計量加料系統在中空吹塑成型中的應用研究

劉軍強

(秦川機床工具集團股份公司，陜西 寶雞 721009)

計量加料系統在中空吹塑成型中的應用研究

Application study of metering and feeding system in hollow blow molding

劉軍強

(秦川機床工具集團股份公司，陜西 寶雞 721009)

隨著市場對中空吹塑制品的要求提高，計量加料系統的應用，可以很好地提高擠出型坯及制品的穩定性，提高制品質量。本文介紹了計量加料系統的原理，以及系統PID控制參數的設定，且用試驗數據說明了計量加料系統在多層中空吹塑中應用的作用及意義。

計量加料系統；PID控制；中空吹塑

1 計量加料系統的應用概述

近幾年，多應用于精密擠出成型中計量加料系統，也開始被應用在中空吹塑成型中，尤其在多層共擠技術中。這是中空吹塑成型向精密化、多層化發展的必要與預示。計量加料系統主要通過工藝參數（產量、配方）的設定，依靠電子傳感器對實際工藝參數的連續測量，通過軟件分析計算，依據擠出控制工藝模型，對實際的工藝參數進行自動調整，從而達到控制單/多層擠出工藝質量。計量加料系統的應用大大提高了擠出型坯的穩定性，為后續中空吹塑成型工藝奠定良好基礎。計量加料系統一般有失重式、增重式、體積式三種。控制模式有流量控制模式、米重控制模式兩種。米重控制模式多用于精密擠出成型，比如精密管材、節水滴灌帶、醫療導管等。一般在中空吹塑成型設備中，多用失重式計量加料系統，控制模式為流量控制模式。即通過控制擠出流量的穩定來控制擠出型坯的穩定，進而達到控制最終制品的質量。

雖然，計量加料系統可以很好地提高擠出型坯及制品的穩定性，提高制品質量。但由于其價格原因，會大幅增加設備的成本。所以，現階段在中空吹塑成型中，主要應用于多層擠出及精密擠出的設備上。

2 失重式計量加料系統的原理

失重式計量加料系統的機構圖如圖1所示。在系統中計量料斗上裝有稱重傳感器，通過測量單位時間內料斗內物料重量的減少量，可以得到擠出機的即時產量。擠出機的PLC控制系統根據失重式計量料斗得到的即時產量值，實現擠出即時產量與擠出機電機轉速的閉環控制。流量控制模式可根據預先設定產品產量，在自動模式中通過檢測電機實際轉速，根據實際產量與設定產量的偏差，通過自動調整電機轉速予以消除。原理圖如圖2所示。這樣，對于多臺擠出機的控制就更加容易，只要設定總產量以及各臺擠出機所占比例，計量加料系統就可根據要求控制各臺擠出機的即時產量，達到精密共擠成型的目的。

3 控制系統PID參數的設定

PID控制是比例（Proportional）積分（Integral）微分（Differential）控制的簡稱。由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應用于工業過程控制，尤其適用基于精確數學模型的確定性控制系統。所以在計量加料系統中采用PID控制方式進行控制。

圖1 失重式計量加料系統的結構圖

圖2 失重式計量加料系統流量控制模式原理圖

在中空吹塑成型過程中，由于從原料進入擠出機，再經塑化成熔體進入機頭，經復合機頭擠出料坯。過程比較復雜，需要時間，所以對于計量加料系統中PID控制參數的選擇需要去通過實踐去摸索。確定合理的PID參數，可以使計量加料系統更好地工作，發揮出最大作用，控制更精準，系統更穩定。以下是在秦川發展多層中空成型機上試驗數據，由于制品的重量還與氣壓、模具等有密切關系，而料坯的重量直接反映了計量上料系統的控制效果，故在此只測定料坯的重量。表1為各個擠出機計量上料控制系統的PID設定值。在試驗中，其它參數不變，只改變的PID控制參數，每組連續抽取五個料坯，并稱重量，計算相對偏差。

表1 擠出機計量加料系統PID設定參數

表2為在不同參數下，記錄的料坯重量數據，從其相對偏差可以看出：降低I值即期望偏差，且適當減小P值，降低動態反應速度，效果好些。

表2 料坯重量記錄表

4 失重式計量加料系統在中空吹塑中的應用效果比較

由于失重式計量加料系統的作用會直接反映在擠出型坯上，而從型坯到制品則需要經過擴張、吹脹、冷卻等工藝過程。而制品的重量也就與模具和人為因素（手工去除料頭）有很大關系。因此在以下重量檢測試驗中，利用一臺多層擠出吹塑中空成型機，在相同條件下，分別對所成型制品及制品與料頭總重量進行記錄比較。分為用計量加料系統和未用計量加料系統兩組，每一組測量了10個制品及制品加料頭的重量。并計算各自的相對誤差。由此就可明顯地看出增加計量加料系統的作用。

由表3和表4可以看出，在用計量加料裝置的情況下，制品重量的誤差在+1.98%～-1.2%范圍內，而料坯的總重量誤差則在+0.52%～-0.39%范圍內；在未用計量加料裝置的情況下，制品重量的誤差為±3.6%，而料坯總重量誤差+0.86%～-1.418%范圍內。通過以上分析可以得出：增加計量加料系統對于制品重量尤其對于擠出型坯的重量重復精度和穩定性有明顯作用。

表3 用計量加料系統制品及型坯重量數據表

5 計量加料系統在擠出吹塑成型中的應用展望

隨著中空吹塑成型技術向精細化、多層化發展，以及多層中空制品越來越多應用于汽車、化工、食品等行業，以及對于制品更加嚴格的要求，計量加料系統將會更多地被推廣、被應用。

表4 未用計量加料系統制品及型坯重量數據表

[1] 吳大鳴,劉穎,李曉林,等.精密擠出成型原理及技術,北京：化學工業出版社. 2004.

(R-03)

未來5年中國SAP樹脂市場將保持兩位數增長

高吸水樹脂(SuperAbsorbentPolymer，SAP)是一種新型的功能高分子材料，它具有超強的吸水保水能力，廣泛應用于衛生用品、醫療醫藥、農林園藝、工業生產、建筑等方面。其中，衛生用品占SAP消費量的近90%。隨著中國二孩政策全面放開，人口步入老齡化，人民購買力提升以及海外市場開拓，SAP的需求將持續快速增長。

截至2015年底，全球SAP年產能約380萬t，約67%的產能集中在亞洲，中國貢獻38%。2015年，全球SAP產量約為260萬t，消費量約240萬t;中國SAP產量為58萬t，表觀消費量為53.2萬t。有機構預測，未來五年全球SAP需求還將以6%～7%的年均增速繼續增長。亞化咨詢預計，未來5年，中國SAP的市場需求仍將保持兩位數增長，明顯超過全球平均水平。

目前，全球SAP主要生產廠家有贏創、日本觸媒、巴斯夫、住友精化、SDPGlobal株式會社，前3家公司產能之和占到全球總產能的50%以上。中國主要的SAP廠家包括宜興丹森科技、三大雅、諾爾生物科技、衛星石化、臺塑吸水樹脂公司、揚巴公司等。然而，中國本土SAP生產企業在產品工業化及應用研究方面與國外還有很大差距，高端產品主要由外資企業和進口產品供應，產品急需升級。

隨著海外市場上外資企業不斷擴大產能，國內企業也在增加對SAP的投資。今年下半年，萬華化學3萬t/年SAP裝置順利開車并產出合格產品，中國本土企業SAP產能擴張將繼續加速。目前，包括衛星石化、泉州邦麗達、盛虹斯爾邦等企業都在擴建SAP產線。中國SAP將迎來產品和技術升級。

“十三五”時期是我國石化和化學工業轉型升級、邁入制造強國的關鍵時期。2016年10月中旬，工信部發布的《石化和化學工業發展規劃(2016～2020年)》指出，中國傳統石化和化工產品產能過剩，高端產品缺口較大。“十三五”期間，在穩步推進新型城鎮化和消費升級等因素的拉動下，石化和化工產品市場需求仍將保持較快增長。高端石化和化工產品的需求增速將超過傳統產業。

SAP樹脂作為丙烯酸下游新興消費品，2015年占到丙烯酸消費量的20%。與大多數傳統化工產品下游需求已經飽和，只能維持低速增長不同，SAP的高速增長，將帶動丙烯酸整體需求的上漲，助力丙烯酸產能快速消化，同時高端市場的空缺也為丙烯酸生產企業提供了良好的發展方向。

摘編自“中國聚合物網”

TQ320.664

1009-797X(2016)24-0024-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.24.006

劉軍強(1979-)，男，大學本科，工程師，專業方向為塑料機械設計。

2016-11-14