米,彻底解决中空产品边缘较薄的问题;
·滚塑可以安置各种镶嵌件;
·滚塑产品的形状可以非常复杂,且厚度可超过5个毫米以上;
·滚塑可以生产全封闭产品;
·滚塑产品可以填充发泡材料,实现保温;
·无须调整模具,滚塑产品的壁厚可以自由调整(2mm以上)。

滚塑成型也有其缺点:因材料须经过研磨粉碎,成本提高;加工周期较长,因而不适于大批量生产;可用的塑料品种较少;开合模具属于较繁重的体力劳动。

应用

目前,滚塑制品可应用于交通工具、交通安全设施、娱乐业、江河航道疏浚、建筑业、水处理、医药食品、电子、化工、水产养殖、纺织印染等行业。

容器类滚塑制件

这类塑料制件广泛用于储存和供料箱,贮水槽、各种工业用化学品储存和运输容器,如酸、碱、盐、化学肥料、农药贮槽,化工企业、工业涂装、稀土制取中的洗槽、反应罐、周转箱、垃圾箱、化粪池、生活水箱等等。

交通工具用滚塑制件

主要是应用聚乙烯和聚氯乙烯糊树脂,滚塑各种汽车用件,如空调弯管、旋涡管、靠背、扶手、油箱、挡泥板、门框和变速杆盖、蓄电池壳体,雪上汽车和摩托的燃料箱、飞机油箱、游艇及其水箱、小船以及船和船坞之间的缓冲吸震器等。

体育器材、玩具、工艺品类滚塑制件

主要有聚氯乙烯糊滚塑的各种制件,如水球、浮球、小游泳池、娱乐艇及其水箱、自行车座垫、滚塑码垛盘、冲浪板等等。玩具如小马、洋娃娃、玩具砂箱、时装模特模型、工艺品等。

各类大型或非标类滚塑制件

搁物架、机器外壳、防护罩、灯罩、农用喷雾器、家具、独木舟、野营车辆顶篷、运动场装置、种植机、浴室、厕所、电话间、广告展示牌、椅子、公路隔离墩、交通锥、河海浮标、防撞桶以及建筑施工屏障等等

从产品的层次看,滚塑制品已经从普通的民用品向关键工业品发展,其功能也从单一的容器性能向结构性能转变。随着滚塑设备及模具的发展,滚塑制品的结构复杂程度已经发展到超乎想象的地步,甚至可以说注塑、吹塑、挤塑等工艺无法完成的制品,完全可以通过滚塑来完成,制品的几何尺寸已经完全能做到从0.5L到50M3。如果没有受到运输条件的限制,甚至可以做到更大。从产品的分类看,大致可分为圆柱形水箱(0.25M3~

50 M3)、圆台形敞口桶(20L~3000L)、方形敞口桶(30L~2000L),随着功能的需要,还可成型为闭口式的各类容器,以适应不同行业的需要。滚塑产品的缺点是:产品单件成本高、生产效率低,如果没有专门设备很难形成大批量生产,并且由于重量轻、体积大、运输成本较高。


牙科前罩

我国滚塑行业存在的问题

同国外滚塑业相比,我国滚塑行业虽然发展势头猛,但总体规模小、技术水平较低,要做大必须突破三大“瓶颈”。

设备

滚塑成型是依靠模具高速旋转的离心力,使原料均匀分布在模具内壁,为常压成型,因而制品残余应力低,不会产生翘曲等缺陷,而且模具也可大大简化,从而显著降低制造成本,成为生产中型、大型或超大型全封闭与半封闭空心无缝容器最具竞争力的方法。

该成型方法最大的优点是模具简单,成本低廉。它用得最多的是生产大型中空制品,但相应需要较大型生产设备和设计合理的模具。滚塑成型必须要保证其在旋转过程中模具各部位的受热均匀,这一技术难点恰恰是国产设备与国外设备差距最大的地方。尤其是在一些大型滚塑制品生产过程中,受热不匀往往导致产品局部收缩不同,冲击强度减弱,使成品质量大打折扣。在模具设计方面,尽管滚塑由于压力小而对模具压力要求较低,但为了保证原料良好的流动性,模具设计需要合理简洁,而国内塑料模具设计水平往往难以让人满意。

由于这些原因,我国滚塑制品企业的生产设备和模具80%以上从国外引进,这加大了我国滚塑制品的生产成本,使滚塑设备成本低的优点难以显现,影响了我国滚塑工艺的应用发展。

原料

与其他成型方法相比,滚塑更适合成型无接缝大型塑料制品。滚塑成型使用粉状颗粒原料,是粉末塑料成型工艺中极有竞争力的成型方法。但同时,它对粉料的颗粒大小、表面光洁度都有较高要求,同时要求原料具有极好的流动性和热稳定性。目前90%的滚塑制品是使用滚塑专用聚乙烯原料生产,而国内能生产滚塑专用料的厂商很少,目前主要依靠进口。

目前,全球滚塑用树脂消耗量已占树脂总产量的8%~9%,而我国不足1%,这表明我国滚塑专用料的增长空间十分巨大。因此,提高滚塑专用料产量,增加产品品种,既是摆在广大石化企业面前的严峻课题,也是很好的发展机遇。

人才

滚塑成型非常适合生产小批量、多品种、多颜色大型中空塑料制品,如体育用品、公路护栏,用于公园艺术设计的发光球体、船和流动码头、真空清洁器和其他各种有价值的消费品。它属于附加值较高的加工工艺,在当今塑料制品少量多样化发展趋势下,其发展前景更为看好。

但是,我国滚塑行业专业人才却非常少,与从事注塑、挤出等工艺研究的专业人员相比,从事滚塑工艺研究的人才难寻。目前我国滚塑人才基本都是在各个企业靠自行摸索研究而成长起来的,数量不多,而且滚塑理论研究基本处于空白,这对行业的长远发展是十分不利的。另外,人才的缺乏,也使滚塑行业整体水平难以提高,已经成为我国滚塑业发展的软肋。

发展趋势

滚塑成型技术的研究虽然取得了较大的成绩,但是与注塑、挤出(中空吹塑)成型相比还存在很多不足。滚塑成型的发展趋势主要集中在以下几个方面:一是对滚塑成型的加热和冷却过程的热传导进行计算机模拟,建立相应的数学模型,用自动化技术对各项工艺参数进行精密控制;二是解决制品的翘曲和收缩,消除制品气泡,缩短加工周期。近年来,较有效的工艺改进是选择适当的时间给模内充压(约69kPa),可使加工周期缩短25%,同时气泡大大减少,提高了制品的韧性。此外,向模内通入流动空气,降低模具内、外壁与塑料制品之间的温度梯度,从而在加强冷却的同时减少由温差引起的制品结晶结构的差异而导致的翘曲变形;三是开发新技术、新材料、新装备。

目前,国外的一些公司在滚塑成型用树脂和专用助剂的研发上已取得了进展。新开发的树脂流动性及韧性好,耐环境应力开裂可达1000h 以上。滚塑发泡成型、滚塑交联成型、滚塑多层复合成型技术也得到了开发。

滚塑成型是生产大型中空塑料制品最经济而有效的方法。要在国内深入推广应用滚塑成型,就必须吸收国外的先进技术,开发更多更好的滚塑原料,提高滚塑设备的自动化水平,缩短模具设计与制造周期,使滚塑与注塑、挤塑等其他加工技术齐头并进

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