聚乙烯滾塑工藝及設(shè)備

1、聚乙烯滾塑工藝及設(shè)備李百順(蘭州化學(xué)工業(yè)公司研究院,蘭州730060摘要詳細(xì)敘述了聚乙烯滾型工藝原理和RS 216型滾塑機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),討論了滾型工藝對聚乙烯樹脂特性的要求和聚乙烯滾型工藝參數(shù)對制品性能的影響,提出滾型用的聚乙烯樹脂必須符合下列條件:熔體流動速率為46g/10min ,密度為0.920.94g/cm 3,平均粒徑500m ,樹脂顆粒形狀為圓柱體。關(guān)鍵詞:滾塑聚乙烯加工工藝滾塑設(shè)備0前言收稿日期:1998210220滾塑又稱作旋轉(zhuǎn)成型(Rotational Mold 2ing ,是成型塑料制品的一種方法。它主要用來加工注射和中空成型工藝中無法加工的中、大型或超大型塑料制品。該工藝可生

2、產(chǎn)浴盆,垃圾箱,搬運(yùn)箱,工業(yè)貯罐貯槽,帆船,衣用模特,各種球形、錐形、筒形容器,以及更復(fù)雜的大型或超大型容器。滾塑是從50年代由歐洲發(fā)展起來,起初用PVC 糊狀樹脂生產(chǎn)小型玩具(稱糖塑,后傳入美國、日本等國;到了70年代這種工藝不僅能生產(chǎn)出幾克的小制品,也可生產(chǎn)出幾百千克的大型制品,體積可達(dá)幾十立方米。美國、日本、德國等國已先后實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),能生產(chǎn)出30m 3的大型容器。目前的發(fā)展趨勢是不斷開發(fā)滾塑專用料,研制自動化、專業(yè)化的成型機(jī),提高生產(chǎn)率。但是國內(nèi)滾塑及制品還處于研制、開發(fā)階段,部分省市從日本、英國、德國等國引進(jìn)了滾塑專用設(shè)備,生產(chǎn)農(nóng)用箱、小型貯罐和帆船等1。我院于1990年從德國R

3、einhadt 公司引進(jìn)了一套RS 216型滾塑機(jī),主要用于實(shí)驗(yàn)和小規(guī)模生產(chǎn)。1滾塑的原理滾塑的加工方法很獨(dú)特,它的加熱、成型和冷卻都是在無內(nèi)壓的模具中進(jìn)行的,成型原理很簡單:就是將一定量的粉狀樹脂加入到模具中,一邊加熱模具,一邊使其連續(xù)地進(jìn)行雙軸向旋轉(zhuǎn)。翻滾的塑料粉末就與熱的模具內(nèi)表面接觸,并逐漸熔融成均勻的熔體。由于粉末之間的摩擦和旋轉(zhuǎn)模具內(nèi)表面的拖曳作用,使物料池中的物料向模壁上方運(yùn)動;當(dāng)粉末重力足以克服此作用力時,物料就越過粉末池頂落到對面模壁上。隨著模具的不斷旋轉(zhuǎn),物料不斷地?zé)崛廴?被融化的物料熔體就均勻地涂覆在整個模具上,然后噴水冷卻固化,打開模具,就可得到所需要的制品2。滾塑與其

4、他常見塑料成型方法相比,其工藝特點(diǎn)是:(1生產(chǎn)同體積制品時,滾塑設(shè)備投資、模具加工費(fèi)用比注射成型投資要低;第13卷第4期1999年4月中國塑料CHINA PLASTICSVol 113No 4Apr 1999(2滾塑具有多能性,制品的形狀和大小有很大的靈活性,從小型玩具到大型貯罐;特別適合于加工形狀復(fù)雜的大型中空制品,這是其他任何塑料成型都無法比擬的;(3制品壁厚較均勻,且無邊角廢料;通過調(diào)節(jié)加料量改變成型周期可得到不同壁厚的制品,而且制品的圓角處壁較厚,增加了制品的強(qiáng)度;(4滾塑為無壓成型,制品幾乎無內(nèi)應(yīng)力,不會產(chǎn)生變形、開裂等缺陷;(5通過不同材料的組合,可以生產(chǎn)復(fù)合制品,滿足不同的性能要

5、求;(6適合于多品種少批量的生產(chǎn)。2滾塑設(shè)備滾塑設(shè)備一般由旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。我院引進(jìn)的RS 216型滾塑機(jī)是一種單臂雙軸向單工位成型機(jī),由加熱室、冷卻室、模具支架、模具和控制系統(tǒng)組成3,結(jié)構(gòu)如圖1所示。該設(shè)備的主要參數(shù)如下:圖1滾塑裝置簡圖加熱量/kcal h -115×104加熱介質(zhì)液化石油氣加熱溫度/最高為400模具支架轉(zhuǎn)動范圍/mm 800×1200×400設(shè)備外形尺寸/mm9500×5000×5000注:1kcal =4186.8J 。加熱室是滾塑裝置的重要組成部分,由加熱爐、燃燒室和活動門組成。加熱

6、爐內(nèi)壁襯有礦渣棉保溫層,活動門用鏈條驅(qū)動關(guān)閉。燃燒裝置配有點(diǎn)火電極、紫外線監(jiān)控裝置、風(fēng)機(jī)、安全控制裝置、氣體點(diǎn)火裝置、火花傳送器和強(qiáng)度監(jiān)測裝置。利用高效風(fēng)機(jī)提供燃燒的空氣,燃?xì)?液化石油化由供氣裝置供給。冷卻室由室體、鋁卷柵門、供水系統(tǒng)及噴嘴組成。水泵供給的水經(jīng)噴嘴噴出霧狀,使模具均勻冷卻。模具支架由鋼板焊接而成,其作用是支承模具,保持模具進(jìn)行雙軸向旋轉(zhuǎn),通過調(diào)速電機(jī)調(diào)節(jié)主副軸轉(zhuǎn)速比。滾塑模具結(jié)構(gòu)簡單、體形大、重量輕、制造容易。由上下兩半模組成,使用卡具固定。為了及時排除模腔內(nèi)產(chǎn)生的氣體,防止制品變形,須在上半模處開設(shè)排氣孔。由于滾塑加工溫度較高、冷卻速度快、需要經(jīng)常拆卸等特點(diǎn),因此模具材料要

7、有良好的導(dǎo)熱性、優(yōu)異的韌性、延展性和焊接性,材料的熱膨脹系數(shù)要小,具有耐腐蝕性。一般使用的材料有低碳鋼、鋁、銅等,常用鋼板制做大型簡單的容器,像貯槽、貯罐、水箱等。一般選用45mm 厚的鋼板制做模具。3聚乙烯滾塑工藝3.1滾塑對聚乙烯樹脂性能的要求滾塑與其他成型加工方法一樣,使用的原料性能對制品質(zhì)量有很大的影響。因此應(yīng)選擇符合滾塑工藝要求的聚乙烯樹脂,滾塑工藝對聚乙烯樹脂的基本要求是4:(1樹脂的熔體流動速率:樹脂熔體流動速率對制品的成型有很大的影響。熔體流動速率增大,則樹脂平均分子量低,流動性提高,制品內(nèi)表面易出現(xiàn)凹凸不平的流跡線,致使制品強(qiáng)度降低;若熔體流動速率小,則樹脂流動性差,成型困難

8、。滾塑中聚乙烯樹脂的46聚乙烯滾塑工藝及設(shè)備熔體流動速率一般為210g/10min,最佳為46g/10min。(2樹脂的密度:樹脂的密度對制品性能也有很大的影響,密度高時,材料剛性大,抗沖擊性能差;若密度低時,抗沖擊性高,但材料剛性差,導(dǎo)致制品耐環(huán)境力開裂性差。因此對聚乙烯樹脂而言,其密度一般為0.92 0.94g/cm3之間。(3樹脂顆粒大小:聚乙烯滾塑樹脂顆粒的粒度一般為100500m。樹脂粒度越小,擴(kuò)大了樹脂與模壁之間的傳熱接觸面,提高了樹脂的導(dǎo)熱性,使樹脂充分熔融,提高了制品的光潔度。但是樹脂粒度過小,粉碎時間越長,成本相應(yīng)增加,而且容易引起樹脂的氧化降解,降低了制品的力學(xué)性能。(4樹

9、脂顆粒形狀:滾塑樹脂的顆粒形狀有圓柱體、立方體、球體。樹脂在加熱過程中,圓柱體顆粒與周圍空氣接觸面積大,熱傳導(dǎo)性好,熔融完全;而球體、立方體顆粒與周圍空氣接觸面積小,樹脂得不到充分熔融;還要盡量減少毛絲、尾狀物的顆粒,以免在制品拐角、尖角、凹槽等處產(chǎn)生架橋或缺料。3.2滾塑生產(chǎn)工藝3.2.1滾塑生產(chǎn)工藝流程配料加料加熱冷卻脫膜首先把配比好的聚乙烯樹脂顆粒在粉碎機(jī)上粉碎,使樹脂的平均粒徑為500m,然后稱取一定量的粉末樹脂加入到模具中,合上模具移入到加熱室中加熱。加熱室的溫度一般為300,模具在加熱室中一邊旋轉(zhuǎn)一邊加熱,使模具內(nèi)的樹脂獲得均勻的熱量,達(dá)到熔化樹脂的目的。加熱方法最常見的是用液化石

10、油氣、煤氣或電加熱。當(dāng)模具內(nèi)的樹脂完全熔融后,從加熱室中移出模具進(jìn)入冷卻室冷卻,冷卻過程中模具始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。冷卻時,先通空氣冷卻再噴水冷卻,降低冷卻速度,有利于提高制品的性能,而且有利于延長模具的使用壽命。冷卻結(jié)束后,移出模具到脫模位置,打開模具就可得到所需要的制品。3.2.2滾塑生產(chǎn)工藝條件滾塑生產(chǎn)工藝條件見表1。表1滾塑生產(chǎn)工藝條件及制品性能序號加料量/kg加熱室溫度/速比加熱時間/min冷卻時間/min制品壁厚/mm制品內(nèi)表面跌落試驗(yàn)110300 3.62515 4.55.5光滑無破裂29300 3.6251545光滑無破裂310300 3.0251546.5粗糙有裂痕410300

11、3.02015 4.86.6粗糙有裂縫510300 3.01815 4.57.2粗糙有裂縫從表中可看出:(1制品的壁厚隨加料量的增加而加厚;說明加料量的多少決定著制品的壁厚,增加加料量,增加了制品的壁厚,提高了制品的剛性,但是制品的成本也隨之增加。因此,在保證制品性能前提下,應(yīng)盡量減少加料量。(2加熱時間越長,物料處于熔融狀態(tài)時間就長,制品斷面密實(shí);但加熱時間過長,易使物料降解,影響制品性能;然而加熱時間過短,物料達(dá)不到充分熔融,造成制品表面粗糙,制品性能下降。(3模具旋轉(zhuǎn)速比下降,制品壁厚的均勻性差,而且制品內(nèi)表面粗糙,斷面氣孔密,使制品耐沖擊性能下降。1999年4月中國塑料47因此,應(yīng)合理

12、確定最佳的工藝條件,保證制品的綜合性能。參考文獻(xiàn)1唐麗明,徐定宇.滾塑成型的進(jìn)展.塑料加工應(yīng)用,1997,(1:352R J Crawford and P J Nugent.A new process controlsystem for rotational moulding.Plastic ,Rubber and Composites Processing and Application ,1992,17(1:233RS 216型滾塑機(jī)操作說明書,19894德國Reinhadt 公司.滾塑技術(shù)說明書,1989Equipment and Processing T echniques of R

13、otationalMoulding for PolyethyleneLi Baishun(Institute of Lanzhou Chemical Industry Co.,Lanzhou 730060ABSTRACTProcessing techniques of rotational moulding for polyethylene (PE are discussed.The feature of RS 216rotational moulding machine is described.The processing re 2quirements for PE and the effects of processing parameters on the performance of the products are dealt with.PE with melt flow rate of 46g/10min ,d