塑料機械綠色技術科學發展現狀及展望

張友根

寧波海達塑料機械有限公司

塑料機械綠色技術科學發展現狀及展望

Status quo and prospect of the development of green science of plastic machinery

張友根

寧波海達塑料機械有限公司

塑料機械先進技術主要體現在綠色技術的運用及開拓。塑料機械的綠色技術（Green Technology）主要指能夠減少污染、降低能耗的技術體系，根據環境價值并利用現代科技的全部潛力的技術，達到設備與人、設備與自然環境、社會環境的和諧；塑料機械的綠色技術主要體現在提高能源和其他資源的利用效率、降低成型加工成本、減少對環境的污染、提高清潔度等方面。塑料機械的產品結構調整的中心就是綠色技術的應用和開發，創造創新的技術核心就是綠色技術，塑料機械的競爭實際上是綠色技術及其技術水平的搏殺。

塑料機械綠色技術的研發理念

塑料機械產業預計在未來五年，平均每年將增長12%以上，全行業工業總產值和銷售總額將均達到500億元以上。經塑料機械生產的塑料產品，早已不是傳統概念中的塑料盆和塑料桶等一般制品，而是與高鐵、新能源、汽車、航空航天等戰略新興產業緊密相連的高新技術產品。而這一行業需求的轉變，將無疑加速市場對于環保、節能等塑料機械綠色技術的需求。

社會對塑料成型加工設備在生產、制造、使用等過程中所導致的環保、節能等綠色技術問題也越來越關注。目前，很多國家要求生產商不僅要考慮產品的性能與成本，還要承擔產品對環境影響的責任。

我國在塑料機械發展歷程中，對塑料機械綠色技術，也做了一些探索，制定了噪聲、液壓系統的滲漏油、安全設施、能耗等有關綠色技術的要求和標準。目前，我國的塑料機械的總體技術水平還處在國際上二、三流水平，幾乎沾不到高端塑機領域，主要是綠色技術的運用與開拓落后于國際先進水平。國際上高端塑機實際上是高端綠色技術塑機，高端技術內涵、高端的綠色技術，低能耗、低污染、低排放、清潔化、潔凈化、高速高效化、資源節約化、控制智能化等綠色技術得到充分體現，并且在不斷發展。國內塑機的研發，雖有了一些綠色技術的概念，但往往都是被動的，缺少主動性，例如注塑機安全標準得不到順利地貫徹，就說明了這一點。相關行業綠色技術的發展，促進加快開發塑機新設備、新工藝、新技術達到綠色技術制品的成型加工要求，而塑機的新設備、新工藝、新技術往往都是高端綠色技術的結晶。低碳排放的市場經濟，促進塑機在能源技術、動力技術、材料技術、控制技術、成型加工技術、環保科學、清潔技術等諸方面的綠色技術快速開發和發展。

塑料機械綠色技術運用及開發初見端倪

近年來，我們也高興地看到，我國在研發塑機綠色技術方面有了起色，名不見經傳的小公司依靠自己的科技優勢，積極研發高端綠色技術塑機，并且獲得了成功，取得了顯著的社會效益和經濟效益。

隨著電子、電信、醫療、汽車等行業的迅速發展，對塑料制品的高精度、高性能要求與日俱增，精密注射成型成為最重要的塑料成型方法之一。“十一五”期間由中國注塑機行業龍頭企業寧波海天集團所屬核心企業--寧波海天實力機械有限公司牽頭，浙江大學、北京化工大學等為技術支撐單位，承擔了精密塑料注射成型裝備研發課題。在3年多的時間里，科技人員打破了發達國家在精密塑料注射成型裝備領域的技術壟斷，通過一系列關鍵技術的自主研發和集成創新，實現了精密塑料注射成型裝備國產化，并躍居國際先進水平，為我國通訊、電子、家電、汽車等眾多行業精密塑料零部件生產企業提供了技術先進的注射成型裝備，有力推動了中國塑料注射成型裝備制造行業和塑料制品加工行業的科技進步。2011年4月28日“十一五”國家支撐計劃重點項目--精密塑料注射成型裝備研發課題通過驗收。該項目取得的成果在國際上引起廣泛關注。

塑PET瓶坯注塑機綠色技術是高速高效成型加工、降低成型加工制品的單位能耗，兩者不可分離，沒有高速成型加工的能力，只有低能耗的特征，不能稱之為綠色技術。廣州一道注塑機械有限公司致力于PET瓶胚注塑設備的開發和制造，已有UPET130、UPET230、UPET230、UPET360、UPET460四種規格，其性能已經接近國際先進水平，國內領先。獲得了鑲嵌式塑化料筒加熱結構、主輔多頂式注塑頂模機構、直動式注射噴嘴機、雙軌平衡移動機械手、雙驅動雙軌平衡移動機械手等多項實用新型專利。PET瓶胚注塑設備主要由擠注復合注射塑化系統的PET瓶坯注塑機、全自動多工位機械手、高精度模具等幾個部分組成，集原材料的干燥、PET瓶坯塑化射出、瓶坯的取出及輸送、檢測等為一體化。配備高質量的德國熱流道不僅節約了生產原料，而且提高了產品質量，加快成型周期，提高生產效率。采用閥針式注澆口達到大流量注射，滿足國際客戶的高質量要求。國內獨創的多工位機械手，使成品有充足的時間冷卻，大大提高了成品的合格率。閥控伺服液壓系統提高了系統的動態響應性能和保證了運行精度及其重復精度的穩定性，MOOG伺服閥精確控制移模位置，低壓護模位移精度可達到0.10mm，充分保證了高精度模具。小容量蓄能器穩定了注射壓力，減低了噪聲；大容量蓄能器提高了注射速度節約了能耗。伺服電機驅動的擠出塑化系統保證了大容量PET塑化的質量一致性，為群腔PET瓶坯高速高效注射成型創造了先決條件。開發的核心控制技術保證了加工質量。U360PET瓶坯注塑機，72腔模具，成型500ml瓶坯，周期9秒，產能最高達到28800支/小時。高端PET瓶坯注塑機迎合了市場發展，走上了性能競爭之路，走出了低價位的惡性競爭，例如一臺合模力130噸的高端PET瓶坯注塑機售價達到108萬，國內普通的PET瓶坯注塑機售價在10萬左右。高端PET瓶坯注塑機贏得了市場的青睞。國內著名PET吹瓶機制造企業廣州達意隆包裝機械股份有限公司、著名BOPP吹瓶機制造企業東莞佳鴻機械制造有限公司與廣州一道注塑機械有限公司配套，銷往國內外市場。

大禹機械為國家高新技術企業，致力于塑機行業的技術突破及創新。研發的立式轉塔、轉盤雙功能雙色機，采用兩組射出系統，一個鎖模系統，一個轉塔系統，一個三工位轉盤系統。此款產品有兩個可同時注射的射出單元滿足雙色（雙物料）產品的成型需要；主要具有中心塔托起并轉動的功能的轉塔機構，配合A、B兩組模具，達到產品在一次注射后通過中心塔托起并轉動到另一個模具內注射，實現產品上下兩個面同時包膠，突破了原來雙色注塑機由于產品跟隨模具旋轉、只能注射一個面的瓶頸。中心轉塔轉動的結構為中心塔盤、齒輪傳動機構、轉塔升降油缸、轉塔轉動驅動動力單元組成。機器工作時先在模具A中做產品的第一種物料注射，開模后轉塔上升，產品成型脫模后由轉塔盤帶動已注射第一種物料產品旋轉120度，放入模具B進行進行注塑第二種物料，此時模具A同時注射第二個產品的第一種物料，開模后后轉塔上升，產品成型脫模后由轉塔盤帶動已注射第二種物料的產成品至取件工位取出產成品，同時已注射第一物料的產品旋轉至B模具，完成一個循環。此后每轉120度，出一次產成品。由于機器下模板配備三工位轉盤系統，機器在實現轉塔雙色成形的功能外，由兩個上模配合三個下模，既可作為轉塔成型雙色又可作為轉盤雙色機成型，填補了國際注塑界的空白。

佛山市順德區捷勒塑料設備有限公司研發的七層共擠PVDC高阻隔吹塑薄膜成型設備，由7臺螺桿直徑為60mm高扭矩擠出機、7層共擠低型體螺旋式IBC模頭、專利的AutoKu全自動雙風唇風環、IBC內冷控制、旋轉掃描的非接觸式膜厚控制系統、導輥式穩泡架、碳纖維輥式電動調節人字板、專利的齒輪旋轉水平牽引裝置、全氣動糾偏系統,帶自動張力控制的二級牽引裝置、全自動高速中心—表面收卷機、稱重料斗控制每層物料比例、整線電腦控制系統等組成。七層共擠PVDC高阻隔吹塑薄膜以PVDC為阻隔層，進一步降低薄膜的成本，同時提高薄膜的綜合性能，廣泛應用于食品、奶制品、軍品等的包裝領域。

順德考特斯塑料科技有限公司研發的KCC5-D中空成型機，采用“底對底對吹”的方法，可配1～4腔型坯頭，移模和型坯頭升降采用比例控制，最新的帶遠程診斷的Beckhoff控制器，自動打飛邊等功能，從而實現全自動、低能耗、高產量的生產，空循環時間為1.9s，是目前國內同類機器中空循環時間最短的機器，同比國內同類型機器可節能20～25%。

舟山市定海通發塑料有限公司在無任何參照物的情況下多次試驗終于2003年6月自行研發出世上雙螺桿擠出機的第四種“錐形同向雙螺桿擠出機”（以下或簡稱“錐同雙機”）。“錐同雙機”既保持了“錐異雙機”擠出力大的特點，又達到了“平同雙機”塑化性能好的特性，它可以在很大程度上滿足物料加工的要求，達到了高混合、高剪切、高混煉、高塑化的效果，既可用于塑料造粒，也可用于各類管材、型材、板/片材、木塑混煉制品擠出成型，還可以加工二氧化碳發泡板材、超高分子量聚乙烯、交聯聚乙烯的回收料等高難度產品，廣泛應用：建材、能源、包裝、農業等領域，比其他同類產品產量增加一倍以上，省電30%-50%以上。廣東一家窗簾廠生產硬質PVC窗簾片，需要將含有發泡劑的硬質PVC粉料造粒。據該廠技術員介紹，該料帶有發泡劑，在造粒加工過程中不能讓它發泡。該公司平時用的是￠110單螺桿，產量只有140kg/h，而主電機消耗功率40KW。該公司試用一臺65錐形同向雙螺桿造粒機，產量有550kg/h,而主電機消耗功率只有35kW。6臺65錐形同向雙螺桿造粒機替代了原來用的24臺110單螺桿造粒機后，每天可為該企業省電12000度、36個人工（每臺機器工人需2人），同時可節省換網拆頭所造成的材料損耗1噸左右。

濰坊中云科研有限公司PE/PP/PVC雙壁波紋管生產線，最大直徑達到2400mm；PE/PP/PVC實壁波紋管生產線，最大直徑達到1600mm。創新的模塊冷卻方案，大幅度提供了產能。創新的成型機結構設計和標準化的波紋成型模塊設計相結合，實現了大、小不同機型之間波紋成型模具的完全互換。

鋼帶增強塑料埋地排水管（SRPCP）生產技術及設備是我國獨立自主開發成功的，生產的PE螺旋管的直徑范圍為600～2200mm，有SN8、SN12.5、SN16等3個環剛度等級。PE鋼帶增強塑料管同比同規格的全塑纏繞結構管，材料消耗可減少一半，米重可輕一半，具有明顯的成本優勢。國產PE鋼帶增強塑料管生產線效率不低于國外全塑纏繞結構管生產線，例如，四川金石東方新材料設備有限公司開發的PE鋼帶增強塑料管生產線在生產內徑1200mm管材的生產速度為12m/h，高于德國生產線10m/h的速度。

重點關注有關行業塑料制品應用發展 快速調整產品綠色技術結構

塑料機械行業與制品開發和應用的行業緊密成一體，共同開拓綠色塑料制品的應用發展；與塑料原料研發行業一起，研發新的設備滿足有關行業對綠色塑料制品的需求。有關行業根據本行業綠色塑料制品的新需求對塑料機械綠色技術的運用和開拓提出要求。塑料工程產業鏈聯手共同推動綠色塑料制品的科技發展，不斷為創造創新塑機綠色技術提供發展的平臺。

世界汽車材料的技術發展方向是輕量化和環保化。減輕汽車自重是降低汽車排放、提高燃燒效率的有效措施汽車的自重每減少10%，燃油的消耗可降低6%～8%；為此增加車用塑料在汽車中的使用量，成為降低整車成本及其自重、增加汽車有效節能的關鍵。國際上已把汽車對工程塑料的用量，作為衡量一個國家汽車工業水平的重要標志之一。

全面關注七大汽車塑化件：外飾件、內飾件、電子組件、傳動系統、燃油系統、底盤、發動機等如內部：儀表板、地氈、座椅、人造革、座椅泡沫、成型部件、氣囊及護套、表板、踏板系統、遮陽板、鏡、門身、面板（車身面板）、駕駛盤；外部：保險杠、外門把手、密封條、標志徽章、燃料箱閥、玻璃窗、緩沖裝置、車輪護蓋、邊緣、鏡；照明：側燈、內部照明、制動信號燈、反光鏡、外殼、尾燈、散射器、車頭燈、透鏡；發動機罩下：引擎護罩、散熱器上水箱、水冷卻箱、燃油箱、護套、軟管、通風暖風系統、過濾器（空氣、油）、避震器；輪胎及內管等。

新醫藥是七大戰略性新興產業之一。醫療塑料制品是推動和促進醫療事業發展和提供醫療技術水平的必不可少的器材，甚至起到決定性的關鍵作用，例如，介入醫療離開了微型導管就無法實施。我國醫療塑料制品技術水平與消費水平與發達國家存在較大的差距，醫療塑料制品發展嚴重不足，我國人均醫療塑料制品消費僅為美國的十分之一。醫療塑料制品主要為注塑成型件，醫療的發展對注塑制品的需求越來越多，要求也越來越高。據報道，2013年，全球醫藥包裝市場的規模預計將達到623億美元，亞太地區的增長率將最為強勁，中國將是促進這一地區醫藥包裝行業增長的最大推手，年增長率預計將為11.5%。

全面關注十大類醫療塑化件：物流類：如器材托盤；容器類：如輸液瓶/袋、安瓿瓶；器材類：如培養皿、注射筒；保健類：如健身器械；器官類：如塑料關節、微型導管；手術類：如宮頸勾；器械類：如陰道擴張器；測試類：如細胞培養器皿；檢測類：如胰島素計量筆；儀器類：如吸入器；包裝類：如藥物外包裝、真空包裝，等等。

農業塑料制品應用領域越來越廣闊，已遠遠超出了狹隘意義上的農業，農林牧副漁業中各種塑料制品無所不用。重點關注農業塑料制品：農業方面常用的塑料制品（包括：薄膜，管道，片板，繩索和紡織袋等）；農田水利工程、酒類加工、供水灌溉與排水等水源的處置塑料制品（包括：燃氣、熱水、電線套管道、管材管件：埋地管、輸送水管）；農舍建筑、畜牧保護、農業機械及器具用塑料制品。

高速列車用塑料制品：機車發動機冷卻水泵的葉輪和進水接盤；機車心盤襯墊；門板、地板、天花板等內飾件；車輛組合體；

飛行器、艦船用復合材料結構功能件等塑料制品。

運輸類塑料制品：物流類：如托盤；大容器類：如IBC桶；路障；護欄。

塑料建材具有質輕、耐腐蝕、導熱系數小、保溫防水節能、加工成型方便、回收利用率高等特點,在建筑領域得到了廣泛應用，已成為當今建筑技術發展的重要趨勢。我國的塑料門窗、管材、裝飾裝修材料等與建筑相關的塑料品種取得了迅速發展。建筑塑料制品的生產和使用能耗遠低于其他建筑材料，積極開發研究配套產品和應用技術，開發出新穎的塑料建材制品，無毒、無害、無污染的塑料建材，將是市場需求的熱點。重點關注的塑料建材制品：新型塑料大板等樹脂類面板；塑料給管道（包括：城鎮供水塑料管道、城鎮排水塑料管道、城市燃氣塑料管道、建筑給水塑料管道、建筑排水塑料管道、建筑采暖塑料管道以及保護套管等）；塑料門窗；保溫隔熱復合制品；建筑裝飾裝修材料；WPC制品；板材。

電氣電子產品結構正向短、小、輕、薄方向發展，對高電磁性塑料合金、超導電塑料、電磁波屏蔽材料、光學性能材料、高性能復合材料等，在量和質方面都提出了更高要求。另外，高性能電線、電纜，通信用塑料，光學纖維，新型傳感器用塑料以及信息處理中用的各類記錄、存貯材料，CAD用靜電記錄膜，縮微用膠片等在信息化社會中需求量日益增大，這些又大大促進了塑料材料的發展。微型3“C”制品精密件，總體尺寸、功能特征或公差要求以毫米甚至微米計、重量幾微克到幾分之一克的微型齒輪、螺母、光纖技術用接插件等都需要微型精密注射加工。隨著電子和通訊行業市場的快速發展，以及人對產品外觀要求越來越高，這就導致了電子電器塑件在結構上變得越來越復雜及體積上不斷向輕、薄、短、小型化發展。成型制品的微型特征，需要特殊的成型機械和輔助設備來完成各種生產操作。微型精密件、薄壁精密件是重點關注的制品。

包裝是最大的塑料制品使用行業，是塑料應用中最多的領域。全球每年約生產塑料制品1億噸，其中一次性包裝材料3000萬噸，近幾年，我國塑料包裝材料總產量約占包裝材料總產量的1／3，居各種包裝材料之首，增幅較大。隨著科學技術的發展和進步，食品包裝材料和容器也發生了較大的變革，各種新型材料以及材料加工新技術的研究和開發，特別是新型高分子材料不斷的涌現，為食品包裝提供了廣闊的今后發展趨勢。生物可降解塑料的發展較為迅速用它制成的包裝材料可以通過燃燒、生化分解和昆蟲吃食等方式處理掉，從而免除了“白色污染”的危害。薄膜、容器是主要的包裝用塑料制品。

重點關注涉及包裝塑料制品應用的相關行業：食品行業；飲料行業；醫療行業；化工行業；制藥行業；酒類行業。

中國已成為全球家電制造中心，塑料已經成為家電行業應用量增長速度最快的材料，近幾年平均增長速度約為30%。目前，中國主要家電產品中，塑料所占比例分別為：吸塵器60%，冰箱38%，洗衣機34%，電視機23%，空調10%。家電更新發展可以說是日新月異，塑料制品的科技進步更是其中的重要一環。綠色環保化、輕量化、功能多元化、外觀人性化、高性能低成本化等已成為家電塑料制品的發展方向，達到這些目標唯有創新塑料制品的加工設備、工藝，例如平板大型電視機邊框表面的薄壁鏡面化，必須通過高光塑的注射加工才能實現。塑機制造企業就是要和家電制造企業共同不斷研究塑料在家電應用方面的發展、如何適應市場新的需求，通過創新塑料機械實現。

結語

綠色成型加工技術是塑機的發展方向。高新技術必須是“綠色”，也能夠是“綠色”。隨著技術進步和社會發展，綠色技術的內涵與外延也在不斷地動態變化和發展。特別是由于人們對環境的價值觀不斷進步，而以之為價值基礎的綠色技術也隨之而變。研發新設備、新技術、新工藝、新材料，必須以“綠色”為主題，進行創新創造。

張友根 男 教授級高級工程師，終生享受國務院政府特殊津貼。科技部國際科技合作計劃評價專家，中國塑料加工工業協會專家組專家，榮格塑料技術創新獎評審專家，[包裝與食品機械]審稿專家，[中國塑機]特約編輯，寧波海達塑料機械有限公司高級技術顧問。1982年畢業于上海交通大學。發表論文近300篇。以第一完成人，獲得上海市科技進步二等獎三項，機電部科技進步三等獎二項，上海市優秀新產品二等獎四項及三等獎二項。獲得過上海市“講理想、比貢獻”先進個人、上海市工業系統先進科技工作者、上海市機電局先進生產者及科技工作者等榮譽。現主要從事塑料機械的科學發展工作。