塑料中空成型技术的应用及发展

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一、 前言
随着中国石化工业、汽车工业、包装工业、建筑工业等的发展，塑料工业的发展增长迅速，塑料工业已经成为国内的一个朝阳产业。近年来，塑料制品年产量增幅达到10％以上，预计到2005年，我国塑料的产量将达到2500万吨，塑料工业带动塑料机械的年增长为30％以上。据不完全统计，2002年中国塑料机械工业产值大约为100亿元左右。
5 W% U/ i5 g# Y6 A! \- _7 @$ q塑料机械中产销量最大，应用最广泛的几个品种为注塑机、挤出机生产线、中空吹塑成型机这三大类产品占国内塑料机械工业产值、台数及重量的85％以上，2002年各类中空吹塑成型设备的市场份额约５亿元人民币。
! Q. Z+ S6 N, q) w  {1 [* v二、 国内中空制品加工方法及应用
& a/ D" ~$ B! k- k0 `2 a1 s中空制品成型加工方法有吹塑成型工艺和滚塑成型工艺。目前国内的中空制品主要以吹塑成型为主。
按型坯成型的方式，吹塑成型可分为挤出吹塑成型、注射拉伸吹塑、注射吹塑成型、共挤出吹塑成型等四种。
1．挤出吹塑成型
挤出吹塑成型工艺主要是原料经过挤出机塑化，输送到储料机头（或连续式机头），经过机头挤出型坯，型坯置于模具中吹胀成制品，然后冷却，取出制品。
9 x" n7 C  L4 A+ u' M4 l目前国内中空制品5L～1000L用量最大是挤出吹塑成型工艺。采用的原料主要有HDPE、PP、ABS、PC等。主要的产品为各类化工产品包装桶、汽车油箱、汽车通风管件、桌面板等各种工业制品。挤出成型工艺最典型的代表产品是200L双Ｌ环桶。挤出成型中，工艺最复杂、技术难度最大的是双Ｌ环桶的成型。
国内目前采用挤出成型的设备（简称中空机）主要以国产设备为主。20L～1000L设备中，陕西秦川机械发展股份有限公司（简称秦川发展）的市场占有率70％以上。其中生产200L双L环桶的设备中，秦川发展市场占有率80％以上。2002年，国内200L双L环桶产量超过300万只，消耗30万吨塑料。秦川发展是国内最早开发挤出中空成型设备的厂商，是生产塑料机械、齿轮磨床、加工中心等设备的重工业企业，具有雄厚的研发实力和机械制造能力，在中空吹塑成型工艺方面具有丰富的经验。
挤出成型制品生产企业主要分布在华东（江、浙、沪、鲁）、华南、华北等地。主要的几个生产厂商为：上海浦东龚路塑料容器有限公司、上海帆顺实业公司、江苏吴江市春鑫塑料厂、常州越洋塑料容器有限公司、大连第十三塑料厂、广东南海市东兴制罐有限公司等。
. \/ ^" s/ P, T2．注射拉伸吹塑成型
* i2 @, E/ Y5 |: e$ y注射拉伸吹塑为双轴位伸取向吹塑，是一种在聚合物的粘弹态下通过机械方法轴向拉伸瓶坯，用压缩空气径向吹胀瓶坯成型容器的方法，这种成型方法的特点是轴向与径向有相同的拉伸比，可提高吹塑容器的机械性能、阻渗性能、透明性能，减少制品壁厚，这是吹塑成型中制品壁厚最薄的一种工艺。
注射拉伸吹塑主要用于成型0.2～20Ｌ，形状为圆形或椭圆形的容器，例如饮料瓶、纯净水瓶、食用油瓶。这种产品在市场用量很大，因此要求设备的生产效率高、可靠性好。注拉吹工艺采用的原料主要为PET、PVC、PP、PEN等。
注拉吹工艺可分为全自动一步法和全自动二步法。
目前，国内用注拉吹高速工艺生产PET瓶的市场容量巨大，每年增幅也很大，PET瓶的生产设备主要是进口，国内每年用于引进国外PET设备的资金至少15亿元人民币，生产ＰＥＴ耐热瓶的设备全是进口设备，面对如此巨大的市场，国内吹瓶设备的生产企业几乎无所作为，对于具有巨大市场潜力的ＰＥＴ啤酒瓶更是无能为力，这值得每一家中空设备生产企业深思。
% Q8 W; A$ g  V. h$ W) U" M6 [国内专业生产PET瓶的企业主要有：珠海中富、上海紫江、娃哈哈、汇源、康师傅、农夫山泉等，其设备均为进口。
3．注射吹塑成型
, y$ @4 ?/ u. P7 D; r8 ^7 Z注射吹塑工艺过程有三个工位，每一个工位为注射机注射成型瓶坯，第二个工位是瓶坯在吹塑模具中吹胀成型制品，第三个工位为顶出制品，与挤出吹塑工艺类似，注射吹塑径向吹胀比大，轴向吹胀比小。
注射吹塑适用于各种热塑性原料如：PE、PP、PS、PVC、PC等，可成型各种形状的容器，产品可替代玻璃瓶，主要用于包装药品、化妆品、食品、日用品、农药等。
1 ~0 \  X8 C9 R. d, U5 z注射吹塑工艺目前采用的设备主要为全自动注吹中空成型机，国内生产此设备的主要厂家为汕头金明塑胶设备有限公司、江苏维达公司。
2 h! |3 W! k; S8 A" d. x/ }( l4．多层共挤中空吹塑
) q' O2 m9 v6 N, T多层共挤吹塑在吹膜领域应用广泛，目前发达国家包装薄膜的80％以上采用多层共挤薄膜。多层共挤吹塑主要目的是为了提高容器对CO2、O2或汽油的阻隔性。其工艺是通过复合机头把几种不同的原料挤出吹制成中空制品，主要产品为：高档汽车燃油箱、毒性较大的农药包装等，层数为2～6层不等。
/ C5 S2 p9 |5 I* A, G3 f% k多层吹塑是中空吹塑的高端技术。目前国内陕西秦川机械发展股份有限公司已成功开发出用于生产六层高档汽车油箱的中空机，制品最大容积500L，已有三台交付用户。此设备填补国内空白，综合技术指标达到甚至超过德国同类设备。
5 _9 h$ n: D% P/ N! L% _+ o国内中空制品加工企业的布局情况：
广东、山东、江苏、浙江、上海五省市的塑料加工企业，无论从数量还是从产量上都在全国名列前茅。五省市的塑料加工企业厂家占全国总数约48％，塑料制品产量占全国总量的1/3～1/2。
8 J8 `, {/ T; i6 S根据全国塑料加工信息中心2000年初的统计，国内塑料容器加工的主要分布在华东、华南等经济发达的省份。
《全国塑料工业“十五”计划和2005年规则》中确定，中国塑胶产品产量在2000～2005年增长率预计有10％。根据市场预测，到2005年包装用塑胶产品的产量为550万吨，占总产量的22％。
; ~* G' C6 y: C2 D三、 国内中空成型设备的发展情况
目前，国内生产中空成型设备的企业主要有10余家，技术水平相差较大，具有研发、制造和技术服务综合实力的企业不多。一些中空设备生产企业技术力量薄弱，不能吃透塑料中空成型工艺，生产的设备及模具不能满足用户使用要求和原料成型工艺要求，生产的制品不合格或不能稳定地生产出合格制品。
陕西秦川机械发展股份有限公司是国内研发实力最强、机械制造能力最强的中空机生产企业。秦川发展从二十世纪八十年代初开始开发中空机，已成为我国最大的中空机制造基地。秦川发展公司的秦川发展技术研究院是国家级技术中心，有15个研究所。研究院建立有博士后流动站，建立有一个国家级CIMS中心。在200多名研究人员中有两位博士、三位教授级高级工程师。公司的机械制造水平在机械行业处于领先地位，具有精密加工、精密测量、精密装配的“三精”优势，在塑料机械方面拥有多项专利技术。
( S: r. }( N/ f* l* K% V秦川发展的塑料机械经过二十多年发展，产品已发展至第五代产品。第五代产品在机、电、液方面，在对中空成型工艺的研究和模具研究方面在国内处于领先地位，达到或接近国际同期水平。第五代产品的机械方面采用专利挤出机技术和优化的机头技术；电气方面采用国外著名品牌的高功能PLC；液压及气动元件采用国外著名品牌产品。秦川发展的自动化控制及成型工艺原理的研究方面在国内处于领先地位。
秦川发展近年开发的主要新产品：
8 G5 q6 w7 \, j9 q) a9 c$ v; v+ R9 e1．SCJ230中空机
3 I  c9 M# s' `; q6 ISCJ230中空机主要用于生产200L双L环桶，该产品已于1995年通过国家级鉴定，1996年获机械部科技进步奖。已销往市场近40台，挡住了进口。2003年推向市场的改进型换代产品 SCJ230A，具有更高的可靠性、更高的生产效率，生产的制品质量能满足各类危险品包装的要求，具有更高的性能价格比。
2． SCJC500×6多层中空机
随着汽车工业技术的发展和各国环保与安全要求的不断提高，各国对塑料燃油箱阻渗性能的要求越来越高。秦川发展瞄准国内高档汽车油箱研制点，在国内率先开发出六层塑料油箱生产设备SCJC500×6多层中空机，填补国内空白，挡住了进口，具有很优异的性能价格比。生产的油箱达到欧洲和日本标准，为马自达和奇瑞等车型配套。
塑料燃油箱与金属燃油箱相比，具有以下优点：
' [  X5 d8 t$ q) Q% _. ?& F（1）同规格的塑料燃油箱比金属燃油箱质量轻40～50０％；
（2）塑料燃油箱形状自由度大，可最大限度地利用汽车内的有效空间，从而大大提高了汽车燃油箱的储油量。
（3）塑料燃油箱的研制周期比金属燃油箱的研制周期短，费用低，方便了汽车的设计制造与改型。
5 B. ]! P: M3 X: ]# @7 q（4）塑料燃油箱的安全可靠性高，耐冲击，耐腐蚀，不爆炸，是金属燃油箱不可比拟的。
& \9 v( b* s" m4 e' s( F+ g3． SCJ70AT中空机
3 J7 y$ C! t' A专门用于生产轿车上通风管道、单层油箱、水箱等，专用化和模块化设计。
8 f  r2 ~3 {2 ^2 |- j/ Y/ ^4．SCJ1000中空机
! _3 j# B. [& k$ }* t4 f4 z用于生产1000L IBC桶、1000×1200mm拖盘、桌面板等大型制品，其生产效率远远高于国内同类设备，接近德国设备效率。
5．SCJ30×2双工位中空机
主要用于生产15～30L化工包装桶，用于磷酸、氢氟酸等化工产品包装。生产效率比单工位提高50％～100％，并且可同时在两个工位上生产两种不同的制品。
; H$ M0 E0 i7 K  z6 O- H四、国内中空制品的发展趋势
随着汽车工业、包装工业及整个工业的高速发展，塑料中空制品向多品种、多样化、专业化、大型化发展，制品已渗透到汽车、化工、食品、物流、农业、渔业、体育场馆、军事等诸多领域。中空制品主要有以下几点发展趋势：
1．汽车工业的应用
按照我国机械工业“十五”计划及2010年规划，到2005年和2010年，我国汽车产量将分别达到300万辆和460万辆。由于技术的提高，我国车用塑料的比例将逐步提高。到2005年，我国轿车塑料件的使用量将基本达到90kg／辆（发达国家目前的汽车塑料件用量为100kg／辆），预计各类汽车对塑料的总需求量为35万吨，2010年达到41.7万吨。
汽车用塑料中，PE占7％左右，主要用途是采用吹塑工艺生产的汽车油箱、通风管、导流板及水箱等各类储罐。
2． 物流用拖盘
) P" g5 P+ E0 _& ?' |( E拖盘是现代物流业在仓储、运输过程中不可缺少的消耗品。目前中国国内拖盘的流量每年约8000万个，其中港口出口用拖盘2000万个，拖盘材料以木材为主，还有纸制、塑料、金属、木塑等其它材料，发展速度以塑料发展最快。这些拖盘中，以中空吹塑拖盘强度、寿命最好。目前国内中空拖盘只有3条生产线，年产量25万只左右。由此可见，中空吹塑拖盘具有很大的市场潜力。
3． IBC包装桶
  |$ t$ I8 B# z/ G. ^; |* D7 X近年来，IBC包装桶在国外增长迅速。欧洲市场年增长约8～10％，美国IBC包装桶增长迅速，达20％左右。IBC桶具有节省运输空间30％以上，运输成本低，起吊方便等优点，这几年在国内发展也很迅速。该产品主要竞争的是10L～20L化工桶的市场。
4．大型工业制件
国内中空桌面板、医疗床板、军用浮箱、体育场馆座椅等在华东和华南市场发展迅速，对中空制品开拓了新领域。
5．塑料啤酒瓶
玻璃啤酒瓶阻隔性好，但易碎、易爆、易破。德国西得乐公司、日本ASB公司、日本青木固公司等开发的PET或PEN啤酒瓶已经解决了阻隔性和耐热性问题。在国内已有厂家开始生产，这将是一个巨大的市场。
9 D6 |# s' z; d  K& [6．化工包装桶仍具有稳定的市场
, C" m6 k+ l& r: \随着化工工业的发展，10L～20L化工桶包装的市场每年仍有10％～20％的稳步增长。
文章关键词： 塑料、汽车