220L塑料桶滚塑成型技术.pdf

专论与综述 224兰 化 科 技 1998 年 12 月220 L 塑料桶滚塑成型技术李 百 顺( 兰 化 化 工 研 究 院 , 兰 州 730060 )摘要 主要讨论了利用滚塑成型方法生产 220 L 塑料桶的成型工艺、模具设计和生产工艺对制品性能的影响 ,提出了要获得优异的制品 ,模具设计是关键 ,最佳的工艺条件也是成型的重要因素。关键词 滚塑成型 成型工艺 模具设计分类号 63滚塑成型又称旋转成型 ( ,是成型塑料制品的 1 种方法。它主要用来加工注射和中空成型工艺中无法加工的中、大型或超大型塑料制品。滚塑成型是 50 年代由欧洲发展起来的起初用 状树脂生产小型玩具 ,后传入美国、日本等国 ;60 年代 ,美国发明了滚塑成型设备 ,日本也成功地用粉状树脂生产出大型容器。到70 年代 ,这种工艺不仅可生产出几克的小制品。也能生产出几百千克的大型制品。该工艺可生产浴盆、垃圾箱、搬运箱、工业贮罐贮槽、帆船、衣用模特 ,各种球形、锥形、筒形容器 ,以及更复杂的大型或超大型容器。1 滚塑成型原理及其特点 滚塑成型是将一定量的粉状树脂加入到模具中 ,一边加热模具 ,一边使其连续地进行双轴向旋转 ,翻滚的塑料粉末就与热的模具内表面接触 ,并逐渐熔融成均匀的熔体。由于粉末之间的摩擦和旋转模具内表面的拖曳作用 ,使物料池中的物料向模壁上方运动。当粉末重力足以克服此作用力时 ,物料就越过粉末池顶落到对面模壁上。随着模具的不断旋转 ,物料不断地吸热熔融 ,被融化的物料熔体就均匀地涂覆在整个模具上 , 然后喷水冷却固化 ,打开模具 ,就可得到所需要的制品 1 。滚塑成型与其它常见塑料成型方法相比 ,其工艺特点是 :(1)生产同体积制品时 , 滚塑成型设备投资、模具加工费用比注射成型投资低 ;(2)适合于加工形状复杂的大型中空制品 ,其容积可达 3 万 L 左右 ,这是其它任何塑料成型都无法比拟的 ;(3)制品壁厚较均匀 ,且无边角废料 ;制品的壁厚随着加料量的多少而变化 ,而制品圆角处较厚 ,这样增加了制品的强度 ;(4)滚塑成型为无压成型 ,制品几乎无内应力 ,不会产生变形、开裂等缺陷 ;(5)通过不同材料的组合 ,可以生产出复合制品 ,满足不同的性能要求 2 。2 滚塑成型模具结构与设计2. 1 滚塑成型模具结构滚塑成型模结构见图 1。 收稿日期 :1998 - 06 - 24。作者简介 :李百顺 ,男 ,35 岁 ,高级工程师 ,已发表论文8 篇。图 1 模具结构图1 - 排气口 ;2 - 上半模 ;3 - 卡具 ;4 - 下半模 ;5 - 模架滚塑成型模具与注射成型模具及中空成型模具相比有很大的差异 ,注射成型模具有阴模、阳模之分 ,靠注射压力充模成型。中空成型模具是由两半阴模组成 ,靠气压使型坯吹胀成型。而滚塑成型模具是一种本身形状与制品外形相同、壁厚薄且均匀的常压成型模具。模身可增设加强筋补强 ,模具的加工采用冲压和板金加工。因而 ,滚塑模具最显著的特点是体形大 ,质量轻 , 结构简单 ,制造方便 2 。滚塑模具的结构是由制品的结构特点决定的 ,基本上是一种壳体结构。2. 2 220 L 滚塑桶的结构特点220L 滚塑成型桶外形为圆柱体 ,是按照国际通用形标准桶设计的。为便于充装液体 ,在桶顶部设有 2 个大小不同的外螺纹口 ,分别用带有密封圈的内盖和带有内螺纹的外盖密封 ,保证了盛装的液体在运输时不泄漏。由于成型用的原料是改性 料 ,因此该桶质量轻 ,不会污染所盛装的液体 ,易于清洗 ,可以反复使用 ,而且耐腐蚀 ,抗蠕变 ,不怕摔 ,是危险性液体 (如强酸、强碱、醇类和油类等 )的理想包装容器 ,因此具有广泛的应用前景。2. 3 220 L 滚塑桶模具设计220 L 滚塑桶模具如图 2 所示。从图 2中可以看出 ,下模比较深 ,造成脱模比较困难。为了便于脱模 ,设计时可取 5 10的脱模斜度 ;模具分型面选择在制品外径最大处 ,有利于脱模 ;分型面处设计有凸台 ,能有效地阻止物料泄漏 ,保证加工精度。图 2 220 L 滚塑模具图1 - 排气管 ;2 - 绝热垫 ;3 - 定位环 ; 4 - 上模 ;5 - 螺纹成型块 ;6 - 压盖 ; 7 - 顶丝 ; 8 - 下模考虑到制品的承载能力和堆码等运输要求 ,将桶底部设计成内凹式。模具的内表面要平整 ,避免锐角或尖角 ,以防止制品壁厚不均匀 ,使其强度下降。一般圆角半径大小为5 25 模主要有 2 个外螺纹口 ,设计时应考虑制品的堆码和螺纹口的密封 ,使螺纹口与制品顶部保持平齐。螺纹采用梯形公制粗牙外螺纹。为了便于脱模 ,可利用螺纹成型块成型螺纹 ,脱模时 ,螺纹成型块随制品一起脱离模具 ,再旋下螺纹成型块即可。考虑到机加工和制品规模 ,模具壁厚一般为 4 8 为了容易脱模 ,模具内壁要光滑、平整。2. 4 模具排气孔的设计在滚塑成型过程中 ,热的模具使模内的空气被加热膨胀 ,物料的低挥发物产生大量的气体 ,导致模具内压上升。若不排出 ,开模后易使制品变形 ,而物料的低挥发物造成制品表面变黄 ,致使制品的耐应力开裂性能下522第 16 卷 第 4 期 兰 化 科 技 降。因此 ,滚塑成型中应设计排气孔 ,排气孔的材料一般采用金属管和聚四氟乙烯管 ,排气孔的大小应根据制品形状和使用的物料来确定。排气孔的位置设计在上盖或有孔的地方 ,排气管要伸入到接近模具中心 ,管的末端应弯曲。2. 5 模具的材料由于滚塑成型加工温度较高 ,冷却速度快 ,需要经常拆卸。因此要求模具材料具有以下性能 :要有良好的导热性 ;优异的韧性、延展性和焊接性 ;热膨胀系数要小 ;具有耐腐蚀性。一般使用的材料有低碳钢、铝、铜等 ,常用钢板制做大型简单的容器 ,例如贮槽、贮罐、水箱等。材料厚度一般为 4 5 滚塑成型生产工艺3. 1 加料选用一定量的 入到模具中 ,树脂颗粒的粒度为 500 m。树脂粒度小 ,导热性就高 ,易塑化 ,制品的光洁度也好 ,因此 ,为了获得优良的热传递效率 ,粒子之间要最大限度地接触。塑料树脂的熔体指数 ,对制品的成型有很大影响。熔体指数大 ,则树脂平均分子量低 ,流动性就高 ,制品内表面易出现凹凸不平的流迹线 ,致使制品强度降低 ;若熔体指数小 ,则树脂流动性差 ,成型困难。所以 ,滚塑成型中树脂的熔体指数一般为 (10 210 g ,最佳为 4 6 g。滚塑成型所用的树脂的相对密度一般在0. 92 0. 94 之间。密度高时 ,材料刚性大 ,抗冲击性差 ;密度低时 ,材料刚性差 ,抗冲击性高 ,而成型脱模困难。3. 2 加热其作用是把热量传递到模具表面 ,使树脂获得均匀的热量 ,达到使其熔化目的。加热方法最常见的是用液化石油气、煤气或电加热。根据制品的大小、形状、树脂的熔体指数 ,确定加热炉温度 ,一般在 250 350 。3. 3 冷却脱模当模具加热到一定时间 ,待树脂完全熔融后 ,从加热室移出模具进入冷却室冷却 ,冷却过程中模具始终处于旋转状态。冷却时 ,先通空气冷却 ,再通水冷却以降低冷却速度 ,使熔融树脂不至于急冷 ,有利于提高制品的性能 ,而且有还可延长模具的使用寿命。冷却结束后 ,移出模具 ,到脱模位置 ,打开模具取出制品。4 生产工艺对制品性能的影响加料量 加料量的多少决定制品的壁厚 ,对制品的性能起着重要作用。增加加料量 ,则制品的壁厚就增加 ,制品的刚性提高 ,但是制品的成本亦随之增加。因此 ,在保证制品性能的前提下 ,应尽量减少加料量 ,以降低成本。加热温度 加热温度过高 ,生产周期虽可缩短 ,但缩短了旋转轴承的使用寿命 ,易使物料降解 ;加热温度过低 ,物料没有融化 ,制品中气泡含量较高 ,导致制品的性能下降。因而加热温度要合理选择 ,不宜过高或过低。加热时间 加热时间越长 ,物料处于熔融状态时间就长 ,制品断面就密实 ;但加热时间过长 ,物料易于分解 ,影响制品的使用性能。冷却时间 冷却时间过短 ,熔融的物料未完全冷却 ,无法脱模 ;冷却时间过长 ,延长了制品生产周期 ,增加了成本。所以 ,应选择最佳冷却时间 ,满足工艺要求。模具旋转速度 模具旋转速度决定着制品壁厚的均匀性 ,一般调整主、副轴旋转速比为 1 4 左右 ,而且副轴转速不超过 25 r/以免模具产生较强的离心力 ,使熔融的物料离开旋转轴向最远的模具边缘流去 ,使壁厚产生较大的变化。5 制品的检验在 16 型滚塑成型机上安装此模具 ,进行滚塑成型。按国际标准检测制品 ,其结果如下 :622 兰 化 科 技 1998 年 12 月制品外观 ,光滑平整 ,表面无疵点 ;制品壁厚 ,剖开观察制品 ,壁厚较均匀 ,其中拐角处较厚 , 增加了制品的抗冲击性能 , 使制品不怕摔 ;泄漏试验 ,