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我国塑料挤出成型机及辅机的发展现状与技术水平分析

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我国塑料挤出成型机及辅机的发展现状与技术水平分析

发布日期:2014-09-19 00:00 来源:http://www.xskeyy.com 点击:

半个世纪以来,我国的塑料工业经历了从无到有,从小到大的发展过程,尤其是改革开发二十年来得到高速发展,已初步形成了部类齐全的工业体系,从产量上己跻身于世界先进行列。据有关资料介绍,我国1999年塑料原料的产量为760万t,仅次于美、日、德、韩,居世界第五位:而塑料制品的产量己超过1500吨,仅次于美国,跃居世界第二位。塑料机械行业是为塑料工业提供技术装备的行业,强劲的市场需求促进塑料机械工业的发展。以2000年为例,我国塑料机械工业总产值为85.28亿元,进口设备耗费外汇l3-l5亿美元,超过国内塑机总产值。其中挤出机组产量7784台,同向平行双螺杆挤出机844台、异向平行及锥形双螺杆挤出机1255台,挤出机组进口1817台,耗资1.16亿美元,出口1625台,创汇0.15亿美元,产品的总体技术水平相当于先进国家的八十年代水平。当然也不乏一批具备九十年代乃至当今国际领先水平的产品,但一些专用性强的高新技术产品还需依赖进口。据海关统计,近年来我国挤出机的进口量呈现出逐年递减之势,2000年比1999年进口台数减少了5.3%,外汇支出减少了32.7%,而出口台数减少了73%,创汇却增加了12.3%,这说明国产挤出机技术含金量有一定的提高,出口的价格也相对上涨。
在我国塑料加工业中,几乎1/3-1/2的塑料制品是通过挤出成型来完成。作为塑机的第二大类产品,挤出成型机组的产量和销售额约占塑料机械的20-25%,其生产厂家分布在机械、轻工、化工、石化、建材、军工等行业,在地域上多集中在塑料加工业发达地区,如江浙、辽宁、山东、广东等东南沿海地区。全国124家主要塑机企业工业总产值为38.7亿,东南沿海就占了70%以上:全国生产挤出机的厂家超过百家,多数为民营或乡镇企业,约占塑机行业厂家的60%,挤出机的品种占塑料机械品种的30%,这个比例还有逐年上升趋势。全国每年能够生产300台(套>以上挤出机机组的厂家仅有3、4家,大部分企业只能生产低档次的老产品,难以达到经济规模,尤其在控制水平、效率、精度、可靠性和成套性等方面与发达国家相比差距较大。由于专业水平和产品技术含量低,决定了产品的附加值低,从而使企业的整体效益不高,在国际竞争中处于劣势。

1. 常规单螺杆挤出机组现状和技术水平分析

在常规单螺杆挤出机组的性能方面,我国己能生产螺杆直径为∮12-∮250mm多种规格、门类齐全的挤出机组,长径比太多在25-30范围。一些新型的混炼元件如分离型、屏障型、分流型、变流道型以及流束位置变换型等说炼元件得到了较为广泛的应用:螺杆最高转速:直径∮150-∮200的大型挤出机加工烯烃类物料时为50-75r/min,加工PVC等热敏性物料时为5-42r/min:直径∮30以下的小型机器加工烯烃类物料时为l60-200r/min,加工PVC等热敏性物料时为18-l20r/min:北京化工大学研制成功的∮l2mm手提式单螺杆排气挤出机为1200r/min。而国外单螺杆挤出机螺杆直径最小∮6mm,最大为∮700mm,最大长径比达60。日本池贝公司∮30单螺杆挤出机最高螺杆转速为3000r/min,挤出机300kg/h,远远高于我国同规格机器实际产量l4kg/h的水平.

由于常规单螺杆挤出机与其它挤出机相比,具有结构简单、坚固耐用、维修方便、价格低廉、操作容易等特点.在我国相当长时间内仍有很大市场,因此如何使常规单螺杆挤出机优质、高效、多功能化,仍然是我国塑机研究工作者的艰巨任务。

2.特种挤出机现状和技术水平分析

在特种挤出机的研究领域,经我国广大科技工作者努力,在一些主要的机种如排气挤出机、串联式磨盘螺杆挤出机、往复式销钉螺杆挤出机、发泡挤出机、带熔体齿轮泵的挤出机、串联式多阶挤出机、行星螺杆挤出机等在国内均有厂家生产,具备了独立研发的能力,并享有自主知识产权,目前己进入系列化开发研制阶段。华南理工大学发明并研制成功的塑料电磁动态塑化挤出机以及系列产品,己投入批量生产。北京化工大学最新研制成功的三类特种挤出机∮l2手提式高速排气挤出机,∮28熔体齿轮泵挤出机和CPJ75/l35串联式磨盘挤出机。

综上可以看出,经过十几年的努力,我国在特种挤出成型技术与装备的研究水平和开发能力方面与国际先进水平的差距并不是很大,一些新型混炼装备的主要机种国内基本都能生产,在某些领域还有所突破。但是如何将样机转化为定型产品,进而实现系列化生产,尚需一段时间。

2. 异向旋转双螺杆挤出成型机的现状与技术水平分析

3.1异向旋转平行双螺杆挤出机

异向旋转双螺杆挤出机有许多种类型,可分为平行和锥形两大类,前者两根螺杆的轴线互相平行,后者两根螺杆的轴线相交成一角度。目前流行的平行异向双螺杆挤出机多为在啮合区纵横向都封闭,即共轭型的。锥形双螺杆挤出机与啮合型平行异向双螺杆挤出机的工作机理基本相同。如果将其设计成啮合区螺槽纵横向皆封闭的,则其输送能力和建压能力都很强,因其加料端两螺杆轴线间有较大的空间,可以采用大的止推轴承和扭矩分配齿轮,从而能承受高扭矩和高推力负荷,很适合硬聚氯乙烯类制品的挤出成型。鉴此,目前国内PVC制品挤出成型加工中大多采用锥形双螺轩挤出机。但当螺杆直径大到一定程度时,锥形双螺杆挤出机需要大尺寸的止推轴承和扭矩分配齿轮,使得机器结构过于庞火,因此大型设备多采用平行异向双螺杆挤出机。目前串联式轴承的设计制造已不成为问题,因而锥形和平行双螺杆挤出机两者传动系统制造难易的差异正在缩小,较突出的问题是锥形双螺轩机螺杆及机筒的加工制造难度较大,且磨损较大,制造成本比平行机要高,因此目前螺杆直径在∮55-80mm范围内的异向双螺杆挤出机多采用锥形双螺杆机。而直径∮80以上者多采用平行异向双螺杆机,直径∮30左右的平行异向双螺杆机,多用于实验室等场合。异向双螺轩挤出机与单螺杆挤出机的主要差别有两点:首先,是它们的输送机理不同。单螺杆挤出机中的物料传送是拖曳型流动,国体输送过程为摩擦拖曳,熔体输送过科为粘性拖曳,国体物料与金属表面之间摩擦系数的大小以及熔体物料的粘度在很大程度上决定了单螺杆挤出机输送能力的强弱:啮合型异向双螺杆挤出机中物料的传送是正位移输送,随着螺杆的回转,物料被相互啮合的螺纹强制性地向前推进,其正位移输送的程度取决于一根螺杆的螺棱与另一根螺杆的螺槽的接近程度。用紧密啮合的异向旋转双螺杆挤出机可获得最大的正位移输送。
其次,二者的速度场不同。单螺杆挤出机中速度分布相对来说比较明确并且易于描述,双螺杆挤出机中的情况则相当复杂且描述困难,这主要是由于双螺杆挤出机中啮合区的存在造成的。许多研究者通过忽略双螺杆挤出机中啮合区的漏流对其流场做了分析,然而发生在啮合区的漏流与双螺杆挤出机的混合特性和总体行为有很大关系,因此在不计啮合区漏流的情况下所做的流场分析虽然具有一定的参考价值,但其实用价值不大。由于发生在啮合区的复杂流动使得双螺杆挤出机具有混合充分、热传递均匀、熔融能力强、排气性能良好等诸多优点,所以仍有许多科研工作者为了更准确地分析啮合区的流动正在做着不懈的努力。

与单螺杆挤出机相比异向双螺杆挤出机具有很多优点:①加料容易。由于双螺杆挤出机是靠正位移原理输送物料,因此可以加入粘度很高或很低的物料以及带状料、糊状料、粉料等。②物料在双螺杆挤出机中停留时间短,滞留时间分布窄,因此双螺杆挤出机适于加工热敏性物料。③优异的排气性能。这是啮合型双螺轩的自洁功能使得物料在排气段获得完全的表面更新所致。④优异的混合、塑化效果。⑤低的比功耗。双螺杆挤出机的比功耗比单螺杆挤出机低百分之三十左右。这使得双螺轩挤出机在节能、降耗方面具有明显的优势。

双螺杆挤出机中两根螺杆的旋转方向和啮合程度的不同,导致了同向旋转双螺杆挤出机和异向旋转双螺挤出机不同的泵送、混合和流动机理,同时也决定了这两类挤出机不同的用途。在啮合型同向旋转双螺杆挤出机中,物料在螺槽中的流动?quot;∞"字形螺旋流动。并且同向双螺杆挤出机转速较高,使得物料所受剪切作用较大。这些特点使得同向双螺杆挤出机具有优异的分散混合及分布混合能力、较窄的停留时间分布、优良的自清理效果等优点,因而被广泛应用于聚合物配混(共混、填充、增强)、排气(脱挥>及反应挤出(聚合物聚合及反应型改性)等领域。但与异向双螺杆挤出机相比同向双螺杆挤出机的输送效率较低,建压能力比较差,因此一般不能用来直接挤出成型。若想获得高的挤出压力,则需在下游接聚合物熔体齿轮泵或接第二阶单螺杆挤出机,这会使机器设备成本提高。

在啮合型平行异向旋转双螺杆挤出机中,物料被封闭在绕每根螺杆的C型小室中,作类似于齿轮泵中的正位移输送。异向双螺杆挤出机转速较低,物料剪切发热量小,因此它对物料的热稳定性要求不高,可以在物料成刚满度范围的下限进行操作,因此物料不容易分解,特别适用于热敏性物料(PVC)的成塑加工。与同向双螺轩挤出机相比,异向双螺杆挤出机输送效率高、排气效果及熔融效果好,对物料的分散混合效果较差,但建压能力强,因而可用来直接挤出制品。另外异向双螺杆挤出机特别适于加工PVC粉料,可直接加入粉料而省去造粒工序,使制品成本下降百分之二十左右。异向旋转双螺轩挤出机主要用于挤出PVC管材,型材,板材和造粒。

近几年来,异向旋转双螺杆挤出机在国内外得到了突飞猛进的发展。现在国外异向双螺杆挤出机的研究重点为扩大其应用范围,提高其技术性能指标,提高整个机组的配套性和应用先进的测控系统。

与发达国家相比,我国在双螺杆挤出机的设计制造及应用方面存在很大的差距。国内观螺杆挤出机开发及研究工作起步较晚,因此产品档次较低,系列化程度低,多数产品的技术水平、螺杆、机筒的精度、整机性能和质量与目前发达国家的发展水平有一定差距。目前,我国生产的异向旋转双螺轩挤出机多为锥形双螺杆挤出机,平行异向双螺杆挤出机很少,并且多为中、小型机,国内所需的大型异向双螺杆挤出机几乎全部依赖进口。在双螺杆挤出机的设计、计算以及制造技术方面仍有不少难点需要克服,这些都制约了我国双螺杆挤出技术与装备的发展。

随着国民经济的发展,大型塑料管材、型材、板材在石化、建筑、农业、国防等领域的应用日渐广泛。大型平行异向双螺杆挤出机的开发研制必将受到越来越多的重视。

3.2异向旋转锥形双螺杆挤出机

锥形双螺杆挤出机自1967年问世以来己经三十多年了,其螺杆基本结构先后经历了三种形式:普通型、双锥型、高效双锥型。

(l)普通型  

 普通型是锥形双螺杆的初级结构形式,其特点是:螺杆大端与小端自径之比小于2,螺槽深度沿全长不变。如奥地利Cincinnati Milacron公司九十年代以前的CM系列螺针。

(2)双锥刑  

双锥型是德国的krauss Maffei公司在普通型结构的基础上发展起来的,其特点是:螺杆大端与小端直径比于2,大端螺槽深,小端螺槽浅,螺槽深度沿螺杆全长渐变,直径与螺槽之比不变,构成了外径的外锥角和螺槽底径的内锥角。由于加料段螺槽深度较普通型深,故加料量大:螺杆表面积大,冷料停留时间延长,增加了外加热向物料的传热,有利于物料升温,如该公司得KMD一KK系列的螺杆。

(3>高效双锥型  

 高效双锥型是Cincinnati Milacron公司八十年代末在双锥型设计原理的基础上发展起来的。其特点是:螺杆大端与小端直径之比大于2,螺槽深度沿螺杆全长渐变,螺杆长度比双锥型适当加长。这样使物料在加料段置于外加热作用下的时间延长,能充分地吸收热量,加快升温,促进塑化。加料段螺槽容积和表面积的增加不仅意味着高的挤出产量,而且也意味着高的应用灵活性,如CM公司九十年代推出的CMT系列。高效双锥型的问世被称为锥形双螺杆挤出机发展上引人注目的技术进步,其挤出产量较同规格普通型高出一倍或一倍以上。

无论是哪一种形式的螺杆,在国内外螺杆设计皆处于经验设计阶段。由于锥形双螺杆的锥度很小,在很短的螺杆长度上可以近似地认为异向平行双螺杆,故可利用平行双螺杆挤出机的计算公式近似计算。对于螺轩各段参数设计,也仅给出经验设计取值范围:对于防止螺杆咬合,也只给出了定性的方案:增大两螺杆间的侧隙。纵观国内生产锥形双螺杆挤出机不难发现这样一个事实,绝大多数制造厂家的产品主要靠测绘国外样机。

就国内锥形双螺杆挤出机整体水平而言,技术水平仍然比较低,挤出量低,塑化不充分、能耗大、故障率较高。一些企业已经开始对原有相对较为落后的机型进行技术改造,将普通型锥形式双螺杆更新为高效双锥型。在锥形双螺杆挤出机的应用领域研究方面也有所突破,北京化工大学己成功地将它用于炸药、电炭、电极材料的挤出成型。

4.管材成型设备的现状与技术水平分析

塑料管材与金属、水泥等传统材料相比,具有重量轻、耐腐蚀、导热系数低、绝缘性能好、内壁不结垢、流动阻力小、不生锈、易着色、易加工、不需涂装、施工安装维修方便等优点。因此在建筑、农业、化工、市政、医疗卫生等到国民经济各个领域得到广泛应用,需求量逐年增大。在各类管材中,以硬聚氯乙烯(UPVC)管材所占比例最大。UPVC管最大应用领域是建筑业。在国外,最大管径可达l000mm,在供水工程中较多采用。∮200-∮630mm的大型管材。在欧美、日本约占70-80%以上。各国UPVC管的应用领域不尽相同,在美国,一半以上的UPVC管用于非压力管网,在日本,UPVC管最大应用领域是设备排水以及上下水管等。在我国,UPVC管材已在沈阳、天津、上海、福建、济南和哈尔滨等城市应用,主要用于排水管、雨水管和穿线管,但所占份额较小。PE管则主要用于工业污水管、燃气管。在我国建筑物电线穿线护管90%采用了塑料管道,外墙雨水管50%采用塑料管道,城市供水管中塑料管的使用率达到50%,到2010年我国新建住宅室内排水管道80%采用塑料管,塑料管材在全国管材市场的占有率将达到50%。

我国和欧洲塑料管不同应用领域的产量所占的比例参见表2.由表中对比可见,我国在建筑排水管、电工套管方面,塑料管材应用较好,在埋地排水管方面应用较差。随着我国城市建设的发展,生活排水、工业排水及雨水排放和输送用的大口径塑料排水管需求量日益增加。据专家预测?quot;十五"期间,我国用于城市排水的投资约为l200亿元,污水处理能力到2005年为40%,按国家化学建材"十五"计划和"2010年发展规划纲要"要求,"城市排水管的20%采用塑料管",需要塑料管材用量约为l l万t,由于城市排水管要求埋在地下,主要承受外压作用,故必须有较高的环刚度。而由PE和PVC 做成的双壁波纹管比实壁管节约材料50-70%,且具有较大的环刚度和惯性矩,因而被较多采用。

制造双壁波纹管的方法有直接挤出法和缠绕成型法两种。前者的生产线是由一台或两台挤出机通过双壁成型机头挤出内外层管坯,在履带式波纹管成型机上,管坯在一定气压或真空吸附作用下,被40-70对哈夫模块连续牵引、冷却、定型成为波纹管。近年来在国外己开始不将哈夫模固定在履带上,而是通过"棱式设计"将它国定在操作平台上,哈夫波纹模沿矩形轨迹循环运动,在成型区,模块沿内侧轨道作慢速移动,离开成型工作区,模块沿外侧轨道作快速返回。棱式的优点是所需模块数量少,可以节省投资和能耗,尤其适合生产大直径双壁波纹管。

缠绕成型法的原理是:通过挤出机机头挤出不同截面形状的中空带状型坯并将其缠绕在光壁塑料管上或以互相搭接方式缠绕在直径可任意调节的旋转柱形胎具上,然后经滚柱压实,熔接复合,最后冷却定型成双壁波纹管。此法的优点是生产中变换波纹管的直径比较容易,投资成本低,缺点是搭接处的熔接缝焊接性能差且难以检测,生产效率低,只能用于对双壁波纹管密封性能要求不高的场合。目前,我国对这两种双壁波纹管的生产工艺和制造技术均已掌握,并有定型产品生产,生产厂家有数十家,产量较大的产品规格为∮51-∮102mm,个别厂家也能生产∮300-∮600,主要用于建筑排气管、农用排水管以及通讯电缆护套。500mm以上双壁波纹管很少有厂家能够供货,但∮1000mm以上的大直径双壁波纹管还不能生产。在埋地管的铺设工艺和安装、连接技术上尚处于试验摸索阶段,迄今还未制定出国家级施工和验收标准,影响了推广应用的速度。在国外,例如加拿大Coma公司己能生产管径为3 m的三层复合的双壁波纹管。塑料管材总用量的56.2%用于城市的排水排污。因此,加强埋地排水管应用和试验研究、制造技术与设备的研究、尽快制定适合我国国情的埋地排水管的铺设工艺规范与标准,己提上议事日程,这项工作己得到有关部门专家和领导的高度重视。我们可以期望在该领域的研究中,国家将会有更人的投入。

在新型塑料管材成型设备中,比较有市场前景和发展前途的除了双壁波纹管生产线外,笔者认为还有硅芯管、PVC芯层发泡管和农用喷灌管及微灌管三类。

硅芯管是用共挤出的方法挤出的双壁管,外壁以HDPE为主要原料,内壁是厚度为0.5-2mm含硅塑料的薄芯层,主要用作光缆护套。由于该芯层内壁具有永久的预润滑性能,当用气吹法穿光缆时,起到润滑防粘作用,一次穿入光缆的长度可达数千米,在现场施工中可以做到使光缆与套管上千米无接头。因此铺设效率高、成本低、通讯质量能得到保证。如今硅芯管己成为全球光缆护套的主体,自1996年起引入我国,目前已有十余家企业生产,到2000年生产能力已达3万t,国产硅芯管的挤出设备也已问世,预计到2005年硅芯管的市场约为6-8万t。随着我国铁路、高速公路以及光纤通讯网络的高速发展,硅芯管生卢设备的市场是十分诱人的。

PVC芯层发泡管也是用共挤出方法挤出的PVC三层管,其突出特点是质轻。它的中间层是芯层发泡层,密度仅为0.7-0.98/cm3,内外两层不发泡,管材的密度为0.9-1.18/cm3,比PVC实壁管重量约轻20-30%。除质轻外,它也比实壁管耐冲击,其环向刚性为后者的八倍,弯曲状态下使用寿命比后者要长十年以上,使用程度和范围广、尺寸稳定性好,可在零下30-l00℃下使用,而实壁管只能在零下15-60℃下使用。PVC芯层发泡管还是具有较好的隔热效果,比不发泡的实壁管传热效率低35%,因而可显著降低流水噪音,特别适合于高层建筑排水。由于质轻,且芯层可加入大量回收料仍能保持漂亮的外观,因此PVC层芯发泡管生产成本低且运输方便,己越来越受到建筑市场的欢迎,并广泛应用于建筑排水工程、工业防腐、液体运输及农业排灌等领域。

PVC 芯层发泡管拼出生产线通常包括一台挤出发泡芯层的主挤出机及一台或两台挤出内外层的共挤出机,它们带有各自的封闭冷却系统和定量喂料装置,由电脑独立(或集中)控制共挤出的整个生产过程。由于芯层用料量约占总量的70%,要求主挤出机比其挤出机螺杆直径太.PVC芯层管的核心技术之一是共挤复合机头的合理设计,它由一个喂料块和复合管模共同组成,结构复杂。喂料块分别与主挤出机和共挤出机用哈夫模块连接,复合管模完成三层料的熔融复合。

在轻质管材的生产中,PVC芯层发泡管的增长率最快,主要原因是简单、经济的生产工艺及优异的使用性能。PVC排水管的发展经历了实壁波纹管和双壁波纹管以及芯层发泡管三个阶段。上世纪八十年代初,法国阿托公司就开发出塑料芯层发泡管,九十年代韩国引进了这项技术,1995年进入中国市场。世界上仅有法国、韩国、德国、美国、奥地利等国具有输出整套技术的能力。在欧洲,1997年大约生产了85万t PVC家用及工业用排水管和下水管等,其中大约25%(21.4 万>为芯层发泡管。在我国,目前深圳、佛山、吴江、龙口等地都有进口设备在生产,巨大的市场前景必然会促使国内PVC芯层发泡管生产设备的研究和迅速发展。

农用喷灌管及微灌管是节水灌溉器材的重要组成部分。众所周知,我国是世界上12个贫水国之一,人均水资源占有量为2300立方米,仅为世界人均水平的四分之一,而农业灌溉用水又占我国总用水量的70.80%,全国灌区农业用水利用率只有30.40%<发达国家达70.80%)。因此,如何"开源""节流",解决我国水危机,已成为举国上下共同关注的问题。党的十五届五中全会指出"水资源可持续利用是我国经济和社会发展的战略问题,核心是提高用水效率,把节水放在突出地位"。在农用灌溉节水措施中,采用喷灌面积己占世界44%,微灌面积占世界27%,喷微灌设备的制造量欧、美两洲占世界70.80%,以色列采用微灌溉的面积已占全国总灌溉面积的69.7%,而我国仅占0.5%,因此喷灌管、微灌管材的生产技术与装备开发研究应该引起我国塑机行业同仁足够的重视。

我国微灌技术的发展经历了引进滴灌设备,消化吸收、试点应用、设备研制、产品改进、扩大试点以及直接引进国外先进工艺技术、高起点开发研制微灌设备产品等阶段。微灌生产企业已达数十家,如北京绿源塑料联合公司、河北龙达灌溉设备有限公司、山东莱芜塑料制品股份有限公司、新疆夭业股份有限公司、甘肃轻工机械厂等,主要产品有管上式压力补偿滴灌管、内镶式扁滴头滴灌带、内镶式性状滴头滴耀管、单边压合式滴头滴灌带等。多数企业依靠引进设备和技术进行生产。有些广家走测绘仿制的道路,技术水平较低,产品品种单一、适用范围较窄。以内镶式柱状滴头滴灌生产线为例,国产设备价格为进口设备价格的1/10-1/8,但挤出速度仅为8-10 m/min,个别可达30m/min,而进口设备则可达100 m/min。在滴灌管的生产中应解决两个核心技术问题,即如何保证系统中滴水器出水量均匀性和采取何种措施使滴水器在长期使用中不产生堵塞。通常滴灌管内按一定间距装有滴水器,每个滴水器出水量约为2.4 l/h,在灌溉时,各个滴水器出水量的误差不能超过20%,而在滴灌管生产时又要以l00 m/min的挤出速度把滴水器镶装到套管壁内,这就要求滴灌管生产装备非常精密。生产装备集高分子材料、光、机、电、自控等现代技术为一体,它的研制需要多种学科专业知识相结合,如机械、水利、材料、电子、农学等。为了更好地满足国内用户对喷灌管和微灌管生产设备的巨大需求,企业应与大学、科研院相结合,发挥产学研优势,开发出更高技术水平,更好技术性能,具有更多功能、价廉物美的喷灌管和微灌管生产机械。

5.板材成型设备的现状与技术水平分析

在板材成型设备中,以硬质PVC微发泡装饰板加工设备发展最迅速,技术也最为复杂,在此仅以此为典型进行剖析。

硬质PVC微发泡装饰板由于其密度小,内部有细微泡孔结构,表面类似于天然木材,因而又称"合成木材"。是一种新型化学建材。通过配方、工艺和模具的特殊处理,可生产多花色、多功能、多品种的产品。它仿木逼真,可像木材一样锯、钉、刨、胶粘,但在防水、防湿、防火、防虫、隔音性能等方面又优于木材,是一种十分理想的建筑装饰材料,可广泛用于天花板隔板、壁柜、商店店面、商品陈列布置材料:轮船、火车、飞机、汽车的内装饰材料:宾馆、办公室、住宅的室内墙面:广告业中用来制作各种层板、展台、标牌、公共标志物:家具业中用它制作家具、电脑桌、快餐桌:环保领域中用来制作化学防腐槽、通风管道等。据有关资料介绍,西方发达国家如意大利、奥地利,上述发泡板材产量占塑料制品的15%以上:2000年欧洲PVC微发泡制品的用量为16.8万t,美国为7.5万t,其每年用量还分别以7%和17%的速度递增。硬质PVC低发泡技术的研究在国外始于上世纪七十年代,八十年代实现工业化生产。法国Vigine Kuhlman公司开发的Caluka法(又称结皮发泡法)是低发泡技术的重大突破:九十年代推出共挤芯层发泡法,由于其加工设备稍加配置不仅可以生产自由发泡板材和内向发泡板材,而且还可扩展成其它芯层填充回收料和多层共挤出板材的加工设备,因此在近几年发展迅速,被认为是最有发展前景的成用技术。

在硬质PVC微发泡板材成型装备方面,欧洲主要以异向旋转平行和锥形双螺针挤出生产线为主,主要厂家有德国的巴登费尔德(Battenfeld)和克劳斯玛菲(Kmuss Maffia)公司、意大利的保山诺(Bausano)和阿姆特(Amut>公司。二十世纪九十年代初,我国鸡西、深圳、佛山、苏州、广州、杭州、上海、顺德、武汉等地分别引进硬质PVC低发泡板材生产线,具有30余条,形成4.5万t生产能力,其中一半左右是台湾制造,大部分采用自由发泡和Caluka法成型。国内一些大学和厂家也曾对硬质PVC微发泡机理、工艺配方以及成型装备进行了大量的研究,积累了不少经验。其核心技术是原材料的配方,发泡工艺的控制,流道的流动模拟和优化计算,冷却定型部件的研制以及生产线全线调控(包括各项工艺参数的采集、显示、储存以及反馈控制)。

6.挤出成型装备发展趋势与对策

挤出成型装备发展趋势本人所见有以下几点:

6.1高速、高产化

长期以来,作为挤出成型装备主要性能指标的"高速、高产',一直是挤出成型机发展的主要方向,高的产出与价格比不仅是企业家最为关心的,也是科技工作者梦寐以求的目标。以90单螺轩挤出机为例,从1961年它的的产量为90kg/h,到1995年提高到600kg/h,34年间产量整整翻了6.7倍:WP公司生产的ZSK MC型同向平行双螺杆挤出机从1995年到2001年的ZSK MV型,六年间螺杆转速从600r/min提高到l800r/min.产量相应提高了2.5倍。

挤出机高速、高产故然可使投资者以较低的投入获得较大的产出和高额的问报,但从技术角度看,随着挤出机螺轩转速高速化也带来了一系列需要克服的难点:如物料在螺杆内停留时间的减少导致物料混炼塑化不均,物料经受过度剪切造成物料急骤升温和热分解,挤出稳定性控制困难造成挤出物几何尺寸波动,相关的辅助装置和控制系统的精度必须提高,螺杆与机筒的磨损加剧,需要采用高耐磨及超高耐磨材质,减速器与轴承在高速运转的情况下如何提高其寿命等一系列问题......

6.2高效、多功能化

挤出机的高效性能主要体现在高产出、低能耗、低制造成本方面。去年10月在德国举办的"l5 International Trade Fair Platics Rubber',上展出的ZSK系列同向平行双螺杆挤出机单耗(即名义比功率)均小于0.1KWh/kg,而国内为0.15-0.l6KWh/kg:在功能方面,螺杆挤出机已不仅仅用于高分子材料的挤出成型和混炼加工,它的用途己拓宽到食品、饲料、电碳、电极、火炸药、建材、包装、纸浆、陶瓷等领域。此外,将混炼造粒与挤出成型工序合二为一的"一步法挤出工艺',也值得引起重视。"一步法挤出成型工艺在缩短工艺流程,节省能耗,减少设备投资和占地面积,减少操作人员等方面比传统的两步法工艺具有明显地优势。

6.3大型化和精密化

在挤出成型装备中,一般中、小型地通用机器我国均能生产。2000年我国挤出机的地产量已达7784台,其中同向平双844台,异向平双及锥双1255台,在进口1817台挤出成型机中绝大部分是大型的、精密的机器。因为实现挤出成型设备的大型化可以降低生产成本,这在大型双螺杆造粒机组、吹膜机组、管材挤出机组等方面优势更为明显。重点发展为国家重点建设服务的重大技术装备,大型乙烯工程配套的三大关键设备之一,大型挤压造粒机组长期一直依靠进口,因此必须加快国产化进程,满足石化工业发展需要。而精密化可以提高产品的含金量,如多层共挤复合薄膜等均需要精密挤出,而作为实现精密挤出的重要手段一一熔体齿轮泵必须加大力度进行开发研究。

6.4模块化和专业化

实行挤山成型装备生产的"模块?quot;、"专业化"己是大势所趋。"模块化"生产可以适应不同用户的特殊要求,缩短新产品的研发周期,争取更大的市场份额;而"专业化""生产可以将挤出成型装备的各个系统模块部件安排定点生产甚至进行全球采购,这对保证整机质量、降低成本、加速资金周转是有利的。在我国,挤出机的螺杆、机筒、减速器、加热冷却系统、润滑系统、上加料系统、控制系统均有定点工厂专业生产,这无疑是正确的。

6.5智能化和网络化

发达国家的挤出机己普遍采用现代电子和计算机控制技术,操作台设有荧光屏监测,对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度,各段机身温度,主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量,各种原料的配比,电机的电流电压等参数进行在线检测,并采用微机闭环控制。有的公司己采用网上远程演播、监测、诊断和控制,对挤出成型生产线进行网络控制。这对保证工艺条件的稳定,提高产品的精度是极为有利的。

7.对我国塑料挤出成型装备开发研究的几点建议

(1) 新型挤出混炼技术与装备的开发

目前国际上用于高分子材料共混改性的新型混炼装备机种主要有三大类,即同向平行双螺轩挤出机、往复移动式螺杆混炼机和串联式磨盘挤出机。其中中小型同向平行双螺轩挤出机国内己能生产,但万t级大型混炼挤压造粒机组全部依靠进口,2010年前我国用于该机种的引进外汇预计约需4.5亿美元。往复移动式螺杆、混炼机和串联式磨盘挤出机是制取高填充、高附加值高聚物合金的必要装置,在国内,它们的研制刚刚处于样机阶段,规格不多,品种不全,市场几乎全部为国外厂家垄断。

(2) 大口径管材挤出的异向平行双螺杆挤出机组、钢塑复合管材挤出机组和500mm以上大型双壁波纹管挤出成型机组以及特种塑料管材专用挤出机组的开发研究

(3) 复合挤出成型技术和装备的开发研究

最近,多层共挤的超宽土工膜、包装用拉伸拉幅平膜、建筑用复合瓦楞板、芯层发泡板材和管材的市场需求量很大,与此相关的成型技术和装备的开发研究必须引起足够的重视。

(4) 废弃塑料的回收和再生利用技术装备开发研究

塑料产品对自然环境造成的"白色污染",己影响我国国民经济的可持续发展,因此必须加强废弃塑料的回收和再生利用的研究工作,对那些回收困难或再生利用耗费过大的塑料产品应制成具有降解功能。

(5)对常规塑料加工设备进行更新换代、提高产量、效率和自控水平的研究

目前国外塑料异型材的挤出速度为4-8m/min、双向拉伸膜牵引速度为450m/min,而国内相应的速度则仅为1.5-2.5m/min和l20m/min.对现有设备进行更新换代的改造,投资少,可以起到四两拨千斤的作用。

(6) 加强CAD/CAE/CAM技术在塑料工业中的应用研究

该研究可使橡塑机械的设计从费时、费钱的经验设计,试车修改的模式提高到准确、快速、高精度的现代化水平,从而使我国的挤出成型装备制造业在激烈的国际竞争中取胜。

(7)在线检测及自动控制技术的研究

发达国家的数字、智能控制和激光测试及伺服系统技术已成熟,挤出机组可以实现全线联机控制,并与在线检测装置相连,根据采集和储存的信号实现反馈控制,保证了工艺条件的稳定,提高了产品的精度。此外电器元件的可靠性研究也不容忽视,国产设备故障率高的一个重要原因就是电控系统的可靠性太差。

(8)积极发展高效、节能、环保型挤出成型装置,限制发展生产能力过剩的长线产品,淘汰耗能、耗材高和污染环境严重的产品。以天然植物纤维和废弃塑料为主要原料的木塑复合制品挤出技术与装备的研究应予以足够重视,在PS、PE挤出发泡生产中限制使用氟利昂的设备,淘汰超薄型(小于0.015mm)塑料袋生产设备,鼓励发展废弃塑料回收处理和再利用以及降解塑料加工挤出装备的开发研究。 


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