塑料及其復(fù)合材料的成型工藝有很多種,包括壓縮模塑、擠出成型、注射模塑、傳遞模塑、吹塑、鑄塑、層壓、壓延、涂層、反應(yīng)注射模塑和滾塑(又叫旋塑、回轉(zhuǎn)成型)等等。在各類有關(guān)塑料及其復(fù)合材料的成型工藝的書籍中,對(duì)除滾塑以外的工藝介紹較多,而對(duì)于滾塑工藝,至今只能在極少數(shù)的書中見到不足幾頁(yè)的描述。
二、滾塑的發(fā)展
在國(guó)外,滾塑已經(jīng)是一個(gè)廣泛采用的塑料成型工藝之一。在本世紀(jì)40年代,開始用聚氯乙烯糊通過滾塑成型方法生產(chǎn)塑料球之類的玩具等產(chǎn)品。50年代,開發(fā)了以低密度聚乙烯粉狀樹脂為原料的聚乙烯滾塑成型工藝,生產(chǎn)聚乙烯貯槽、大型管材等工業(yè)產(chǎn)品,從而大大促進(jìn)了滾塑工藝的發(fā)展。此后,尼龍、聚碳酸酯、ABS等多種塑料也相繼采用滾塑工藝成型,到70年代初,滾塑已成為一個(gè)頗具規(guī)模的塑料成型工藝。
20余家公司從事滾塑成型加工,其中有德國(guó)、法國(guó)、瑞士、挪威、奧地利、丹麥等國(guó)的公司。
70年代初、英國(guó)已能提供可生產(chǎn)容量達(dá)18000L的容器的滾塑機(jī);荷蘭則己生產(chǎn)出直徑2.1m,長(zhǎng)4.8m的大型圓柱形貯水槽,該貯槽540kg、壁厚25mm。1970年,歐洲滾塑制品的總量已達(dá)15000t以上,其中英國(guó)約7000t。
1970年美國(guó)已有500余家單位從事滾塑制品的生產(chǎn).擁有500余臺(tái)滾塑機(jī),滾塑制容器的容量已超過10000L(2400加侖);擁有的滾塑機(jī)所能生產(chǎn)的最大塑料制件為4.6X4.6X2.1m。
60年代,滾塑成型工藝之所以得到了迅速的發(fā)展,與樹脂性能及滾塑設(shè)備的改進(jìn)息息相關(guān)。其間開發(fā)了不少滾塑成型專用塑料,例如聯(lián)合碳化公司開發(fā)的PEP-320,RaychenlFlanlolin 771等聚乙烯樹脂。
FEP-320是一種低密度聚乙烯,它兼有低密度聚乙烯樹脂的良好的流動(dòng)成型性能和高密度聚乙烯樹脂的低溫沖擊韌性、耐化學(xué)藥品件以及耐應(yīng)力開裂性;Raychelm Flamolin 711是一種滾塑用交聯(lián)聚乙烯樹脂,它除了可交聯(lián)外,還具有自熄性。菲力浦公司的著名的滾塑級(jí)交聯(lián)聚乙烯樹脂MarlexCl-100也是在這段時(shí)間里開發(fā)出來的。
為了適應(yīng)制備大型滾塑制品的需要,60年代末期開發(fā)了許多能滾塑成型大型制件,能有效地利用占地面積和熱能的機(jī)器。1970年,市售滾塑機(jī)中一半以上的滾塑機(jī),其回轉(zhuǎn)直徑范圍超過1.75m。此外,機(jī)器的控制水平也得到了不同程度的提高,例如三臂式滾塑機(jī)McNeilAuronismodd 3000--200可以分別控制各臂的加熱、冷卻周期,以便同時(shí)滾塑成型不同尺寸和不同物料的制品,其回轉(zhuǎn)直徑達(dá)5m,每個(gè) 臂可承受的模具和樹脂的總重量約13500N;傳熱效果好,占地面積小的夾套式滾塑機(jī)也在這段時(shí)間設(shè)計(jì)、制造出來。
我國(guó)滾塑的開發(fā)研究亦可追溯到60年代,到60年代后期,上海玩具行業(yè)已開始利用滾塑成型方法年產(chǎn)軟聚氯乙烯小球;上塑三廠已成功地試制出容積200L和1500L的滾塑聚乙烯容器;70年代中期,北京玻璃鋼研制所開發(fā)成功滾塑尼龍容器并在森林滅火瓶等產(chǎn)品中得到應(yīng)用。但真正大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),還是在80年代中、后期,從國(guó)外引入先進(jìn)滾塑設(shè)備與技術(shù)之后。目前,已能制備容器量20000L,以上的化工貯槽以及高塑全塑游艇等大型塑料制品。
三、滾塑制品的應(yīng)用范圍
隨著滾塑成型工藝的發(fā)展?jié)L塑制品的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,到現(xiàn)在滾塑制品的應(yīng)用面已很廣泛,一些具有代表性的應(yīng)用可舉例如下。
1、容器類滾塑制件
這類塑料制件廣泛用于貯水槽、各種液態(tài)化學(xué)藥品的貯槽(如酸、堿、鹽、化學(xué)肥料、農(nóng)藥等),汽油用容器(汽油貯槽及汽車、飛機(jī)用油箱),蓄電池的殼體等等。
2、汽車用滾塑制件
主要是應(yīng)用聚乙烯和聚氯乙烯糊樹脂,滾塑各種管件,如空調(diào)彎管、靠背、扶手等。
3、體育器材及各種代用品
主要有聚氯乙烯糊滾塑的各種制件,如水球、浮球、自行車座墊,小船以及船和船塢之間的緩沖吸震器等。利用菲力浦公司的滾塑級(jí)交聯(lián)聚乙烯樹脂“Maricxcl―100”制得的滾塑交聯(lián)聚乙烯桶,可以同金屬桶相競(jìng)爭(zhēng),而且它耐化學(xué)腐蝕性好,維修保養(yǎng)費(fèi)用低。滾塑碼垛盤,在70年代初,在美國(guó)、日本等國(guó)已商業(yè)化;沖浪板、小船等亦是文獻(xiàn)中常常提到的滾塑制件。
4、玩具、模特兒、工藝品等
由于滾塑模具可以采用精密澆注、電鑄等工藝制造;滾塑制件表面對(duì)模具型腔表面的精細(xì)結(jié)構(gòu)“復(fù)制”效果很好,因此滾塑法可以使制品作得相當(dāng)精致美觀,故常用于制取具有較:大觀賞價(jià)值的產(chǎn)品,特別是玩具、模特兒、工藝品等。
5、除上述外,滾塑制品應(yīng)用較多的還有各種箱體、殼體、大型管材等制件,如周轉(zhuǎn)箱、垃圾箱、機(jī)器外殼、防護(hù)罩、燈罩、浴室、廁所以及電話間、游艇等等。滾塑產(chǎn)品在液態(tài)化學(xué)品貯運(yùn),化工企業(yè)、工業(yè)涂裝、稀土制取中的洗槽、反應(yīng)罐等,還有河海浮標(biāo)、生活水箱等領(lǐng)域使用已有廣泛影響。
四、滾塑的主要優(yōu)點(diǎn)
1、適于模塑大型及特大型制件。
絕大多數(shù)塑料成型加工工藝,在成型過程中,塑料及模具均處于相當(dāng)高的壓力(壓強(qiáng))之下,比如應(yīng)用極為廣泛的注塑、壓縮模塑,擠出.吐塑等,因此應(yīng)用這些成型工藝生產(chǎn)大型塑料制件時(shí),不僅必須使用能夠承受很大壓力的模具,使模具變得笨重而復(fù)雜,而且塑料成型設(shè)備也必須設(shè)計(jì)、制造得十分牢固,機(jī)模的加工制造難度相應(yīng)增大,成本增加。與此相反,由于滾塑成型工藝只要求機(jī)架的強(qiáng)度足以支承物料、模具及機(jī)架自身的重量,以及防止物料泄漏的閉模力,因此即使?jié)L塑大型及特大型塑料制件,也無需使用十分笨重的設(shè)備與模具,機(jī)模的加工制造十分方便,制造周期短、成本低。
從理論上講,用滾塑成型工藝成型的制件,在尺寸上幾乎沒有上限。而生產(chǎn)這樣大的塑料容器,如采用吐塑成型,不用十分昂貴而龐大的吹塑設(shè)備是不可能的。
2、適用于多品種、小批量塑料制品的生產(chǎn)。
由于滾塑成型用模具不受外力作用,故模具簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、制造方便。另外,滾塑設(shè)備也具有較大的機(jī)動(dòng)性,一臺(tái)滾塑機(jī),既可以安裝一只大型模具,亦可安排多只小型棋具;它不僅可以模塑大小不同的制件,而且也可以同時(shí)成型大小及形狀均極不相同的制品,只要滾塑制品采用的原料相同,制品厚度相當(dāng),均可同時(shí)滾塑成型,因此滾塑成型工藝較之其他成型方法有更大的機(jī)動(dòng)性。
3、滾塑成型極易變換制品的顏色。
滾塑成型每次將物料直接加到模具中,這使物料均全部進(jìn)入制品制品從模具中取出以后再加入下次成型所需要的物料,因此當(dāng)我們需要變換制品的顏色時(shí),既不致浪費(fèi)點(diǎn)滴原料也不需要耗費(fèi)時(shí)間去清理機(jī)器與模具。當(dāng)我們?cè)谑褂枚嘀荒>邼L塑成型同一種塑料制品時(shí)還可以在不同的模具中加入不同顏色的物料,同時(shí)滾塑出不同顏色的塑料制品。
4、適于成型各種復(fù)雜形狀的中空制件。
滾塑成型過程中,物料是逐漸涂覆、沉積到模具的內(nèi)表面上的,制品對(duì)于模具型腔上的花紋等精細(xì)結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的復(fù)制能力;同時(shí)由于模具在成型過程中不受外界的壓力,可以直接采用精密澆鑄等方法制取具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的、形狀復(fù)雜的模具。
5、節(jié)約原材料。
滾塑制品的壁厚比較均勻且倒角處稍厚,故能充分發(fā)揮物料的效能,有利于節(jié)約原材料;此外,在滾塑成型過程中,沒有流道、澆口等廢料,一旦調(diào)試好以后,生產(chǎn)過程中幾乎沒回爐料,因此該工藝對(duì)于物料的利用率極高。