摘要：2019年国际塑料及橡胶展览会（K2019）圆满落幕，充分表明塑料仍旧是极具创新、不可或缺和面向未来的基础材料。本次K展以循环经济为中心主题，聚焦材料和行业在资源节约工艺流程、数字化、功能性、可再生能源、循环性和可持续性等五大主题的创新成果。全球注塑行业重点展示了与循环经济、智能化、集成化相关的创新解决方案。本文将简要介绍此次K展的展出亮点，着重探讨注塑行业创新技术发展趋势。
关键词：塑料；橡胶；展览会；循环经济；注塑行业；数字化；集成化
三年一届的2019年国际塑料及橡胶展览会（K2019）于10月23日在德国杜塞尔多夫完美落幕。在国际形势复杂动荡、全球经济整体下行的当下，K展作为全球最大、最具影响力的橡塑行业展会依然展现出强大吸引力：来自全球63个国家的3330家展商吸引了165个国家的22.5万名观众。这充分表明，塑料仍旧是极具创新、不可或缺和面向未来的基础材料。
K2019围绕橡塑材料产业链中循环经济主题展出了一系列具体解决方案，参展观众对回收系统、可持续原材料和资源节约工艺表现出浓厚兴趣和强烈的投资意向。效率优先是德国专业观众的首要关注问题，而扩大产品和服务组合则是欧洲其他国家和欧洲以外地区的专业观众关注的重点。K2019期间以可再生能源、材料效率和零废弃物等议题组织了精彩纷呈的配套活动，聚焦于材料和行业在资源节约工艺流程、数字化、功能性、可再生能源、循环性和可持续性等五大主题的创新成果。同时还重点关注海洋垃圾、与塑料包装相关的“用完即弃”以及在生产过程中使用有限资源等关键主题。本文将结合作者现场参观体会简要介绍此次K展的展出亮点，探讨注塑行业代表性的技术发展趋势。
1 以循环经济为中心主题：塑料可持续发展推动注塑成型技术创新
本次K展就如何应对全球气候变化和白色污染等塑料垃圾处理问题，重点推出了循环经济理念。参展商从使用可回收材料、创新生产工艺和循环生产产业链三个方面纷纷推出了各自的技术解决方案。
源于产品设计源头的循环经济模式。塑料循环利用已逐渐成为社会共识，它的三个关键点是收集、分类处理以及终端利用。正确的循环经济模式应贯穿于塑料生产的整个过程，必须从产品的源头设计开始就遵循循环经济的原则，如图1所示。回收再生设计意味着在产品开发阶段就应尽早考虑后续回收过程，并在产品设计中考虑循环经济和可持续性的要求。克劳斯玛菲、恩格尔、阿博格均在展会现场也展示了循环经济的整体解决方案。在这方面，包装工业和轻质复合材料设计中已经有良好的典范。例如，在模内贴标签工艺（IML）中生产薄壁包装时，使用单一材料系统已经形成一种趋势，其中标签和颗粒使用相同材料制成。如陶氏与瓶盖及一次性胶囊生产商联合开发反向喷口密封技术，采用单一材料薄膜制成喷口袋等。
工艺稳定性调控是再生材料高质量生产的关键。采用机械方式回收塑料时，需要重点解决共混配色稳定性问题。克劳斯玛菲Edelwiss Compounding技术通过采用液体颜料方案使得在工艺运行时调整颜色成为可能。液体颜料由于无需在加工中熔化，因此可在靠近挤出机头位置注入，如图2所示。完全不同颜色的切换在几秒钟内就可完成，这为缩短颜色更换时间和减少材料消耗带来了显著优势。结合光谱光度在线检测系统，共混配色系统能够实现共混料亮度或颜色偏差的实时监控并持续保持配色质量。K展现场展示了红、黄、蓝三原色再生料的在线混配过程，回收再生料之后又被加工成为汽车A柱支架装饰件。此外，回收再生料相比初生料具有更大的批次质量波动，恩格尔使用iQweight智能工艺控制系统来确保完全回收的ABS注塑制品质量稳定性。从这个角度上来说，工业4.0也将成为循环经济的重要推动力。
热塑性复合材料利于回收策略的制定。热塑性复合材料在汽车行业轻量化应用方面正变得日益重要，本次展会重点展示拥有目标载荷分布的复合材料部件的设计和制造。恩格尔Organomelt成型工艺通过多个不同厚度有机板材的组合应用，使汽车车门模块部件在不同区域具备不同载荷承受能力，如图3所示。不同厚度(0.6～2.5mm)有机板通过多个红外加热炉分别加热，利用模具闭合对受热的有机板材预成型。随后，采用玻纤增强聚丙烯在同一副模具中对其进行二次注塑成型，在部件背部成型出加强筋并在可见的一面成型出皮革纹理的外观。其中，不同厚度的有机板材是由金发科技提供的聚丙烯基料的玻纤复合板。
工艺创新用于提升回收材料利用比例。夹芯注射工艺在本届展会上被更广泛地用于提升再生材料的应用比例。恩格尔Skinmelt工艺生产几何形状相对复杂的运输箱产品，夹心注塑工艺最终可实现超过50％再生材料的回收。阿博格将ProFoam物理发泡工艺应用于循环经济，利用再生原料注塑成型安全门把手，同时使用TPE材料进行包覆成型而获得更好的触感。赫斯基首次发布了新的Hypet HPP5e系统用于100％回收PET的瓶坯生产，现场展示了利用96腔模具以6.2s循环周期生产12.1g重的PET瓶坯。HPP5e系统通过自适应压力控制技术可比上一代系统降低平均5~7％的能耗。此外，赫斯基还重点推荐了其多层热流道技术用于提升瓶胚对光线、氧气和二氧化碳的阻隔性能。
生物降解塑料是实现循环经济的重要途径。巴斯夫利用其ecovio®生物塑料注塑成型可堆肥咖啡胶囊和阻隔包装，咖啡胶囊可在使用后与咖啡粉末一同作为生物垃圾进行处理。意大利BMB公司使用可堆肥或100％可再生材料作为生产原料，采用IML和MuCell技术生产矩形薄壁容器，生产效率达21000件/小时，在促进经济循环的同时提高生产效率。Kautex现场生产了一款可百分百降解塑料瓶，泰瑞机械现场展示了注塑成型PLA生物降解塑料的果盘。
化学回收工艺应用日趋成熟。对于无法进行机械回收的废杂塑料而言，废塑料化学回收是一项相当有前景的应用技术。陶氏、巴斯夫、SABIC等化工巨头都在尝试规模化应用废塑料化学回收技术。化学回收再生料可用于制造医疗产品和食品包装，且质量和性能与回收前保持一致。相比焚烧和能源回收等方法，这一技术可将二氧化碳排放量减少65%。巴斯夫展示了化学回收再生塑料用于汽车前端模块和包装领域的应用实例。
互联互通的智能网络是实现工业4.0的基础。随着生产中对效率和质量要求的不断提高，各个系统组件之间的交互变得越来越重要。恩格尔展示了基于ADAMOS HUB技术联通不同供应商的机器、系统和技术的解决方案，可获取和评估机器生产过程数据并自动优化。克劳斯玛菲Data Xplorer工具可存储并显示全部生产工艺流程参数的变化趋势。操作人员通过设定报警阈值能够在主控制站仪表盘或智能手机及时掌握产品参数的有关偏差，从而避免由于部件磨损引起的非预期生产故障，实现设备的预测性维护。阿博格展示的数字化工厂包括用于智能化加工的解决方案，比如面向材料加工的最新的“塑化辅助”、螺杆的预防性维护和控制系统模拟器等等。此外，客户还可自行通过其门户网站就能在线配置和下单，从而有效节省设备投资成本。
博创展示了以二板智能注塑机、注塑云MES和注塑机数字孪生系统为核心的汽车前格栅智能生产系统。注塑机、机械手、辅机等设备通过无线传感技术将数据传输到注塑云平台进行边缘计算与数据交换，系统可按照设定指令自动执行预设的操作。注塑云平台的工艺分析功能可以实时监控产品质量，并结合大数据分析实现工艺参数最优化，闭环控制现场注塑机、辅机等设备，实现产品品质的大幅提升。富强鑫展示了其imf4.0智慧制造解决方案，系统具有自适应控制功能用于自动克服成型过程中的轻微波动。机器和外围设备之间的相互通信能够实现自主控制加工过程中的制品质量，使用远程监控提前计划维护来减少意外停机时间。
虚实结合、在线检测、产品可追溯的智能解决方案。阿博格展示了利用PA12注塑成型Uvex太阳镜的整体解决方案。产品经机械手从模具中取出后完成透光性和抗紫外线能力检测，每一副眼镜的二维码可用于追溯产品的所有信息(如：透光率和色度等）。此外，辅助填充系统将离线创建的虚拟仿真模型和形状直接读取到设备控制系统中，如图4所示。操作系统根据当前螺杆位置将产品实时填充过程输出为3D动画，操作人员将其与线下模拟结果比较后进行工艺参数优化。
工艺参数智能调控功能进一步提升装备智能化水平。恩格尔智能iQweight control、克劳斯玛菲APC plus等工艺参数智能工艺优化软件应用日趋成熟。威猛巴顿菲尔（Wittmann-Battenfeld）也推出了一套智能IQ控制系统，其HiQ-Flow软件能自动补偿原料黏度波动带来的不良影响，保证稳定的产品质量，如图5所示。为避免塑料浪费，浇口以及为演示而特意生产的不良品在粉碎机中重新得到粉碎，然后通过真空输送设备直接自动化返回到机器料斗中连续稳定生产。借助威猛4.0和TEMI+ MES系统的集成化方案，实现了生产过程的自动化控制。
为满足客户特殊应用场合的个性化需求，设备制造商可从产品构思到生产的全过程提供全面技术支持和集成化解决系统。
模内装饰(IMD)一体化成型让功能性电子产品更轻薄。装饰、灯光和触控功能的集成是模内装饰技术(IMD)未来的发展方向。芬兰TACTOTEK公司的IMSE(Injectionmolded structural electronics)技术利用注塑工艺将印刷线路、电子元件等一体成型为功能性电子产品。科思创展示了采用IMSE技术制造的汽车车顶控制面板，如图6（a）所示，产品集成了印刷线路、触摸控制、天线、LEDs及3D组件。相比传统工艺将64个组件及印刷电路板组装成型，IMSE工艺可将产品厚度由45mm减少至3mm，重量由450g降低为200g。IMSE一体化注射成型零件完全不存在传统装配组件出现异响的问题，使用温度范围为-40℃~85℃，极好的密封性也确保产品不受环境湿度的影响。IMSE产品的装饰图案和电子功能可通过印刷工艺快速变换，其触控功能也能通过编程方式进行更改。阿博格则在现场展示了利用IMSE工艺制作具有触控功能夜灯的生产过程，如图6（b）所示，通过嵌片注塑工艺将包含印刷电路和电子元件的模片成型至制品表面，无需涂层或上漆等后加工步骤并在线完成产品的修整和检测。
德国LeonhardKurz公司与其合作伙伴共同展示了模内装饰工艺(IMD)的最新进展。威猛巴顿菲尔将KurzVarioform工艺结合PolyTC®触摸传感器应用于功能性面板的生产，如图7（a）所示，其中膜片预成型、注射、开孔、装饰和嵌入触摸传感器等工序都被集成在一个成型周期内完成。PolyTC®触摸传感器可为不同结构形式的触摸屏和电容式按键提供透明、导电和灵活的解决方案。本次展会上首次展出了具有单幅图像设计且可背光显示的装饰膜片。恩格尔则将复杂形状零件的模内装饰、微孔发泡(Mucell)轻量化结构和回收技术结合在一起，利用Varioform工艺将回收材料注射成型高质量的装饰零件，如图7（b）所示。住友德马格展示带触摸屏和触摸面板的汽车人机界面仪表板注射成型（HMI）解决方案，可背光显示的装饰膜片长度超过900mm，如图7（c）所示。此外，KURZ还将聚氨酯表面喷涂技术(PUR)应用到模内装饰工艺(IMD)中，用于成型0.3~15mm厚度的聚氨酯涂层。PUR涂层不仅能使注塑制品表面具有高光泽和具有明显深度效果的透明玻璃外观，还可提供极好地表面抗刮擦性能并在受刮擦之后自我修复。
LSR注射成型市场蓬勃发展。全球有机硅弹性体市场价值预计到2026年将达到93.4亿美元，这意味着LSR将成为数字电子和汽车等特定应用的首选材料。恩格尔将LSR注射成型与非晶态合金成型(AmorphousMetal Molding: AMM)相结合，用于成型金属/硅橡胶复合电子设备框架，如图8（a）所示。非晶态合金(主体成分为锆65%/铜16%)首先被直接注射成型为合金框架，再通过立式注塑机将高流动性LSR原料注射成型为合金框架的密封垫。AMM/LSR工艺特别适用于成型具有防尘、防水和防无线电波功能的坚固外壳产品，包括便携式电子设备、微创手术器械、悬架系统和高耐磨传动系统组件等。法国Rep公司采用无飞边注射成型工艺用于生产燃料电池隔板，可在厚0.1mm的钢箔上成型厚0.5mm(3.5g)的硅橡胶垫圈，如图8（b）所示。住友德马格与LSR设备供应商Nexus联合展示了LED自适应矩阵汽车大灯光学元件的解决方案，如图8（c）所示。住友德马格所采用的LSR注塑套件包括特殊螺杆结构、止逆环、真空系统和其他LSR专用组件。注塑单元采用直接驱动器方式确保注射螺杆的精确定位，满足低粘度LSR材料高精度的加工要求。同时通过对机筒进行冷却以防止材料在到达模具之前固化。陶氏提供了专为LED灯和照明应用等光学应用的LSR原料，其高热稳定性可保证光学元件即使在恶劣环境下仍可保持高透明度。
高效率仍是注塑行业不懈的追求。阿博格展示了FOBOHA的新款反向立方模(REVERSE CUBE)方案，可使用多种材料同步制造单个和多个零件并实现零件自动装配，成型周期相比传统加工方式缩短40％以上。新方案使用两个重叠的半立方体模同时工作，二者反向旋转90度后即进入下一次注射周期。单独控温的两个半立方体模可同时处理不同加工温度的成型材料，现场展示了利用POM和PP原料同时生产滚轮和承压零件并完成装配的加工过程。日精（NISSEI）通过伺服驱动旋转机构实现高速、无冲击地多组分注射成型模具换向运动，换向时间约为普通机器的50%。住友德马格利用液压蓄能器实现注射速度达1000 mm/s，在72腔模具上生产瓶盖产量为13万个/小时，但能耗降低约20%。海天展示了JUIII系列大型两板式注塑机用于汽车用大型零部件的紧凑型生产解决方案，将占地空间小的优势发挥至极致。海天长飞亚ZE-F系列针对包装行业的高速解决方案，现场展示一模4腔水盖的模内贴标加工过程。在第三代伺服电动技术平台上，采用了单、双、四驱动轴的多种结构概念布局，可覆盖全系列高精密注射机构的技术需求。富强鑫使用搭载4+4堆叠模具的全电式注塑机，同时结合模内品质信号监视系统，自动化、快速地生产100mL模内贴标冰淇淋盒。伊之密展示了与德国Exipnos联合开发的直接在线混配工艺方案（DCIM），材料配混比例可按需设定、实时监测和校正。多组分原料直接配混后用于注射成型方案可将塑化能力提高30%。
K展作为全球橡塑行业创新发展的风向标，不仅为业界同行从全球化视角把握经济脉动提供了参考和指导，同时也全方位地展现了行业技术前瞻性发展趋势和具体解决方案。根据欧洲塑料橡胶机械协会(EUROMAP)发布的统计数据，2018年全球塑料和橡胶机械行业仍保持了1.3％的小幅增长，销售额达到368亿欧元，但已经出现了明显的经济放缓的迹象。受汽车行业下滑、中美贸易冲突、英国脱欧以及与塑料环境问题等不利因素影响，EUROMAP预计2019年欧洲塑料和橡胶机械制造商的营业额将下降10％。在全球经济形势整体下行的情况下，循环经济和可持续发展有可能创造行业新的增长点。欧盟委员会要求2025年欧洲再生塑料使用量达到1000万吨，2030年所有塑料包装都必须可回收。我国即将全面建立资源高效利用制度，普遍实行垃圾分类和资源化利用制度，垃圾智能分类收集、转运、分拣及回收利用都将带来较大的市场空间。因此，循环经济有望成为一个持续发展的业务领域，并不断推动行业技术创新发展。为此，注塑行业相关企业在本次K展上都围绕循环经济主题展出了一系列整体解决方案。此外，智能化、高效化、集成化仍是全球注塑行业当前的技术热点。
