我國PET瓶坯注塑設備的現狀及發(fā)展方向
2018-05-14 人閱讀
我國PET瓶坯注塑設備隨著(zhù)碳酸飲料的灌裝而發(fā)展的，隨著(zhù)PET瓶應用范圍的擴大，對PET瓶坯注塑設備提出了更高的性能要求。國際上性能優(yōu)良的PET瓶坯注塑設備不斷進(jìn)入我國，推動(dòng)了我國PET瓶的發(fā)展，推動(dòng)了我國PET瓶坯注塑設備的科技進(jìn)步。但是我們應當清醒地看到，國產(chǎn)的PET瓶坯塑料成型設備進(jìn)不了大企業(yè)，好似散兵游勇在市場(chǎng)上零七八碎地敲打，成不了氣候。本文，作者根據自己所了解的情況，針對以上一些問(wèn)題，提出一些見(jiàn)解，供參考。
PET瓶坯注塑設備主要關(guān)系到兩個(gè)方面：瓶坯注塑機，瓶坯模具。
1 PET瓶坯注塑機科技進(jìn)步中幾個(gè)值得重視的問(wèn)題
國內PET瓶坯注塑機主要研發(fā)單層PET瓶坯的注射成型設備。國內雖研發(fā)了有一定量的PET注射成型設備，但其質(zhì)量及技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平相比，至少相差二十年。國內PET瓶生產(chǎn)的老大單位，沒(méi)有一臺PET瓶坯的注射成形設備是國產(chǎn)的，就說(shuō)明了這一問(wèn)題。作者認為，PET瓶坯注射成形設備是高端設備，開(kāi)發(fā)的思路不同于研發(fā)普通的注射成形設備。國內一些單位把研發(fā)PET瓶坯注塑機，作為普通的中、低端產(chǎn)品來(lái)研發(fā)，改變一下螺桿機筒就作為PET注塑機，這樣，開(kāi)發(fā)一開(kāi)始就走上了一條錯誤的路線(xiàn)，所以搞來(lái)搞去總是在低端水平上徘徊。首先要糾正開(kāi)發(fā)思路，把開(kāi)發(fā)PET瓶坯注塑機作為高端產(chǎn)品來(lái)研發(fā)，才能開(kāi)發(fā)出高性能的適應市場(chǎng)的ＰET瓶坯注塑機。
1.1 PET瓶坯注塑機主要性能的進(jìn)展
PET注塑機的主要性能隨著(zhù)科技進(jìn)步而不斷提出新的要求。上世紀八十年代中期，PET瓶的應用處于起步階段，熱流道技術(shù)還處于開(kāi)發(fā)階段，特別是熱流道技術(shù)運用于PET瓶坯模具還不夠成熟，群腔PET瓶坯模具還處于研發(fā)階段，所以，對PET瓶坯注塑機的性能要求還沒(méi)有特別高的要求，例如，意大利新得多塑料機械有限公司1987年在上海介紹該公司的PET瓶坯注塑機的主要特征，主要介紹了螺桿和噴嘴方面為適應PET瓶坯注射成型所作的研發(fā)，對其它方面還未觸及。隨著(zhù)熱流道技術(shù)的發(fā)展，群腔模具發(fā)展，特別是PET瓶的應用成幾何級數的增長(cháng)，對PET瓶坯注塑機的性能要求提出越來(lái)越高的要求，PET瓶坯注塑機為適應市場(chǎng)的發(fā)展，其機構及結構控制等方面更進(jìn)一步體現出專(zhuān)用注塑機的性能特征，主要表現在高速、高效、精密等方面。
1.2 PET瓶坯注塑機主要機構及結構的進(jìn)展
1.2.1 合模機構
在PET瓶坯的群腔模具未得到應用之前,對PET瓶坯注塑機的合模機構性能的研究未得到足夠的重視,例如,
意大利新得多塑料機械有限公司1987年在上海介紹該公司的PET瓶坯注塑機的合模機構是普通的肘桿合模機構。隨著(zhù)PET瓶坯群腔模具的應用，對PET瓶坯注塑機的合模機構提出了新的要求，即合模機構必須能長(cháng)期保持模板間平行度及合模力（鎖模力）的精度的穩定性。
PET瓶坯群腔模具相對于普通塑料制品的成形模具，具有精度高及剛性小的固有特征。一套PET瓶坯群腔模具的價(jià)格甚至超過(guò)主機的價(jià)格。所以合模機構必須能起到良好保護模具的作用。要達到這一功能，合模機構必須具備足夠的剛度、優(yōu)量的鎖模及啟模的速度特性、模板變形均勻及變形重復精度良好。
合模機構要達到上述要求，采用哪一種合模機構合適呢？這在開(kāi)發(fā)中必須明確的要點(diǎn)。合模機構主要有肘桿合模機構和液壓合模機構，肘桿合模機構又分為單支點(diǎn)、四支點(diǎn)、五支點(diǎn)合模機構，液壓合模機構又有單缸及四缸同步合模機構。肘桿合模機構由其本身固有的特點(diǎn)決定了其鎖模力的分布均勻性、機構精度的長(cháng)期保持穩定性不能達到較高的要求，這對保護高精度的群腔模具是不利的，合模機構精度失衡會(huì )破壞模具的精度及使用壽命，雖然提高加工精度能提高合模機構的精度，彌補肘桿合模機購性能的欠缺，但不能從根本上克服其固有的缺點(diǎn)。四缸同步液壓合模機構，由于液壓剛性軟，在高壓合模時(shí)合模力的分布均勻性有所改善，對模具性能的保護有了提高，但由于四缸不可能做到理想的同步高壓合緊模具。單缸液壓合模機構其本身固有的特點(diǎn)對模具的精度的保護能達到理想的狀態(tài)，在合模力分布的均勻性、模具低壓保護、合模力穩定性等方面具有優(yōu)良的性能，是精密注塑機首選的合模機構。根據上述簡(jiǎn)要的分析，可以看出，為對PET瓶坯群腔模具起到良好的性能保護，PET瓶坯注塑機的合模機構應首選單缸液壓合模機構。
目前，國內大多數注塑機制造公司采用肘桿式合模機構作為成型PET瓶坯注塑機的合模機構。用戶(hù)對PET瓶坯的注射成型設備也有了充分的了解，所以，決不會(huì )把一套進(jìn)口的價(jià)格昂貴的PET瓶坯群腔模具放到普通的肘桿式合模機構注塑機上去使用。肘桿式合模機構的PET瓶坯注塑機，合模機構形式?jīng)Q定了只能進(jìn)入低端PET瓶坯注塑機市場(chǎng)，無(wú)法進(jìn)入PET瓶坯注塑機的高端市場(chǎng)。
1.2.1 注射塑化機構的進(jìn)展
PET瓶坯注塑機的注射塑化機構處于不斷發(fā)展過(guò)程中,向高速高效方向科技進(jìn)步。在PET瓶坯注塑機的起步階段，主要研究注射塑化如何減少在塑化注射過(guò)程的乙醛的產(chǎn)生，提高透明度。PET瓶坯的群腔模具的應用，降低PET瓶坯的制造成本，著(zhù)重于高速高效的研發(fā),高速高效是指高質(zhì)量高速度成型,而不是指高的注射速度,PET的本身特性不容許高的注射速度，PET射出成型時(shí)若料溫太高、螺桿剪切力太大或轉速太快時(shí)均容易產(chǎn)生乙醛而導致酸化，通常成型后的PET瓶乙醛含量必須小于3ppm。對PET瓶坯的質(zhì)量偏差提出了更高的要求，例如，質(zhì)量在50克內的管坯最大負偏差為0.5克，質(zhì)量在50克止70的管坯最大負偏差為1.5克、質(zhì)量在70克止100的管坯最大負偏差為2.5克，所以精確計量也是研究開(kāi)發(fā)的課題。
高速注射塑化是PET瓶坯注塑機科技進(jìn)步的重要特點(diǎn)。高速、高產(chǎn)化，可使投資者以較低的投入獲得較大的產(chǎn)出和高額的回報。要實(shí)現高速注射塑化，從機構、結構、控制方面上進(jìn)行開(kāi)拓創(chuàng )新。
普通的同軸一線(xiàn)式注射塑化機構由欲本身結構特點(diǎn)限制了生產(chǎn)率和質(zhì)量的提高。要提高塑化能力只有兩條途徑，即提高塑化轉速或加大螺桿直徑；要提高PET的塑化質(zhì)量基本上也有兩條途徑，即降低塑化溫度或延長(cháng)熔料在機筒中滯留時(shí)間。提高塑化轉速，由于提高了剪切率會(huì )加速乙醛的產(chǎn)生率，不可采取，所以只能通過(guò)加大螺桿直徑來(lái)提高塑化能力。降低塑化溫度或延長(cháng)熔料在機筒中滯留時(shí)間達到提高塑化質(zhì)量，但同時(shí)降低了塑化能力。所以，要達到同時(shí)提高塑化能力和塑化質(zhì)量，必須研發(fā)新的注射塑化機構，以滿(mǎn)足高速高效的要求。根據注射塑化的特點(diǎn)，把注射和塑化的功能，從常規的一線(xiàn)式分為二線(xiàn)式，即把塑化與注射兩種功能由常規的一個(gè)部件分為兩個(gè)部件，塑化為螺桿獨立運動(dòng)，柱塞獨立注射，注射與塑化兩者之間互不干涉，塑化不占用成形周期，達到既提高塑化質(zhì)量又提高塑化能力。通過(guò)加大塑化螺桿直徑，達到提高塑化能力，同時(shí)，由于塑化獨立于周期之外，可延長(cháng)熔料在機筒中滯留時(shí)間，提高物料混煉塑化的均勻性；同時(shí)，由于塑化時(shí)間可適當延長(cháng)，可提供實(shí)現低溫塑化的足夠時(shí)間，減少了因物料經(jīng)受過(guò)度剪切可能造成物料急驟升溫和熱分解的機率。
塑化螺桿設計對PET的熔融、混煉均勻性與熔體溫度有較大影響。PET瓶胚的注塑要采用低剪切、低壓縮比（約2∶1）的螺桿，進(jìn)料段應取得長(cháng)些，過(guò)渡段與計量段則要取得短些。
高速注射塑化是PET瓶坯注塑機的重要特點(diǎn)。高速注射塑化并不是高速注射和高速塑化，而是把注射和塑化有機的結合起來(lái)，從機構、結構、控制方面上進(jìn)行開(kāi)拓創(chuàng )新，達到注射和塑化的總時(shí)間最小。國內多數單位的所謂PET瓶坯注塑機基本上只是把螺桿的長(cháng)徑比加大及在其它的螺桿參數方面作一些改動(dòng)，根本達不到高速的性能要求。[3]加拿大HUSKY公司在2006上海國際橡塑展上展出的注射PET瓶坯的PET瓶坯專(zhuān)用注塑機，結合該公司的國際領(lǐng)先的熱流道模具，成形一模96個(gè)瓶坯，周期不到7.5秒，合格率基本上達到100%。整機結構高速的主要的特點(diǎn)是塑化效率高，塑化注射機構把塑化與注射兩種功能由常規的一個(gè)部件分為兩個(gè)部件，塑化為螺桿獨立運動(dòng)，柱塞獨立注射，螺桿塑化完成，熔料流道打開(kāi)，將熔融料注入柱塞儲料腔，計量到，融料流道關(guān)閉，然后，柱塞注料入模腔，這樣，塑化不占用成形周期，提高了生產(chǎn)率。值得一提的是螺桿注料動(dòng)作，該機在將熔融料注射動(dòng)作是螺桿的注射不是單純直線(xiàn)向前運動(dòng)而是旋轉的向前運動(dòng)，旋轉的方向同塑化旋轉方向。作者認為，為適應PET的塑化，減少在加料過(guò)程中空氣的進(jìn)入，使加料過(guò)程中固體料填滿(mǎn)螺槽，在將熔融料擠入至注射腔過(guò)程中，塑化螺桿旋轉擠出，有利于排出進(jìn)入機筒中固體料中的空氣，同時(shí)，減少了塑化時(shí)間，縮短了生產(chǎn)周期。為減小熔融料的軸向溫差，提高瓶坯質(zhì)量，采用大直徑螺桿塑化，縮短塑化行程，塑化行程在1D左右。這種設計思路值得我們參考。
2 開(kāi)發(fā)多層共注射瓶坯設備
多層復合瓶是發(fā)展的方向,發(fā)展多層瓶坯設備是前提。我們在這方面基本上還是空白，國際上發(fā)展很快。Kortec公司在2003年NPE展覽會(huì )上展示了一種144腔的“Ultra”共注射模具，和加拿大Husky公司的注塑機相配合，生產(chǎn)碳酸飲料瓶用的多層型坯，產(chǎn)量為35000支/h，走在世界前列，值的我們學(xué)習研究。多層共注射瓶的吹塑成型與單層PET瓶的吹塑成型基本差不多，可用單層拉吹中空設備進(jìn)行。多層共注射瓶是專(zhuān)為啤酒包裝而開(kāi)發(fā)的，有三層的，也有五層的。國內珠海中富引進(jìn)設備生產(chǎn)三層PET啤酒瓶。每年，我國的啤酒產(chǎn)量約2400萬(wàn)噸/年，需要啤酒瓶約44億只/年，這是一個(gè)很大的市場(chǎng)，所以，對多層共注射瓶坯設備應加緊研制。
3 PET瓶坯模具的群腔化
PET瓶坯模具的群腔化是PET瓶坯模具的發(fā)展方向，是提高生產(chǎn)效率及降低生產(chǎn)成本的最主要的途徑。制約單層瓶坯的生產(chǎn)效率的主要因素是模具，我國瓶坯模具的研究開(kāi)發(fā)及制造大大落后于國際水平，熱流道技術(shù)及運用過(guò)不了關(guān)，先進(jìn)的瓶坯模具都為進(jìn)口設備。國際上，單層瓶坯的注塑模具的模腔數在四年前已達到了144腔，美國芝加哥舉行的NPE2006瑞士的耐馳特公司(Netstal-Maschinen
AG)在展會(huì )上推出了一臺192腔PET瓶坯預成型機，已在位于美國賓夕法尼亞州Reading的Berkshire Bottling
Works公司應用。加拿大的赫斯基公司(Husky Injection Molding Systems
Ltd.)也在NPE2006展示一款專(zhuān)為鎖模力約650噸的Husky
HyPET注塑機而設計的216腔PET瓶坯預成型模具，應用于美國的Amcor PET
Packaging公司。而我們還只能達到48腔,其技術(shù)及質(zhì)量水平遠遠低于國際先進(jìn)水平,進(jìn)不了國內知名PET瓶坯生產(chǎn)公司。群腔PET瓶坯模具是PET瓶成型設備的主功方向。為適合群腔PET瓶坯模具的成形，PET注塑機的機構、結構、控制系統等也要作相應的創(chuàng )新開(kāi)發(fā)。
我國許多模具研發(fā)單位在PET瓶坯模具研發(fā)方面也做出了大量成績(jì)，有一定數量的PET瓶坯模具已出口，也有一些已取代了進(jìn)口PET瓶坯模具。廣州華研精密機械有限公司采用CAD/CAM電腦輔助設計/制造，潛心研制PET瓶坯系列模具，設計的熱流道，吸收了國外的先進(jìn)技術(shù)，采用免剪澆口設計，熱流道噴咀單獨控溫。在目前還數國內首創(chuàng )。模具在全自動(dòng)條件下生產(chǎn)，無(wú)需員工的頻繁操作，以減少工人的勞動(dòng)力。模具的關(guān)鍵零件（型芯，型腔，口模）采用德國鏡面防銹鋼并經(jīng)熱處理（HRC45），保證了模具的使用壽命與瓶質(zhì)量（正常使用150萬(wàn)次免維修，最大最小壁厚差小于0.1mm）。浙江黃巖裕盛聚酯模具廠(chǎng)制造有一出十二腔、一出十六腔、一出四十八腔PET瓶坯注塑模系列，吸收德國、日本、加拿大等國的先進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的精心研究，研制成功新一代YS2一出十六腔瓶坯等注塑模系列，能用國產(chǎn)注塑機生產(chǎn)出進(jìn)口品質(zhì)的PET瓶坯。
4 PET瓶坯成型周期高速化
高速成型周期是PET瓶坯性能的綜合體現?？偟恼f(shuō)，成型周期越來(lái)越短，生產(chǎn)率越來(lái)越高。發(fā)達國家的擠出機已普遍采用現代電子和計算機控制技術(shù)，對整個(gè)成行過(guò)程的工藝參數如熔體壓力及溫度、各段機身溫度、主螺桿和喂料螺桿轉速、喂料量，各種原料的配比、電機的電流電壓等參數進(jìn)行在線(xiàn)檢測，并采用微機閉環(huán)控制。有的公司己采用網(wǎng)上遠程監測、診斷和控制，對擠出成型生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )控制。這對保證工藝條件的穩定，提高產(chǎn)品的精度和提升生產(chǎn)效率都極為有利。Netstal公司的PET-Line機型在NPE2006展廳引起了轟動(dòng)，這種機器的鎖模力約為600噸的192腔預成型機，每小時(shí)可鑄造9萬(wàn)多個(gè)瓶坯，該機的預成型件循環(huán)時(shí)間僅為7.4秒。加拿大HUSKY公司在2006上海國際橡塑展上展出的注射PET瓶坯的Hy400瓶坯專(zhuān)用注塑機，結合該公司的國際領(lǐng)先的熱流道模具，成形一模96個(gè)瓶坯，周期不到7.5秒，合格率基本上達到100%。整機結構高速的主要的特點(diǎn)是塑化效率高，塑化注射機構把塑化與注射兩種功能由常規的一個(gè)部件分為兩個(gè)部件，塑化為螺桿獨立運動(dòng)，柱塞獨立注射，螺桿塑化完成，熔料流道打開(kāi)，將熔融料注入柱塞儲料腔，計量到，融料流道關(guān)閉，然后，柱塞注料入模腔，這樣，塑化不占用成形周期，提高了生產(chǎn)率。值得一提的是螺桿注料動(dòng)作，該機在將熔融料注射動(dòng)作是螺桿的注射不是單純直線(xiàn)向前運動(dòng)而是旋轉的向前運動(dòng)，旋轉的方向同塑化旋轉方向。作者認為，為適應PET的塑化，減少在加料過(guò)程中空氣的進(jìn)入，使加料過(guò)程中固體料填滿(mǎn)螺槽，在將熔融料擠入至注射腔過(guò)程中，塑化螺桿旋轉擠出，有利于排出進(jìn)入機筒中固體料中的空氣，同時(shí)，減少了塑化時(shí)間，縮短了生產(chǎn)周期。為減小熔融料的軸向溫差，提高瓶坯質(zhì)量，采用大直徑螺桿塑化，縮短塑化行程，塑化行程在1D左右。
5 研發(fā)體系一體化
PET瓶坯注塑設備的研發(fā)，不同于注塑機的研發(fā)。通用注塑機的研發(fā)，基本上是純粹是注塑機的研發(fā)，對研發(fā)人員掌握模具、注射工藝、塑料原料等的知識的要求不高，目前不小比例的注塑機研發(fā)人員對這些根本不了解。PET瓶坯的注塑成形已由多腔發(fā)展到群腔，所以，PET瓶坯注塑設備是注塑機、模具、注射工藝，以及原料的四者成為一個(gè)體系的組合，特別是前三者必須成為一體化的緊密組合，缺一不可。根據PET瓶坯注塑設備的發(fā)展要求，只有對四方面的知識充分了解和掌握，才能開(kāi)發(fā)出高端的PET瓶坯注塑設備。國際上PET瓶坯注塑設備的領(lǐng)頭羊，把研發(fā)PET瓶坯注塑機和PET瓶坯模具作為一個(gè)體系來(lái)進(jìn)行，特別對熱流道的技術(shù)及運用于PET瓶坯模具，在國際上占領(lǐng)先地位，使主機與模具兩者的互相匹配達到最佳狀態(tài)，發(fā)揮最大的生產(chǎn)能力，使PET瓶坯注塑設備達到最佳的性能。國內PET瓶坯注塑設備的研發(fā)體系，四者之間嚴重脫節，不成一個(gè)緊密的研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈，研發(fā)主機的不了解主機如何與模具匹配，研發(fā)模具的不了解模具如何與主機匹配。研發(fā)主機的單位單純認為PET瓶坯注塑設備的研發(fā)就是PET注塑機的研發(fā)，把PET注塑機的研發(fā)單純認為是注射塑化裝置的研發(fā)，把PET注射塑化裝置的研發(fā)單純認為是螺桿的研發(fā)，所以國內研發(fā)的所謂PET注塑機只是把螺桿改進(jìn)一下，停留在國際上世紀八十年代水平。研發(fā)主機的單位缺乏對PET瓶坯模具的了解，更不用說(shuō)對PET瓶坯模具的研發(fā)。在這樣的認識水平及研發(fā)體系下，根本不可能研發(fā)出高端的PET瓶坯注塑設備。
6 結語(yǔ)
本文對我國PET瓶坯注塑設備的現狀和發(fā)展方向作了論述，充分說(shuō)明了我國PET瓶塑料成型設備大有發(fā)展前景，同時(shí)，我們應當看到PET瓶塑料成型設備與工業(yè)發(fā)達國家的差距較大。國際上典型的PET瓶坯注塑機生產(chǎn)設備為加拿大的HUSKEY
PET注塑機，是國際上公認的領(lǐng)頭羊，所以，我們應當認真研究其性能特點(diǎn)、機構特點(diǎn)、性能特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出更具有性能優(yōu)勢的PET瓶坯注塑機。在市場(chǎng)國際化的今天，國產(chǎn)的PET瓶注塑坯設備，如果在性能上沒(méi)有技術(shù)優(yōu)勢，那研制出來(lái)的設備只能當展品，不能當商品。