綠色理念的塑料包裝成型加工設備

寧波海達塑料機械有限公司 張友根

塑料包裝成型加工設備的綠色技術是根據環境價值并利用現代科技的全部潛力的技術，實現包裝容器減量化、資源節約化、廢棄物資源化的低碳革命、低碳經濟、低碳包裝的可持續發展。本文從節能、環保、潔凈、節材、控制、成型性能等諸方面，分析研究了綠色技術在塑料包裝成型加工設備上的應用，指出綠色化是塑料包裝成型加工設備的發展方向，綠色技術為塑料包裝成型加工設備行業帶來一場重大的革命。

一、塑料包裝成型加工設備的綠色理念

根據生態環境價值并利用現代科技的全部潛力，以現代能源技術、材料技術、生物技術、污染治理技術、資源回收技術、環境監測技術、清潔生產技術、網絡技術、數字技術等科學技術為指導，以先進的生態環境標準為準繩，生命周期內實現減少環境污染，減少原材料、自然資源和能源使用，實現從根本上保護生態環境、防止污染、節約資源和能源，最終達到設備生命周期對資源和能源的最大利用、環境污染和排放的最小化，實現設備與人、自然環境、社會環境的和諧關系。

二、節能降耗的創新技術

1.節能成型加工機構

圍繞節能成型加工展開機構創新，創新機構又提高節能技術的水平。注塑裝置、擠出機構的創新節能的重點在塑化系統，塑化系統主要包括驅動系統、加熱系統、加料系統，提高能源利用率、降低能耗損失是塑化系統節能技術的研發重點。

高扭矩節能擠出機構。科倍隆有限公司展示了新一代ZSKMc18雙螺桿擠出機，螺芯材料采用高科技的航天材料，比扭矩提高了3 0%達到18Nm/c m3；橢圓形的機筒熱收縮襯墊改善了熱傳遞；改進的冷卻系統和加熱系統，保證了溫度的均勻分布；改進的機筒隔熱保護。這些改進措施有效地提高了能效，提高產量3 0%，同時降低了產品的單位成本。

高性能節能擠出中空塑化機構。秦川未來責任塑料機械有限SC1500塑料中空成型機，采用高效節能“IKV”高效節能擠出結構。“IKV”結構在螺桿相同長徑比條件下，其HMWPE原料的輸送效率，名義比功率由常規的0.3~0.5kW/（kg/h）提高到0.6~0.85kW/（kg/h），塑化量提高50%以上，且擠出量穩定，加之合理的屏障段和混煉段設計，能獲得高的塑化質量，達到降低單位能耗的效果。

高速節能瓶坯成型機構。廣州一道注塑機械有限公司展出的U-PET360/96cav 瓶坯注塑機，一模96 腔，成型500ml 可樂瓶瓶坯，每個重10.88g，成型周期7s，產能最高達到49000支/h，達到了國際先進水平。獲得了鑲嵌式塑化料筒加熱結構、主輔多頂式注塑頂模機構、直動式注射噴嘴機、雙軌平衡移動機械手、雙驅動雙軌平衡移動機械手等多項實用新型專利。配備高質量的德國熱流道不僅節約了生產原料，而且提高了產品質量，加快成型周期，提高生產效率。采用閥針式注澆口達到大流量注射，滿足國際客戶的高質量要求。國內獨創的多工位機械手，使成品有充足的時間冷卻，大大提高了成品的合格率。閥控伺服液壓系統提高了系統的動態響應性能和保證了運行精度及其重復精度的穩定性，MOOG 伺服閥精確控制移模位置，低壓護模位移精度可達到0.10mm，充分保證了高精度模具。小容量蓄能器穩定了注射壓力，減低了噪聲；大容量蓄能器提高了注射速度節約了能耗。伺服電機驅動的擠出塑化系統保證了大容量PET 塑化的質量一致性，為群腔PET 瓶坯高速高效注射成型創造了先決條件。

瓶坯模外復合節能冷卻機構。寧波華美達機械制造有限公司PET瓶坯注塑機，專用高速3工位冷坯機械手，制品頂出后在機械手內繼續冷卻，縮短在模具內冷卻時間；瓶坯在模具內成型后，外壁為水冷，內壁為風冷，放坯時，瓶坯冷卻到室溫；機械手驅動采用德國倫茨伺服系統。成型1 6 g瓶坯，一模4 8腔；成型周期約9 s。

2.節能成型控制系統

成型控制系統的科學設計，創新機構、成型工藝，提高成型速度，縮短成型周期，提高加工效率，達到高速節能成型加工。

高速節能成型同步平行回路。廣東伊之密精密機械有限公司48A-PET瓶坯注塑機，成型系統采用塑化與注射、開合模、頂出、機械手取出等工序的同步平行回路控制系統；多工位帶冷卻的取坯機械手；群腔瓶坯成型模具。通過以上科學的手段，大大縮短了成型周期，達到了高速節能生產。現場展示的4 8腔PET瓶坯成型加工，周期1 2 s，每小時最大產能達到1 4 4 0 0個，達到低成本高產出。

高速節能成型控制系統。上海銜能科技有限公司針對大型注塑機的伺服多泵動力驅動系統，把注塑機特點的工藝需求融入到控制元件算法中，研發了伺服多泵多組分流與合流的控制的多模式復合控制系統，與單純的多泵合流控制系統相比，動態響應更快、更節能、成型周期更短，把注塑機的能效發揮到最佳狀態。

3.節能動力驅動系統

液電擠注復合節能驅動系統。廣東伊之密精密機械有限公司、廣州一道注塑機械有限公司等公司的PET瓶坯注塑機塑化注射普遍采用擠注復合塑化機構，一改以往的采用普通同軸一線式往復式螺桿塑化注射機構成型瓶坯結構。擠注復合塑化機構，交流伺服電機獨立擠出塑化的注射儲料，有利于大容量塑化熔融料的比容均一性，增加成型腔數，達到高速高質量高產量塑化注射。

液電復合注射及吹塑的節能系統。Jomar 公司的85S 的液電混合注射吹塑機，發揮液電獨立平行回路的高速生產性能，展示了用10 腔模具成型118mlPP 瓶，生產速度達到3500 瓶/h。

全電動驅動擠吹中空成型機。BEKUM 在中空成型機領域的創新聞名世界，新一代的EBLOW-XO7 系列采用全電動驅動，模板間距為350~700mm，鎖模力為7~24t，位置精度0.01mm，縮短成型加工周期15%，節能50%，噪音72dB，擁有單工位和雙工位兩種機型。BECKUM 公司研發的新一代拉伸包裝機，由變頻扭矩電機改為伺服電機，采用分散伺服技術控制機器動作，從而使調節工作得到較大簡化、機器的功能得到更好的執行并且簡單；伺服電機共同的直流總線式的能量分布均等，達到既節能也消除了制動阻力。銓寶工業股份有限公司PN-CSS9000 雙軸拉伸全自動吹瓶機，采用全電動驅動，確保機臺高速運轉和精密定位，最大產能達到12000PC/h，最大吹到0.6L。Automa 公司的全電動連續擠出往復式吹塑機ApexAT4800D，鎖模力為10t，最多可達到6 腔成型，干循環周期為6s。

全電動驅動注吹設備。MBM Maschinenbau Muhldorf GmbH 公司的低二代全電動注吹設備Unimax 50FE-EcoSpeed，鎖模力為50t，適應于加工多種材料，相對上一代設備，能效提高20%。潔凈化設計，使其適于生產藥品、化妝品、個人護理品的包裝瓶。

三、清潔成型加工技術

清潔成型加工設備是現代生產過程的一種新的、創造性的思維方式，給包裝塑機的發展將帶來一場重大的革命，改變一個原有行業的面貌。清潔生產意味著對生產過程、產品和服務持續運用整體預防的環境戰略，以期增加生態效率并降低人類和環境的風險。

清潔成型加工設備就是把設備在成型加工過程中對環境的污染及交叉污染降到不斷發展的技術標準上；根據設備成型加工的不同對象的清潔度要求，采用不同的潔凈度標準。

食品、飲料、醫療塑料制品對潔凈度有很高的要求，成型設備應符合清潔、衛生要求，防止對產品產生污染及交叉污染，達到凈房生產標準。潔凈醫療塑料制品成型設備必須達到美國US聯邦標準2 0 9 E和國際通用標準EN ISO 14644-1的要求，符合GMP認證標準要求。食品、飲料塑料包裝制品注塑成型設備應符合《食品用包裝、容器、工具等制品生產許可通則》、《食品用塑料包裝、容器、工具等制品生產許可審查細則》及相關標準等的具體要求。

1.綠色節能加熱系統

傳統的電阻絲加熱加熱效率僅為4 0%～6 0%，其余的能量以輻射的形式浪費到環境中去，不但浪費能量，而且惡化周圍工作環境，造成環境污染。綠色節能加熱系統在展示設備中得到推廣應用。

電磁感應加熱系統。加熱效率能夠達到9 0%，降低C O2的排放量，是清潔的節能加熱系統。機筒表面的溫度在5 0℃以下，人體完全可以觸摸；避免傳統電阻發熱圈加熱方式輻射到空氣中的能量，可顯著降低環境溫度。完全避免傳統加熱方式帶來的因表面高溫而造成的燒傷、燙傷事故發生；更杜絕了因表面高溫引燃附作物發生不安全事故。由于表面溫度低，它不會燒焦吸附在它表面的異物：如塑料顆粒、油污、灰塵等，不會產生有害氣體，改善了車間的空氣環境，保證了設備及員工的安全。neXtheat采用電磁感應加熱技術，將加熱部分的裝機功率降低5 0%左右，通過對現有設備進行改造，升溫時間縮短為原來一半，溫度控制精確到±1°，產能提高至少5%，廢品率降低至少在1 0%以上，對注塑工藝（降低注塑壓力，提高速度，提高熔體質量）有很大提升，從而促進產業升級。青島福潤德擠出技術有限公司單螺桿擠出機、廣東伊之密精密機械有限公司P E T瓶坯注塑機、廣東伊之密精密機械有限公司等采用電磁感應加熱系統，提高設備綠色成型加工水平，塑化節電率達3 0~5 0%。

納米紅外節能加熱系統。廣州能之原節能技術有限公司納米紅外節能加熱圈。納米紅外節能加熱圈采用高分子納米發熱合金，加熱圈表面經高分子遠紅外材料做特殊處理后，能夠產生特定波長紅外線，傳熱過程熱損耗小，傳熱效率在9 9%以上，并有效提升加熱速度；加熱圈的表面溫度僅為5 0~7 0℃，對環境溫度影響小，且能有效的降低工作車間的室溫5~1 0℃；升溫速度比傳統電熱圈快2 0%以上；節能率高達3 0%~8 0%。納米紅外節能電熱圈無任何外接設備，可做到傳統加熱圈的內徑一樣、寬度一致、段數一致、功率一致，直接用于取代傳統的加熱圈。

高效率微波加熱系統。Krones公司拉伸吹塑瓶坯加熱箱，采用微波加熱系統取代常規的紅外線燈管加熱系統，達到更加節能，并且系統不受瓶坯的顏色、初始溫度、材料組成型式等的影響，提高了加熱效率和加熱的靈活性。

2.清潔潤滑副

潤滑副污染一直是塑機運動副對環境污染的防治重點，主要采取三種方式：改變潤滑副方式；減少潤滑副；智能控制潤滑系統。

寧波華美達機械制造有限公司M8-S高性能伺服節能注塑機，鎖模機鉸部分的鋼套和銅套全部采用免潤滑的石墨鑲崁的復合套，潤滑系統采用點對點的智能控制定量潤滑，減少了潤滑對環境的污染。PET瓶坯注塑機合模機構采用全液壓，無需橡傳統機鉸合模機構另加潤滑系統，二板運動采用高剛度直線導軌移動副，提高了工作環境的潔凈度，減少了對制品的污染點。

3.清潔介質

介質是塑料成型機構不可缺少的流體。介質清潔化、潔凈化是成就綠色成型環境不可缺少的技術措施。

德馬格最新電腦技術的NC5控制器的Systec 160-600注塑機，智能化配備全電動直接驅動系統（DD）用于鎖模單元和注射單元的主軸驅動，使用特定的低慣性和空氣冷卻驅動，為潔凈室或高度清潔環境下推薦。

臺灣晏邦的高溫水式模具控溫機，是一個節能環保產品。藉由壓力原理，使水的溫度從1 4 0℃提升到1 7 0℃，并且超高溫水不會汽化，沒有像普通的高油溫模具那樣油氣產生造成污染，提供了一個良好的環境空間。智能控制模溫精度達±0.1℃、誤差0.3℃。

蘇州緯吉精機有限公司WMCH系列水循環急冷急熱模具溫度控制系統，具備熱水回收功能，能夠有效回收熱水能量，節水省電；并可用于潔凈室注塑。OTH模具油溫控制系統，采用多段加熱的特殊設計，可避免在傳熱油時發生氧化，不產生對環境的污染。

四、智能化技術推動綠色技術的發展

1.智能視覺技術的應用及研發

視覺技術是實現類似人類視覺（眼睛+視覺神經中樞+視覺神經細胞）的功能，機器視覺是實現真正意義的智能化檢測和重要的質量控制技術。視覺系統由鏡頭，像機和控制器構成的機器視覺替代人工，根據物體在一定環境下得到的畫面進行尺寸，缺陷，種類，匹配，文字等各種參數的測量和判別，在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內存中存儲的基準圖像進行比較，以做出分析。作為高精度、非接觸的測量系統，視覺系統涉及到視覺、光學和圖像處理，機器視覺與運動控制、智能通信等先進技術的結合正在推動著工業自動化生產的面貌的提升，視覺技術與成型加工相結合，成為實現智能化不可缺少的技術。

Amcor公司紅外視覺在線檢測系統，不僅可以檢測擠吹成型瓶子內外部的尺寸變化和污染情況，甚至還可以檢查出瓶壁中的污染物。

2.智能感測技術的應用及研發

感測（sensing）技術是智能化控制系統的重要組成部分。如果沒有先進的感測技術，一切準確的測試與控制都將無法實現，即使最現代化的電子計算機，沒有準確的信息（或轉換可靠的數據），不失真的輸入，也將無法充分發揮其應有的作用。

感測系統包括傳感器、變送器。傳感器對被測的原始信息進行準確可靠的捕獲和轉換。變送器把傳感器的直接輸出進行放大及電平搬移以得到所需的電壓輸出范圍，以供給二次儀表進行測量、指示和過程調節。

近年來，塑料機械感測技術得到長足的發展。塑化擠出專用的高溫熔體壓力傳感器，隔離結構零點滿度可調節多種放大信號輸出，自校準良好的穩定性和抗干擾能力量程，將壓力轉換為無干擾的放大信號，直接輸入上位機控制系統。深圳市貝斯特寧科技有限公司，采用世界領先的納米級化工導電材料及貴金屬耐磨新材料科學組合，制造出高精密、高線性度、長壽命（耐磨壽命一億次）的電子尺。

感測元件的合理選用。感測元件的種類及品種繁多，原理也各式各樣。根據測量對象的要求，恰當地選擇測量精度和范圍。但無論何種條件、場合使用的傳感器，均要求其性能穩定，數據可靠，經久耐用。

3.智能化能源檢測系統

布魯克納公司在BOPET、BOPP薄膜拉伸線上，特殊設計“能源監控系統”，優化包裝流延膜溫度控制，在降低原材料成本和薄膜厚度上達到精確的控制，達到既提高制品質量又降低能耗和成本的效果。

4.智能化質量控制系統

Aqr Intemational 公司的智能質量控制和成型工藝檢測系統，OptiCheck 成品瓶/ 密封表面單元能夠通過照相機成像系統監控瓶子的完好性程度和密封性能，確保產品符合質量要求。

五、網絡化技術的發展及應用的分析研究

網絡化控制系統是綜合自動化技術發展的必然趨勢，是控制技術、計算機技術和通信技術相結合的產物。隨著計算機技術和網絡通信技術的不斷發展，工業控制系統也發生了巨大的技術變革，網絡化控制系統（Networked Control System，NCS）是在控制系統中引入了計算機網絡，從而使得眾多的傳感器、執行器、控制器等主要功能部件能夠通過網絡相連接，相關的信號和數據通過通信網絡進行傳輸和交換，避免了點對點專線的鋪設，而且可以實現資源共享、遠程操作和控制，增加了系統的靈活性和可靠性。

1.無線通訊技術體系的應用及研發

無線通訊技術是網絡化的基礎技術。有線信號傳輸系統往往穩定性不足，特別在運動部位，使用一段時間后，屏蔽層發生破損，連接處易出故障。無線通訊技術不但節省了傳感器和接收器之間的大量信號線，也為靈活配置控制系統提高了方便，同時有利于清潔生產。無線信號傳輸技術是一種無磨損的數據信號傳輸技術，具有降低維修費用、提高可靠性。

實時通訊技術的應用及研發。實時的含義是對一個給定的應用，保證在確定的時間內對信號做出回答。隨著設備智能化的發展，對傳感器和執行設備之間的數據交換，系統對響應時間的實時性要求更為苛刻，傳統的現場總線越來越表現出了其本身的局限性，實時通訊技術（Real Time Communication）顯得更為重要。

工業化的藍牙技術。藍牙技術為工業應用領域提供了一種抗干擾的數據通訊方式，一種短距離無線網絡的連接方式。意大利Weidmuller 公司基于藍牙技術的傳感器—接收器的SAI無線通訊模塊，內部評判分析單元，可以把傳感器檢測到的數據發送給上一級主控系統，保證了相關的運行工序的位置正確性，有96 個無線輸入和輸出端，能夠與6 個子工作組進行無線通訊，發射功率可以無極調節，通訊距離為50m，安全變化等級達到IP67，并能實現即插即用、與多種不同系統很好的耦合，在不使用在線耦合器的條件下集成到Profibus D 現場總線系統中。

德國倍福自動化有限公司的EtherCAT 實時工業以太網技術，突破了傳統現場總線系統的瓶頸，設立了新的技術標準：由于采用了以太網和互連網技術，EtherCAT 可在30μs 內處理1000 個數字量I/O，網絡規模幾乎無限，可高效集成。通過EtherCAT，高成本的以太網星形拓撲結構可以用簡單的總線形或樹形結構代替，且無需昂貴的專用組件。其它實時以太網方法則需要專用主站或其它硬件，EtherCAT 則可以通過非常經濟有效的標準以太網卡（NIC）進行管理。EL3403 測量模塊具備完整的電網分析和能源管理功能，通過測量電網中所有相關的電氣數據及計算每相的有功功率和能量消耗、視在功率S、無功功率Q、頻率F 等數據，對生產過程能耗進行優化，降低能耗，從而降低了生產成本，也使得整個生產過程更為環保。

2.網絡化生產管理系統的技術體系

隨著計算機技術和網絡通信技術的不斷發展，工業控制系統也發生了巨大的技術變革。網絡化集成控制技術把現場總線、工業以太網、工業無線網、企業局域網、互聯網同現代控制設備（包括工業PC、可編程序控制器PLC、人機界面HMI、輸入輸出模塊、交換機、網關、通信接口、伺服控制電機等）結合，形成基于通信與控制緊密融合、多種網絡協議合理組合、有線與無線相互銜接、管理與控制一體化的控制系統。

現場總線控制系統將工業現場具有通信特點的智能化儀器儀表、PLC控制器、執行機構等現場設備和通信設備連接成網絡系統，通過網絡實現現場設備之間由模擬量交換變為可靠的數據交換。整個過程都由一臺計算機完成，控制器與控制器、控制器與上位機（操作員站或工程師站）之間建立了計算機控制網絡，使得操作員在上位機中能夠對被控系統的實時運行狀態進行監控，某個控制回路的控制策略的設計也可以在上位機中組態完成，通過控制網絡下載到對應的控制器中實時運行，大大提高了控制系統的可靠性，并實現了集中管理和分散控制。其主要優點表現在：1）一對傳輸線將傳感器、變送器和執行器等現場設備互聯起來，可靠性、實時性和靈活性等方面具有突出的優良性能，數字化的數據傳輸使系統具有很高的傳輸速度和抗干擾能力，使信號傳輸更為準確、穩定；2）開放式的互聯，既可以同層網絡互聯，也可以通過網絡互聯設備與車間甚至整個企業的控制級和信息級網絡互聯，共享資源，統一調度；3）能處理大量數據信息，實時顯示和記錄機組所有參數的運行狀況，監控生產過程。廣東金明塑膠設備有限公司2SPZADV一1的雙工位五層共擠塑料中空成型機，采用了奧地利貝加萊公司的現場總線技術，集合了溫度控制、熔體壓力、熔體溫度控制、擠出速度控制、動作邏輯控制、故障報警、系統操作的密碼鎖定及高達1 0 0點的型坯壁厚自動控制裝置，信息以圖文和圖表方式表示，及時報警并提供故障報告，實施現場智能化的精確控制、監測以及遠程參數化，同時可以儲存不同制品的加工工藝參數，方便操作，提高了企業管理水平。

六、再制造技術

再制造工程是落實“循環經濟”的重要舉措，是循環經濟的高級形式。無論在設備投資還是在能源和原材料消耗上，再制造都意味著巨大節省。再制造技術包括：虛擬再制造；柔性再制造；網絡化再制造；快速響應再制造；快速再制造成形系統；信息化再制造。

每種設備運行中，不可避免都有一些易損金屬零件。習慣的做法是易損件一次壽命法，即易損件達到使用壽命，用新的零件更換。在技術設計中也沒有考慮易損如何實現二次使用壽命，甚至三次使用壽命，以及廢棄后的回收技術。

在對設備進行最初設計時，設計人員必須考慮設計的每一個模塊、零件，如何使其在正常的使用壽命結束后能夠更容易地進入再制造環節，恢復、改造或提升其使用壽命，實現第二次使用壽命循環。

積極開展再制造設計技術、廢舊零部件與再制造零部件的剩余壽命預測技術、再制造質量控制與檢測技術、再制造數字化成形平臺關鍵技術、納米表面工程技術、逆向物流及供應鏈技術、廢舊產品先進高效拆解與回收利用技術研究，促進循環經濟的發展。

七、結語

綠色成型加工設備是包裝塑機的發展方向。高新技術必須是“綠色”，也能夠是“綠色”。隨著技術進步和社會發展，綠色技術的內涵與外延也在不斷地動態變化和發展。特別是由于人們對環境的價值觀不斷進步，而以之為價值基礎的綠色技術也隨之而變。研發新設備、新技術、新工藝、新材料，必須以“綠色”為主題，進行創新創造。