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專論與綜述 224蘭 化 科 技 1998 年 12 月 220 L 塑料桶滾塑成型技術(shù) 李 百 順 ( 蘭 化 化 工 研 究 院 , 蘭 州 730060 ) 摘要 主要討論了利用滾塑成型方法生產(chǎn) 220 L 塑料桶的成型工藝、模具設(shè)計(jì)和生 產(chǎn)工藝對制品性能的影響 ,提出了要獲得優(yōu)異的制品 ,模具設(shè)計(jì)是關(guān)鍵 ,最佳的工藝條件 也是成型的重要因素。 關(guān)鍵詞 滾塑成型 成型工藝 模具設(shè)計(jì) 分類號 TQ320. 63 滾塑成型又稱旋轉(zhuǎn)成型 ( Rotational Molding) ,是成型塑料制品的 1 種方法。它 主要用來加工注射和中空成型工藝中無法加 工的中、大型或超大型塑料制品。滾塑成型 是 50 年代由歐洲發(fā)展起來的起初用 PVC 糊 狀樹脂生產(chǎn)小型玩具 ,后傳入美國、日本等 國 ;60 年代 ,美國發(fā)明了滾塑成型設(shè)備 ,日本 也成功地用粉狀樹脂生產(chǎn)出大型容器。到 70 年代 ,這種工藝不僅可生產(chǎn)出幾克的小制 品。也能生產(chǎn)出幾百千克的大型制品。該工 藝可生產(chǎn)浴盆、垃圾箱、搬運(yùn)箱、工業(yè)貯罐貯 槽、帆船、衣用模特 ,各種球形、錐形、筒形容 器 ,以及更復(fù)雜的大型或超大型容器。 1 滾塑成型原理及其特點(diǎn) 滾塑成型是將一定量的粉狀樹脂加入到 模具中 ,一邊加熱模具 ,一邊使其連續(xù)地進(jìn)行 雙軸向旋轉(zhuǎn) ,翻滾的塑料粉末就與熱的模具 內(nèi)表面接觸 ,并逐漸熔融成均勻的熔體。由 于粉末之間的摩擦和旋轉(zhuǎn)模具內(nèi)表面的拖曳 作用 ,使物料池中的物料向模壁上方運(yùn)動。 當(dāng)粉末重力足以克服此作用力時(shí) ,物料就越 過粉末池頂落到對面模壁上。隨著模具的不 斷旋轉(zhuǎn) ,物料不斷地吸熱熔融 ,被融化的物料 熔體就均勻地涂覆在整個(gè)模具上 , 然后噴水 冷卻固化 ,打開模具 ,就可得到所需要的制 品 1 。滾塑成型與其它常見塑料成型方法相 比 ,其工藝特點(diǎn)是 : (1)生產(chǎn)同體積制品時(shí) , 滾塑成型設(shè)備 投資、模具加工費(fèi)用比注射成型投資低 ; (2)適合于加工形狀復(fù)雜的大型中空制 品 ,其容積可達(dá) 3 萬 L 左右 ,這是其它任何 塑料成型都無法比擬的 ; (3)制品壁厚較均勻 ,且無邊角廢料 ;制 品的壁厚隨著加料量的多少而變化 ,而制品 圓角處較厚 ,這樣增加了制品的強(qiáng)度 ; (4)滾塑成型為無壓成型 ,制品幾乎無內(nèi) 應(yīng)力 ,不會產(chǎn)生變形、開裂等缺陷 ; (5)通過不同材料的組合 ,可以生產(chǎn)出復(fù) 合制品 ,滿足不同的性能要求 2 。 2 滾塑成型模具結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 2. 1 滾塑成型模具結(jié)構(gòu) 滾塑成型模結(jié)構(gòu)見圖 1。 收稿日期 :1998 - 06 - 24。 作者簡介 :李百順 ,男 ,35 歲 ,高級工程師 ,已發(fā)表論文 8 篇。 圖 1 模具結(jié)構(gòu)圖 1 - 排氣口 ;2 - 上半模 ;3 - 卡具 ; 4 - 下半模 ;5 - 模架 滾塑成型模具與注射成型模具及中空成 型模具相比有很大的差異 ,注射成型模具有 陰模、陽模之分 ,靠注射壓力充模成型。中空 成型模具是由兩半陰模組成 ,靠氣壓使型坯 吹脹成型。而滾塑成型模具是一種本身形狀 與制品外形相同、壁厚薄且均勻的常壓成型 模具。模身可增設(shè)加強(qiáng)筋補(bǔ)強(qiáng) ,模具的加工 采用沖壓和板金加工。因而 ,滾塑模具最顯 著的特點(diǎn)是體形大 ,質(zhì)量輕 , 結(jié)構(gòu)簡單 ,制造 方便 2 。滾塑模具的結(jié)構(gòu)是由制品的結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)決定的 ,基本上是一種殼體結(jié)構(gòu)。 2. 2 220 L 滾塑桶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 220L 滾塑成型桶外形為圓柱體 ,是按照 國際通用形標(biāo)準(zhǔn)桶設(shè)計(jì)的。為便于充裝液 體 ,在桶頂部設(shè)有 2 個(gè)大小不同的外螺紋口 , 分別用帶有密封圈的內(nèi)蓋和帶有內(nèi)螺紋的外 蓋密封 ,保證了盛裝的液體在運(yùn)輸時(shí)不泄漏。 由于成型用的原料是改性 PE 粉料 ,因此該 桶質(zhì)量輕 ,不會污染所盛裝的液體 ,易于清 洗 ,可以反復(fù)使用 ,而且耐腐蝕 ,抗蠕變 ,不怕 摔 ,是危險(xiǎn)性液體 (如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、醇類和油類 等 )的理想包裝容器 ,因此具有廣泛的應(yīng)用前 景。 2. 3 220 L 滾塑桶模具設(shè)計(jì) 220 L 滾塑桶模具如圖 2 所示。從圖 2 中可以看出 ,下模比較深 ,造成脫模比較困 難。為了便于脫模 ,設(shè)計(jì)時(shí)可取 5 10的脫 模斜度 ;模具分型面選擇在制品外徑最大處 , 有利于脫模 ;分型面處設(shè)計(jì)有凸臺 ,能有效地 阻止物料泄漏 ,保證加工精度。 圖 2 220 L 滾塑模具圖 1 - 排氣管 ;2 - 絕熱墊 ;3 - 定位環(huán) ; 4 - 上模 ; 5 - 螺紋成型塊 ;6 - 壓蓋 ; 7 - 頂絲 ; 8 - 下模 考慮到制品的承載能力和堆碼等運(yùn)輸要 求 ,將桶底部設(shè)計(jì)成內(nèi)凹式。模具的內(nèi)表面 要平整 ,避免銳角或尖角 ,以防止制品壁厚不 均勻 ,使其強(qiáng)度下降。一般圓角半徑大小為 5 25 mm。上模主要有 2 個(gè)外螺紋口 ,設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)考慮制品的堆碼和螺紋口的密封 ,使螺 紋口與制品頂部保持平齊。螺紋采用梯形公 制粗牙外螺紋。為了便于脫模 ,可利用螺紋 成型塊成型螺紋 ,脫模時(shí) ,螺紋成型塊隨制品 一起脫離模具 ,再旋下螺紋成型塊即可?？?慮到機(jī)加工和制品規(guī)模 ,模具壁厚一般為 4 8 mm ;為了容易脫模 ,模具內(nèi)壁要光滑、平 整。 2. 4 模具排氣孔的設(shè)計(jì) 在滾塑成型過程中 ,熱的模具使模內(nèi)的 空氣被加熱膨脹 ,物料的低揮發(fā)物產(chǎn)生大量 的氣體 ,導(dǎo)致模具內(nèi)壓上升。若不排出 ,開模 后易使制品變形 ,而物料的低揮發(fā)物造成制 品表面變黃 ,致使制品的耐應(yīng)力開裂性能下 522第 16 卷 第 4 期 蘭 化 科 技 降。因此 ,滾塑成型中應(yīng)設(shè)計(jì)排氣孔 ,排氣孔 的材料一般采用金屬管和聚四氟乙烯管 ,排 氣孔的大小應(yīng)根據(jù)制品形狀和使用的物料來 確定。排氣孔的位置設(shè)計(jì)在上蓋或有孔的地 方 ,排氣管要伸入到接近模具中心 ,管的末端 應(yīng)彎曲。 2. 5 模具的材料 由于滾塑成型加工溫度較高 ,冷卻速度 快 ,需要經(jīng)常拆卸。因此要求模具材料具有 以下性能 :要有良好的導(dǎo)熱性 ;優(yōu)異的韌性、 延展性和焊接性 ;熱膨脹系數(shù)要小 ;具有耐腐 蝕性。 一般使用的材料有低碳鋼、鋁、銅等 ,常 用鋼板制做大型簡單的容器 ,例如貯槽、貯 罐、水箱等。材料厚度一般為 4 5 mm。 3 滾塑成型生產(chǎn)工藝 3. 1 加料 選用一定量的 PE 加入到模具中 ,樹脂 顆粒的粒度為 500 m。樹脂粒度小 ,導(dǎo)熱性 就高 ,易塑化 ,制品的光潔度也好 ,因此 ,為了 獲得優(yōu)良的熱傳遞效率 ,粒子之間要最大限 度地接觸。 塑料樹脂的熔體指數(shù) ,對制品的成型有 很大影響。熔體指數(shù)大 ,則樹脂平均分子量 低 ,流動性就高 ,制品內(nèi)表面易出現(xiàn)凹凸不平 的流跡線 ,致使制品強(qiáng)度降低 ;若熔體指數(shù) 小 ,則樹脂流動性差 ,成型困難。所以 ,滾塑 成型中樹脂的熔體指數(shù)一般為 (10 min) 2 10 g ,最佳為 4 6 g。 滾塑成型所用的樹脂的相對密度一般在 0. 92 0. 94 之間。密度高時(shí) ,材料剛性大 , 抗沖擊性差 ;密度低時(shí) ,材料剛性差 ,抗沖擊 性高 ,而成型脫模困難。 3. 2 加熱 其作用是把熱量傳遞到模具表面 ,使樹 脂獲得均勻的熱量 ,達(dá)到使其熔化目的。加 熱方法最常見的是用液化石油氣、煤氣或電 加熱。根據(jù)制品的大小、形狀、樹脂的熔體指 數(shù) ,確定加熱爐溫度 ,一般在 250 350 。 3. 3 冷卻脫模 當(dāng)模具加熱到一定時(shí)間 ,待樹脂完全熔 融后 ,從加熱室移出模具進(jìn)入冷卻室冷卻 ,冷 卻過程中模具始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。冷卻時(shí) , 先通空氣冷卻 ,再通水冷卻以降低冷卻速度 , 使熔融樹脂不至于急冷 ,有利于提高制品的 性能 ,而且有還可延長模具的使用壽命。冷 卻結(jié)束后 ,移出模具 ,到脫模位置 ,打開模具 取出制品。 4 生產(chǎn)工藝對制品性能的影響 加料量 加料量的多少決定制品的壁 厚 ,對制品的性能起著重要作用。增加加料 量 ,則制品的壁厚就增加 ,制品的剛性提高 , 但是制品的成本亦隨之增加。因此 ,在保證 制品性能的前提下 ,應(yīng)盡量減少加料量 ,以降 低成本。 加熱溫度 加熱溫度過高 ,生產(chǎn)周期雖 可縮短 ,但縮短了旋轉(zhuǎn)軸承的使用壽命 ,易使 物料降解 ;加熱溫度過低 ,物料沒有融化 ,制 品中氣泡含量較高 ,導(dǎo)致制品的性能下降。 因而加熱溫度要合理選擇 ,不宜過高或過低。 加熱時(shí)間 加熱時(shí)間越長 ,物料處于熔 融狀態(tài)時(shí)間就長 ,制品斷面就密實(shí) ;但加熱時(shí) 間過長 ,物料易于分解 ,影響制品的使用性 能。 冷卻時(shí)間 冷卻時(shí)間過短 ,熔融的物料 未完全冷卻 ,無法脫模 ;冷卻時(shí)間過長 ,延長 了制品生產(chǎn)周期 ,增加了成本。所以 ,應(yīng)選擇 最佳冷卻時(shí)間 ,滿足工藝要求。 模具旋轉(zhuǎn)速度 模具旋轉(zhuǎn)速度決定著制 品壁厚的均勻性 ,一般調(diào)整主、副軸旋轉(zhuǎn)速 比為 1 4 左右 ,而且副軸轉(zhuǎn)速不超過 25 r/ min ,以免模具產(chǎn)生較強(qiáng)的離心力 ,使熔融的 物料離開旋轉(zhuǎn)軸向最遠(yuǎn)的模具邊緣流去 ,使 壁厚產(chǎn)生較大的變化。 5 制品的檢驗(yàn) 在 RS - 16 型滾塑成型機(jī)上安裝此模 具 ,進(jìn)行滾塑成型。按國際標(biāo)準(zhǔn)檢測制品 ,其 結(jié)果如下 : 622 蘭 化 科 技 1998 年 12 月 制品外觀 ,光滑平整 ,表面無疵點(diǎn) ; 制品壁厚 ,剖開觀察制品 ,壁厚較均勻 , 其中拐角處較厚 , 增加了制品的抗沖擊性 能 , 使制品不怕摔 ; 泄漏試驗(yàn) ,注水檢查 ,罐裝口無泄漏 ; 跌落試驗(yàn) ,7 m 高處跌落 ,無破裂 ,符合 使用要求 ; 制品尺寸 :外徑 : (595 1) mm ;高度 : (900 1) mm。 說明此模具完全符合設(shè)計(jì)要求 ,可以進(jìn) 行規(guī)模生產(chǎn)。 參 考 文 獻(xiàn) 1 R.J Crawford and P.J . Nugent . A new process control sys2 tem for rotational moulding. Plastic , Rubber and Compos2 ites Processing and Application ,1992. 17 (1) :23 2 李百順 . 滾塑成型工藝及設(shè)備 . 蘭化科技 ,1994 ,12 (1) : 39 722第 16 卷 第 4 期 蘭 化 科 技