太陽能熱水器蓄水內(nèi)膽的吹塑成型技術

劉軍強，謝超

（秦川機床工具集團股份公司，陜西　寶雞　721009）

太陽能熱水器蓄水內(nèi)膽的吹塑成型技術

劉軍強，謝超

（秦川機床工具集團股份公司，陜西寶雞721009）

太陽能熱水器作為新能源的應用，近幾年得到了迅速發(fā)展。本文以擠出吹塑成型技術在太陽能熱水器的核心部件之一蓄水內(nèi)膽制造方面的新應用為主線，介紹了太陽能塑料內(nèi)膽的材質(zhì)、設備及其擠出吹塑成型過程中需要注意的問題。

太陽能熱水器；塑料內(nèi)膽；擠出吹塑；工藝

太陽能熱水器，作為近幾年發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè)，順應了國家可持續(xù)發(fā)展政策，得到了迅速的發(fā)展。而作為太陽能熱水器的核心部件之一的蓄水罐內(nèi)膽，其材質(zhì)也從不銹鋼到搪瓷再到塑料，不斷地向前發(fā)展著。而塑料蓄水內(nèi)膽因其成型簡單，無需焊接以及密封性好、熱傳導低、耐高溫性強、耐腐蝕、環(huán)保清潔、抗老化、造價低等特點，越來越受太陽能熱水器行業(yè)的重視。下面就塑料內(nèi)膽的成型技術，從材質(zhì)、設備、工藝等方面做以簡單介紹。首先要說明以下所提太陽能也即太陽能熱水器。

1　材質(zhì)

在市場上，現(xiàn)在所已經(jīng)生產(chǎn)的塑料內(nèi)膽在材質(zhì)上主要以改性聚丙烯為主。

因為聚丙烯（PP）為結(jié)晶型高聚物，通用塑料中，PP的耐熱性最好，其熱變形溫度為80～100℃，能在沸水中煮。PP有良好的耐應力開裂性，有很高的彎曲疲勞壽命。PP產(chǎn)品質(zhì)輕、韌性好、耐化學性好等特點。所以優(yōu)先選擇PP作為改性的基料。

但聚丙烯（PP）也有它的缺點：尺寸精度低、剛性不足、耐候性差、它具有后收縮現(xiàn)象，脫模后，易老化、變脆、易變形。這就要考慮其使用環(huán)境及使用要求，通過增加填充劑及其他助劑對其進行改性，保持其優(yōu)點，改善其缺點。

添加CaCO3主要是起到提高沖擊強度，增強尺寸穩(wěn)定性，另外也是降低成本的一種措施。且有資料表明，含70%鈦酸酯處理的碳酸鈣（CaCO3）填充聚丙烯的熔體黏度與純聚丙烯類似或更低，但填充聚丙烯的沖擊強度卻比純聚丙烯的高得多。

添加玻璃纖維，以提高拉伸強度和低溫沖擊強度，同時耐熱性、抗蠕變性也均有提高。另外，添加抗氧化劑，光穩(wěn)定劑，以改進其熱、光老化性能。

以上只是說明其中可以作為添加的填充劑及助劑。但具體配方，各個生產(chǎn)廠家可能會根據(jù)情況作出不同的配比。有的廠家添加玻璃纖維的比例達到15%。

2　擠出吹塑成型設備

在設備方面，由于塑料內(nèi)膽的結(jié)構特點，普通的設備只要稍加改造就可以用于制造出合格制品。其不同主要在于成型機，由于塑料內(nèi)膽為細長形制品，一般16管的制品長度就達1 500 mm，而這只是最小的規(guī)格。所以一定要充分考慮安裝模具的空間問題，以便安裝更多規(guī)格的模具。對于整機的結(jié)構及控制系統(tǒng)，也可以適當簡化一些結(jié)構與動作，比如：預夾、擴張、側(cè)吹、頂吹等功能。這樣可使設備動作更敏捷，控制更優(yōu)化，減少了故障點，也讓設備的可靠性提高。

由于塑料內(nèi)膽的材質(zhì)組分復雜，為多種不同類型的成分配比組成。對于如此特殊性，最好采用先造粒，再擠出吹塑成型。但大多數(shù)廠家，為降低成本，大多會選擇采用按配方將各種組分拌勻，即可用于產(chǎn)品生產(chǎn)。這樣，雖然一般普通擠PE擠出機也可用于其塑化擠出，但其擠出產(chǎn)量會降低大約30%～40%。另外由于填充料為CaCO3和玻璃纖維等，這將會使螺桿的壽命大大縮短。因此為了提高產(chǎn)量并得到良好的塑化效果，有必要配備專用擠出機。特別是針對此PP改性料加工的螺桿，則需要專業(yè)的設計。現(xiàn)在比較流行的是采用雙金屬合金結(jié)構，這樣可以增強螺桿的耐磨性，明顯提高螺桿的壽命，但價格也就比較昂貴。當然，傳統(tǒng)螺桿工藝，38CrMoAlA經(jīng)氮化處理，也是比較經(jīng)濟實用的處理。

圖1為秦川塑機開發(fā)的SCJ120C×2專用于太陽能熱水器內(nèi)膽的生產(chǎn)設備。該設備采用專用擠出機，螺桿Ф100，長徑比26，改性PP的產(chǎn)量可達250 kg/h。

圖1　SCJ120C×2　太陽能內(nèi)膽專用中空機

3　成型工藝

太陽能塑料內(nèi)膽的結(jié)構決定了其吹塑成型工藝過程和其它吹塑制品的成型工藝基本相似。但由于其原料的特殊性，以及制品的特殊要求也就決定了其成型工藝的特點。

一般單純聚丙烯（PP）在熔融溫度下有較好的流動性，成型性能好。而且PP在加工上有兩個特點：其一：PP熔體的黏度隨剪切速度的提高而有明顯的下降（受溫度影響較小）；其二：分子取向程度高而呈現(xiàn)較大的收縮率。這些特點對注塑成型來說是優(yōu)勢，可以很好地成型。但對于擠出吹塑來說，卻成為了劣勢，大大增加了成型的困難。主要是造成型坯的下垂嚴重，進而增加制品壁厚控制的難度，增加了制品重量的不穩(wěn)定性。但在塑料內(nèi)膽的生產(chǎn)中，由于已是使用改性過PP，能夠采用擠出吹塑成型工藝，型坯的下垂明顯比純PP要減少好多，可以更好地進行吹塑成型。

單純聚丙烯（PP）的加工溫度在200～300℃左右較好。但對于塑料內(nèi)膽的生產(chǎn)時，由于原料的復雜性，一般溫度設定在180℃，在正常生產(chǎn)之后，還需要適當調(diào)整，再降低5～10℃。

對于吹氣壓力的控制基本上沒有多大變化，低壓吹氣大概在0.1～0.3 MPa，高壓吹氣大概在0.4～0.6 MPa之間。

4　制品質(zhì)量控制

圖2　吹塑成型的太陽能塑料內(nèi)膽

一般太陽能熱水器內(nèi)膽規(guī)格：真空管開孔63 mm；孔中心距80 mm；內(nèi)膽分16孔、18孔、20孔、22孔、24孔和28孔等規(guī)格。圖2為吹塑成型的太陽能熱水器塑料內(nèi)膽。如前所述，16管的制品約1 500 mm，24管的制品更達2 000 mm。如此細長制品，又須相對于其他吹塑制品更嚴格地要求尺寸精確，以便于后續(xù)安裝玻璃集熱管，這也是制品質(zhì)量控制的難點所在。根據(jù)在整個太陽能熱水器中塑料內(nèi)膽的使用情況，可分析制品主要是控制總長和孔中心距的尺寸穩(wěn)定。對于制品壁厚的均勻性則是通過控制軸向壁厚控制系統(tǒng)以及制品重量來控制的，但一般要求最小壁厚≥2 mm。為達到制品尺寸穩(wěn)定，可從以下兩點考慮：

（1）原料的改性以實現(xiàn)型坯穩(wěn)定，壁厚均勻，不易下垂。當然如前面所述，在原料中加入填充物，也是為了更好地保證尺寸穩(wěn)定性。

（2）冷卻時間長些，且冷卻均勻。由于PP在熔化過程中，要吸收大量的熔解熱（比熱較大），產(chǎn)品出模后比較燙，所以在生產(chǎn)中要通過增加高壓吹氣及氣循環(huán)時間，在模具中強制冷卻，以減少出模后的收縮變形。在秦川塑機開發(fā)的SCJ120C×2，采用了雙工位，就很好地解決了冷卻時間問題，通過兩個工位的間歇工作，來延長制品能在模具中的冷卻時間。

通過以上措施目的主要還是降低其收縮率，保證尺寸的穩(wěn)定性。但在生產(chǎn)效率提高時，制品不能在模具中充分冷卻，還是有必要在出模后進行二次定型冷卻，以防止制品在空氣中再次收縮變形。

5　模具及其他

至于目前市場上的塑料內(nèi)膽樣式，主要以圓筒形為主，這也是客觀結(jié)構所決定的。所以各個生產(chǎn)廠家雖說各有各的特點，但也只是細節(jié)上的不同，設計外觀上的稍有差異而已，目的也只是避免專利糾紛。而模具一般是生產(chǎn)廠家按照客戶要求而設計，如圖1上SCJ120C×2上所安裝模具為秦川工模具廠根據(jù)用戶要求設計制作。而且這種模具可設計成可增加管數(shù)的結(jié)構，以便于客戶根據(jù)市場情況來調(diào)整模具，安排生產(chǎn)。比如說在成型機模板尺寸允許的情況下，16管模具，就可以增加到18管。

但對于太陽能熱水器吹塑成型完，還是半成品。還需要再加工，即開出安裝玻璃集熱管的Ф63孔。只有開孔后，才能應用太陽能熱水器，也才由制品真正變成了產(chǎn)品。但目前，市場上還沒有開孔方面的專業(yè)設備，而需要生產(chǎn)廠家人工開孔，由此在這個環(huán)節(jié)就增加了產(chǎn)品的廢品率，這是太陽塑料內(nèi)膽制造行業(yè)需要解決的問題。

總之，隨著太陽能市場的拓展以及向不同市場的方向發(fā)展，內(nèi)膽的差異化將會逐步凸現(xiàn)，但無論面對廣闊的農(nóng)村市場，還是工程市場和城市市場；無論是從成本控制還是從制作工藝或者從水質(zhì)健康考慮；太陽能塑料內(nèi)膽的優(yōu)勢十分明顯，而這也將預示著一個美好前景。

［1］林師沛，趙洪，劉芳主編.塑料加工流變學及其應用.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

（R-03）

美國科學家研發(fā)出新型塑料服裝面料

美國科學家2016年9月研發(fā)出一種低成本的新型塑料紡織品，可以自動降低人的體表溫度。

美國《科學》雜志的工程師在接受法新社采訪時介紹，這種面料的面世，意味著人們身處高溫環(huán)境中，即便不用空調(diào)，依然能感覺到?jīng)鏊?/p>

斯坦福大學材料科學和光子科學專業(yè)的一位副教授崔藝（Yi Cui 音譯）表示，這是一種既節(jié)能又能保持涼爽的方式。這群研究者應用納米技術、光子和化學技術研發(fā)了這種新型紡織面料，通過兩種方式共同作用降低體感溫度：

（1）這種面料就像棉花一樣能讓人體汗液高效揮發(fā)；

（2）同時，這種面料具備聚乙烯材料的典型特點-透明、緊貼覆蓋物的塑料材料，經(jīng)常用作廚房的保鮮膜。普通的衣服面料阻擋了身體周圍紅外光波向外釋放，但這種新型材料能讓紅外線輕而易舉穿過，促進熱量的散發(fā)。（所有的物體包括我們的身體都會散發(fā)紅外線，釋放熱量。）

斯坦福電氣工程學的一名教授介紹，當人們坐在辦公室里，人體 40%～60%的的熱量是通過紅外輻射帶走的。但目前在紡織品領域的熱輻射研究成果少之又少。

為了測試這種面料的冷卻能力，研究者們將這種塑料面料與普通的棉質(zhì)面料樣本放在同一塊裸露皮膚上，測試體表溫度變化。測試結(jié)果顯示：棉質(zhì)面料下的體表溫度要比新型面料下體表溫度高 3.6℃。相信穿著這種新型塑料面料服裝的人對空調(diào)和電扇的依賴程度將大大減弱。

研究者表示將對這種新面料的顏色、質(zhì)地和花紋做更多優(yōu)化。他們表示，一種新型面料的問世，意味著必須量化生產(chǎn)，并保證價格低廉。

摘編自“中國聚合物網(wǎng)”

Blow molding technology of water tank for solar water heater

TQ320.664

1009-797X（2016）20-0034-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.20.012

劉軍強（1979-），男，大學本科，工程師，主要從事：塑料機械設計工作。

2016-09-06