聚乙烯滚塑工艺及设备

1、聚乙烯滚塑工艺及设备李百顺(兰州化学工业公司研究院,兰州730060摘要详细叙述了聚乙烯滚型工艺原理和RS 216型滚塑机结构特点,讨论了滚型工艺对聚乙烯树脂特性的要求和聚乙烯滚型工艺参数对制品性能的影响,提出滚型用的聚乙烯树脂必须符合下列条件:熔体流动速率为46g/10min ,密度为0.920.94g/cm 3,平均粒径500m ,树脂颗粒形状为圆柱体。关键词:滚塑聚乙烯加工工艺滚塑设备0前言收稿日期:1998210220滚塑又称作旋转成型(Rotational Mold 2ing ,是成型塑料制品的一种方法。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。该工艺可生

2、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。滚塑是从50年代由欧洲发展起来,起初用PVC 糊状树脂生产小型玩具(称糖塑,后传入美国、日本等国;到了70年代这种工艺不仅能生产出几克的小制品,也可生产出几百千克的大型制品,体积可达几十立方米。美国、日本、德国等国已先后实现了工业化生产,能生产出30m 3的大型容器。目前的发展趋势是不断开发滚塑专用料,研制自动化、专业化的成型机,提高生产率。但是国内滚塑及制品还处于研制、开发阶段,部分省市从日本、英国、德国等国引进了滚塑专用设备,生产农用箱、小型贮罐和帆船等1。我院于1990年从德国R

3、einhadt 公司引进了一套RS 216型滚塑机,主要用于实验和小规模生产。1滚塑的原理滚塑的加工方法很独特,它的加热、成型和冷却都是在无内压的模具中进行的,成型原理很简单:就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2。滚塑与其

4、他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,滚塑设备投资、模具加工费用比注射成型投资要低;第13卷第4期1999年4月中国塑料CHINA PLASTICSVol 113No 4Apr 1999(2滚塑具有多能性,制品的形状和大小有很大的灵活性,从小型玩具到大型贮罐;特别适合于加工形状复杂的大型中空制品,这是其他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;通过调节加料量改变成型周期可得到不同壁厚的制品,而且制品的圆角处壁较厚,增加了制品的强度;(4滚塑为无压成型,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,可以生产复合制品,满足不同的性能要

5、求;(6适合于多品种少批量的生产。2滚塑设备滚塑设备一般由旋转系统、传动系统、加热系统、冷却系统和控制系统组成。我院引进的RS 216型滚塑机是一种单臂双轴向单工位成型机,由加热室、冷却室、模具支架、模具和控制系统组成3,结构如图1所示。该设备的主要参数如下:图1滚塑装置简图加热量/kcal h -115×104加热介质液化石油气加热温度/最高为400模具支架转动范围/mm 800×1200×400设备外形尺寸/mm9500×5000×5000注:1kcal =4186.8J 。加热室是滚塑装置的重要组成部分,由加热炉、燃烧室和活动门组成。加热

6、炉内壁衬有矿渣棉保温层,活动门用链条驱动关闭。燃烧装置配有点火电极、紫外线监控装置、风机、安全控制装置、气体点火装置、火花传送器和强度监测装置。利用高效风机提供燃烧的空气,燃气(液化石油化由供气装置供给。冷却室由室体、铝卷栅门、供水系统及喷嘴组成。水泵供给的水经喷嘴喷出雾状,使模具均匀冷却。模具支架由钢板焊接而成,其作用是支承模具,保持模具进行双轴向旋转,通过调速电机调节主副轴转速比。滚塑模具结构简单、体形大、重量轻、制造容易。由上下两半模组成,使用卡具固定。为了及时排除模腔内产生的气体,防止制品变形,须在上半模处开设排气孔。由于滚塑加工温度较高、冷却速度快、需要经常拆卸等特点,因此模具材料要

7、有良好的导热性、优异的韧性、延展性和焊接性,材料的热膨胀系数要小,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,像贮槽、贮罐、水箱等。一般选用45mm 厚的钢板制做模具。3聚乙烯滚塑工艺3.1滚塑对聚乙烯树脂性能的要求滚塑与其他成型加工方法一样,使用的原料性能对制品质量有很大的影响。因此应选择符合滚塑工艺要求的聚乙烯树脂,滚塑工艺对聚乙烯树脂的基本要求是4:(1树脂的熔体流动速率:树脂熔体流动速率对制品的成型有很大的影响。熔体流动速率增大,则树脂平均分子量低,流动性提高,制品内表面易出现凹凸不平的流迹线,致使制品强度降低;若熔体流动速率小,则树脂流动性差,成型困难

8、。滚塑中聚乙烯树脂的46聚乙烯滚塑工艺及设备熔体流动速率一般为210g/10min,最佳为46g/10min。(2树脂的密度:树脂的密度对制品性能也有很大的影响,密度高时,材料刚性大,抗冲击性能差;若密度低时,抗冲击性高,但材料刚性差,导致制品耐环境力开裂性差。因此对聚乙烯树脂而言,其密度一般为0.92 0.94g/cm3之间。(3树脂颗粒大小:聚乙烯滚塑树脂颗粒的粒度一般为100500m。树脂粒度越小,扩大了树脂与模壁之间的传热接触面,提高了树脂的导热性,使树脂充分熔融,提高了制品的光洁度。但是树脂粒度过小,粉碎时间越长,成本相应增加,而且容易引起树脂的氧化降解,降低了制品的力学性能。(4树

9、脂颗粒形状:滚塑树脂的颗粒形状有圆柱体、立方体、球体。树脂在加热过程中,圆柱体颗粒与周围空气接触面积大,热传导性好,熔融完全;而球体、立方体颗粒与周围空气接触面积小,树脂得不到充分熔融;还要尽量减少毛丝、尾状物的颗粒,以免在制品拐角、尖角、凹槽等处产生架桥或缺料。3.2滚塑生产工艺3.2.1滚塑生产工艺流程配料加料加热冷却脱膜首先把配比好的聚乙烯树脂颗粒在粉碎机上粉碎,使树脂的平均粒径为500m,然后称取一定量的粉末树脂加入到模具中,合上模具移入到加热室中加热。加热室的温度一般为300,模具在加热室中一边旋转一边加热,使模具内的树脂获得均匀的热量,达到熔化树脂的目的。加热方法最常见的是用液化石

10、油气、煤气或电加热。当模具内的树脂完全熔融后,从加热室中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,先通空气冷却再喷水冷却,降低冷却速度,有利于提高制品的性能,而且有利于延长模具的使用寿命。冷却结束后,移出模具到脱模位置,打开模具就可得到所需要的制品。3.2.2滚塑生产工艺条件滚塑生产工艺条件见表1。表1滚塑生产工艺条件及制品性能序号加料量/kg加热室温度/速比加热时间/min冷却时间/min制品壁厚/mm制品内表面跌落试验110300 3.62515 4.55.5光滑无破裂29300 3.6251545光滑无破裂310300 3.0251546.5粗糙有裂痕410300

11、3.02015 4.86.6粗糙有裂缝510300 3.01815 4.57.2粗糙有裂缝从表中可看出:(1制品的壁厚随加料量的增加而加厚;说明加料量的多少决定着制品的壁厚,增加加料量,增加了制品的壁厚,提高了制品的刚性,但是制品的成本也随之增加。因此,在保证制品性能前提下,应尽量减少加料量。(2加热时间越长,物料处于熔融状态时间就长,制品断面密实;但加热时间过长,易使物料降解,影响制品性能;然而加热时间过短,物料达不到充分熔融,造成制品表面粗糙,制品性能下降。(3模具旋转速比下降,制品壁厚的均匀性差,而且制品内表面粗糙,断面气孔密,使制品耐冲击性能下降。1999年4月中国塑料47因此,应合理

12、确定最佳的工艺条件,保证制品的综合性能。参考文献1唐丽明,徐定宇.滚塑成型的进展.塑料加工应用,1997,(1:352R J Crawford and P J Nugent.A new process controlsystem for rotational moulding.Plastic ,Rubber and Composites Processing and Application ,1992,17(1:233RS 216型滚塑机操作说明书,19894德国Reinhadt 公司.滚塑技术说明书,1989Equipment and Processing T echniques of R

13、otationalMoulding for PolyethyleneLi Baishun(Institute of Lanzhou Chemical Industry Co.,Lanzhou 730060ABSTRACTProcessing techniques of rotational moulding for polyethylene (PE are discussed.The feature of RS 216rotational moulding machine is described.The processing re 2quirements for PE and the effects of processing parameters on the performance of the products are dealt with.PE with melt flow rate of 46g/10min ,d