Chinaplas?2013塑料工程可持续发展的分析研究（二）
超大型真空吸塑热成型。国内真空吸塑热成型仅应用于成型薄壁包装用容器或杯子。真空吸塑热成型虽然是一种传统工艺，但在资源节约型的今天，这种老工艺赋予新的技术内涵，由仅能成型加工薄壁片材向厚壁及复合厚壁片材发展，以适应成型加工由于流动性差而难以注塑的由废料、回料为主的原材料成型加工大型、超大型的开口壳体，例如双层吸塑托盘、顶棚、门板、保险杠、仪表板、浴缸、PC硬箱等，实现和提高塑料回收在再利用的价值，降低能源消耗。德国GEISS AG公司超大型真空吸塑热成型设备在加热系统、真空吸塑等诸方面做了技术创新，达到成型加工超大型单面开口的
节能、高效、环保加热系统融入成型加工设备，提高可持续发展的时空。广州能之原节能技术有限公司为配合国家节能减排战略的实施，节约物质资源和能量资源，于2012年10月份推出了第三代超低表面温度纳米红外电热圈：表面进行喷涂防高温、防辐射的材料达到了热量不外泄，继续深化了之前能之原电热圈安全、无辐射的绿色理念。红外传热方式是在电热圈表面经过高分子远红外材料做特殊处理后，能够产生相对于辐射源特定的红外线，这就是传热过程热损耗降低到了最小，传热率高达99%。传热率远远高于普通注塑机电热圈。而且纳米红外电热圈安装简单便捷，无任何外接设备，可以直接取代传统的电热圈，产品可靠性高，节能率达到70%左右。德国KHS第四代PET吹瓶机加热炉采用短波近红外辐射加热瓶坯，与第三代传统的红外辐射加热相比，加热时间缩短一半，同时加热炉空间也减少一半，耗电量降低了43%。
整合成型加工设备及工艺，在线一体化拓展可续发展的时空。达意隆整合“吹瓶技术”和“灌装技术”首创中国第一台吹灌旋一体机，在单机上完成吹瓶、灌装、旋盖的整个作业，提高效率5%，占地面积节省35%，节水35%，能耗降低20%以上，达到国际先进水平。
复合膜功能细分化，提高其可持续发展的技术水平。国内包装复合膜高速发展，但缺少功能细分化的研究，不利于复合膜减量化的可持续发展。比利时美孚化工高分子材料厂，推出一套可持续的托盘拉伸罩膜的解决方案，用外层为mPE、内层为15%的PBE和85%的EVA的100微米厚的三层薄膜取代外层为mPE、内层为EVA的100微米厚的三层薄膜，不仅优于原来薄膜的力学性能，而且降低了16%的材料。
6 智能检测技术科技创新加速智能化加工设备的前进步伐
智能化塑料加工设备是塑机产业的发展方向。塑料机械被工信部、科技部、财政部和国资委列入《重大技术装备自主创新指导目录》。《国家战略性新兴产业发展“十二五”规划》中明确提出，“十二五”期间，要实现重点领域制造过程智能化水平显著提升，智能制造装备国内市场占有率达到30%。表征融入更多的电子技术、网络技术，能实现自动控制、自动诊断、自动调节、自动补偿功能的智能化技术的塑机装备将会成为未来市场的主角。
智能化检测设备智能检测为控制系统植入眼睛，实现智能化塑料加工设备不可缺少的部分，其智能化科技水平决定智能化塑料加工设备实现的进程。视觉技术在塑料制品加工中，越来越多得到应用，主要取代人工需要完成的对成品的表面、几何尺寸的精度检测工艺，提高检测效率与质量。如何把视觉技术融入全套解决方案以实现智能化。视觉技术融入在线生产，实时检测出生产工艺存在的缺陷，实时并把信息提供给中央处理器，中央处理器实时以标准的工艺参数进行调整，减少不合格品率，达到提高能效和资源利用率，实现智能化生产，这还需努力探索。目前在展会中，还未见智能化塑料成型加工设备。
目前视觉技术的应用，是在成品中剔除出不合格品，而这些不合格品在成型加工过程中已消耗了能量和资源，特别是食品、医疗医药的包装容器，剔除出的不合格品不能再次投入此类包装容器的生产，在一定程度上可以说浪费了资源。
日本三菱重工MAC-VIII+注塑机控制器，融入智能化控制技术，只需输入成型品资料，便可自动计算及设定塑化程序、料筒加热温度；设备发生故障，画面显示故障原因及解除方法。
台湾晏邦公司色料色母计量控制系统，只需将主原料及色料、色母或其它添加剂的添加率输入计算机，计算机即自动运算并控制加料转速，稳定产品质量，节省能源、原料成本和人工费用。
瑞士Kistler仪器股份有限公司模腔压力测量系统实时监测并分析注塑过程中模腔压力，由Kistler CoMo Injection系统基于成型产品的实际模腔压力曲线是否满足设定的监测标准压力曲线来判定成型产品为合格或次品，并发信号给机械手进行合格品和次品的分离。
视觉检测成型件质量。威猛集团展出的MicroP0wer 15/10微型精密注塑机，成型POM材料的28触点的插头，产品尺寸为
台湾晏邦公司色料色母计量控制系统，只需将主原料及色料、色母或其它添加剂的添加率输入计算机，计算机即自动运算并控制加料转速，稳定产品质量，节省能源、原料成本和人工费用。
智能转盘控制。立式多工位转盘注塑机、卧式双色注塑机，都涉及转盘的控制的定位精度，转盘的单位精度随上面安装的模具重量的不同，其动态的定位精度也发生变化，每次需多次反复试验，调整控制参数，直接符合成型的精度要求。深圳亚启科技有限公司对伺服电机驱动的转盘控制系统，由常规的脉冲信号控制改为通信协议指令控制，控制系统实现依据模具重量的改变自动调节参数，同时提高了抗干扰性能，完全消除了定位偏差和圆盘抖动现象，节约了调试时间。
广东金明精机股份有限公司9层共挤高阻隔吹膜设备通过现场智能化的控制、监测以以及远程参数化，实现整机的自动配料计量控制、温度控制、螺杆转速控制、风环风速控制、稳泡器控制、人字板和护模板角度控制、牵引系统控制、薄膜线速度控制、收卷机控制等，实现自动报警及自诊断等功能，提高薄膜厚度的基本偏差等级，在薄膜平均厚度不变情况下可节约5%的原料消耗。
Klöckner Pentaplast GmbH & Co KG公司塑料薄膜生产的集成检测系统，每个摄像头扫描率320MHz，具有2048、4096、6144或8192像素的CCD线扫描摄像头，还可以使用带有CMOS传感器的彩色线扫描摄像头来检测低对比度的颜色缺陷，即使网格移动速度非常快，也可以在网格移动方向上获得高的分辨率。系统能够检测出微小的缺陷，并将其标记，然后触发报警器，或者通知机器操作员和负责人来立即处理。
7 塑料原料以实现成型加工节能降耗为目标的科技创新
塑料工程节能降耗的全套解决方案的首要是研发达到节能降耗的成型原料，技术关键的创新添加剂，提高塑料的流动性能。
薄壁类包装容器、薄膜类包装材料的节能降耗的添加剂，不但要提高成型原料的流动性能，而且需提高力学性能，才能达到薄壁制品在不降低力学性能前提下，进一步降低壁厚，达到更多幅度降低成型能耗及资源消耗。Nova公司采用公司专利技术Qinnex，制成PE和PS两者互穿网络聚合的名为UPES添加剂，该技术与熔融共混相比，可获得更精细的PE和PS的分布，使得不相容的成分能结合在一起，用于包装成型原料HDPE、LDPE及PP的改性，达到缩短成型加工周期、降低制品的壁厚、减少废料，使包装容器进一步轻量化和成型节能化。在食品薄壁容器注塑成型材料中，加入15%的UPES的HDPE，注塑成型周期加快了33%，并使产品减薄20%，而包装的耐强强度提高了140%，并增加了透明度。加入UPES后PP片材的挤出厚度可从0.40~0.45㎜减薄至
美利肯公司将以“加强美学、提升效率、优化特性和可持续性”四大主题来展示聚丙烯（PP）及聚乙烯（PE）添加剂技术在环境可持续性方面的领先优势。新一代Millad NX8000透明剂能使聚丙烯的透明度接近玻璃或与玻璃类似的聚合物，同时可在极低的温度条件下可节省能耗13%及降低二氧化碳排放量10%。此外，这种新一代透明剂卓越的增透效果拓宽了聚丙烯的应用范围。据美利肯公司介绍，除环保优势之外，由于加工温度降低，缩短了冷却时间，塑料铸模商及加工商能够运用Millad NX 8000透明剂来提高生率效率高达18%，压缩整体生产成本。Hyperform HPN成核剂提高了聚丙烯和聚乙烯的结晶温度，加快部件脱模，缩短生产周期，生产效率因此提高了10-20%。Hyperform HPR增强剂无论单独使用或与滑石粉一起使用，均可生产出表面光洁度更高、耐刮擦性更好，且更易着色的零部件。其中，与传统汽车注塑部件相比，Hyperform HPR-803i合成增强剂不仅能改善汽车内外饰部件中聚丙烯的机械性能和外观，还能使零部件重量更轻、强度更高。
8 环境友好型清洁化塑料工程
清洁化成型加工设备及工艺是塑料工程可持续发展的技术革命的重点，必将成为创新创造的制高点，成为设备出口的环境的绿色壁垒。污染并不是塑料工程不可避免的结果，而是技术差、效益低的表现。塑料工程的创新创造清洁化更关注其对生态环境的影响。
塑料制品加工已列入环境保护部、发展改革委、财政部三部委2012年12月发布的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》中的PM2.5的重点检测对象。国内塑料工程的产业链相关单位在设备的技术设计及成型加工对PM2.5有何影响，基本上还没有概念。清洁化塑料工程的全套成型加工方案是“现实需求”和“潜在需求”，主机厂商需与其他相关设备厂商展开广泛的联合开发和制造，共同研发清洁化塑料工程生产线。
塑料工程清洁化的技术内涵与时共进，并不断延伸。清洁化塑机不但指设备本身达到清洁化，更重要的必须达到成型加工对周围环境无污染、或产生的污染可在自然环境自我修复允许范围内。国内塑机的清洁化仅限于治理设备的液压系统的漏、渗、跑，以及运转噪声，而对于热污染、水污染、电磁波污染、光污染、微尘污染等还没有放到议事日程上，注塑机液压油渗漏治理至今已三十年，还没有彻底解决。国际上塑料工程清洁化远走在国内塑料工程的前面，实施全套高科技的清洁化的解决方案。瑞士奈斐耐驰特公司应用于医疗领域的ELION系列全电动注塑机，清除制品采用德国Hekuma制造的机械手，原料输送系统采用洁净化的Motan高速系统，模温机采用瑞士HB-Therm公司智能化系统，伺服动力驱动采用瑞士Ef cooling Ernst H. Furrer公司的囊式水冷交流伺服电机，达到电机运转工程实现零排放，提高了设备的洁净度，确保成型加工过程不会出现溅射现象和微粒散发等环境污染现象。KraussMaffei公司医疗瓶盖注塑机的合模机构，设计循环油润滑的方式，使得这些润滑点被完全包封起来形成一个封闭系统，完全杜绝了润滑油受外界污染情况的发生。NSK公司滚珠丝杠副的螺母采用端部循环方式，润滑油存储式密封，没有油脂飞散，实现清洁环境并降低噪声。加拿大未西索加的未来设计有限公司研发的土星疏散系统（SES），可捕获在吹膜过程中从机头排出的80%的微粒，降低车间的环境污染。
国内清洁化塑料工程加工设备，先从看得见摸得着的常见问题的治理做起。例如润滑系统产生的环境污染。国内塑机的润滑副的润滑油系统，都为开式的系统，润滑结构只有进口没有出口，溢出的润滑油任意滴漏于设备上，而且润滑副油由于无循环冲洗功能，时间久后，润滑油易干枯形成污垢，不但降低润滑性能而且污染环境，长期来对于这种传统润滑结构，习以为常，但随着清洁化内涵的延伸，润滑副的清洁化成为设备清洁化技术解决的首要。日精公司全电动注塑机滚珠丝杆润滑副、Battenfeld公司“Z”型肘杆系统采用封闭式循环润滑系统，润滑副无润滑油外泄。日本宇部公司MD系列全电动注塑机的肘杆旋转部分采用免润滑钢套，省却了润滑系统，实现了清洁生产。近年来用少有润滑的滚珠导轨取代，不但降低了能耗及提高了运动精度，而且延长了使用寿命及降低了维修费用。装饰件清洁化涂装达到杜绝设备对环境、塑料原料、塑料制品的污染及交叉污染。电气控制箱空气清洁化，对吸入空气进行洁净化，杜绝外界空气的污染物直接被吸入，污染电气元器件。
9 伺服电机驱动油泵系统应用的科学发展观
伺服电机驱动油泵系统，对此应有一个科学化的认识观和发展观，才能取得时空延续的可持续发展。伺服电机驱动油泵系统对于成型加工的节能性能是无可置疑的，但对于系统动态响应的性能，应有一个客观的科学的认识，才能在系统及成型加工性能的设计上，以及伺服电机的选用上，有一个科学的发展理念。
液压系统的动态响应性能取决于整个系统的响应频率。常规的伺服电机驱动油泵的液压动力系统由伺服电机驱动油泵、液压油输送管路、液压方向阀、油缸/油马达等组成，而液压油输送管路由钢管与大口径的高压软管等组成，液压方向阀一般都为普通开关方向阀，可见由于系统中存在固有频率极低的大口径的高压软管、普通开关方向阀、定量泵，油泵出油口至油缸/油马达的管路系统的动态响应时间超过1000ms，高性能的伺服电机动态响应时间为15ms，普通的伺服电机动态响应时间为60~80ms。国内伺服电机与油泵的联接都用柔性的弹性联轴器，由于弹性联轴器结构上的间隙及弹性体的存在，降低了动力驱动系统的动态响应性能，例如，在压力10MPa下，油泵启动到1000r/min，上升、调整、过渡的整个动态响应时间需约300ms；在1000r/min下，压力从零上升到10MPa，系统的上升、调整、过渡的整个动态响应时间需约400ms。伺服电机在额定转速下，转速约有3%的波动，随之液压流量也波动，能满足普通的塑料件的成型加工要求。
上述的分析说明，注塑机伺服电机驱动油泵的直接传动执行机构中，伺服电机的动态性能对整个系统的动态响应性能的影响极其有限，对成型周期基本没有影响，所以研究这种系统的动态响应性能没有理论意义及实际作用。选用的伺服电机不必在动态响应性能方面做过高的苛求，普通的伺服电机即可满足要求。
伺服电机驱动油泵系统在动态响应性能、流量及压力的精密控制性能方面，不能取代能实现精密成型加工的阀（伺服阀）控伺服系统。
我们对新技术、新工艺必须要有实事求是的精神，片面地作不切实际的商业化的宣传只会误导市场，而且也对新技术、新工艺没有科学理解的表现。
10 二板机的科学发展观
前些年，一些单位热热闹闹开发二板机，展会上表明这股热气已降温了，一些企业开发的二板机多数作为展品积压在厂内，有的公司当初雄心勃勃用二扳机取代肘杆式注塑机最终化为泡影。作者在08年著文指出：二扳机是一种功能化注塑机，不能取代肘杆式注塑机，如果把它作为替代肘杆式注塑机来开发，那就是研发思路错位。用户购买肘杆式注塑机的主要目的是因其成型速度快、效率高，购买二扳机的主要目的是能成型肘杆式注塑机不能成型加工的制品。二扳机的最大的优势适于大面积薄壁件的各种压缩成型、深孔型制品成型，特殊成型功能达到引领塑料制品的发展。
一些单位已成工业化的二板机，多数是根据用户的要求而特殊开发的。这种开发从真正从塑料工程全套解决方案内涵来说，开发的主体是用户，设备制造商仅是满足用户的要求，处于全套解决方案的一个环节，设备的制造数量由具体用户而定，设备制造商没有主动权。ENGEL公司把开发二扳机与汽车注射制品的发展结合起来，开发了多种压缩成型工艺，主动解决汽车塑料件的轻量化，引领汽车装饰件的发展，为用户开发高端汽车装饰件、赢得更大利润提供了更为广阔的可持续发展的时空，走向了市场。
国内有的单位近年来在研发二板机的理念上，企图在移模时间上赶上肘杆合模机构达到取而代之。肘杆合模机构的高压锁模为移模过程中的连续运动，移模行程可实现较大的行程比；二板机的高压锁模需要液压阀切换实现液压增压而花费时间，移模行程只能为等行程，从这一点上，二板机的移模时间不能达到肘杆合模机构的时间，做这方面的研究在理论上行不通、实际中不可行。
12 结语
Chinaplas®2013可持续化发展表明，国内塑料工程可持续化发展还处在初始阶段。可持续化发展其内涵与外延也在不断地动态变化和发展。特别是由于人们对环境的价值观不断进步，而以之为价值基础的可持续化发展也随之变革。在可持续化发展总纲下，细分塑机可持续化发展技术内涵，把技术科学化和科学技术化两者合为一体，使可持续化发展更加生态化、人性化、科学化。
＊ 本文材料均来自Chinaplas®2013
作者简介 教授级高级工程师， 终生享受国务院政府特殊津贴。中国机械工程学会高级会员、科技部国际科技合作计划评价专家、中国包装工业专家顾问委员会委员、中国塑料包装联合会专家、中国塑料加工协会专家组专家， [包装与食品机械]审稿专家，[塑机]特约编辑，宁波海达塑料机械有限公司高级技术顾问。发表论文近300篇。现主要从事塑料机械的科学发展工作。