塑料加工成型機械創(chuàng)新技術研究

王亭亭

【摘 要】隨著塑料制品在國內外的廣泛使用，塑料加工和塑料機械得以發(fā)展，塑料機械工業(yè)也逐漸形成，并具有了一定的發(fā)展規(guī)模。為加強塑料加工成型機械的創(chuàng)新，低耗、高能、環(huán)保的加工成型技術，是解決目前石油資源緊張的問題的關鍵。塑料機械的發(fā)展前景和規(guī)劃，塑化運輸方法的改變和創(chuàng)新，塑料機械的核心系統(tǒng)的變化，都是塑料加工成型機械創(chuàng)新技術研究的一部分，還有待繼續(xù)開發(fā)創(chuàng)新。

【關鍵詞】塑料加工；技術；創(chuàng)新

0 前言

塑料主要是從石油經(jīng)過蒸餾并裂解得到各種炔烴，并利用這些炔烴聚合得到的一種高分子化合物。我國經(jīng)濟在快速發(fā)展的同時，對自然資源的消耗量也十分龐大，尤其是不可再生的石油資源。由于我國人口眾多，塑料制品在我國的使用量巨大，石油作為塑料的主要原料，石油的消耗量也很大。為了響應我國低碳環(huán)保、綠色生態(tài)的號召，同時考慮到塑料工業(yè)對低耗、高能、環(huán)保型的加工成型技術的需求也比較高，有必要對塑料加工成型機械創(chuàng)新技術進行研究。

1 塑料機械的發(fā)展

塑料機械的發(fā)展在一定程度上反映出一個國家和地區(qū)的國民經(jīng)濟和技術發(fā)展水平，我國的塑料機械行業(yè)發(fā)展于改革開放前，塑料機械企業(yè)規(guī)模小、設備落后、技術力量薄弱，主要靠引進樣機進行仿制，產(chǎn)品種類少，工藝水平低，沒有成套的配備設施。改革開放后，隨著人們對塑料制品的需求的增大，塑料機械得到了快速的發(fā)展，市場對塑料加工成型機械設備的需求也大幅上升，多數(shù)企業(yè)從國外引進先進的設備和技術，使得塑料機械技術得到了很大的提高。進入二十一世紀，塑料的應用領域不斷擴大，從一般民用、農用擴展到幾乎所有的工業(yè)領域，打破了原本局限于輕工、機械和化工系統(tǒng)的格局，迅速蓬勃發(fā)展起來。

而塑料機械未來的一個主要發(fā)展方向是高效和多能，它能解決能源緊缺和大量生產(chǎn)使用引起的高成本問題。聚酯瓶胚成型機的機頭由原來的6個，到現(xiàn)在超過了24個，能夠同時進行多個塑料加工成型作業(yè)，從原料準備到成型一體化的實現(xiàn)，縮短了操作流程，減少了人力的輸出、設備的投資和能量的消耗。目前我國的塑料機械加工成型的精密度不高，成品質量無法保證，也沒有大型化、精密化的塑料機械，還需要依靠國外進口大型的、精密性高的塑料機械，這是我國目前的一個短板。塑料機械未來的發(fā)展，就需要克服這個問題，發(fā)展大型化、精密化的塑料機械。塑料加工成型機械模塊化和專業(yè)化生產(chǎn)為不同需求的客戶提供更多產(chǎn)品，不僅縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，還提高了產(chǎn)品的質量和精密度。

2 擠壓系統(tǒng)的創(chuàng)新技術

2.1 振動剪切

擠壓系統(tǒng)是塑料機械的核心，集材料塑化、熔融與產(chǎn)品輸送等功能為一體，能夠為產(chǎn)品生產(chǎn)提供熔體，直接影響著塑料制品的生產(chǎn)質量。而以螺桿作為結構標志和原理特征的擠壓系統(tǒng)消耗的能量遠遠大于塑料塑化輸運所需要的能量，能量的利用率較低，在塑料機械的所有結構系統(tǒng)中，擠壓系統(tǒng)對材料的消耗量最大。對傳統(tǒng)的螺桿擠壓系統(tǒng)進行分析研究，普通螺桿不具備強化塑料加工的傳質傳熱過程。純剪切變形加工的流場的物料運動是單層流，層與層之間沒有物質交換，主要靠熱傳導或粘性耗散產(chǎn)生熱量，傳質傳熱的效率極低。改進后的振動剪切加工，使擠壓系統(tǒng)的螺桿在轉動的同時還進行周期性振動，由純剪切變形加工轉變?yōu)檎駝蛹羟行巫兗庸ぃ纬傻牧鲌鍪嵌鄬恿鳎瑢优c層之間可以進行物質的交換，在傳質的過程中也加強了熱力的運動，提高塑料加工的傳質傳熱效率，使得螺桿長徑比降低，減少了減壓系統(tǒng)的耗能。振動力場的應用有效解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)中熔融速率小、輸運歷程長、熔體粘度高的不足。應用高分子材料塑化輸運中的非線性特征來提升生產(chǎn)質量，振動剪切形變加工縮短了加工過程中的熱機械歷程，能耗明顯降低，也提高了塑料制品的質量。

2.2 體積拉伸

葉片塑化單元包括葉子、定子、轉子、擋板料頭、模頭等，多個葉片塑化單元構成了葉片擠壓系統(tǒng)，主要利用物料加工過程中體積的周期性變化來進行強制的物料混合混煉。葉片擠壓系統(tǒng)的體積增大時，將物料納入其中，體積減小時，將物料壓實、研磨，在定子外加熱和機械散熱的作用下拉伸變形。在葉片塑化輸運單元中以拉伸形變?yōu)橹鳎w維沿拉伸形變的作用方向取向，增加了體系的相容性，顯著提高塑料制品的力學性能。

3 驅動與傳動系統(tǒng)的創(chuàng)新

3.1 擠出機

傳統(tǒng)的塑料擠出機采用間接驅動方式，“電動機+減速箱+擠壓系統(tǒng)”的應用存在著能耗大、效率低、控制響應慢等問題。減少減速箱裝置，選擇直接驅動方式，不僅能夠提高擠出機的驅動與傳動效率，還能提高控制響應速度和控制的精度。十九世紀九十年代初，塑料塑化擠出直接電磁換能的的提出，成功研制出塑料電磁動態(tài)塑化擠出設備，將螺桿擠壓系統(tǒng)放在電機轉子的內腔中，采用的驅動裝置是低速大扭矩矢量變頻異步直接驅動系統(tǒng)，相比之下節(jié)能百分之十五，并且體積和重量也減少了一半以上。低速大扭矩稀土永磁伺服電機能夠最大限度地滿足拉伸流變控制的塑化運輸過程負載的特性要求，可以實現(xiàn)葉片擠壓系統(tǒng)負載感應驅動，降低驅動與傳動過程中的能量損耗，提高驅動效率。

3.2 注塑機

在注塑機的驅動與傳動系統(tǒng)中，主要是對節(jié)流損失和溢流損失的改進創(chuàng)新，減少能量的消耗。傳統(tǒng)的塑化過程主要由液壓馬達驅動螺桿直線運動，塑化裝置結構復雜，成本高昂。在螺桿一線式注塑機中，螺桿和止逆環(huán)后大量未塑化完成的物料參與注射時的直線運動，增大了運動慣量和摩擦阻力，難以控制注射的速度和位置，使耗能增大。在全自動注塑機的應用中，又發(fā)現(xiàn)了新的問題，傳動系轉動慣量更大，滾珠絲桿易摩擦，噪音大，設備的成本和維修費用昂貴。針對以上問題，再結合葉片擠壓系統(tǒng)的特點，發(fā)明了盤式旋轉注塑機及其注射方法，利用圓盤環(huán)形槽內的活塞的旋轉運動改變折射和保壓過程的直線運動，使之做旋轉運動完成儲料、注射和保壓過程，這種方法設備體積小、儲料計量精準、注射能耗低、注射運動慣性小等特點，實現(xiàn)了節(jié)能減耗的目的，在塑料加工成型機械中得到了廣泛地應用。

3.3 過程控制系統(tǒng)

由于塑料加工成型機械具有諸多的不確定因素，無法獲得精確的過程數(shù)學模型，因此先進的塑料加工成型過程控制系統(tǒng)是衡量塑料機械技術水平的一個重要標志。傳統(tǒng)的塑料機械控制系統(tǒng)主要根據(jù)塑料成型加工過程中的溫度、熱量、壓力、轉速等來控制塑料成品的質量，難以對塑料成品的質量實現(xiàn)精準的控制，再加上可再生纖維資源利用和塑料制品的回收利用，更加大了難度。葉片塑化擠壓成型過程的是利用了先進的測量與傳感技術、計算機技術等現(xiàn)代手段，實現(xiàn)塑化擠出成型過程各工藝參數(shù)如加工溫度、擠出壓力、轉子轉速等的全閉環(huán)高精度智能控制，滿足擠壓成型過程制品的高質量要求。

4 結語

塑料行業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱，塑料行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展道路應從節(jié)能減排、廢舊塑料回收、可再生資源的替代等這些角度出發(fā)，對塑料加工成型機械的創(chuàng)新，形成綠色環(huán)保的加工機械設備就是重中之重。例如，結合當前最前沿的新材料和新技術對塑料擠壓系統(tǒng)、驅動與傳動系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等部分的創(chuàng)新就是不可少的。

【參考文獻】

[1]原京龍，張國輝，張永超.當前經(jīng)濟形勢下塑料改性行業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展機遇[J].塑料制造，2011（10）：13-15.

[2]瞿金平.塑料加工成型機械創(chuàng)新技術研究[J].機電工程技術，2013，01：1-7.

[責任編輯：田吉捷]