全塑工業(yè)桶成型設(shè)備與技術(shù)進(jìn)展
時(shí)間:2005-07-01
全塑工業(yè)桶，是指用于工業(yè)品包裝的、容積大于50升的各種全塑容器。由于鋼板價(jià)格的不斷上漲，許多鋼桶用戶在保證用途的前提下，逐步轉(zhuǎn)向中空塑料容器（桶）。大規(guī)格塑料桶屬于綠色環(huán)保高科技產(chǎn)品，綜合性能優(yōu)異，具有廣闊的市場(chǎng)前景。截至2004年，國(guó)內(nèi)200L塑料桶產(chǎn)量超過(guò)300萬(wàn)只。
200L雙L全塑工業(yè)桶是隨著高分子樹脂材料的發(fā)展而在化工行業(yè)興起的一種包裝容器。它是用平均分子量在30萬(wàn)左右的高密度聚乙烯（HMWHDPE）（表1、表2是兩種常用的200L雙L全塑工業(yè)桶原料的技術(shù)指標(biāo)），經(jīng)大型擠出吹塑中空成型機(jī)吹制而成。
全塑工業(yè)桶可用于酸類、堿類、脂類等各種液（粘）態(tài)具有腐蝕性化工產(chǎn)品的包裝，由于其優(yōu)良的抗蝕性、高的強(qiáng)度、數(shù)倍于鐵桶的周轉(zhuǎn)次數(shù)及易回收性，倍受國(guó)際海運(yùn)界的重視。由于200L雙L全塑工業(yè)桶完全能滿足《國(guó)際海上危險(xiǎn)品貨物運(yùn)輸規(guī)則》中有關(guān)危險(xiǎn)品包裝容器的要求，在危險(xiǎn)物品運(yùn)輸中被愈來(lái)愈廣泛地使用。與此同時(shí)，一種新的產(chǎn)品——1000L IBC桶近幾年在國(guó)外快速增長(zhǎng)，據(jù)世界上最大的IBC容器生產(chǎn)廠家SOTRALENTZ的報(bào)告介紹，近幾年IBC容器在歐洲約以8%的速度增長(zhǎng)，而在美國(guó)IBC桶的增長(zhǎng)速度則達(dá)到25%。
全塑工業(yè)桶成型用中空機(jī)
200L雙L全塑工業(yè)桶所用原料是平均分子量在30萬(wàn)左右的高密度聚乙烯（HMWHDPE），熔體流動(dòng)速率MI（HLMI：190℃、21.6kg）2~6g/10min，原料特性及制品工藝特點(diǎn)決定了其成型設(shè)備的特點(diǎn)和要求。200L儲(chǔ)料式中空機(jī)在200L雙L全塑工業(yè)桶生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。能穩(wěn)定生產(chǎn)該桶的設(shè)備，國(guó)內(nèi)共計(jì)約45臺(tái)，其中秦川發(fā)展公司占32臺(tái)。
大型中空機(jī)一般包括：擠出機(jī)、機(jī)頭、合模裝置、吹脹裝置、制品取出裝置、液壓站、強(qiáng)弱電控制系統(tǒng)。一般的外輔設(shè)備尚包括：混送料系統(tǒng)、馀料粉碎回收系統(tǒng)等。按其擠出型坯的方式，大型中空機(jī)可分為儲(chǔ)料式和連續(xù)擠出式，而按型坯的結(jié)構(gòu)又可分為單層或多層。目前，國(guó)內(nèi)的200雙L全塑工業(yè)桶絕大多數(shù)采用單層儲(chǔ)料式中空機(jī)吹制。隨著技術(shù)發(fā)展及市場(chǎng)要求提高，此類設(shè)備將朝著高效、節(jié)能、提高產(chǎn)品品質(zhì)、功能齊全的方向發(fā)展。
擠出機(jī)
大型中空機(jī)所配置的擠出機(jī)，其加工的原料一般主要是HMWPE，若采用常規(guī)設(shè)計(jì)，則其塑化效率明顯不足。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的φ150/25擠出機(jī)在加工HMWPE粉料時(shí)，其塑化能力僅為250kg/h。在國(guó)外，尤其是在德國(guó)，許多大的中空機(jī)制造企業(yè)早已采用帶強(qiáng)迫喂料結(jié)構(gòu)、強(qiáng)制冷卻段結(jié)構(gòu)的單螺桿擠出機(jī)，被稱為IKV結(jié)構(gòu)。IKV結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)在相同長(zhǎng)徑比條件下，其塑化量較常規(guī)設(shè)計(jì)提高50%以上，且擠出量穩(wěn)定，加之合理的屏障段和混煉段設(shè)計(jì)，能獲得高的塑化質(zhì)量。表3列出了國(guó)內(nèi)外幾家公司的單螺桿擠出機(jī)的性能。
表3中擠出機(jī)的產(chǎn)量，均是在加工HMWPE，并且是70%的新料（粉料）與30%的粉碎料混合的條件下測(cè)得。從表中可見上述各擠出機(jī)的比流量均達(dá)到7~8(kg/h)/(r/min)，而名義比功率均在0.3(KW/(kh/h))，屬于高效節(jié)能的擠出機(jī)，極適宜在大型中空機(jī)上使用。IKV型擠出機(jī)在使用時(shí)有比較嚴(yán)格的要求，尤其是強(qiáng)制冷卻段的溫度對(duì)擠出量有明顯影響，過(guò)去都采用手動(dòng)調(diào)節(jié)，在國(guó)外較新的機(jī)器上已開始采用自動(dòng)的比例調(diào)節(jié)。實(shí)際上IKV型擠出技術(shù)在國(guó)外已使用多年，但此項(xiàng)技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)尚未得到很好的采用，應(yīng)引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。
儲(chǔ)料式機(jī)頭
儲(chǔ)料式機(jī)頭的流道主要有3種形式：?jiǎn)螌有男桶j(luò)流道、雙層心形包絡(luò)流道和螺旋流道。
早期的中空機(jī)機(jī)頭較多采用單層心形包絡(luò)流道，這主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)對(duì)成型制品要求不高。隨著用戶對(duì)容器質(zhì)量要求不斷提高，尤其在大型容器方面，因?yàn)槿酆峡p的強(qiáng)度問(wèn)題，單層心形包絡(luò)就顯出弱點(diǎn)，轉(zhuǎn)而出現(xiàn)了雙層心形包絡(luò)和螺旋流道設(shè)計(jì)。如果是單層心形包絡(luò)流道，擠出的型坯圓周上存在明顯的熔合縫區(qū)，而在雙層心形包絡(luò)流道擠出的型坯被完整的熔料層所覆蓋，因此熔合縫區(qū)的強(qiáng)度得以提高。目前德國(guó)、北美主要公司生產(chǎn)的大型儲(chǔ)料式中空機(jī)基本采用了雙層心形包絡(luò)流道。
德國(guó) Mauser公司在中國(guó)推出雙層儲(chǔ)料式中空機(jī)，用于制造雙層200L雙L全塑工業(yè)桶。這種機(jī)頭采用雙層螺旋流道，內(nèi)外層分別有兩臺(tái)擠出機(jī)供料，并同時(shí)儲(chǔ)料。由于制品的內(nèi)層不用著色，在市場(chǎng)上非常有競(jìng)爭(zhēng)力，有逐步替代單層200L全塑工業(yè)桶的趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有兩臺(tái)進(jìn)口德國(guó)雙層200L中空機(jī)，其雙層L桶產(chǎn)品已被市場(chǎng)認(rèn)可和接受，產(chǎn)品銷售情況很好。
對(duì)儲(chǔ)料式中空機(jī)機(jī)頭來(lái)講，衡量其水平的一個(gè)重要方面是其換色（換料）的速度。對(duì)于使用者來(lái)講，希望是更換速度越快越好。但實(shí)際上是很難的。一個(gè)好的機(jī)頭設(shè)計(jì)其換色時(shí)間往往仍需幾個(gè)小時(shí)，因此除了在設(shè)計(jì)流道時(shí)充分注意，減少滯留區(qū)外，也出現(xiàn)過(guò)某些采用輔助動(dòng)作的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，如日本的布拉格公司在上世紀(jì)80年代就采用了旋轉(zhuǎn)流道套的方法來(lái)消除滯留區(qū)的影響，提高換色速度。但其帶來(lái)的問(wèn)題是機(jī)頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高和零件壽命降低。近幾年，又出現(xiàn)一種采用液壓提升流道，實(shí)現(xiàn)外部人工清理，用以加速換色的方法，該方法首見于美國(guó)的格來(lái)漢姆（GRAHAM）公司。由于其帶來(lái)機(jī)頭結(jié)構(gòu)龐大、制造、裝配精度要求高、實(shí)際清理時(shí)工人的勞動(dòng)環(huán)境差等問(wèn)題，并未見有其它公司效仿。從總的情況來(lái)看，許多有名的公司在解決換色問(wèn)題時(shí)，主要還是采取好的流道設(shè)計(jì)。
合模裝置
大型中空成型機(jī)的合模裝置，近年來(lái)的主要變化是進(jìn)一步向節(jié)能化發(fā)展。早期的合模裝置大都采用四板液壓直動(dòng)式，能耗較大。以后發(fā)展為液壓節(jié)能型合模裝置，即現(xiàn)在使用較廣泛的四拉桿三板聯(lián)動(dòng)式。過(guò)去十年，市場(chǎng)上的大型中空機(jī)的合模裝置，無(wú)論其外部形狀如何，實(shí)質(zhì)上幾乎都可歸入到三板聯(lián)動(dòng)式，它的主要特點(diǎn)是將快速移模缸與增壓缸分開，用較小的油缸推動(dòng)三塊模板的聯(lián)動(dòng)快移，在較小油泵站的條件下獲得更高的移模速度。早期的三板聯(lián)動(dòng)式合模裝置的一個(gè)主要缺點(diǎn)是必然帶有2~4根拉桿，使裝?？臻g受到一定限制。
近年來(lái)，大型中空機(jī)的合模裝置逐步趨向于采用兩板銷鎖式機(jī)構(gòu)，貝克姆（Bekum）公司生產(chǎn)的1000L及500L（6層）中空機(jī)均采用了這種合模裝置，類似的裝置也為UNILOY等公司所用。該裝置的移模運(yùn)動(dòng)由油缸或伺服電機(jī)通過(guò)滾珠絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)付采用了滾柱直線導(dǎo)軌，具有剛性高，運(yùn)動(dòng)精度高，運(yùn)動(dòng)輕快的特點(diǎn)，實(shí)際上是把機(jī)床制造技術(shù)向塑機(jī)制造方面的移植。這種兩板式合模裝置的合模力是由兩對(duì)或三對(duì)位置可調(diào)的銷鎖缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。
為了方便模具安裝，這些銷鎖缸可以簡(jiǎn)單地從模板上取下來(lái)，并通過(guò)沿軸向的調(diào)整來(lái)適應(yīng)不同的模具厚度。與此相類似的還有一種被稱為“胡氏機(jī)構(gòu)”的鎖模裝置，它的原理同銷鎖式機(jī)構(gòu)基本相同，只是可以用在要求鎖模力更大的合模機(jī)構(gòu)上。
另外，合模裝置液壓控制方面，一般都采用比例液壓閥，精確地控制合模速度，有利于制品的成型。
型坯壁厚控制
中空機(jī)機(jī)頭的型坯壁厚控制是中空成型的關(guān)鍵技術(shù)之一，其作用在全塑工業(yè)桶成型方面尤其顯著。型坯壁厚控制分為軸向控制（AWDS）和徑向控制（PWDS）兩種形式。目前的大型中空機(jī)一般都具有軸向型坯控制功能，其控制點(diǎn)從24點(diǎn)到256點(diǎn)不等。軸向壁厚控制的作用是使得注出的料坯根據(jù)制品不同的吹脹比沿軸向獲得不同的厚度，從而保證最終制品有比較均勻的壁厚分布，它是通過(guò)使芯模根據(jù)預(yù)設(shè)位置作軸向運(yùn)動(dòng)而改變模頭的開口量來(lái)達(dá)到改變坯厚的目的。
型坯壁厚控制的兩種形式：AWDS和PWDS
軸向壁厚控制雖能改善制品的壁厚分布，但由于其排出的型坯在水平截面內(nèi)仍呈等厚圓形，對(duì)部分在某一對(duì)稱方向有較大拉伸要求的制品則顯得仍不是最佳，因此便產(chǎn)生了徑向壁厚控制技術(shù)。徑向控制技術(shù)可以使擠出的型坯在某要求的區(qū)段內(nèi)呈非圓截面的變化。
軸向壁厚控制與徑向壁厚控制的聯(lián)合作用，可獲得最佳的型坯，亦可獲得更為理想的制品壁厚分布。
徑向壁厚控制技術(shù)發(fā)展到今天，基本上形成了兩種典型的設(shè)計(jì)，一種被稱為撓性環(huán)式，一種為口緣修形式。撓性環(huán)式是通過(guò)電液伺服控制薄壁撓性環(huán)在一個(gè)方向或兩個(gè)對(duì)稱方向上的變形來(lái)改變擠出型坯的厚度。它的特點(diǎn)是無(wú)論吹制什麼形狀的制品，只要其口模直徑不變，則徑向控制都能發(fā)揮作用。該結(jié)構(gòu)存在的主要問(wèn)題是撓性環(huán)的疲勞壽命有限，且更換制作一付新的撓性環(huán)價(jià)格昂貴?？诰壭扌问绞强啃扌慰诃h(huán)的上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)型坯壁厚的改變。與撓性環(huán)結(jié)構(gòu)相比，其最大的優(yōu)點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)。而且一旦需要更換，有基本的機(jī)加能力的工廠即可承擔(dān)。在有的設(shè)計(jì)中，口環(huán)的修緣部分被做成活塊嵌入式，方便更換，并減少更換時(shí)的成本。
徑向壁厚控制技術(shù)對(duì)于提高大型中空制品的質(zhì)量無(wú)疑是一個(gè)有效的方法，同時(shí)還能減輕制品的質(zhì)量。以200L雙L全塑工業(yè)桶容器為例，至少可節(jié)省5%~10%的原料，其效益可觀。但是加一套大型的徑向壁厚控制裝置的附加費(fèi)用也是較高的，以SIG公司的報(bào)價(jià)為例，配一套帶兩個(gè)伺服油缸的Φ220mm直徑撓性環(huán)式徑向控制器，其報(bào)價(jià)為20馀萬(wàn)德國(guó)馬克。正是由于這種高昂的費(fèi)用，限制了用戶廣泛的選用徑向壁厚控制器，尤其是大型中空機(jī)的用戶。對(duì)于1000L以上的中空機(jī)，由于制造上的困難，設(shè)備制造廠家一般也不提供徑向壁厚控制裝置的設(shè)備選項(xiàng)。
作為一種替代，許多用戶為了彌補(bǔ)缺少?gòu)较蚩刂蒲b置的不足，采取了一種簡(jiǎn)單但也是行之有效的方法，即芯模修形法。其具體作法是在具有軸向壁厚控制功能的機(jī)頭上，對(duì)其芯模的特定位置進(jìn)行修形，從而在軸向控制的同時(shí)，近似獲得在徑向上壁厚的非圓變化量。
其它應(yīng)用
大型中空機(jī)還可用于其它產(chǎn)品的生產(chǎn)。近年來(lái)，中國(guó)汽車工業(yè)飛速發(fā)展，全塑汽車燃油箱也成為大型中空成型機(jī)的重要市場(chǎng)，但由于材料與應(yīng)用領(lǐng)域的不同，汽車燃油箱較多采用多層共擠中空機(jī)成型。使用儲(chǔ)料式中空成型機(jī)的產(chǎn)品還有很多，如用于戶外的中空桌椅；各種貨物用中空周轉(zhuǎn)箱；高速公路中間隔離板；汽車上的一些零件，如座椅、通風(fēng)管、擾流板、塑料燃油箱加油管等。但是，如對(duì)燃油箱阻滲性有要求，則塑料燃油箱加油管也有用多層共擠中空機(jī)成型。揚(yáng)州亞普汽車塑料件有限公司就進(jìn)口了一臺(tái)SIG小型多層共擠中空機(jī)制作塑料燃油箱加油管。
