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滚塑加工工艺和滚塑工艺的发展概况

  

    滚塑技术对于大多数塑料加工人士而言是一个不太熟悉的领域,但是国外却发展很快,我国近几年来也有了较大发展,去年还成立了一个滚塑专业委员会。特提供一个关于滚塑的技术发展资料,希望大家参与讨论。

        滚塑技术
        塑料及其复合材料的成型工艺有很多种,包括压缩模塑、挤出成型、注射模塑、传递模塑、吹塑、铸塑、层压、压延、涂层、反应注射模塑和滚塑(又叫旋塑、回转成型)等等。在各类有关塑料及其复合材料的成型工艺的书籍中,对除滚塑以外的工艺介绍较多,而对于滚塑工艺,至今只能在极少数的书中见到不足几页的描述。

        一、滚塑工艺简介
       滚塑工艺也称旋转成型、回转成型、旋塑成型。该成型方法是先将塑料加入到模具中,然后给模具加热,与此同时,模具沿两垂直轴不断旋转。加热旋转过程中,模内的塑料在重力和热的作用下,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,经冷却定型后制得塑料制件。
       滚塑工艺与塑料成型所常用的挤出、注塑以及压缩模塑等工艺不同,在整个成型过程中,塑料除了受到重力和热空气的作用之外,几乎不受任何外力的作用。
      滚塑工艺,通常由装料、加热滚塑、冷却、脱模、模具清理等几个基本步骤组成。在许多情况下,往往还需要经过一个制品后加工(整理)工序,才能得到可供出厂的塑料制品。

      简要介绍滚塑工艺:
      (1) 装料:先将树脂(粉料)及所需加入的各种助剂经过准确计量(有时需要先将各组树脂在高速拌和机中预混均匀),加入到滚塑模具中,然后锁紧模具,保证模具在转动过程中,其中的物料不致从合模处泄漏出来。
      (2) 加热、滚塑:装好物料的模具一边不停地转动,一边加热。由于模具是沿着两个相互垂直的轴转动的,模具中的物料在重力的作用下,向着模具转动的反方向向下滑动,得以与模腔壁上的各点逐一接触,同时由于从模壁传入热量使塑料逐渐塑化并粘附于模具的整个内表面上,形成我们所需要的塑料制件。
      (3) 冷却:模内的物料,经模具转动、加热而均匀地附着于模具的内表面,经过充分塑化以后,停止加热。通过控制冷却过程,使已成型的塑料尽可能地减小变形和收缩,使成型制件的形状固定下来。多数情况下,在冷却过程中需要防止物料向下流动(下淌),在冷却时滚塑机继续带动模具沿两垂直轴向旋转,直到“冷透”(物料失去流动性)为止。
      (4) 脱模:机器停止转动,打开模具,取出塑料件。
      (5) 模具清理:取出制件以后,清除飞边等在模腔中以及合模处残存的杂物,涂布脱模剂,以备下一个周期滚塑之用。
      (6) 制品后加工:因制件不同而异,包括切口、配盖、配辅件等。

       二、滚塑工艺的发展概况
      在国外,滚塑已经是一个广泛采用的塑料成型工艺之一。在本世纪40年代,开始用聚氯乙烯糊通过滚塑方法生产塑料球之类的玩具等产品。50年代,开发了以低密度聚乙烯粉状树脂为原料的聚乙烯滚塑工艺,生产聚乙烯贮槽、大型管材等工业产品,从而大大促进了滚塑工艺的发展。此后,尼龙、聚碳酸酯、ABS等多种塑料也相继采用滚塑工艺成型,到70年代初,滚塑已成为—个颇具规模的塑料成型工艺。
      1971年,在英国已有50余家公司从事滚塑制品的生产,滚塑热塑性塑料的厂家约70余家;在欧洲大陆有20余家公司从事滚塑加工,其中有德国、法国、瑞士、挪威、奥地利、丹麦等国的公司。
     70年代初、英国已能提供可生产容量达18000L的容器的滚塑机;荷兰则己生产出直径2.1m,长4.8m的大型圆柱形贮水槽,该贮槽540kg、壁厚25mm。1970年,欧洲滚塑制品的总量已达15000t以上,其中英国约7000t。
       1970年美国已有500余家单位从事滚塑制品的生产.拥有500余台滚塑机,滚塑制容器的容量已超过10000L(2400加仑);拥有的滚塑机所能生产的很大塑料制件为4.6×4.6×2.1m。
      60年代,滚塑工艺之所以得到了迅速的发展,与树脂性能及滚塑设备的改进息息相关。其间开发了不少滚塑专用塑料,例如联合碳化公司开发的PE P-320,Raychem Flamolin 771等聚乙烯树脂。FE P-320是一种低密度聚乙烯,它兼有低密度聚乙烯树脂的良好的流动成型性能和高密度聚乙烯树脂的低温冲击韧性、耐化学药品件以及耐应力开裂性;Raychems F1amo1in 711是一种滚塑用交联聚乙烯树脂,它除了可交联外,还具有自熄性。菲力浦公司的著名的滚塑级交联聚乙烯树脂Marlex Cl-100也是在这段时间里开发出来的。
       为了适应制备大型滚塑制品的需要,60年代末期开发了许多能滚塑大型制件,能有效地利用占地面积和热能的机器。1970年,市售滚塑机中一半以上的滚塑机,其回转直径范围超过1.75m。此外,机器的控制水平也得到了不同程度的提高,例如三臂式滚塑机McNeil Auronismodel 3000—200 可以分别控制各臂的加热、冷却周期,以便同时滚塑不同尺寸和不同物料的制品,其回转直径达5m,每个臂可承受的模具和树脂的总重量约13500N;传热效果好,占地面积小的夹套式滚塑机也在这段时间设计、制造出来。我国滚塑的开发研究亦可追溯到60年代,到60年代后期,上海玩具行业已开始利用滚塑方法年产软聚氯乙烯小球;上塑三厂已成功地试制出容积200L和1500L的滚塑聚乙烯容器;70年代中期,北京玻璃钢研制所开发成功滚塑尼龙容器并在森林灭火瓶等产品中得到应用。但真正大规模工业化生产,还是在80年代中、后期,从国外引入先进滚塑设备与技术之后。目前,已能制备容器量20000L,以上的化工贮槽以及高塑全塑游艇等大型塑料制品。

      三、滚塑制品的应用范围
      随着滚塑工艺的发展滚塑制品的应用范围不断扩大,到现在滚塑制品的应用面已很广泛,一些具有代表性的应用可举例如下。
      1、容器类滚塑制件
这类塑料制件广泛用于贮水槽、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(汽油贮槽及汽车、飞机用油箱),蓄电池的壳体等等。
      2、汽车用滚塑制件
      主要是应用聚乙烯和聚氯乙烯糊树脂,滚塑各种管件,如空调弯管、靠背、扶手等。
      3、体育器材及各种代用品
      主要有聚氯乙烯糊滚塑的各种制件,如水球、浮球、自行车座垫,小船以及船和船坞之间的缓冲吸震器等。利用菲力浦公司的滚塑级交联聚乙烯树脂“Maricxcl—100”制得的滚塑交联聚乙烯桶,可以同金属桶相竞争,而且它耐化学腐蚀性好,维修保养费用低。滚塑码垛盘,在70年代初,在美国、日本等国已商业化;冲浪板、小船等亦是文献中常常提到的滚塑制件。
      4、玩具、模特儿、工艺品等
      由于滚塑模具可以采用精密浇注、电铸等工艺制造;滚塑制件表面对模具型腔表面的精细结构“复制”效果很好,因此滚塑法可以使制品作得相当精致美观,故常用于制取具有较:大观赏价值的产品,特别是玩具、模特儿、工艺品等。
5、除上述外,滚塑制品应用较多的还有各种箱体、壳体、大型管材等制件,如周转箱、垃圾箱、机器外壳、防护罩、灯罩、浴室、厕所以及电话间、游艇等等。

      四、滚塑工艺的主要优点
      (1)、适于模塑大型及特大型制件。绝大多数塑料成型加工工艺,在成型过程中,塑料及模具均处于相当高的压力(压强)之下,比如应用极为广泛的注塑、压缩模塑,挤出.吹塑等,因此应用这些成型工艺生产大型塑料制件时,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,机模的加工制造难度相应增大,成本增加。与此相反,由于滚塑工艺只要求机架的强度足以支承物料、模具及机架自身的重量,以及防止物料泄漏的闭模力,因此即使滚塑大型及特大型塑料制件,也无需使用十分笨重的设备与模具,机模的加工制造十分方便,制造周期短、成本低。
      从理论上讲,用滚塑工艺成型的制件,在尺寸上几乎没有上限。而生产这样大的塑料容器,如采用吹塑成型,不用十分昂贵而庞大的吹塑设备是不可能的。
      (2)、适用于多品种、小批量塑料制品的生产。由于滚塑用模具不受外力作用,故模具简单、价格低廉、制造方便。另外,滚塑设备也具有较大的机动性,一台滚塑机,既可以安装一只大型模具,亦可安排多只小型棋具;它不仅可以模塑大小不同的制件,而且也可以同时成型大小及形状均极不相同的制品,只要滚塑制品采用的原料相同,制品厚度相当,均可同时滚塑,因此滚塑工艺较之其他成型方法有更大的机动性。
      (3)、滚塑极易变换制品的颜色。滚塑每次将物料直接加到模具中,这使物料均全部进入制品制品从模具中取出以后,再加入下次成型所需要的物料,因此当我们需要变换制品的颜色时,既不致浪费点滴原料,也不需要耗费时间去清理机器与模具。当我们在使用多只模具滚塑同一种塑料制品时,还可以在不同的模具中加入不同颜色的物料,同时滚塑出不同颜色的塑料制品。
      (4)、适于成型各种复杂形状的中空制件。滚塑过程中,物料是逐渐涂覆、沉积到模具的内表面上的,制品对于模具型腔上的花纹等精细结构有很强的复制能力;同时由于模具在成型过程中不受外界的压力,可以直接采用精密浇铸等方法制取具有精细结构的、形状复杂的模具。
      (5)、节约原材料。滚塑制品的壁厚比较均匀且倒角处稍厚,故能充分发挥物料的效能,有利于节约原材料;此外,在滚塑过程中,没有流道、浇口等废料,一旦调试好以后,生产过程中几乎没回炉料,因此该工艺对于物料的利用率极高。

 

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