2005国外塑料加工技术进展
执笔:李汉鹏 黄泽雄 李 静
挤出、注射、吹塑是塑料制品的3大基础加工工艺,消费市场对塑料制品性能要求的不断提高,促进了加工技术的革新。《国外塑料》在2005年度报道的世界各国塑料工业先进科技中涉及诸多在挤出、注射、吹塑、滚塑、热成型、流延加工及相关设备方面的最新技术,以及诸如双组分注射压缩成型组合式车顶天窗、更透明的新型DVD包装盒、麦当劳专用酸乳酪包装杯、触变注塑成型3C(照相机、计算机和手机)产品、生物聚合物加工的医用塑料器械、滚塑成型家具等许多与人们生活息息相关的新产品,特综述为年度报告,从中可了解当今世界塑料加工行业的最新发展趋势及技术进展情况。
1、挤出加工
无需预干燥的片材挤出技术
意大利RPC Cobelplast公司具有加工生产PS和PET板/片材30多年的历史,也是欧洲前10位大型PET硬片材生产商之一,该公司购买了德国贝尔斯托夫公司( Berstorff )制造的首条PET片材挤出生产线(贝尔斯托夫公司制造了这套3层片材挤出生产线的全部核心关键设备,包括同向双螺杆挤出机、水平排列3辊抛光堆垛机和层合装置等,该生产线同时也适用于生产PP片材),计划将产能扩大一倍。
据贝尔斯托夫公司介绍,这套生产线主要设计用于生产无斑点片材,产品厚度可从100微米到1.8毫米,其核心设备部分配置了采用真空排气技术的ZE90A型号的同向旋转双螺杆挤出机。这套生产线在生产时通过一个材料处理系统和重力计量投料装置将破碎的边角料直接送入挤出机,无需预干燥设备。挤出机上设置有材料过滤系统和反脉冲系统用于反冲。物料流经熔体管道和供料头后,形成3股熔料给宽式缝型模头供料,然后牵引至水平抛光装置。水平抛光装置上设置的最大辊隙压力为1500 N/cm,可在生产过程中利用马达调节压力的大小。得出的片材还需经过以下工序:表面处理、冷却、切除飞边;定厚检测;硅化处理和层合,最后经过全自动双转位收卷机。这套设备的产能达1200 kg/h,片材最大宽度达1500 mm,同时可最多分切成4块料片。
Menghini总经理特别指出:“该生产线真正省去了干燥材料过程和片材结晶过程,节省能耗。采用的直接加工和在线后处理设备,极大地减少了工序,同时也减小了原料及产品被污染的可能性。这种无接口式加工控制方式可监测到每个工艺参数,不会产生废品。这意味着为顾客提供更好的产品服务。”
管材挤出自动变径技术
所有的管材生产厂家都非常清楚,生产中改变产品规格意味着什么,即损失时间和成本。这堆积起来就形成可观的停工时间,在越多的买方市场要求定单流失越少的情况下,如何优化产品规格改变造成的难题,成为管材挤出行业具有挑战性的问题。如果能够解决,就可节约大量的时间和金钱,也就意味着更具竞争力。
伊诺艾克斯公司(iNOEX)推出了自动变径系统(Advantage)在第一时间里提供了技术上的解决办法。它只需简单的对生产线进行改造就可获得相等的经济效益,即对传统的工艺略微变化。系统的核心是一个活性定径套,它可在保持使用原有模头情况下改变管径尺寸和它们的压力等级。该系统适用于外径为32~400mm的聚烯烃管材。
生产线做一些改造,装上自动变径系统即可实现瞬间生产。
自动变径系统(Advantage)的四个基本面:
(1)系统采用模块式结构,可以通过一个控制器动态的或自动的改变管材的规格。
(2)系统组成中的“活性定径套”和“活性密封套”可以替代传统工艺中的各种可调式定径套和传统的密封套。
(3)系统可以实现在线改变生产规格,所需时间更短,也更方便。
(4)系统可以方便的整合,不需考虑挤出机的型号,只要对下游设备进行最小化的更改,而最大化的替代了传统设备对不同尺寸更换的处理。
安装过程也简单,无需改变熔缝尺寸就可改变管材规格。
自动变径系统由一个带尺寸导轨的导腔,一个活性定径套,一个活性密封套及一个控制器组成。特殊点在于:目前生产线上使用的模头和挤出模具可以继续使用,该系统在改变新产品规格时不需要改变熔缝尺寸,这确保了该方案不再需要其他方面的投资。
相应参数的改变,如挤出机的熔料量或牵引速度,使生产线在无需改变挤出模头的状况下生产出所需的管材直径和壁厚。这就意味着:一个固定的熔缝尺寸会导致熔料量增加,从而造成管材直径增大或减小。而减少线速度则造成壁厚的增厚或减薄。熔缝尺寸的设置并不是真正的限止,在一些情况下允许新的管材直径比熔缝尺寸大,再通过导腔内的额外真空帮助延展的熔管达到要求的尺寸。
最佳配置是在第一节真空箱后配备一台超声波测厚系统,如伊诺艾克斯公司的aurex系统,用以记录管材的壁厚和直径。越早或多或少获得参数就能越早进行矫正,达到设定的质量数据和文件记录。
发泡薄膜挤出
维也纳SMS机械制造公司最近将它的第70台聚苯乙烯-发泡设备提供给意大利。意大利一家塑料生产厂在双机串联发泡挤出设备上使用聚苯乙烯-发泡薄膜生产热成型食品托盘。在SMS,人们正致力于在食品包装方面抢占更多的市场份额。除了挤出设备,SMS还提供生产层压塑料、薄膜或热成型件的各种专用设备。
意大利塑料厂在这台设备上生产1.2~6毫米厚的聚苯乙烯发泡塑料,质量为每立方米65公斤。该发泡薄膜设备的总生产能力为每小时480公斤。因为SMS方案的双机串联具有2个挤压头:在名为“逆向冷却”(Contracool)的初级挤压头中,通过一个5种原料计量系统对聚苯乙烯和有关的添加剂进行称重,让上述混合物首先塑化和调匀,然后一个带有3个喷头的高压计量泵向塑料熔体喷射煤气,经过一个筛状交换器和一个混料管把气化的熔体打入“液体冷却”(Hydrocool)次级挤压头中,挤压头中进入熔体后再次使测量调匀并首先使之冷却。
当最高温度为110℃时,熔体通过直径为135毫米的圆形喷嘴射出并呈泡沫薄膜状膨胀,然后薄膜滑过一个内冷精压杆和下置空气冷却环。由此,泡沫薄膜的收缩得到精确控制定型。在精压杆上装着的纵向切刀,把环状薄膜切成2条90毫米宽的带状薄膜,出机后紧接着卷成盘,入库。
特大、超长管材的挤出加工
Pipelife公司是一个塑料管材的国际供应商,公司在26个国家有326条挤出生产线,160台注塑机和35个工厂。随着德国莱芬豪舍公司(Reifenhauser)提供一条新的挤出生产线,公司旗下的斯塔特赫勒工厂又制造出直径2米的热塑性聚乙烯塑料挤出管材。
Pipelife公司一直在供应海上用大口径管材。管子从挤出生产线冷却槽直接进入海湾,把管子两端塞住然后用船拖到目的地,最远曾到巴西。过去的40年,斯塔特赫勒工厂的管材一直使用这种运输方式。
新的直径为2米的管材主要应用在污水排放系统、废水处理和海水淡化工厂。公司人士称:“我们的目标很明确,就是要拓展一个以前被最大直径1.6米管材所局限的新市场,直径为2米的管材几乎能够输送双倍的流体。”他还以不久前提供给以色列阿时克龙一个海水淡化工厂3根长度为1000米、直径为1.6米管材为例,说:“如果当时有2米直径的管线,那只需要2根就够了。”
据介绍,现在海水淡化管线是一个重要领域。在最近几年,海水淡化加工成本急剧下降,因此在中东和地中海国家上马了许多此类项目。
电厂输送管材是Pipelife公司的另一个商业机会,因为电厂以前拒绝使用直径小于1.6米的管材。这种大口径管材将取代混凝土管、钢管和玻璃纤维增强塑料管。海上应用的增长主要是这些管子在海水淡化和电厂方面的应用。
四年前在塞浦路斯的拉那卡的一个厂就开始使用Pipelife公司的HDPE管材和玻璃纤维增强塑料管。运营以来,HDPE管材流量并没变化,维护费用也没增长,但是5cm的玻璃纤维增强塑料管已经导致流量减少和较高的维护费用。
莱芬豪舍公司新的挤出生产线和它重40吨、直径2.6米的螺旋熔融导向心轴机头的加工能力为20吨/小时,能够生产直径2米、壁厚达125mm的管材。公司称,熔融通道的几何尺寸和表面涂层是根据所用的原材料和低流动速率来设计的。
竞争对手巴顿菲尔公司称也能提供直径2米的管材生产线并涉足了上述项目。巴顿菲尔公司为斯塔特赫勒工厂新的生产线提供了牵引设备,辛辛那提公司提供了两台挤出机中的一台,Inoex公司提供了控制和监控系统,Hammel公司的原料干燥设备,当地公司的冷却水箱和其他机械设备。
在斯塔特赫勒工厂,管材挤出的一个特点是在管材成型时通入氮气维持高水平的抗氧化性。
Pipelife公司使用常规的原料PE80和PE100。北欧化工公司最先改进大口径管材壁厚的抗下垂性能,这对2米直径的管材最有利,最大限度保证了管材底部壁厚与顶部壁厚的一致性。其他的原材料供应商如BP 、索尔维、阿托菲纳和巴赛尔公司也对改善抗下垂性能做出了贡献。
多层、薄壁医用制品挤出
位于美国罗得岛州西沃威克的Guill机械设备制造公司最近推出了几种新型挤出模头。其中,“微流牌”模头为一超小体积的十字螺旋模头,应用于挤出加工多层、薄壁的医用制品,加工所采用的树脂材料是含氟聚合物。在此类十字模头的夹紧定位器上配置有Feather-Touch调节装置,其采用了子弹排列式的钢球装配,调节模头时无需旋松定位螺栓,模头还装配有“精确密封系统”,消除了模头与分流板之间发生物料泄漏的可能。这种采用不锈钢制的“微流牌”模头配备采用单机、双机或3机共挤的生产模式。
Guill公司还出品比“微流牌”模头更小型的“迷你微型”系列模头,其模头外径和长度均为2.25英寸,“微流牌”模头的直径一般是3英寸,总长度为4英寸。
另外,900SPR系列串连式管状模头是为挤出生产有紧密公差配合要求的医用级软管而专门设计的,可用来生产导尿管及封装胶带。营销经理William Conley表示,这些先进设计的模头,已被证实极大地有助于从事医疗器械生产的企业加工出更薄壁、公差配合更紧的多种产品。
生物科学特殊用管的挤出
一种为特定用户设计的成型管材系统可以为生物科学、医学、医药、食品和饮料及包括Pharm-A-Line在内的工业应用制造出专业化和工业级别的管材。据介绍,这种TPE管材产品生产线为加工商制造传统生物科学和医学用有机硅管材提供了又一低成本的选择。
该挤出生产线包括一台60 mm和一台30 mm的挤出机,一台EpicⅢ控制系统,一套单层和多层挤出模具,一台OD测量和控制系统以及相关的下游设备。Pharm-A-Line IV管材就是使用USP VI级低密度聚乙烯的内芯和外衬共挤出的。该挤出系统能制造出满足严格标准要求的制品,如内径小至0.8 mm,公差低至±0.00002mm。
灵活高效的双螺杆挤出设备及技术
德国贝尔斯托夫( Berstorff )公司推出了最新型双螺杆挤出机-ZE UTX系列,这一系列挤出机的性能与众不同之处在于拥有优异的螺杆直径/生产率比。螺杆设计最高转速达1200rpm,扭矩大,挤出产能在100~3500kg/h之间。可同时进行物料的混炼、反应、排气等工序,机筒和螺杆采用了模块式设计,能满足各种特殊工艺要求,具备优异的加工工艺灵活性,还配有ZSEF型侧边喂料器,可实现髙的固体颗粒输送率,切粒机可匹配不同的产率和材料加工。
这一系列双螺杆挤出机装备了筒式加热器,可在极短时间内完成挤出机的升温工作,最高加热温度可达450°C,冷却流道设计真正实现了逆向流冷却,优化了冷却系统,配置了“弓形夹紧装置”,更换机筒的时间可比传统型螺栓连接型更快,机筒采用了带有专利的高频淬火硬化工艺,赋予极佳的耐磨性能,也省去了昂贵的耐磨衬套,另外,还配备有该公司的高级工艺控制系统。
ZE UTX A型和ZE UTX R型双螺杆挤出机极大地拓展了ZE系列机型的应用领域。其中,前一种机型优化组合了自由容积/扭矩,尤其适用于粉末或颗粒状物料的高性能混炼加工;后一种机型适合用于高填充聚合物物料及热塑性弹性体的混炼加工、反应挤出等。
超大车用进气管共挤吹塑技术
福特公司和杜邦汽车分公司(瑞士)合作,专为福特公司出品的2005款F系列SuperDuty牌柴油皮卡车开发了一种“超大型”进气管。这种刚韧兼具的进气管采用了Cascade工程公司开发的共挤吹塑工艺。
在生产过程中,选用了两种不同品级的杜邦Hytrel牌聚酯基热塑性弹性体,通过三维模塑软件在计算机控制下喂料。在进气管的两端,分别设计了利用较为柔软的树脂制成的进料管套,然后再粘接到进气管上。
杜邦公司介绍,这种采用顺序加工工艺生产的单一组件式无缝进气管,取代原先由4个铝和有机硅部件构成的车用进气管后,可消除介于涡轮增压器和发动机进气口之间的气漏流隐患,并改善空气流通状况。
高填充塑木复合材料挤出工艺
辛辛那提挤出技术日本分公司开发的高填充塑木复合材料挤出成型新技术可以控制木材纤维与树脂配比的变化,塑木复合材料异型挤出成型以木粉、天然纤维为主原料,添加树脂只是为了便于挤出成型。经过多家公司不断的开发,目前不仅可生产含木粉、天然纤维高达70%~90%的高填充原料,可与各种树脂进行混合,同时还开发了新式模具及加工技术,可在获得高质量、高产量的前提下进行异型材挤出成型。
加工过程中必须连续定量地提供均匀的原料以便稳定成型。主原料木粉、天然纤维的性质对产品特性影响大。木粉、天然纤维含水率达8%也可成型,但比较含水率1%和8%的原料,发现含水率8%的原料只有约一半的挤出量可以成型。
该公司生产的异向锥形双螺杆挤出机 “Fiberex-T”系列,螺杆效果好,特别适用于高填充塑木复合材料挤出成型,而且料筒设计也有特色。目前,可进行中填充(40%~70%)到高填充(70%~90%)的变化。
异向旋转双螺杆挤出机的螺杆大部分设计理念与平行、锥形螺杆相同。为使螺杆前端部分更好地输送原料,采用大容积、螺旋片少的进料段;进料段后面部分是熔融段,其表面积大、缓慢压缩以利用积聚树脂进行熔融,或是使用多段的可塑化段;再下面是压缩段,进行可塑化混炼及可塑化段与通风段间密封作用;其次是通风段,将树脂中的空气、不纯物、气体从真空通气孔中排出;螺杆尾端的计量段,升压后,部分积聚的熔融树脂压缩成均匀熔体,输送到模具。但是,锥形与平行螺杆明显的区别是树脂在挤出机中的停留时间。锥形螺杆越接近供料段螺杆的直径越粗,因此螺杆部分短可达到与平行螺杆相同的压缩、融熔、混炼效果。“Fiberex-T”系列挤出机能很好地提高此类螺杆效果,进行高填充塑木材料挤出成型。例如,螺杆存在压缩率,升高螺杆压缩率可平稳保持原料进料和排出量。加速螺杆旋转可保证高挤出量。并且木粉高填充树脂的体积比重约0.3~0.4,因此螺杆进料段设计成大容积。螺杆材料不同于常规的螺杆材料,而是采用耐摩耗、耐腐蚀性能优异的特殊钢材。
与标准规格的常规螺杆相同,该类螺杆表面采用等离子钼喷涂技术,耐摩耗、耐摩擦性能好。经过改良的“Fiberex-T”系列挤出机不会劣化、破坏木材纤维,可与树脂混炼、可塑,实现高挤出量、高质量的挤出成型。
辛辛那提挤出技术日本分公司与德国PPT公司共同开发高填充塑木材料挤出成型专用模具。与普通树脂相比,高填充塑木复合材料的流动性差,必须使用专用模具,才能保证所需产品的表面精度和物性。
该公司与PPT公司已经开发出高填充木塑复合材料挤出成型专用模具及木粉双层共挤成型模具。目前数家模具专业生产商已开发、制造、销售木粉、天然纤维高填充挤出成型专用模具。此类高填充塑木复合材料的挤出成型与常规的中填充挤出成型的模具、下游设备存在很大差异,在成本及维修方面占有优势。
新型双螺杆塑木挤出设备及技术
辛辛那提挤出公司新推出了一种牌号为Cincinnati Milacron TC96型锥形双螺杆挤出机,用于塑木复合材料的挤出加工,挤出加工时木屑纤维含量可高达70%,产量最高可达到每小时2600磅。可加工混有天然纤维、热塑性塑料(回收料或新料)及其他助剂(如成核剂、着色剂等)的物料且熔体塑化均匀。该挤出机使用了大型锥形双螺杆,其锥形双螺杆的大端直径为202毫米,小端直径为96毫米,长径比(L/D)为30∶1,其料筒分为5段加热,料筒加热总功率为100千瓦,其中4段装有冷却装置。
2、注射成型
车用塑料窗注射成型
对于需加工面积在大于0.6 m 2 左右的小型塑料窗制件时,采用传统的注射成型或注射压缩成型是较为理想的加工工艺。德国巴顿菲尔(Battenfeld )公司与模具制造商Summerer公司一起合作,已开发出一种称为IMPmore模塑系统的新型解决方案。该系统设计在注射压缩的加工设备中配置一个“活动”模具,即设有一个液压油缸以调整改变模具面的角度。由此在模塑加工长/厚比超过250的制件时,该加工系统只需200 bar(20 MPa)的充模压力,生产加工周期为70秒。最新版的这种模塑系统可成型加工出最小面积也在1.8 m 2 以上的部件。
多组分注射工艺
在K2004展会上,意大利Incos公司与奥地利恩格尔公司还演示了共同参予开发的Inglass双组分注射压缩成型模塑系统。这是在传统性注射压缩成型工艺中配置了一种带专利的分级热流道充模技术,该系统开创了先例,即在1500吨注射机上成型加工全景顶篷天窗的组合式板件,这种双组分4 mm厚的组合式顶篷遮阳窗的宽度为650 mm,长度为1100 mm,加工时,先在第一个注射单元将透明的聚碳酸酯注入车窗模具内,模具在旋转台上旋转180°,然后第二个注射单元将黑色的聚碳酸酯注入模具的四周,作为窗框。然而,Incos公司的业务开发经理Bosco表示,利用这种分级充模专利技术可加工出面积大小为上述制件2倍的组合式车窗制件。同时,Incos公司已向恩格尔公司订购了2300吨的注射机,将用来生产超过1 m 2 面积的大型制件。
光盘注射成型工艺
赫斯基注塑系统公司与瑞士模具制造商AWM和德国自动化设备专业生产企业Ilsemann公司共同开发研制了一套新型DVD盒生产系统。可在6秒内加工模塑出8个DVD盒,每个盒的重量只有63克,比目前市场上普遍采用的75克包装盒要质轻,从而节省材料及成本,这一系统生产DVD盒的经济性可比原来提高10%。同时,模具的可维修性能也得到改善,设备必须与模具和自动化系统协调工作,才能保证实现循环速度快、重量轻和制件质量好的目标。赫斯基公司推出的背靠背式阀浇口热流道系统允许直接在模具内进行维修,无需对模具进行拆卸,对设备进行维护保养。
采用自动生产模式即可一次从模具中取出16个PP制件,将其中分成各占一半的2面盒片分别组装在一起即成为包装盒,还需经8~10小时的放置冷却,才能用于包装DVD光盘,以避免插入DVD光盘后盒子会进一步收缩。
助剂生产供应商美国Milliken公司也推出了应用于DVD包装盒加工的专用透明剂。Milliken公司认为透明的DVD包装盒更受人们的青睐,也更加美观,所以面向DVD包装盒加工厂家极力推介其出品的能使包装盒呈现更加透明的透明剂。采用了全透明的包装盒,可将放在盒子内的用于介绍光盘内容的印刷图片双面印刷,如此就可省去通常使用的包装盒塑料套。
克劳斯玛菲公司推出的KM 50-190 CD2s型液压式注塑系统具有良好的可靠性、高速度和精度,而全电动式KM 60-35 CDE精华版注射机不仅具有良好的精度和速度结合,而且还具备体积小、能耗低的特点。在2004年广州Replication Expo展览会上展出的KM 1AL型设备配备了最新型的喷镀技术,使光盘能够以高速度实现金属化,能耗水平适中。
塑料瓶注射压缩技术
英格兰Im-Pak公司开发出专利性的注射压缩技术,使用喷射储料沟槽来完成注射动作,在低压下,将呈熔融状态的塑料坯料精确配投入一个独立的开放式模具的底部,在该模具的底部形成一个厚壁的熔体坯料,然后快速压缩制成塑料部件。由合模机械装置发出的压力和冲力强迫熔体坯料紧贴在模具上。
每个型腔单独设置一个喷射储料沟槽,以确保精确投料。由于无需考虑平衡投料的关系,可任意设置型腔的数量。并且没有采用型坯的加工模式,该项技术同样可应用于设计加工某些门型材。其流道长度可实现大于500:1,还可用于加工反式设计的型材,如整体基材壁薄而边框厚的制件。
还可使用熔体流动指数较低的树脂材料,最终可节省能耗,这是基于降低了机器的压力吨位及缩短了循环加工周期。在一个热的模芯中制成型坯,然后打开模具,将一套吹塑模具移送进来,并将吹塑瓶子脱离模芯。
迄今为止,一步法的注-拉-吹加工设备通常应用于加工制品数量少的场合,而二步法加工工艺(包括先模塑型坯,然后在另一独立的机器上进行拉伸吹塑)则用于加工制品数量大的场合,例如饮料瓶等。采用注射-压缩工艺技术加工PET塑料瓶后,最终可缩短加工周期,将有可能解决这道难题,也就是说无需采用二步法工艺。
多型腔模具的SCS专利性注射工艺
三菱(MHI)注塑机械有限公司目前正向市场推销一种新型专利性加工工艺,该工艺是针对多型腔模具可一次只注塑一个部件而专门开发的,该工艺名称为SCS(sequential cavity separation),也就是“顺序模腔分离”。
SCS工艺可在同一套模具上加工生产出尺寸各不相同,乃至相差甚远的部件。这项技术通过控制开启和关闭热流道的阀门,首先注塑一个部件,然后再注塑另一个部件,可对每一个模腔分别独立地控制其注塑速度、压力、注射部位以及保压时间。
SCS工艺的一些优点:
一次只注射一个模腔所需的合模力吨位,要远远低于在同一时间注射多个模腔时所需的合模力吨位;
用一台注射机和一个设备工作单元即可加工一系列的部件,如需加工一台手提电脑中的4个主要组件,相比使用4台注射机和所需的辅助设备而言,采用SCS工艺可极大地降低生产成本;
可避免常见于采用多模腔注射成型加工时出现的过充模现象,由此降低材料成本;
能减少或者消除制件存在的着色差异方面的问题;
可低压注射成型含纤维织物的汽车部件。
采用SCS工艺模式目前应用加工的产品范围包括:汽车部件、办公设备、厕所的坐垫和盖子。
模内贴标注射技术
所谓模内贴标技术(IML),可使塑料制品加工厂商加工出的各种制件看起来像似“没有标签” ,其印制上标签图案的质量是某些后彩饰工艺方法所无法达到的。如影像照片、轮廓起伏分明的图案、甚至三维全息图案等都可作为产品中的一个整体部分,其质量效果要优于那些标签设在外表面的制品。这种采用模内贴标工艺加工生产的塑料制品在构造上更具有装饰效果,并使得包装制品可减轻10%~15%的质量,而同时又增加了制品侧壁的强度。
最新的尖端技术产品包括:由上、下两个部分构成的酸乳酪包装杯,这种包装容器中的每个部分都配以环绕式标签,以及在盛装食物的杯子上打有一个呈3维立体感的凹凸式胶片标签为特色,正如Walt Disney公司为麦当劳(McDonalds)生产的一种促销性专用包装品。
德国Spies塑料公司采用模内贴标技术加工生产广泛系列的食品包装制品,从普通的瓶盖到具有8个面的容器,以及新型的“波浪式”容器。Spies塑料公司的首席执行官Michael Spies介绍称,公司模塑加工有与众不同的酸乳酪杯,由两个制件组成,配以两个环绕式标签。
模内贴标工艺制品的设计款式有多种多样,从各种形状的扁平盖子到360环绕式标签,可设计出含有3面、4面、5面、甚至8面的某种制品,也可以做成带有圆弧角的矩形、圆形、正方形的制品,或者是呈波纹侧边图形的制品。这是一种独特的技术,其“标签”制作的方法是只需要将一块模塑的塑料衬垫围绕在一块印刷的硬纸卡片周围,制成一个完整的凸缘。
速度和精密度是自动化模内贴标生产系统中最为关键的参数。系统必须具备移送标签进入模具内、确保标签能准确地自动对准定位、并在模塑成型后移出制件和注料浇道等功能。附加的设备功能包括有:预处理标签(如在环绕式贴标制品的场合)、对标签进行静电消除,以此使得标签能粘附在模具内。许多模内贴标加工设备配备有2个机械手:一个机械手用于脱模取出制件,另一个机械手用于准备下一步工序动作。
3C产品的触变注塑
触变注塑成型工艺通常又分为镁-塑料注射和铝-塑料注射两种,可加工出轻质、高强度、电磁/射频辐射屏蔽部件,并且可加工壁厚薄至0.5毫米的部件,已发展成为3C(照相机、计算机和手机)产品的主流加工工艺,随着抗蠕变性、耐热性材料、以及更大型加工设备和多点式浇口热流道系统的不断开发与完善,该工艺的应用又拓展至汽车部件加工领域。
美国Thixomat公司表示,汽车上金属镁的使用量每年以20%的速度增加,如果在克服了150℃以上温度抗蠕变性等现存的技术障碍之后,也就是把目前水平的触变注塑镁制件抗蠕变性能提高20~50倍,应用在每辆轿车上的镁注塑部件总计可用到2~3公斤的幅度,主要用于加工各种仪表板底座、座椅框架和方向盘支杆等部件。
日本制钢所JSW在2002年推出了第二代触变注塑机JLM-MGII。2003年,赫斯基公司在原生产的杂混式Hylectric注塑机基础上进行改进,推出了500吨的触变注塑机,并随后推出了650吨的机型。
在热流道系统中选用合金钢材料进行触变注塑加工时,要求注嘴的工作温度高达620℃,找不出一种能与之相匹配的热塑性塑料品种,因此,触变注塑必须采用直接浇口,这是基于目前流行使用的标准大型冷流道耗费了大部分的冷却时间的缘故。冷凝料通常在注嘴与注道之间的接口处形成,使材料冻结难以流动,由此出现了一个难题。迄今为止,对于触变注塑成型而言,真正意义上的机械式截断注道装置还没能开发成功,还需在多点浇口式热流道中依次把冷凝料取出,这也是目前最为有效的方法。
医用金属部件注射
钛金属无论是从毒性,还是在人体排斥性方面考虑,都是制造医疗部件的理想材料,同时也不会导致过敏反应。此外,骨骼组织可以直接在植入钛质部件上生长,而且弹性也与人体骨骼相当。同时又是一种耐腐蚀性、非磁性材料,而后一种属性使之适合做医用核磁共振影象。不过钛金属也是难以用普通工艺来加工成型的,TiJet公司自称是当今少数能够注射钛金属制件的厂家之一,已生产有Ti-6A1-7Nb品级钛材料,另正在研究开发其他品级钛的用途。
钛金属的加工和处理非常困难,并且它的机械特性与复合材料体系中含氧、氮和碳的百分比紧密相关(含量极微)。据TiJet公司管理层透露,将与德国GKSS研究中心密切合作,开发一种具有可行性的商业化成型加工工艺。
TiJet公司的钛金属注射成型部件包括主动脉人工瓣膜和植入人体脊椎骨的螺丝。这些部件通常表现的拉伸强度在840 MPa左右,0.2%的屈服强度为750 MPa,伸长率10%。部件中残留的微孔率少于5%,微孔孔径小于10微米,如果额外增加一道工序,也可加工制得无孔部件。
医用塑料制品注射
德国生物聚合物制造商Biomer公司开发出微生物菌种,通过采用一套鸣钟式生产设备,对糖浆或淀粉浆进行发酵处理,然后将这种聚酯萃取液与低分子量-高分子量的增塑剂、成核剂、加工助剂一起混合,分别制得3种标准注塑品级的聚合物材料。由于其熔体粘度很低,应用在注塑加工复杂结构部件时无需很高的合模力。据称其熔体流动速率(MFR)高于20g/10min,加工工艺与液晶聚合物的相类似,在堆肥条件下1.2mm厚的试样经过6星期后即可降解。
该公司出品的P226牌号生物聚合物的机械性能具有类似于PP材料,易于注塑成型,并有成型加工周期短的特点。P209牌号则有类似于HDPE的性能,由于其内部晶体结构不同,其断裂伸长率则远远低于HDPE材料。P240牌号则是P209牌号的高抗冲改性级。应用注塑加工的制品包括有医用诊断仪,爆破防护面罩、以及军事演习用的炮弹壳。PHB可挤出加工多股抽丝,制成手术室使用的网状盖布。Biomer公司正在研发具有更高熔体强度的吹塑薄膜级PHB材料。另外,公司还生产了少量的PLA材料,采用注塑加工制得医用透明诊断胶片。
注塑件脱模更快的工具系统
美国Logic公司(康涅狄格州)研制出已获得专利的“递增模腔脱模”(I.C.E.)技术,可获得更快的脱模时间,最终得到降低内应力和减小表面缺陷的注塑部件。
一般在注塑加工过程中,制件产生收缩并包住型芯,这时往往需采用顶杆、空气和/或脱模板来帮助制件脱离型芯。然而,如果制件收缩率过大,紧紧包住了型芯,制件在脱模之后,就会产生众多的表面缺陷问题。
对于含有倒陷式嵌件或表面带有纹饰图案的制件,要求制件不发生翘曲变形和损害外观表面的情况下脱离型腔,也是非常困难的。再者,型芯阻碍部件收缩,也降低了部件从型腔表面分离的能力。当部件设计要求非常低的拔模斜度情况时,脱模的困难性还要增大。目前,解决这些难题的方案无非是设计加大拔模斜度、使用脱模剂、在模具内添加滑块、或者高度抛光模具表面,所有这些措施均导致成本上升。
Logic公司的I.C.E.工艺技术可在模具内释放塑料熔体的应力,同时又降低所需的顶出力。在某种情况下,有可能采用空气顶出方式,而无需用顶针或脱模板。是将处于冷却和收缩状态下的部件紧粘在模具型芯上的粘附力消除;第二个是使部件产生收缩,快速与型腔模壁分离。要实现上述2个结果,采取了从部件中局部抽取型芯的方式,而部件仍紧贴在模具壁上。
当型芯局部退出后,仍处于熔融状态的部件中心位置与已冷却变硬的表层之间建立起了初始应力,这个初始应力可自行消除。“这时,跨过型芯的横断面快速形成冷却和收缩,而不仅局限于在部件壁上产生冷却和收缩,”Allen总裁作如此解释。然后完全打开模具,从模具型腔中取出部件,即可完全顶出并脱离型芯。
为了能打破部件与型芯之间的粘附力,I.C.E.工艺要求在没有完全打开模具的时候,将型芯稍微移动一点点。这就需对注塑机上的操作程序做改进。部件脱离型芯时所增加的顶出距离,可根据部件形状、表面、以及加工所用的树脂种类作调整。Allen总裁介绍说:“部件脱离型芯时所加大了的距离,实际上可小至0.010英寸,但却非常有效地消除了部件紧粘在型芯上的粘附力,同时又可保持部件套着型芯,便于型芯全部退出部件。
I.C.E.工艺在一套标准双模腔模具中进行加工,配备脱模板和100psi压力的压缩空气,即可降低30%~50%的加工成本。采用I.C.E.工艺的最大优点,是基于甚少发生部件翘曲变形等缺陷,当部件还处于较热状态时即可顶出,缩短整个加工循环周期。
另外的降低成本措施包括:可利用较低抛光水平的模具、无需脱模剂、缩短加工周期33%,并由于初始内应力已在模具内消除,省去了二次退火步骤。
水辅注射工艺
加工同样形状的流体介质输送塑料管道,水辅注塑可比气辅注塑工艺获得外观更为光滑的内壁,更少的残余材料(飞边)的厚度,管件弯曲部位的壁厚更均匀一致等优点。德国朗盛(Lanxess)公司、法国Rhodia公司和德国Schulman公司最近相继推出了独立开发的、最适合水辅注塑成型的特制聚酰胺材料品级。
Lanxess公司除了原有的Dure-than BKV 30G品级聚酰胺66,该公司还开发了Durethan DP2-2224/30品级,它是一种含有30%玻璃纤维的增强材料,因为用于水辅注塑加工输送流体介质的塑料管件,所以该材料具有好的耐水解稳定性,利用这种品级材料加工的塑料管件,超过了汽车工业有关与冷却剂接触制件的性能指标要求。
目前,水辅注塑成型的聚酰胺制品,已应用作输送流体介质的汽车管道,其它的应用实例还有车门塑料拉手、以及车内用于搁置手臂的塑料部件。与气辅注塑工艺相比,水辅注塑工艺进一步缩短了成型周期,所以水辅注塑的开发成功,将会带来可观的经济效益。
奥地利恩格尔(Engel)公司研制出名为Watermelt的多组分水辅注射工艺技术工艺,用双组分材料水辅注塑加工的机器防护挡板上的夹紧装置,所用材料包括Lanxess公司出品的BKV 30G牌号聚酰胺66和拜耳材料创新集团生产的Desmopan 487牌号聚氨酯热塑性弹性体(TPE)。
Schulman公司近来也开发了一种新产品,即利用双组分水辅注塑工艺加工的汽车发动机冷却管道,这种类似于三明治结构的模塑制件,是在一步加工成型过程中,加工出内层是聚丙烯管,外层是含有30%玻璃纤维增强尼龙材料的冷却导管。这一管道的设计,利用了增强性尼龙材料赋予所需的机械强度,利用聚丙烯制得非常光滑、耐化学腐蚀性佳的内表层。
气辅注射成型工艺
美国预制整体模塑料(Bulk Mol-ding Compounds)公司研制出排气注射(GET)的模塑加工技术,应用在BMC块状模塑料的加工过程中,具有减轻产品重量、缩短成型周期及降低成本的优势,使得热固性塑料产品具备与注塑工程热塑性塑料制品在市场上一争高低的能力。这是基于热塑性塑料已经普遍取代传统的BMC模塑料,用于加工烤炉手柄这一现状而研制的新技术,因为烤炉手柄采用了支座式手柄设计,热塑性塑料手柄能承受烤炉工作时传输出来的热量。
GET工艺是将全部BMC块状料充满模具型腔。在接近充模结束时,导引入气体,并用气流压力强制物料回流至浇口、流道、喷嘴,压回进入料筒,在料筒内下新料混合,为下次成型做准备。
这种新工艺具有很高的可重复性,有部分气体控制装置制造商宣称,这种工艺的可重复性比典型的热塑性塑料气辅注射成型工艺要高。但这种工艺也并不完全是100%成功。
3、吹塑工艺
注拉吹塑透明塑料瓶
法国西得乐公司共同开发出透明PP瓶,商品名为ISBMPP塑料瓶。具有水晶般清澈透明质感、机械性能良好、单模腔的加工速度最高可达每小时1500瓶等优点。这种PP瓶在瓶坯设计、瓶坯二次加热工序、模具改造等方面都有独到技术,可很好解决材料收缩、透气性、以及瓶子冷却的问题。
纵向拉伸薄膜吹塑
美国Addex有限公司,正在建造其首台MDO薄膜加工装置,称作为“MDO Light”,该型号装置将以非常松动的状态拉伸共挤吹塑薄膜,大约拉伸度在3%左右,用以平整薄膜中心的下垂部位。这套MDO Light系统装置仅有4个转辊,其中2个直径为20英寸的加热辊,2个20英寸的冷却辊,全部采用独立驱动。4个转辊的张力控制并非使用成熟的测力传感器系统,而是采用光导纤维跟踪装置针对辊筒直径、转速和扭矩等参数进行控制。
美国Hosokawa Alpine公司推出的最新型拉伸吹塑薄膜系统,配置了独立伺服驱动机构,控制加热辊、退火辊、冷却辊,每个辊均可用于拉伸薄膜。每个辊都配置有独立的张力控制,用以收紧调整薄膜在加热时的扩张和冷却时的收缩现象,从而避免薄膜起皱和卷缩。而在需拉伸处理共挤薄膜时,则需分别设定各个辊的温度,由于其中的粘接层要求较低的温度。
巴顿菲尔Gloucester工程公司开发了一种MDO装置,可应用于预拉伸处理单层和多层复合LLDPE人工缠绕拉伸薄膜。在欧洲的一个加工厂投入了首次商业化运营,应用于取向拉伸压扁的膜泡,膜泡最大平折宽幅达70英寸。
Macro工程技术公司同样也建造了第一个纵向取向机构装置,可加工出吹塑预拉伸的(人工缠绕)薄膜。对夹膜膜泡进行取向时,采用冷拉3次的方式,辊隙要求较宽。在取向后,夹膜膜泡变薄,但由于其最终产品中还存有两层粘结在一起的膜层,所以仍然坚韧。冷拉过程可使薄膜达到“零弹性”的特殊性能状态,Macro公司如此解释说。这种采用非常低的拉伸量方法,可消除薄膜内存的张力。由此,如果手工卷裹机施加5%的薄膜拉伸度,薄膜就具有20%的回收缩率。
美国Trico工业公司(位于罗得岛)将MDO装置与流延薄膜生产线串联,用于加工图形艺术品和包装制品,其膜厚控制严格。这种设备是模仿M &W公司的原型机,然后自行建造加工出来的一种设备装置。位于俄亥俄州的Avery Dennison公司采用MDO装置加工生产自粘贴标签膜。其具备单向高劲度,使得标签容易从保护衬层中撕开。同时,纵向取向的标签在横向上较为柔软,很适合粘贴在圆形的瓶子上。该公司共有4条MDO生产线用于生产加工取向标签薄膜。
FlexTech公司生产的吹塑薄膜第2455牌号,是一种纸张替代品,有双轴向强度要求。由于取向的缘故,平整度和挺括度高,所以在设备中印刷和加工处理时的运转速度比纸张的印刷速度较快。第2455牌号薄膜是一种不对称的5层或7层阻隔性PA/HDPE复合薄膜制品,用于加工制造多功能立式复合袋。
吹塑用可变形的口模环
英国BMC控制器件有限公司制造用于挤出吹塑模塑的3DX可变形口模环。该类机头口模环可优化分布物料,应用于吹塑工业用的塑料容器、桶及汽车部件。3DX系列机头是用特制“伸缩性”口模环来代替传统的机头口模环,在进行塑料型坯挤出时,利用一个液压油缸通过推或拉将口模环控制变成椭圆形。
据BMC公司介绍,该机头口模环采用通常的同轴厚度同步控制,以确保型坯厚度的均匀一致性,其调整控制过程也类似于型坯程序控制仪的可程控模式。3DX系列机头口模环与传统的不能变形的口模环不同,它采用了先进的设计,所以该机头使用者能自己进行安装、维修与调试。
BMC公司还宣称,当普通的机头口模环改造成可调的口模环安装在挤出机上,用于加工高流动性的物料时,必须对口模的形状进行调整,以防止由于出料不均而造成型坯“卷折”。但BMC公司声称他们通过在液压系统中安装了一个配量阀来控制初始出料速度,从而很好地解决了这个问题。
吹塑模拟化软件
人们至少花了10年时间来研究挤出吹塑成型加工模拟技术,但实际利用却比较慢。这种滞后的原因可归结于人们害怕在设计上“计算机取代人”、商业化吹塑成型模拟软件有限的实用性和相对高的软件成本,以及缺乏强有力的推广策略。
美国塑料工程师协会(SPE)的吹塑成型分会领导认识到在吹塑成型加工业务的前沿变革趋势。他们相信通过改进软件的功能,可以预知型坯的挤出和膨胀、模具的膨胀、其它操作情况,因而得到轻质且有特定壁厚的最优化塑料部件。
加拿大Compuplast公司出品了B-SIM吹塑模拟软件,使用这些模拟软件可以省去原型加工和切模成本及传输时间。模拟软件可以弥补能力差的设计者提高工作效率,同时也给经验缺乏的设计者一个工作的起点。
环构烯烃共聚物的吹塑工艺
田柯纳公司推出了第二代的Topas品牌薄膜级环构烯烃共聚物COC材料,是专为吹塑加工多层阻隔性薄膜而设计的一种新材料,可加工出具有高强度、挺括度、极好透明度、非常高湿气阻隔性能,赋予生产过程中更多的灵活性,可加工出高品质的特种薄膜制品,尤其适合用于加工吹塑薄膜。
商品牌号为Topas 80007F-400的这种COC材料,比早期产品具有更佳的加工性能,与聚烯烃有良好粘接性能,尤其是LLDPE,不仅可以与其他聚烯烃树脂进行共混,还可在多层共挤复合薄膜中单独作为一层。用该种材料加工的吹塑薄膜标准用途包括有:层合薄膜中的消光外层、管形薄膜袋、瓶盖内衬层以及加拈薄膜。
车用进气管吹塑
福特公司和杜邦汽车分公司(瑞士)共同合作,采用Cascade工程公司开发的共挤吹塑工艺技术,加工出超大型车用进气管。在生产过程中,选用了2种不同品级的杜邦Hytrel品牌聚酯基热塑性弹性体材料,通过3维模塑工具在计算机程序控制下进行喂料。在进气管的2端,分别设计了利用较为柔软的树脂制成进气管套,然后再粘接到进气管上。
杜邦公司介绍称,这种采用顺序加工工艺加工的单一组件式无缝进气管,取代原先由4个铝和有机硅部件构成的车用进气管后,可消除介于涡轮增压器和发动机进气口之间的气漏流隐患,并改善空气流通质量状况。
4其他加工工艺
流延工艺
莱芬豪舍公司(Reifenhauser)推出了直接驱动方式的多层共挤流延薄膜挤出机-REltorque。采用电机直接驱动螺杆轴。由于省却了一般挤出机使用的齿轮箱、连接器和皮带驱动等,其基本优点包括:
在整个挤出速度范围内扭矩高且恒定;与通常的挤出机驱动设计相比,仅考虑生产线能量减少,就使效率增加6%;设备占地面积减少30%;由于无传动部分,消除了由此带来的运动部件磨损,也无需润滑油和换油了,可做到免维护,并保证机器连续运转;电机采用水冷却,噪音低;易更换螺杆,可从前后两个方向进行螺杆更换。
叠加机头技术使得挤出吹塑塑料薄膜的层数几乎没有限制。芬兰凯威赫(KWH)公司在ChinaPlas展会上展出了其10层吹塑薄膜技术,采用的就是饼形叠加机头,可以生产多种材料基的薄膜,阻透性大大提高,产品广泛应用于食品包装、制药工业等领域。
铸塑工艺
瑞典Diab AB公司展示了利用新型材料的真空树脂浸渍技术,可提高速度与效率。该公司开发了新一代的型芯浸渍技术,使用开有沟槽的聚氯乙烯/聚脲泡沫塑料作为芯材,作为双面树脂压铸的中间体。该技术避免了出现无用的压铸材料,节省时间与成本,而且比传统标准的无纺织物压铸片材获得更快的浸渍速度。
最新的浸渍技术是在沟槽