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多层共挤中空塑料成型机绿色技术的分析研究(三)

[ 宁波市塑料机械行业协会 ] 发表于 2013-11-05 14:08:53 浏览量:0
5 塑化挤出部件绿色技术的分析研究
    多层共挤中空成型机的塑化挤出为单螺杆挤出机。塑化挤出能耗占成型能耗的60%以上,塑化质量直接关系到型坯的质量,塑化能力直接关系到成型周期。
5.1 塑化挤出结构的绿色技术的发展及研发要点
低温塑化降低能量利用率;高塑化能力提高生产率;实现热能零辐射达到清洁生产及降低能量损失。
5.1.1挤出机的适应性及性能组合
挤出组合科学匹配实现高效率。挤出机的适应性及组合是保证多层共挤出中空塑料制品质量的前题。研制者首先必须对所研制多层共挤出中空塑料成型机加工的对象(包刮制品、制品各层材料的特性及各层材料之间的粘结性能、增粘剂的特性)作彻底的了解,然后设计适应所需塑化材料对象的挤出机,确定所需要配备挤出机的数量及型式。挤出机应能适应不同流量、不同材料塑化,生产率应比标准的挤出机的生产率要高。螺杆和机筒的结构随着加工物料性质的不同而其结构不一样。每个挤出装置都应配制自动控制的失重式加料,实现精确、稳定加料量。同大机械有限公司研制了多种型号的脉冲式上料机,较好地实现了混合物上料稳定。
回收料层的塑化挤出螺杆是实现型坯吹塑成容器剪切下的内含多种塑料的飞边、料头等直接资源化,使成型加工过程中达到不产生废弃物,是设备绿色技术的重要组成部分,应作为一种专用化塑化挤出螺杆进行特殊设计。塑化挤出螺杆必须具有对再生料有很好的熔融剪切混炼性能,以适应各种塑料混合物的塑化挤出。
顺德考特斯塑料科技有限公司是KCC10D型双工位四层共挤中空成型机,配备 HKS2/50-CD125型坯头,生产约75-90克质量的1000ml四层共挤阻隔塑料瓶,四台挤出机共挤,外层采用 60mm/25D螺杆,回收料层采用 50mm/25D螺杆,粘接层采用 18mm/25D螺杆,阻隔层PA或EVOH层采用 25mm/25D螺杆,循环时间20秒,每小时可产出720个。
5.1.2低能耗塑化挤出结构
低能耗塑化挤出结构特点:在实现比标准挤出机的生产率高、优质混炼性能前提下,达到低能耗塑化。
1) 低能耗塑化挤出螺杆
螺杆是实现低能耗塑化挤出结构中的关键零件。螺杆结构是实现节能化的基础,具体技术参数的选择是技术绿色化的水平。了解螺杆塑化对象能耗的特点,设计低能耗螺杆。
(1) 塑化挤出螺杆能耗性能的衡量标准
塑料原料塑化过程是吸收热量的过程,热量由螺杆剪切热量和机筒加热量造成。理想状态下,达到理想的塑化质量,螺杆剪切热量占塑化总热量的80%~90%,因此螺杆剪切热量占塑化总热量的百分比是塑化挤出螺杆能耗性能的衡量标准。每种树脂都有其加热和熔化的单位能量消耗(SEC)值,对半结晶树脂来说,其SEC值约为0.15kWh/kg,而无定形聚合物的SEC值则大约是0.10kWh/kg。如果塑化过程中,机筒加热提供热量超过20%,说明螺杆的剪切性能差。机筒提供更多的热量,对于热效率低的电阻丝加热装置来说,意味着塑化过程中损失的能耗更多。
(2) 低能耗塑化挤出螺杆的主要特点
降低塑化剪切力;降低螺杆的扭矩,提高塑料的熔融效率;提高塑料化能力;增强添加剂的分散效果;提高塑化质量;低温塑化,减少能量输入。根据加工的要求,选用及开发节能挤出螺杆。
(3)低能耗功能化塑化挤出螺杆结构特点
多层共挤中空机的低能耗螺杆特别强调螺杆具有较高的混炼性能的情况下实现低能耗塑化挤出。根据不同形式的多层共挤中空、塑料原料的实际,塑化挤出选用合理的结构和型式,达到最佳的绿色化效果。多层连续共挤中空,稳定挤出是主要技术性能,所以对塑化挤出的螺杆机筒的绿色化技术有更高的要求:在实现稳定挤出性能下,达到优良的混炼性能、低能耗。
开槽屏障型螺杆,混炼效果最佳,可降低熔融温度5℃一20℃,塑化能力增加50%;耗电量虽随塑化能力而增加,但其耗电率增长不明显,所以单位能耗低。特别适应于加工LDPE,比典型计量型螺杆的塑化能力高70%-80%。
Stat—Dyn螺杆,具有优良的混炼效果,施加到物料上的剪切力比其它混炼螺杆要小得多,熔融的剪切力低,降低了驱动螺杆的扭矩。
非圆塑料挤出螺杆是广东金明塑胶设备有限公司自有知识产权的专利技术,用于PA、EVOH塑化挤出,达到均化段熔体压力下降、剪切热不再升高、流动速度减慢,提高熔体的塑化质量,保证挤出系统的清洁度,实现挤出理论所要求的“低温挤出”,降低了塑化挤出能耗。
(4)“4C”和实验相结合实现塑化挤出螺杆低能耗绿色技术科学化。
秦川机械发展股份有限公司中空塑化挤出机螺杆,运用先进的塑料流动分析软件,进行模拟分析及优化设计,通过全尺寸试验挤出机进行大量试验,不断改进挤出机结构,修正参数,采用不同牌号原料进行实验,以达到提高塑化效率,降低驱动功率和加热功率,提高塑化混合效果,适合不同牌号粒料和粉料加工,使挤出机能够适应各种原料工艺要求,减小螺杆直径,降低装机容量,增加产量,取得显著的节能降耗效果。
5.1.3低能耗稳定塑化“IKV”塑化挤出结构
“IKV”塑化挤出结构主要特点是在机筒加料区的衬套上开有形状不同深而宽的纵向沟槽,同时在加料区设计有强制冷却夹套结构,螺杆具有屏障段和混炼段。技术性能特点是特别适合高粘度HMWPE的塑化挤出,在相同长径比条件下,HMWPE原料的输送效率,由常规的0.3~0.5提高到0.6~0.85,塑化量提高50%以上,且挤出量稳定。合理的屏障段和混炼段设计,能获得高的塑化质量,达到降低单位能耗的效果。多层塑料燃油箱中空成型,为达到各层的厚度成比例的稳定的挤出,内层、焊接层、回收料层、粘结层都采用“IKV”结构的挤出机。
“IKV”结构也存在一些缺陷,比如螺杆与机筒磨损严重,冷却水带走的能量偏高等,在“IKV”结构基础上不断研究和改进,创新技术,提高塑化能力与塑化质量。
5.2 喂料系统的绿色技术的发展及研发要点
在多层共挤产品中,多层共挤原料中不同成分比例经常需要按照产品配方改变,各层厚度比例以及贵重添加剂含量控制很重要,这就要求喂料系统能提供自由灵活的可变换原料的精确配置系统。
喂料系统绿色化技术主要体现:精确控制塑化原料的组成达到提高制品质量,精确计量实现资源(塑料原料、辅料添加剂等)节约型加工。
5.2.1智能失重式计量配混料系统
失重是计量配混料系统基于称重技术原理而建立的先进的混配料及质量控制的喂料系统,系统由失重式计量配混料机和控制系统组成,适用于多种新料的计量配混喂料。
系统采用计算机控制,控制运行状态、工艺配方、输入参数,实时监测原料的挤出量,控制挤出机螺杆转速,使挤出量保持恒定和严格控制在工艺要求内。原料密度变化、松散度的变化、粒料形状大小的不同以及原料流动性质的差异,所引起的物料产量的变化,原料挤出量检测采用连续失重式称重原理,自动称重喂料系统予以记录并得到控制,通常可节省 2~5 %的原料。同时自动称重喂料系统完全由PLC实现自动控制,具有通信功能,可以由主计算机设定、监控生产的各项参数,例如各层挤出的配比、产量等数据,为生产的自动化提供保证。上海环球机械有限公司失重式计量配混料系统,实时在线动态监测,通过智能软件的计算和分析,可按设定要求对工艺参数自动优化和调整,最多可实现对8种物料的配混控制,适用于颗粒状物料及流动性较好的不规则物料喂料的单螺杆失重式计量喂料机最大能力达到1000kg/h,适用于颗粒状物料、粉料及流动性较差的不规则物料喂料的双螺杆失重式计量喂料机的最大能力达到2500kg/h
5.2.2智能重力式计量配混料系统
重力式计量配混料系统适用于新料、回料、色母粒、添加剂等计量配混喂料。科乃尔公司的TrueBlend重力式配混料机,无漏料、无外溢、无污染,全密封的内部结构,有效防止任何原料损失和浪费的产生。无需使用工具,即可方便进行内部清理,显著节省了人工成本,杜绝了清理对环境产生的污染。上海环球机械有限公司重力式计量配混料系统,系统根据设定值最大运行,无需人为计算物料的比例,精度达到±1%,组份可达6组,最大喂料能力达到1500kg/h。
5.2.3智能重力式喂料机
美奎亚洲推出一种先进的重力式喂料机,系统特有的精确失重称量功能连续追踪和调整投料误差,不受新加入物料的干扰;控制器调节螺旋加料器的电机转速,自动适应螺杆扭矩、工厂电压或原料的变化。
5.3 料斗干燥原料的新型加热节能系统
传统干燥机节能发热元件是电热管及陶瓷红外线等耗电高、寿命短之加热元件。采用可调高效率热风元件,瞬间产生的磁热分子,利用鼓风机将热分子吹送到需热干燥的塑料原料上,达到干燥加温的效果。发热元件所产生的热量95%,由风扇的对流空气传达支被加热的物体上。传统加热钨丝只能吹出30%的热量。升温快、温度恒定、节电可达30%以上。
张家港市联达机械有限公司LDYW-200型红外线结晶除湿干燥系统,结晶-除湿-干燥三位一体一次完成,时间短、效率高、能耗低,几乎不破坏原料结构。百旺塑料设备(苏州)有限公司HR系列干燥机,采用独特的吸湿蜂巢转轮技术,确保更高的能源利用率。
5.4 边角料自动回收利用系统
多层中空吹塑成型容器后,相对注塑成型,切割下来的边角料(飞边、料头)较多,直接即时粉碎,经计量混合机按新旧了比例供给塑化挤出,实现再次利用,达到无二次污染、环境保护效果。
6 合模机构绿色技术的分析研究
多层共挤中空塑料成型机的合模机构有较多的型式和种类,动力驱动有液压和气动的两种型式。相对于注塑机的合模机构,技术参数最大不同点是模板面积大、锁模力低,运动型式为两块模板同步对中运行。
目前,国内大型挤吹中空塑料成型机的合模机构沿用小型中空容器成型机合模机构的结构,采用二拉杆或四拉杆的三板连动及其扩展结构。
6.1 合模机构绿色技术的发展和研发重点
多层共挤中空塑料成型机的合模机构绿色技术的特点是节能化、清洁化。
6.1.1清洁化移动副技术
拉杆式合模机构的拉杆与模板移动副,采用免润滑的石墨镶崁的复合套,润滑系统采用点对点的智能控制定量润滑,减少了润滑对环境的污染。
模板运动导向采用高精度高负荷的滚珠导轨,实现了无间隙运动,提高机械系统的运动刚度。
提高了工作环境的洁净度,减少了对制品的污染点。
6.1.1清洁节能型无拉杆合模机构
无拉杆锁模机构,彻底消除了移模拉杆润滑移动副所产生的污染。
插销式无拉杆合模机构是近年来发展起来的一种合模机构,具有锁模力大且分布均匀、装卸模具容易、容模量大、节能等特点,高压锁模是一模板上的插销插入另一模板上的锁紧套后,分布在一模板左右两侧的两对以上的锁模油缸拉紧另一模板实现高压锁模,反之,则为高压开模。贝克姆(Bekum)公司生产的1000L及500L(6层)中空机均采用了采用两板销锁式机构合模装置,运动付采用了滚柱直线导轨,具有刚性高,运动精度高,运动轻快的特点,合模力是由位置可调的销锁缸来实现。
液压同步驱动无拉杆合模机构。台湾凤记铁工厂股份有限公司的无拉杆合模机构不同于插销式无拉杆合模机构,最大规格达到VSE(DCE)-150(螺杆直径),它是采用互相对称的两套液压驱动机构同步分别驱动各自的模板,由于模板中心受驱动油缸的作用力,所以能降低模板的重量,减小锁紧变形量,装卸模具更容易、容模量更大、更适合机械手的操作,性能上比插销式无拉杆合模机构更具有优越性,值得推广应用。
无拉杆合模机构由于没有拉杆副摩檫能量损耗,降低了运行能耗。
 
6.1.2快速换模系统
近年内磁性快速换模系统在大型注塑机上应用较快,对于提高大型注塑机的换模速度和提高模具的稳定性方面起到了较好的作用,预计在未来几年内在大中型中空成型机合模机构的模板上可能得到较快的应用,对于提高换模的速度和模具的稳定性方面会有较大的益处。磁性快速换模系统将会成为合模机构的技术创新重点之一。