塑料滚塑成型应用与发展.pdf

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1、个人资料整理仅限学习使用 1 / 12 郑州轻院轻工职业学院 毕业设计 ,亦称旋转成型 (RM 、旋转成型、旋转模 塑、旋转铸塑、回转成型等. 滚塑成型工艺是先将塑料原料加入模具中, 然后模具沿两垂直轴 不断旋转并使之加热 , 使模内地塑料原料在重力和热能地作用下, 逐渐均匀地涂布、熔融粘附 于模腔地整个表面上 , 成型为所需要地形状 , 再经冷却定型、脱模 , 最后获得制品 .p1EanqFDPw 关键字 滚塑/ 儿童玩具 / 汽车塑料件 / 工程塑料制品 / 非标异型中空塑料制品 风机外壳电动车外壳 目录 引言2 1. 滚塑成型地应用1 个人资料整理仅限学习使用 2 / 12 1.1 实际

2、应用1 1.1.1 容器类滚塑制件1 1.1.2 交通工具用滚塑制件1 1.1.3 体育器材、玩具、工艺品类滚塑制件1 1.1.4 各类大型或非标类滚塑制件1 1.2 滚塑成型工艺地应用 2 1.2.1 热稳定性3 1.2.3 良好地冲击强度3 1.2.4 应力3 1.2.5 强度3 1.2.6 伸长率3 1.2.7 传热性3 2. 生产过程4 2.1 工艺流程 4 3. 滚塑成型适用材料 5 4. 滚塑市场及发展趋势滚5 4.1 设备6 4.2 原料6 4.3 人才 7 4.4 滚塑成型和制品优缺点 7 4.4.1滚塑成型优点7 4.4.2滚塑成型缺点 7 4.5 滚塑制品和市场7 4.5.

3、1世界滚塑工业和原料消费量7 4.5.2滚塑成型制品和市场8 5. 结语 10 6. 致谢 11 7. 参考文献12 个人资料整理仅限学习使用 1 / 12 1. 滚塑成型地应用 1.1 实际应用 滚塑制品可应用于交通工具、交通安全设施、娱乐业、江河航道疏浚、建筑业、水处理、 医药食品、电子、化工、水产养殖、纺织印染等行业.DXDiTa9E3d 1.1.1容器类滚塑制件 这类塑料制件广泛用于储存和供料箱, 贮水槽、各种工业用化学品储存和运输容器, 如 酸、碱、盐、化学肥料、农药贮槽, 化工企业、工业涂装、稀土制取中地洗槽、反应罐、 周转箱、垃圾箱、化粪池、生活水箱等等.RTCrpUDGiT 1

4、.1.2交通工具用滚塑制件 主要是应用聚乙烯和聚氯乙烯糊树脂, 滚塑各种汽车用件, 如空调弯管、旋涡管、靠背、 扶手、油箱、挡泥板、门框和变速杆盖、蓄电池壳体, 雪上汽车和摩托地燃料箱、飞机油 箱、游艇及其水箱、小船以及船和船坞之间地缓冲吸震器等.5PCzVD7HxA 1.1.3体育器材、玩具、工艺品类滚塑制件 主要有聚氯乙烯糊滚塑地各种制件, 如水球、浮球、小游泳池、娱乐艇及其水箱、自 行车座垫、滚塑码垛盘、冲浪板等等. 玩具如小马、洋娃娃、玩具砂箱、时装模特模型、 工艺品等 .jLBHrnAILg 1.1.4各类大型或非标类滚塑制件 搁物架、机器外壳、防护罩、灯罩、农用喷雾器、家具、独木舟

5、、野营车辆顶篷、运 动场装置、种植机、浴室、厕所、电话间、广告展示牌、椅子、公路隔离墩、交通锥、河 海浮标、防撞桶以及建筑施工屏障等等.xHAQX74J0X 从物品地层次看 , 滚塑制品已经从普通地民用品向关键工业品发展, 其功能也从单一地 容器性能向结构性能转变. 随着滚塑设备及模具地发展, 滚塑制品地结构复杂程度已经发展 到超乎想象地地步, 甚至可以说注塑、吹塑、挤塑等工艺无法完成地制品, 完全可以通过滚 塑来完成 , 制品地几何尺寸已经完全能做到从0.5L到 50M3.如果没有受到运输条件地限制, 甚至可以做到更大. 从产品地分类看 , 大致可分为圆柱形水箱,单位为 g10min. 工业

6、上最 常用地滚塑用聚乙烯地MFR 为 28g10min(2.16kg,190下, 结构复杂和细节丰富地滚塑 制品要求材料有较高地熔体流动速率.kavU42VRUs 1.2.3 良好地冲击强度 .这是能否作为低温用滚塑制品判别最常用指标, 通常要求材料在低 至-40下仍保持良好地抗冲击性能.y6v3ALoS89 1.2.4 应力.耐环境应力开裂 (ESCR是材料长期耐与应力开裂介质接触地能力, 按照通用地 测试方法 , 认为可以接受地材料ESCR值一般应超过 1000h.M2ub6vSTnP 1.2.5强度.足够弯曲强度和拉伸强度, 聚乙烯强度相对低 , 而尼龙和聚碳酸酯等工程塑料 具有较高地强

7、度 . 1.2.6 伸长率.折断(failure伸长率应高 , 以符合大部分地应用要求. 1.2.7 传热性.必须有优良地流动性和良好地传热性, 使材料在成型加热过程中均匀和快速 分散开 , 不良地流动性将严重影响成型部件地最终外观.0YujCfmUCw 最近已研究了材料流变行为和热性能对烧结过程和脱除聚合物中气泡地影响, 这种开发技术是 在成型前评价材料方法上取得地重大进展, 由此得到地结论表明 , 熔体流变行为和表面张力在 材料致密化初期起主要作用, 而在致密化后期 , 拦阻气泡中气体地扩散是十分重要地. 象线型低 密度聚乙烯这样地材料随着粘度降低而熔融速度减慢, 这样在粒子相邻地周围形成

8、三维粒子网, 拦截大量气体 . 低粘度材料趋向于快速熔融, 拦截气体少 , 因而致密化快 .eUts8ZQVRd 大部分滚塑成型树脂是粉料, 粒子尺寸 35目(742000um, 材料另一种状态是液体, 一些 高流动性树脂 , 如尼龙 , 成型时要用小粒料 .sQsAEJkW5T 表1-1 部分滚塑材料性能及滚塑样品地力学性能 个人资料整理仅限学习使用 4 / 12 工程LLDPE PP PP/ PE 共聚 - 1 PP/ PE 共聚 - 2 EBA PC PVC 熔体流动速率 _ _ 12.4 14.8 17 _ _ 零剪切粘度 ( Pa.s ,190 2961 503 2654 1639

9、3179 68000 4885 T m或T g ( 122 160 164 165 98 149(Tg 120 ( T g 174 ( Tm 结晶度 ( %44.2 58.9 47.6 40.8 10.4 _ _ 拉伸强度 , MPa24.038 31.823 24.719 18.098 10.325 47.633 15.067 断裂伸长率 , %1271.5 14.6 19.3 35.4 988 47.8 518 数据来源： 1999 年中国包装工业 2.生产过程 滚塑成型地基本加工过程很简单, 就是将粉末状或液状聚合物放在模具里, 加热同时围绕 两个垂直轴旋转 装料 . 将经过预先计量地塑

10、料材料装入模腔内, 模具安装在一条转臂上, 转臂能在双 轴方向上 转动模具 . 然后转台合上模具 , 转动模具到加热箱中 , 并同时在两个方向上转动模具, 将塑 料材料均匀分布在模腔内表面上.TIrRGchYzg ( 2 加热. 加热箱提供地热量熔合 (或烧结 塑料材料成模腔具有形状 . ( 3 冷却. 随着不停地转动 , 模具被移入冷却室 , 在那里对模具和塑料制品进行冷却. ( 4 开模. 转台将模具移动到开模位置, 取出最终制品 . 然后, 重复上述过程加工下一个制 品. 个人资料整理仅限学习使用 5 / 12 滚塑工艺流程 3. 滚塑成型适用材料 适用于塑料加工地聚合物中, 能容易滚塑

11、成型地材料是相当有限地, 有以下两个主要原因：95% , 聚氯乙烯 3%, 尼龙(尼龙 6、尼龙 66、尼龙 11、尼龙 12、纤维素树脂、环氧树脂、离子型 聚合物、酚醛树脂、聚丁烯、聚酯、聚酯弹性体、聚苯乙烯、抗冲聚苯乙烯、聚氨酯、有机 硅聚合物 .zvpgeqJ1hk 不同来源数据略有差异 , 根据美国塑料工程师协会(SPE主办地 2005年美国滚塑会议论文提 供地数据 , 2002年滚塑用树脂占有份额分别为：聚乙烯93.3%, 聚氯乙烯 3.2%, 尼龙 0.5%, 聚 碳酸酯 0.2%, 含氟聚合物 0.1%, 其他塑料 0.1%. 最近报道称 , 聚乙烯占全球滚塑材料地95% 左 右

12、.NrpoJac3v1 聚乙烯具有容易滚塑成型、良好地热稳定性和成本低等综合优势, 因此一直在滚塑制品市场中, 占绝对主导地位 , 特别是最近聚合采用单中心催化剂, 进一步开发出适用于滚塑成型、容易加 工和刚性高地聚乙烯牌号, 零剪切熔体粘度低 , 成型时间 (周期 短, 推动和促进了滚塑工业进 展.1nowfTG4KI 4. 滚塑市场及发展趋势滚 滚塑成型 ( rotational molding 或 rotomolding, 亦称旋转成型 ( RM、旋转成型、旋转模塑、 旋转铸塑、回转成型等. 滚塑成型工艺是先将塑料原料加入模具中, 然后模具沿两垂直轴不断 旋转并使之加热 , 使模内地塑料

13、原料在重力和热能地作用下, 逐渐均匀地涂布、熔融粘附于模 个人资料整理仅限学习使用 6 / 12 腔地整个表面上 , 成型为所需要地形状 , 再经冷却定型、脱模 , 最后获得制品 .fjnFLDa5Zo 4.1 设备 滚塑成型是依靠模具高速旋转地离心力, 使原料均匀分布在模具内壁, 为常压成型 , 因 而制品残余应力低, 不会产生翘曲等缺陷, 而且模具也可大大简化, 从而显著降低制造成本, 成为生产中型、大型或超大型全封闭与半封闭空心无缝容器最具竞争力地方法. tfnNhnE6e5 滚塑成型方法最大地优点是模具简单, 成本低廉 . 它用得最多地是生产大型中空制品, 但相应需要较大型生产设备和设

14、计合理地模具. 滚塑成型必须要保证其在旋转过程中模具 各部位地受热均匀, 这一技术难点恰恰是国产设备与国外设备差距最大地地方. 尤其是在一 些大型滚塑制品生产过程中, 受热不匀往往导致产品局部收缩不同, 冲击强度减弱 , 使成品 质量大打折扣 . 在模具设计方面 , 尽管滚塑由于压力小而对模具压力要求较低, 但为了保证 原料良好地流动性, 模具设计需要合理简洁, 而国内塑料模具设计水平往往难以让人满意. 由于这些原因 , 中国滚塑制品企业地生产设备和模具80% 以上从国外引进 , 这加大了中国滚 塑制品地生产成本, 使滚塑设备成本低地优点难以显现, 影响了中国滚塑工艺地应用发 展.HbmVN7

15、77sL 滚塑设备一般由下边几个系统组成：旋转系统、传动系统、加热系统和冷却系统. 旋转系统由臂杆、支座及模具支架组成,此系统使模具保持双轴向旋转.传动系统是由电动 机驱动 ,包括齿轮、链条和轴 .产品壁厚地均匀性取决于主副轴速比.大部分对称性制品 ,主轴转 速为 1012 转/分:.为使制品壁厚均匀 ,内壁光滑 ,一般不设主副轴转速为整数,这样物料每次地 螺旋迹线就不会重复 .加热系统 ,热空气对流式是应用最广泛地方法.热液体传导式 (喷射到模具 上地是一种无机盐 ,该法传热均匀而迅速 .另外还有红外加热及开放式气体火焰加热法.冷却系 统包括冷箱、鼓风机和喷水装置.V7l4jRB8Hs 图滚

16、塑成型装置简图 4.2 原料 与其他成型方法相比 , 滚塑更适合成型无接缝大型塑料制品. 滚塑成型使用粉状颗粒原料, 是粉末塑料成型工艺中极有竞争力地成型方法. 但同时 , 它对粉料地颗粒大小、表面光洁度都 有较高要求 , 同时要求原料具有极好地流动性和热稳定性. 目前 90地滚塑制品是使用滚塑专 用聚乙烯原料生产 , 而国内能生产滚塑专用料地厂商很少, 目前主要依靠进口 .83lcPA59W9 个人资料整理仅限学习使用 7 / 12 目前, 全球滚塑用树脂消耗量已占树脂总产量地89, 而我国不足 1, 这表明我国 滚塑专用料地增长空间十分巨大. 因此, 提高滚塑专用料产量 , 增加产品品种

17、, 既是摆在广大石 化企业面前地严峻课题 , 也是很好地发展机遇 .mZkklkzaaP 4.3 人才 滚塑成型非常适合生产小批量、多品种、多颜色大型中空塑料制品, 如体育用品、公路护 栏, 用于公园艺术设计地发光球体、船和流动码头、真空清洁器和其他各种有价值地消费品. 它属于附加值较高地加工工艺, 在当今塑料制品少量多样化发展趋势下, 其发展前景更为看 好.AVktR43bpw 但是, 我国滚塑行业专业人才却非常少, 与从事注塑、挤出等工艺研究地专业人员相比, 从 事滚塑工艺研究地人才难寻. 目前我国滚塑人才基本都是在各个企业靠自行摸索研究而成长起 来地, 数量不多 , 而且滚塑理论研究基本

18、处于空白, 这对行业地长远发展是十分不利地. 另外, 人 才地缺乏 , 也使滚塑行业整体水平难以提高, 已经成为我国滚塑业发展地软肋.ORjBnOwcEd 4.4 滚塑成型和制品优缺点 滚塑成型和制品优缺点与其应用和市场密切相关, 是考虑选用滚塑成型地出发点和依 据, 也是扩大应用、开发市场地重要参考. 最终制品地大小、结构复杂性、表面质量、要生 产地制品数量和适当地生产速度等是选择加工成型方法地影响因素.2MiJTy0dTT 4.4.1滚塑成型优点 滚塑成型优点为：( 1可制得结构复杂地中空成型制品, 设计自由度大； ( 2最终制品 残留应力小； ( 3模具价格便宜、制作周期短, 适合多品种

19、、小批量生产；( 4与吹塑成型 比, 制品壁厚均匀 , 拐角处壁厚度大；( 5容易切换原料和颜色, 也有利于多品种、小批量生 产； ( 6有可能实现废料少地加工成型, 有利于环境； (7能同时成型不同形状和颜色地制 品, 精细化制定生产计划；( 8容易成型含发泡层地多层制品,( 9能成型有图形地高性能制 品； ( 10容易成型具有大理石和纹理丰富外观表面地制品.gIiSpiue7A 另外 , 滚塑成型容易调整加工部件壁厚, 仅需改变加入模具中物料质量, 不需更改模具 , 制品壁厚度范围宽, 125mm 或更大 , 加工成型时可加入图案和嵌件( 金属或非金 属.uEh0U1Yfmh 4.4.2滚

20、塑成型缺点 滚塑加工工艺决定了它有以下缺点：(1 成型周期长； (2 成型时需要多个能源；(3 一般难以成型面积大平表面地制品；(4 与模具不接触地最终制品内表面平滑度差；(5 用 量最大地聚乙烯成型冷却后收缩率大, 尺寸稳定性差 . IAg9qLsgBX 4.5 滚塑制品和市场 4.5.1世界滚塑工业和原料消费量 滚塑工业是相对年轻地工业, 最早起始于 20 世纪 50年代末 PVC( 聚氯乙烯 糊塑料滚塑成 型, 目前全世界已有相当数量地滚塑加工厂, 是一个已几乎进入所有应用领域地塑料工业中地 个人资料整理仅限学习使用 8 / 12 一个小分支工业, 是充满生气和社会需求增长速率高于塑料工

21、业总体平均增长率地新兴工 业.WwghWvVhPE 日本五十岚敏郎据国际咨询家P.Nugent 在欧洲第三届滚塑会议上提供地资料为基础 而整理地数据 , 包括世界和各地滚塑加工厂、年原料( 树脂配混料 用量、人平均年消费原 料量和今后发展预计, 亚洲滚塑加工厂最多, 大多为加工量小地小规模加工厂, 按滚塑用树 脂配混料消费量大小依次排序地地区为：北美, 西欧 , 亚洲. 人均滚塑用原料消费最大地地 区为澳大利亚和新西兰, 人均年消费量为1.95kg, 以下依次为北美0.82kg, 西欧 0.45kg, 而 包括东欧在内地所有其他地区均小于0.1kg, 日本也仅为 0.07kg , 属于滚塑成型

22、不发达地区. 预计未来增长最快地地区则为亚洲、东欧和俄罗斯. 世界滚塑用原料年消费量为 899kt. asfpsfpi4k 根据 P.Nugent 提供地最新数据 , 目前全球约有2000 家滚塑加工厂 , 每年树脂用量 1000kt, 约占世界塑料总用量地0.7%. ooeyYZTjj1 关于滚塑用原料报道不多, 英国 Bristol 著名地世界塑料工业咨询、研究和分析服务公 司 AMI(Applied Market Information公司称 , 要定量报道欧洲滚塑工业不是一件容易地任 务, 该研究集团公司2006 年发表综述：英国引领滚塑市场, 报道称欧洲每年滚塑成型 约 250kt

23、聚合物 , 约有 315 家滚塑加工厂 , 大多数 ( 200 多家 为私人企业 , 而 P.Nugent 估计 欧洲有 450 家左右滚塑加工厂. 英国和意大利是欧洲滚塑成型传统代表国家, 分别占欧洲滚 塑成型用塑料用量地19%和 16%, 分别有 80 家和 78 家滚塑加工厂 . 欧洲其他国家滚塑用塑 料用量按大小依次为：法国13%, 德国 11%, 比利时 6%, 西班牙 5%, 斯堪地纳维亚国家9%. 与其他塑料加工方法一致, 欧洲滚塑加工成型也向包括中欧地东方转移, 现在中欧滚塑用塑 料量占欧洲总量地5%, 波兰有 22 家滚塑加工厂 .BkeGuInkxI 4.5.2滚塑成型制品

24、和市场 如上所述 , 没有关于世界滚塑工业总地统计资料, 世界各地消费和应用结构有差异. (1与北美比 , 欧洲汽车和工业用滚塑制品占总市场中比例高, 园林和道路应用比例高, 而玩具、娱乐方面应用少；(2日本以罐、桶和容器为主要应用制品, 占总量大部分 , 而玩 具、汽车和其他工业用占有比例均低于北美和西欧.PgdO0sRlMo AMI 报告中分析指出 , 欧洲市场中英国鼓励小批量生产大型储罐采用滚塑成型法, 故一 直在欧洲居领先地位, 法国和德国滚塑消费聚合物量低于英国和意大利地原因是大型储罐 生产不采用滚塑成型法, 德国历史上一直强调制品生产速度, 因而采用吹塑成型法, 比利时 和斯堪地那

25、维亚国家分别占有欧洲6% 和 9% 消费份额 , 这是由于都有强劲地海上和船用应用 领域地需求 , 这也是滚塑成型传统地一个有规模地市场, 西班牙则是个制品设计活跃地国家, 因而滚塑工业得到较好地发展, 在欧洲中占有地比例接近比利时. 意大利滚塑设备生产厂 Persico 公司销售经理Sergio Zilioli称, 水罐和化工应用罐是意大利用量最大地滚塑制品, 约占意大利滚塑用聚乙烯消费量( 45 kt 地 25%, 其次为花箱 , 占 16%, 城市设施占 10%. 3cdXwckm15 在柏林举行地滚塑企业联合会(ARMO 上, P.Nugent 提出了许多未来滚塑产品发展机 会和应用领

26、域 , 有水储罐 , 废水处理设施、雨棚和食品生产相关用品, 取代木质托盘也被认 为是一个重要领域. 滚塑制品可回收性好, 因此滚塑工业是“绿色行业”.h8c52WOngM 个人资料整理仅限学习使用 9 / 12 大多数工业制品应用都分为初期进入期、成长期、成熟期和衰退期几个阶段, 以滚塑 制品用量最大地储罐和未来主要发展方向地工业应用为例看滚塑地未来前景和动向, 北美 和西欧地储罐应用已接近成熟期, 而澳大利亚、非洲和亚洲等国家和地区则是处于成长期 或刚进入成长期 . 而关于工业应用 , 北美和西欧才进入成长期, 亚洲等其他地区均处于初期 进入期 , 预计未来滚塑制品在清洁饮用水储罐系统上有

27、较大市场增长发展空间.v4bdyGious 结语 滚塑成型是塑料加工工艺中历史相对短、目前总体规模小地加工成型方法, 滚塑工业 已成为塑料工业中有活力地分支工业. 现在滚塑成型用塑料用量占世界塑料总用量地0.7% 左右 , 总量约 1000kt, 经济和成本仍是其发展制约因素, 滚塑成型加工方法特点限制了可用 塑料 ( 树脂及树脂配混料种类和范围 . 聚乙烯一直主导和控制滚塑用原料市场, 占有份额高 达 95%左右 . 滚塑成型适于生产结构复杂和大型中空容器类制品, 与其他中空成型方法比, 具有设计自由度大、最终制品壁厚均匀、拐角厚度大和残余应力小、模具成本低、容易切 换和制作快等优点, 是多

28、品种、小批量生产加工方法地最佳选择. 各种罐、桶是滚塑成型用 量最大地最终制品. 在汽车和其他工业上应用处于起步阶段, 以聚乙烯为原料地清洁饮用水 储罐应用前景看好. J0bm4qMpJ9 欧美和日本应用结构不全相同, 北美和西欧滚塑成型和应用处于领先地位, 亚洲、非洲 和东欧等地有巨大潜在市场空间. 预计通过优化最终制品设计, 开发新应用领域和利用滚塑 成型设备地进展 , 设计自由度大地滚塑成型制品将进入更多应用行业, 满足市场需 求.XVauA9grYP 致谢 本研究及学位论文是在我地导师李振平老师地亲切关怀和悉心指导下完成地. 他严肃地科 学态度 , 严谨地治学精神 , 精益求精地工作作

29、风 , 深深地感染和激励着我 . 李老师不仅在学业上 给我以精心指导 , 同时还在思想、生活上给我以无微不至地关怀, 在此谨向李老师致以诚挚地 谢意和崇高地敬意 . 我还要感谢在一起愉快地度过毕业论文小组地同学们, 正是由于你们地帮 助和支持 , 我才能克服一个一个地困难和疑惑, 直至本文地顺利完成 .bR9C6TJscw 在论文即将完成之际 , 我地心情无法平静 , 从开始进入课题到论文地顺利完成, 有多少可敬地师 长、同学、朋友给了我无言地帮助, 在这里请接受我诚挚地谢意! 最后我还要感谢养育我长大 含辛茹苦地父母 , 谢谢你们 !pN9LBDdtrd 最后, 再次对关心、帮助我地老师和同学表示衷心地感 参考文献 ：71 ： 34 36DJ8T7nHuGT ：7476 ：3839 ：69 29 30QF81D7bvUA 10）孙鲁西橡塑技术与装备 2008 第 2 期 - 维普资讯网 11）翁子懋化工设备与管道 2000 第 5 期