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超切變塑化擠出機新技術發展
2011-6-7 8:47:11來源:浏覽量:2542次

目前,電阻加熱與螺杆輸送塑化依然是塑料熔融塑化最主要的方式,但業界對於不同熔融方法的探索從來不曾終止過。早前幾年,華南理工大學就提出了電磁動态塑化理論與技術,而電磁感應加熱技術也正為越來越多的擠出、注射加工與設備制造企業所接受。最近,市場上又出現多種新的熔融塑化技術。

    在CHINAPLAS2009國際橡塑展上,華南理工大學瞿金平教授發明的超切變塑化擠出機獲得廣泛的關注,有兩家公司分别在不同展位展出了兩台應用該機理的産品——超切變塑化擠出機。其中,3.1号館展示的超切變塑化擠出機型号為SSPE-40,演示項目為LDPE吹膜,從喂料口到模頭連接處隻有25公分左右,這台擠出機擠出LDPE的最大産量為55kg/h,能耗隻有傳統的螺杆擠出機的三分之一;在13.1号館展示的設備更大,型号為SSPE-80,擠出産量可達到200kg/h,現場演示PP中空格子闆的成型。

    這一基於新型原料的塑化擠出機,完全抛棄了傳統螺杆擠出機基於剪切和摩擦的輸運和塑化機理,而是采用基於正應力作用的輸運機理。該擠出機由若乾組葉片塑化擠出單元串聯而成,每一組葉片塑化擠出單元的結構都類似於液壓系統中的葉片泵,由泵體、偏心轉子及葉片組成。工作時物料從偏心腔體的大端進入,然後被葉片推動到腔體小端并擠出到下一單元,期間物料完全在正應力的作用下被研磨、壓實、排氣和塑化。這一過程中物料的輸運量是由泵中腔體的容積變化量決定的,輸運效率基本上不受物料流變性能的影響。因此在擠出過程中擠出量受模頭壓力影響很小,擠出特性硬。而且物料在擠出機中的停留時間更均一,減小了物料的熱曆程差異。

    另類熔融塑化機理

    在2009年9月底於常州舉行的先進成型國際論壇期間,中南大學現代複雜裝備設計與極端制造教育部重點實驗室蔣炳炎教授介紹了另一項非常具有創新意義的塑化理論——功率超聲熔融塑化技術。

    超聲波應用於塑料焊接已經發展得非常成熟,而對於超聲塑化,國内外研究者也已經進行了一些相關的實驗研究。據蔣炳炎教授介紹,與加熱塑化相比,超聲波熔融塑化能夠獲得微觀組織結構更均勻的聚合物熔體,而且結晶的晶粒更小。雖然中南大學主要側重於将超聲塑化應用於微注射成型的研究,但對以往對這一技術的的應用研究實際上更多集中於擠出成型領域。

  高效配混的多螺杆技術

    擠出技術的應用領域之廣,在塑料加工業整體而言,其實很難用一個百分數來評價。因為,基於擠出加工的配混造粒技術,可以應用於塑料加工的大多數領域。正因為如此,滿足更廣泛的材料配混需求,甚至提高材料配混的效率是擠出業積極開發的一個重要方向。

    在先進成型技術論壇上,廣東輕工職業技術學院輕化系高分子教研室徐百平博士介紹了其關於混沌流強化技術的嘗試。通過在單螺杆螺槽内插入小螺杆實現動邊界擾動,将分散熔融、混沌混合及強化傳熱技術應用於新的螺杆造型,這一技術獲得了國家發明專利。徐博士介紹,由於小螺杆的螺距設計不同,其軸向輸送能力及大小螺杆在運轉過程中漏流間隙周期性變化,強化了分散混合,使得整個螺槽内的壓力場也呈現出組合的波動效應,實現更好的混合與脫揮效果。

    格諾斯公司開發的MRS多螺杆擠出機主要針對PET片材生産線而開發,與常規的擠出機相比,創新的MRS系統能夠将回收的PET瓶裝薄片直接加工成片材,而不需要預先結晶和乾燥的步驟。據介紹,由於采用專利技術的多螺杆結構,MRS具備非常大的交換面積,從而可以提供無可比拟的排氣功能。

    筆者在2009國際橡塑展期間邀請華南理工大學晉剛教授撰寫展會觀感時,晉教授也介紹了華南理工大學曾於九五期間開發了一種12螺杆擠出機,主要用於脫揮。

    可以看出,多螺杆擠出技術正受到越來越多的關注。

    造房子塑木的大膽應用

    塑木複合材料(WPC)具有巨大的市場應用潛力,幾乎所有要求高硬度、強耐受性和抵禦惡劣環境、抗風化及低維護、高壽命的領域均能找到它的身影,因此,塑木技術受關注程度不斷升溫,從最近幾年塑木行業各種各樣的會議及其受歡迎程度即可見一斑。盡管如此,将塑木應用於整座房屋建設恐怕還是讓人不能不有些驚歎。

    日前,辛辛那提擠出公司介紹了一幢用WPC材料建成的整座房屋,其中涉及一個新的建築理念——集約化居住理念,即利用WPC材料快速、簡便建造全套房屋的模塊化系統理念。這一理念由Tech-Wood公司提供。目前,第一批此類房屋正在歐洲和美國興建。

    Tech-Wood公司依靠天然木纖維含量75%的配方用於生産建造此種房屋的木塑材料。配方中采用了長纖維,從而實現了6000-7000MPa的高硬度。用於承載部分的WPC型材更添加了金屬或玻璃纖維成分,用於強化其承載力,以防止塑性流動并使其硬度達到1萬-1.4萬MPa。Tech-Wood公司将此技術連同辛辛那提公司為其度身定制的異向旋轉雙螺杆擠出機一并進行了注冊,以吸引更廣泛的市場關注。這一系統優化的抽真空系統用於天然木纖維含量達85%的混料加工,正适應了當前市場對此種熱門原料進行加工的特殊需要。

    關注WPC市場的廠家已非常之多。KraussMaffeiBerstorff公司強調其産品包括基於PVC和聚烯烴的整個WPC産業鍊的技術,包括物料配混、材料處理、造粒和擠出成型,直到提供完整的解決方案。該生産線還有一個顯着的特點,那就是天然纖維不需要進行預乾燥就可直接計量加入擠出機内。

  醫用導管微成型精益求精

    醫用導管應用前景廣闊。世界年銷售各種導管已達數十億美元,僅在美國應用於冠心病治療的醫用導管數量就達數十萬套,價值數億美元。在國内,各種介入治療等應用導管的治療技術已普及到大部分的三甲醫院,對醫用導管的需求劇增,但絕大部分使用進口導管。

    筆者在IPF2008參觀時,非常驚詫於PLA-C公司展示的三複合微型管成型技術。生産這一微型導管的是該公司專門開發的專用機型。其生産的三複合微型導管,三段管材的硬度、直徑均不同,而最大的外徑隻有約0.5mm。這是該公司标準機型之外的特殊規格專用機型,所需安裝空間極小,操作性好,并經過非常精巧的設計。整個系統包括的卷繞機、3台擠出機、3個齒輪泵、模頭的同步系統、冷卻槽、牽引裝置、切割裝置、廢舊材料的撿取裝置等都非常緊湊。通過觸摸屏即可調整産品的外徑并實現高品質的生産。

    事實上,國内近年來也在抓緊進行微型精密醫用導管技術的研發。北京化工大學塑料機械與塑料工程研究所開發的用於醫學用途的精密醫用導管的成套生産技術及裝備,可以生産各種單腔管、多腔管、多層複合管等醫學用途的精密導管。據介紹,成套技術已經在北京、浙江、遼甯等地得到成功應用。本項目采用精密擠出核心技術,包括精密塑化技術、串聯穩壓系統、并聯穩壓系統、穩流模具技術、在線測徑技術、在線側厚技術、統計過程控制技術、基於DSC的多重閉環控制技術等,解決了精密醫用導管的特殊生産要求。

    層倍增技術日新月異

    層倍增技術的發展日新月異。也許今天這一技術的應用還不那麽普遍,但技術發展的進程與應用的潛力讓我們實在不敢小觑。

    EDI公司作為層倍增器領域的領先供應商,日前又推出一種全新的層倍增器,供流延膜生産廠家使用,不僅可以顯着改進微層結構的性能,而且與其他層倍增系統相比(包括EDI以往提供的層倍增器),新型層倍增器的部署更容易,體積更小、通用性更強。公司技術副總裁GaryD.Oliver指出,新設計的模具有各種寬度規格,并已成功用於一種4.3米的産品。根據設計要求,系統進行倍增操作的熔融原料可以是三路、五路、七路、九路或更多路。EDI這套新系統體積小,該型号五層共擠塊的長度隻有152毫米,是早前版本的三分之一。

    國内廠家在這一技術領域同樣不甘人後。知名的擠出平模頭品牌運營商精誠模具最近成功開發微層共擠複合模頭。微層共擠複合模頭屬多層、微層共擠複合技術,由微層分配器、複合倍增器、包覆分配器和歧管式或衣架式模頭共同組成,由三台或三台以上的擠出機提供原料,實現在0.01-0.1mm範圍内的50-1000層以上的微層共擠。它較以往的單層擠出而言,大幅度的提升了制品的柔韌性和強度,有效的減少制品斷裂情況,特别是在雙向拉伸和擠壓的生産中所産生的裂紋問題。例如:一張普通薄膜,在相互作用下會因拉伸而立即破碎,但經過錯層疊加的微層薄膜具有非常好的粘性、柔韌性和抗撕裂性,能夠抵消超負荷力量,避免制品破碎。

    除模頭外,輥架系統同樣可以實現薄膜的層疊倍增。Davis-St*ard的XPExpress輥架系統已證明了其應用的廣泛性和效率。在阻隔領域,XPExpress利用層倍增器技術微層複合可以加工超過100層的片材。

  新能源領域機遇廣闊

    太陽能被看作一種廣受推崇的新能源産業而迅速發展,用於太陽能系統的封裝膜擠出技術近來廣受業界關注。常用於電子産品(如太陽能電池闆)的塑料封裝膜,生産過程中需要克服的最大難題是其自然收縮的特性。收縮不單會影響層合工藝,而且還會破壞晶片,造成浪費,緻使生産成本提高。因此,用於生産封裝膜的擠出生産線一定要嚴格控制加熱過程,延長層合時間,确保薄膜維持低收縮水平,令層合更平穩和快速。

    德國Breyer公司推出的新擠出工藝能夠在高速擠出EVA薄膜的情況下,保持較低的收縮率。對於模塊制造商而言,使用低收縮薄膜,就可以使層合機在盡可能高的速度下穩定工作。采用低收縮薄膜可減少生産過程中的故障,使制造過程可靠、高效地進行。由於普通擠出系統的生産速度和産量都有限,所以Breyer公司開發了一種可生産EVA薄膜和其他粘性材料的、可獲取高額利潤的系統。除了生産低收縮膜外,與普通擠出系統相比,該系統還能夠以更高的速度運行,從而可實現更高的産量。

    中國也有多家企業推出了用於太陽能電池膠膜加工的新型生産線。據新樂華寶機械公司介紹,其已成功為國内外客戶提供多套不同寬度EVA太陽能電池膠膜的流延生産線,用於光伏電池工業和汽車工業。此生産線采用觸摸屏控制,配有線速跟蹤系統确保線性穩定,整體形成閉環系統。為方便售後服務,配有遠程診斷功能。回火定型裝置,采用烘箱定型,紅外加熱;輸送采用防粘專用輸送帶,具有膜片跑偏校正功能。系統可以有效實現膠膜良好的定型、低收縮率,并可根據客戶要求定做寬度1000-2100mm的成品,不同規格和産量的生産線。

    锂電池在我們的生活中應用得越來越廣泛。EDI在锂離子電池方面進行了多年的工作,研制出一種能一次性在金屬箔基材的兩面塗上陽極或陰極漿料的模頭系統。EDI提供兩種類型的縫口模頭塗層系統,可用於锂離子電池制造時塗敷液體,也可塗敷漿料。其中,Ultracoat®模頭采用可調模唇,已用於大多數陽極和陰極塗層作業,包括雙面塗層作業。Liberty®縫口模頭采用固定模唇,尤其适合於超薄型塗層作業,例如在電極基材上塗敷低黏度底料。EDI制造的ContourTM流延薄膜模頭也被锂離子電池制造企業用於生産隔離膜。

    總而言之,擠出塑料制品廣泛的應用性實際上不斷為擠出設備制造業提出全新的加工需求,因應市場需求,擠出技術在每一應用領域都表現出新潮湧湧之勢。

 

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