竞争白热化，全方位解读塑料注射成型新技术

    内容摘要：注射成型是塑料工业最主要的成型方式之一。随着技术的不断成熟发展，传统的注射成型技术的竞争已发展至相对白热化的程度。为占领注射工业“精密、节能、高效”的新制高点，拓展注射制品应用领域，专攻注射成型的各大企业与科研院所纷纷推出全新技术。

　　注射成型是塑料工业最主要的成型方式之一。随着技术的不断成熟发展，传统的注射成型技术的竞争已发展至相对白热化的程度。为占领注射工业“精密、节能、高效”的新制高点，拓展注射制品应用领域，专攻注射成型的各大企业与科研院所纷纷推出全新技术。这些技术已经从最初的主要针对注射机本身的创新，开始延伸到工艺、模具、应用行业等，或者可以说从整个注射成型产业链相关的各个方面推动注射技术的创新发展。

　　塑料注射成型装备

　　注射成型装备是塑料注射成型的基础。经过几十年的快速发展後，近几年已很难看到注塑机结构上的完全创新，当前市场火热的全电动注塑机与油电混合注塑机可以说是进入了发展的辉煌时期，但这两者并非新面世的机型。

　　针对注射技术的创新，企业更多地着眼於从应用角度的系统化研发以及企业产品的系列化升级与性能提升。当然，市场偶然出现的一些全新研发新品与特别的性能改进更显弥足珍贵。

　　内循环四缸直锁二板式精密注塑机

　　北京化工大学推出的内循环四缸直锁二板式精密注塑机可以说为注塑机的创新发展注入了新鲜血液。

　　该机以北京化工大学教授王兴天的两项专利技术（专利号：ZL00238617.8，ZL200520145200.2）为核心，其具有中国自主知识产权的“二板调模、四缸直锁、内循环”合模装置是在总结和分析国内外合模系统的50余种型式和30余种结构的基础上，按照“两节、四高”（节省资源、节省能源、高精密、高效率、高静音、高性价比）的目标进行量化而创新研发的，堪称是一款卓越的新型注塑机合模机构。

　　通过可靠性试验和试运转，内循环四缸直锁二板式精密注塑机各项性能指标均达到商业化要求，可转入国内外商业化市场参加竞争。北京化工大学目前已与宁波海天塑机集团有限公司、宁波海达塑料机械有限公司和浙江申达机器制造股份有限公司等注塑机龙头企业签订了内循环四缸直锁二板式注塑机技术开发协议，产品样机已经出炉，并在CHINAPLAS2012中国国际橡塑展上展出。

　　综合评价显示，该设备工作性能稳定可靠，所生产制品精密度高、效率高，具有明显的节省资源、能源、空间的优势；机器外形美观，机械结构布局合理，控制系统先进，整机性价比极高，巧妙地解决了直压式二板机能耗大等世界性的技术难题。

　　高性能油电混合高速注塑机

　　德马格ElexisS系列注塑机通过独特的专利油电混合动力系统实现了注塑机的高效率运行。德马格油电混合动力系统采用高扭矩伺服电机直接驱动油泵，通过正反转达到开合模和锁模的动作。伺服电机和液压油泵直接连接，没有任何电磁阀，完全避免了电磁阀的响应时间，以及由於液压油高速通过电磁阀时所产生的热量损失。因而在响应速度和能耗上明显优於传统的液压驱动系统。同时避免了全电机所广泛采用的滚珠丝杆在长时间运行时所产生的磨损问题，因而在耐久性和强度上明显具有优势，更适合高速薄壁注射成型。

　　与此同时，由於采用同步伺服电机，在开合模制动减速时，锁模侧的伺服电机实际上是一个发电机，它把制动能实时转换成电能传递给塑化电机，减少了电能消耗，降低了生产成本。

　　基於以上全新的驱动理念，德马格ElexisS系列注塑机得以实现超高的运行速度。

　　欧标（Euromap6）通常采用“空循环时间”这个指标来评价注塑机的高效性，即锁模力达到最大锁模力的70%，开模距离为拉杆间距70%时的一次开合模时间。德马格ElexisS200吨注塑机的空循环时间仅为1.35s，而一般的液压机包括许多欧洲品牌也在2.3s左右，甚至更长。节省的0.95s对於周期性工作的注射成型过程的意义是显而易见的。

　　另外，德马格油电混合动力系统具有强大的注射能力，最大注射速度在800mm/s-1000mm/s。注射加速度在12m/s2。而一般高速液压机的最大注射速度在600mm/s，注射加速度在5m/s2。

　　除了边开模边顶出，边开模边抽插芯等常规并行动作以外，德马格ElexisS还具有边开合模边塑化，边锁模边注射等特殊并行动作为标配，这样就从动作上把成型周期降至最低。

　　耐驰特公司推出的预吹技术周期时间更短，成型质量更佳。

　　同时也可根据客户要求配备注射压缩功能（包含单重、多重、以及顺序压缩和并行压缩），排气功能（包含单重、多重、以及顺序排气和并行排气）等，所有这些是传统的高速液压机所无法完成的。

　　塑料注射成型工艺

　　相对於注射机本身的技术创新变得越来越难，注射工艺的研发似乎更为各家领先注射供应商所重视。在不同的展览会上，针对某一产品的工艺技术创新所带来的生产率提升往往更直观也更具吸引力。

　　聚氨酯反应注射成型技术

　　聚氨酯正日益广泛应用於家电、建筑、轻工等各领域，甚至已开始取代橡胶作为轮胎的生产原料。20世纪90年代，聚氨酯树脂合成加工工艺曾被认为是一项非常复杂的技术。

　　KraussMaffei公司整合Elastogran公司的综合计量工艺技术推出一系列全新的、更优化的混合和计量设备RIM-Star，共有三种不同的型号，包括：与普通设备类似的RIM-StarModular；占地面积较小的RIM-StarCompact；注射量较小的RIM-StarMiniDos。

　　RIM-Star混合计量设备的主要特征是，其各组成部件的间距很小，能够把压力损失降到最低。同时，精确的温度控制系统以及机器各部分的最佳配合使得加工过程更加稳定可靠，极大地改进了聚氨酯产品的性能。通过对机器各部件的改进，这种新型机器更容易操作和维修。

　　此外，机器所具有的高兼容性使其很容易配置相应的加工处理设备，并使它们得到很好的整合。其中，RIM-StarModular可以按模块进行灵活装配，非常适合在空间有限而需要灵活装配的场合使用；RIM-StarCompact因其结构紧凑，各部件之间间距小而使其占地面积较小；RIM-StarMiniDos的自动化程度高，操作简单方便，从而在保证高精确度的情况下，加工过程更加稳定，其传输能力最低可达到3g/s。

　　PET瓶预吹工艺

　　耐驰特公司（Netstal）最近进一步改进了久经考证的PET-LINECalitec系统。

　　这种创新冷却系统支持瓶坯通过瓶坯的内压冷却。脱模後可以不间断地对PET瓶坯进行高强度後冷却。这个预吹（Preblow）技术采用底部吹出工艺延工了这一冷却过程。因而进一步增大了Calitec的优势：周期时间更短，持续改善模塑质量。

　　耐驰特指出，正为创新的预吹工艺申请专利。其特点是：该工艺过程中，在注塑工艺结束後瓶坯在底部直接吹制。首次实现了可以同时改变底部轮廓和表面区域。利用吹塑工艺增大底部的尺寸，还可以使关键底部区域的壁更薄。在後序吹塑过程中，可利用该效应更有针对性地，更高效地加热底部区域。最终得到LightBase超薄瓶座。

　　与当前公司的“EcoBase”和“CappelloDesign”解决方案相比，其具有明显的优势，因为在整个工艺过程中保证了高度的均一性。除了轮廓变化外，耐驰特对更重要的参数，即壁厚和材料积聚，进行了更有效的调节，使其大幅改善。因而，在最佳注塑工艺过程中，壁厚据悉几乎是不变化的。

　　在用一公升果汁瓶进行初步试验时，据报重量减轻了一克以上。在CHINAPLAS2012，耐驰特展出了生产重15.8克的非碳酸水瓶坯的系统。瓶的品质完全相同，而材料耗用量至少减少了0.5克。按一年计算，相当於节约了约255吨材料。瓶坯用128腔模具生产，成型周期时间约为7.2秒。之後，所有128只瓶坯可靠、均匀地吹制。与EcoBase和Cappello相比，其重现性极好，吹塑工艺更简单，具有突出的优势，令人印象深刻。

　　时任耐驰特销售副总监Thomas Anderegg说：“通过预吹工艺的发展，耐驰特已开发了一流的创新技术。吹塑工艺具有较大的工艺条件范围，而且由於材料在瓶底上的积聚较少而缩短了成型周期时间，所以在PET瓶的生产中具有突出的优势。”

　　塑料注射成型模具

　　与注射技术发展密不可分的是模具技术的创新改进。尤其是近年来随着形形色色注射单元的面世，配套的模具技术更是丰富多姿。

　　阿博格（Arburg）与合作伙伴Foboha合作开发出用於连续高速共注射成型的四面模腔立体模具（cubemold）技术。

　　在该技术中，两注塑单元中较小的一个安装在动模板上，立体模具中央部分的滑动装置在机器底座上独立运行，这样就可以通过独立的机器运动灵活地调节开模条件，提高工艺可靠性，优化成型周期时间。立体模具在其四侧的每一侧面有8个模腔，因而可以同时完成32个生产步骤。模具连续在四个工位运转。在第一个工位注塑预成型件，伺服电动驱动装置使模具旋转90度後在第二个工位冷却。模具再旋转90度後将预成型件送入第三个工位，注塑第二个组分。最後旋转90度到达第四个工位後，在模具闭合的情况下，通过抽取模芯使成品脱模，自由落下，注塑工艺继续进行。完善的Foboha叠层旋转技术在缩短成型周期方面具有突出的优点，不仅可以高质量、高速生产多组分部件，还可以在生产过程中脱模。

　　可以在一台机器上生产非常复杂的产品。由於是同时在两个分型面处注塑，所以，采用立体模具技术可以使生产过程中的合模力降低一半，模腔数增加一倍，因而在时间和成本方面具有极大的优势，尤其是对於大批量生产而言。

　　类似这样的创新模具最近几年在不同的展会上越来越多。

　　塑料注射成型综合解决方案

　　威猛巴顿菲尔是全球塑料行业目前唯一一家能够提供全套注塑自动化系统及周边设备的供应商，其为客户提供高效、可靠的“一站式”注塑解决方案的经营理念愈来愈强化了其在注塑领域的驾驭能力。

　　威猛巴顿菲尔在CHINAPALS2012上展示了一台作为完整生产单元的垂直转台式立式注塑机和一台“MicroPower”的微型注塑机。

　　立式注塑机VMR110/350V带有直径为1280mm的旋转台，通过一个4型腔模具来演示生产螺丝刀。螺丝刀的金属部分通过注塑技术与塑料部分一起被注塑成型。插入动作和随後的将注塑成品取出并放在传送带上的动作，由一台威猛W818机械手来完成。一台SUMOJunior粉碎机被用於废料回收重复使用，一台Gravimax14V称重式混料机用於称量塑料粒子并加入适量色母剂。这种称重式混料机装备有高精确性且防磨损的不锈钢阀门。由於该设备采用了所有威猛混料机的配料单元中都有的RTLS（实时称量）系统，它在每次混料时都能保证配料比例的绝对精确。此外，原料的烘乾由威猛DrymaxES40除湿乾燥机来完成，而FeedmaxS3上料机则用於系统供料。

　　MicroPower15/10注塑机是威猛巴顿菲尔在展会中展出的另一台注塑设备，其生产一种仅重0.003g的医疗用夹子。材料来自泰科纳的POM工程塑料，生产循环周期为4s，4型腔模具由英国Microsystems公司提供。完成件由威猛W8VS2机械手取出，该机械手专门用於抓取小件和微型件，具有高速度和高精确。随後，完成件被送到整合安装在生产单元和注塑机控制系统中的照相机下，完成质量检测。根据其不同线孔数，完成件最终分别被放置到不同的模块中。包括注塑、检测和取放的整个过程都将在无尘工作室内进行。

　　从近年来注射成型技术进展可以看出，“精密、节能、高效”是塑料注射成型技术发展的必然趋势。在近几个5年规划中中国塑料机械行业均以高、精、尖的单机为发展目标，按照每个时期世界领先水平来设定执行目标。但是，十几年来，那些目标多数未能实现，而且与国外同行间的差距还在继续扩大。

　　国家“十二·五”规划纲要对装备制造业的未来发展提出“推动装备制造由生产型制造向服务型制造转变”的要求。中国轻工机械协会秘书长李坚多年前就曾呼吁塑料机械行业要改变固有观念，要从塑料制品开始，研发市场中尚不存在的制品，向市场提供从制品、工艺到装备一条龙的“交钥匙”工程，从而引导市场来消化研发成果。如今行业的发展已经印证了市场的这一需求。我们能否在较短的时间内尽快转变老的发展模式，是消灭或缩小我国同先进国家之间的差距关键之所在。