塑料加工成型機械創新技術研究

趙偉

摘要：塑料加工成型技術主要是指在物料熱機械處理的環境下，所出現的變形過程，這種技術形成通常被稱為熱機械加工歷程，通過熱能以及機械能的轉換分析，可以實現塑料熔融塑化，并通過特定化的模具形成塑料制成品。所以，在現階段成型機械創新技術優化的過程中，應該在最大限度上提高能量的轉化效率，并提高傳熱的整體效率，合理降低機械產品設計中的能量的消耗。文章在研究中，對塑化運輸方法、塑料制成品的過程進行了系統性的探究，對塑料加工成型機械創新技術進行了探究，旨在通過成品的設計促進塑料加工產業的穩定發展。

關鍵詞：塑料加工；成型機械；創新技術

前言

塑料主要是從石油經過蒸餾并裂解得到各種炔烴，并利用這些炔烴聚合得到的一種高分子化合物。我國經濟在快速發展的同時，對自然資源的消耗量也十分龐大，尤其是不可再生的石油資源。由于我國人口眾多，塑料制品在我國的使用量巨大，石油作為塑料的主要原料，石油的消耗量也很大。為了響應我國低碳環保、綠色生態的號召，同時考慮到塑料工業對低耗、高能、環保型的加工成型技術的需求也比較高，有必要對塑料加工成型機械創新技術進行研究。

1塑料機械的發展

塑料機械的發展在一定程度上反映出一個國家和地區的國民經濟和技術發展水平，我國的塑料機械行業發展于改革開放前，塑料機械企業規模小、設備落后、技術力量薄弱，主要靠引進樣機進行仿制，產品種類少，工藝水平低，沒有成套的配備設施。改革開放后，隨著人們對塑料制品的需求的增大，塑料機械得到了快速的發展，市場對塑料加工成型機械設備的需求也大幅上升，多數企業從國外引進先進的設備和技術，使得塑料機械技術得到了很大的提高。進入二十一世紀，塑料的應用領域不斷擴大，從一般民用、農用擴展到幾乎所有的工業領域，打破了原本局限于輕工、機械和化工系統的格局，迅速蓬勃發展起來。而塑料機械未來的一個主要發展方向是高效和多能，它能解決能源緊缺和大量生產使用引起的高成本問題。聚酯瓶胚成型機的機頭由原來的6個，到現在超過了24個，能夠同時進行多個塑料加工成型作業，從原料準備到成型一體化的實現，縮短了操作流程，減少了人力的輸出、設備的投資和能量的消耗。目前我國的塑料機械加工成型的精密度不高，成品質量無法保證，也沒有大型化、精密化的塑料機械，還需要依靠國外進口大型的、精密性高的塑料機械，這是我國目前的一個短板。塑料機械未來的發展，就需要克服這個問題，發展大型化、精密化的塑料機械。塑料加工成型機械模塊化和專業化生產為不同需求的客戶提供更多產品，不僅縮短新產品的研發周期，降低生產成本，還提高了產品的質量和精密度。

2塑化輸運方法的創新

在塑料機械之中，擠壓系統是其中的核心，肩負著塑料塑化、材料融化與產品輸送的過程，能夠為產品生產提供熔體，直接影響著塑料制品的生產質量，在這一過程中，對于材料的消耗量也是最大的。以振動剪切形變加工技術為例，這是塑化運輸方法中的重點，如果使用普通的螺桿，是無法完成塑料加工傳質傳熱的，為此，可以使用振動力場。振動力場的應用有效解決了傳統生產中熔融速率小、輸運歷程長、熔體粘度高的不足，該種方式的應用并非簡單的疊加，而是應用高分子材料俗話輸運中的非線性特征來提升制品的生產質量。在引入振動力場之后，有效降低了聚合物的熔體粘度，也減少了能量的消耗。由于現階段的不相容塑料，往往無法直接進行混合加工，在剪切力的影響下，塑料的輸運方向與速度梯度為垂直性狀，在拉伸力場之中，輸運方向與速度梯度是平行的，在螺桿擠壓系統之中，由于傳熱效率不佳，塑化輸送工作的完成需要花費較長的時間。為了解決這一問題，有學者提出在拉伸流變塑料加工法基礎上利用物料加工體積周期性變化法來混煉物料，其中核心單元有螺桿擠壓系統、葉片塑化輸運單元等組成，被稱之為葉片擠壓系統。在VPCU系統中，定子、轉子、葉片、擋板共同組成了集合空間，其容積會表現出從小到大的變化，在定子外加熱的影響下，熔融塑化物會被直接排出，而葉片擠壓系統則需要一定的停留時間，這一系統與PP/PS體系并不相容，與傳統螺桿塑化輸送技術相比，可以降低30%左右的能耗，縮短50%以上的物料熱機械歷程，尤其適宜應用在生物質復合材料與不相容塑料的混合加工中。

3過程控制系統

塑料制品加工成型是利用外場如力場、溫度場等使塑料產生熱機械形變的過程，而塑料機械是實施這一過程的手段與工具，它是一個過程裝備。塑料制品加工過程由于存在非線性、不確定性、時變性和不完全性等因素，一般無法獲得精確的過程數學模型，因此塑料機械的常規控制系統很難對過程實施精確控制。因此，先進加工成型過程控制系統是衡量塑料機械技術水平的重要標志之一。以往塑料機械的過程控制系統都是采用通過對工藝條件（溫度、壓力和轉速等）控制來達到對制品質量（重量、尺寸、表面質量和性能等）的傳統控制。該控制系統由于對工藝條件、物料特性和操作的不同而產生的變化難以很好地響應，很難實現精準控制的目的。在塑料加工過程中，產品質量與工藝參數和過程變量之間的關系是難以確定的，而且塑料種類繁多和加工工藝條件多變，尤其是現在廢舊塑料回收循環利用以及可再生植物纖維資源利用對控制系統提出了新的挑戰。需要確定控制模型的傳統自動控制技術更是難以勝任多相多組分體系加工過程的控制。可以利用先進的測量與傳感技術、計算機技術、非線性系統等現代手段，在產品質量與工藝參數和過程變量之間建立反饋與耦合關系，對塑料加工成型過程實施智能化的精準控制控制。只有這種不需要預先知道確定制模模型的智能化控制系統才能滿足目前塑料機械發展需要。下面結合葉片塑化擠出和注射成型過程控制簡要介紹在塑料機械智能化控制系統研究方面的進展。

4模內層壓技術的創新

模內層壓技術最早出現在德國，在時代的變遷下，各類新型材料開始得到了應用，在成型工藝方便，型腔主要覆蓋物開始應用真皮與PVC皮，這對于注射速率與注射壓力提出了更高的要求，在技術改進的過程中，需要逐步改進注射料溫技術。由于制品涉及到大量因素，對于工藝的要求也更高，為了保障層壓材料的性能，需要應用低壓注射作為輔助成型方法，保證成型機制品與要求相符。在原有的注射成型中，一般的注射壓力應該在100MPa上下浮動，而通過技術改進后的模內層壓技術，在對注射壓力的要求上變更為10MPa左右。這就完成了很大程度的工藝體系的創新，而其余與傳統黏附工藝相比，在原有的成型工藝模內層壓下，具備了更多的特性。

結語

塑料工業在近年來得到了蓬勃的發展，其塑化輸運方法已經從傳統剪切形變加工轉化為振動剪切形變加工，控制系統也從以往的數字化系統轉化為智能化系統。近年來，在塑料行業前沿技術不斷取得突破的基礎上，主攻當前關鍵共性的核心技術，努力縮小與發達國家高新生產技術之間的差距。技術進步的加快將賦予塑料材料和塑料制品更多新功能，以滿足國民經濟的需求。相信在技術的進步下，必然可以得到更進一步的發展。

參考文獻

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（作者單位：新疆天業節水灌溉股份有限公司）