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挤出成型几乎适合所有热塑性塑料的加工,也能加工少数热固性塑料,其制品约占塑料制品的40%。随着塑料制品在各个领域的广泛应用,可加工的聚合物种类、制品结构和制品形式越来越多,人们对其精度的要求也越来越高。现代挤出成型技术的趋势是高速高产化、智能化和网络化、高效功能化、结构节能化、大型化和精密化,各种挤出成型新技术层出不穷,挤出成型的设备和工艺得到不断改进和创新。

德国W&H公司最新研发的十一层VAREX Ⅱ吹膜设备。
德国W&H公司最新研发的十一层VAREX Ⅱ吹膜设备。
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挤出成型具有连续生产、产量大、生产率高、适应性强等特点。现代挤出成型技术的趋势是高速高产化、智能化和网络化、高效功能化、结构节能化、大型化和精密化,各种挤出成型新技术层出不穷,挤出成型的设备和工艺得到不断改进和创新。

多层共挤成型

近年来,多层共挤技术备受中国软包装生产企业的欢迎,且随着多层共挤复合薄膜成为包装市场的新宠,该种产品的生产设备随之成为市场开发热点。多层共挤技术多采用异种塑料共挤出复合。目前,医用多层包装复合膜正迅速成为塑料软包装的第二个经济增长点,该市场不仅前景较好而且利润较高,因此多层共挤技术常用于商品包装薄膜和医用包装薄膜的生产。

与传统复合成型工艺相比,共挤成型技术具有如下特点:①可充分发挥各种材料的固有特性,生产出具有特殊用途的制品;②成型周期短,能量消耗低,环境污染少;③制品种类多,使用范围广,可以使一种制品兼有几种不同材料的优良特性。

金明公司研制的新一代FFS三层共挤包装膜生产线,该生产线可实现制模、印刷、压纹、插边、收卷五道工序同时进行。模头采用三层螺旋中心出料结构,可以保证每层薄膜厚度均匀度。大连吉润企业的七层共挤吹膜机组除了可以生产七层普通膜还可以生产具有功能性的特种包装膜,设备产量300Kg/h厚度0.04~0.20mm,厚度误差≤±0.005mm。德国W&H公司最新研发的十一层VAREX Ⅱ吹膜设备,该设备实现从加工8μm厚的PE-HD纸袋内衬膜到仅有1μmEVOH层的11层高阻隔性复合膜的改良。江门市建利丰机械有限公司研制了适合HDPE、LDPE薄膜生产的吹膜机组,主机可配备2/4/6套吹膜系统,膜厚0.008~0.08mm,最大卷曲直径650mm。加拿大Winpak有限公司生产基于尼龙的11层的医用包装薄膜,是当今世界上用于医用包装层数最多的共挤薄膜。

微纳层叠挤出成型

使用微纳层叠挤出技术制备高阻隔复合材料已经成为了近年来研究的热点,由于复合材料具有交替多层的结构,因此可以通过微纳层叠挤出技术使不同种类和性能的高分子材料挤出后,再通过层叠器,最后得到具有综合优异性能的复合材料。同时使用微纳层叠挤出技术可以在较少挤出机的情况下,通过层叠系统可以制备层数更多的复合材料,因此微纳层叠技术在制备复合材料方面具有广阔的应用前景。

微纳层叠挤出系统的核心部件是层叠器。根据不同需要,可以制备成千上万层的复合材料,其中每一层厚度仅有微米甚至纳米水平,因此通过微纳层叠挤出技术制备多功能复合材料具有如下优点①优异的阻隔性能;②节约高成本物料用量;③减少产品断裂的缺陷。

美国EDI挤出摸头公司采用陶氏化学公司的“层倍增器”设计,制造出了适用于标准厚度多微层型复杂结构的平模头系统。通过使用该系统,可以生产出具有80层厚度为50μm的薄膜。3M公司目前正在成功使用这项技术生产电子显示屏和其它产品中使用的多种复杂的光学膜。浙江精诚模具有限公司是国内最大挤出平模头制造商,主要从事塑料挤出模具及其配套产品的研制与开发。该公司研发的微积层倍增挤出设备,可以生产出具有50~1000层以上厚度为0.01~0.1mm的复合材料。目前,该技术已经在包装材料的生产中得到成功应用。四川大学和北京化工大学在微纳层叠复合材料领域进行了长期研究,成功的开发了微纳层叠装置。

精密挤出成型

精密挤出是一种通过对挤出过程要素的精确控制,实现制品几何尺寸高精密化和材料微观形态高均匀化的过程,主要包括精密塑化、精密控制、精密成型等三方面的技术内容。精密挤出过程中工艺参数波动很小,挤出设备工作状态非常稳定,所以制品的几何精度比常规挤出成型要高50%以上。精密挤出技术已广泛用于双向拉伸薄膜、精密医用导管、音像基带、照相片基、通讯级光导纤维和精密微发泡制品等的生产。

Guill Tool公司推出用于医疗领域的新型微细导管挤出模具MediFlow® system,可生产出像头发一样细的医疗管,专门用于需要极其精细的介入治疗用途,包括最新的关节镜微创外科手术。美国PEI(Precision Extrusion.Inc.)公司用于生产医用导管的精密挤出机,采用特殊的设计和制造技术,以及统计程序控制技术,使得挤出机各段温度偏差可以控制在±1℃,管材的壁厚偏差可以控制在2%以内。

微孔发泡挤出成型

微孔塑料不仅品质轻省原料,而且热导率低,隔热性能好,能吸收冲击载荷,具有优良的缓冲性能、隔音性能以及强度高等优点,从而广泛用作消音、隔热、防冻保温、缓冲防震以及轻质结构的材料,在交通运输、建筑、包装、日常生活用品以及航天、国防等工业部门得到广泛应用。微孔塑料生产已成为塑料工业的主要组成部分。所以,研究开发微孔泡沫成为了热门课题。

微孔发泡具有非常优异的性能和广阔的应用领域,已引起发达国家的高度重视,许多著名公司如美国Trexel(MuCell工艺)、Microcellular Plastics Techonology、Axiomatics公司,日本的SeKISUI Plasticsof Tokyo公司,奥地利的恩格尔(Engel)等都已致力于微孔发泡技术的实际应用开发及商业化推广。

日本塑料辅助设备制造商川田公司开发的微孔发泡技术(MFC)的发泡挤出系统,可促进高发泡可生物降解注塑产品的开发。该工艺的特点是能够形成微孔并能预先控制它们的数量。

高速挤出成型

高速挤出机扭力强,推力大,高强度合金钢齿轮及轴性能优越,操作方便,控制界面友好,高速挤出,产品高产优质,是一款深受客户欢迎的塑料加工机械。高速挤出机的螺杆需要更长的熔融段和更高的长径比(通常,L/D=30:1~40:1),以确保能够在相同的螺杆转速下获得更高的产量。大多数高速挤出机的螺杆直径为60~75mm,一般不超过90mm。Kuhne公司可提供螺杆直接范围为60~72mm,长径比为33:1的挤出机。

而BEX公司可提供螺杆直径为75mm,长径比为34:1~40:1的高速挤出机,并能够使产量得到最大程度的优化。

Kuhne公司推出的螺杆直径为72mm的高速挤出机目前已被Orka/Hipol公司用于其PP和PS片材生产线中,其生产速度可达900r/min。

捷克斯洛伐克的Faerch Plast公司使用螺杆转速达到1500r/min的巴顿菲尔挤出机成型PP挤压片材。

节能挤出成型

挤出机的节能上可分为两个部分:一个是动力部分,一个是加热部分。动力部分节能大多采用交流伺服电机,不仅提高塑料挤出机的产品档次和产品品质,比三相非同步电机的能耗减少了30~60%,而且比直流伺服电机具有更小的体积及更优的性价比。联塑成功研发的GLSS-65×35挤出机,利用低速大扭矩交流伺服电机直接驱动螺杆塑化挤出,最高转速达到500r/min,最大挤出量达到1000kg/h,节能达到15~20%。

加热部分节能传统上采用的是电阻丝加热型式,周围环境温度高,不但浪费能量,而且恶化周围工作环境,造成环境污染,因此加热节能环保化成为塑化挤出的研发重点。大连石油化工公司塑编厂挤出拉丝设备,机筒用石英加热圈替换铸铝加热圈,每小时平均实际消耗功率由43.4kWh降低至25.3kWh,能耗降低41.7%,机筒加热装载功率从62kW降低至36kW。辉隆的高速(300m/min)节能节材离型纸(双面淋膜)多层共挤挤出复合生产线,通过加热系统的优化创新设计,采用纳米红外线加热,提高了传热效率和减少散热损耗,达到了节能的目的。经运行验收检测,该生产线挤出量可达到300kg/h,挤出功率仅为55kW,节电40%以上。

超高分子量聚乙烯挤出

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种新型热塑性工程塑料,其粘均分子量可达到100万至800万,正是因为其极高的分子量,UHMWPE具有其他塑料无可比拟的优异性能,可取代碳钢,不锈钢等金属材料,广泛用于纺织、造纸、食品机械、运输、冶金、煤炭等领域。北京化工大学在单螺杆硬顶法的基础上成功研制熔融挤出UHMWPE的挤出设备,批量生产获得成功。上海化工研究院与北京化工大学合作,通过UHMWPE大分子链解缠结技术,初步实现了250万以上熔融挤出UHMWPE管材专用料的研发,熔融挤出管材光滑度、圆整度与硬顶法相当、效率更佳,目前挤出速率最快可以达到15.0m/h,挤出速率较硬顶法提升6~10倍。

超切变塑化挤出成型

超切变塑化挤出成型基于正应力作用的输运机理,工作时物料从偏心腔体的大端进入,然后被叶片推动到腔体小端并挤出到下一单元,期间物料完全在正应力的作用下被研磨、压实、排气和塑化。在挤出过程中挤出量受模头压力影响很小,挤出性特硬,而且物料在挤出机中的停留时间更均一,减小了物料的热历程差异,可有效提升制品品质。

华南理工大发明的型号为SSPE-40“超切变塑化挤出机”不仅分散效果好,而且物料没有停留,且挤出LDPE的最大产量可以达到55kg/h,能耗只有传统螺杆挤出机的三分之一。另一个型号为更大的SSPE-80,挤出产量可达到200kg/h。

多螺杆挤出成型

作为挤出机械领域的又一创新,多螺杆挤出机以其灵活多变的排布方式、多个啮合区、小的长径比、较高的产能比、优异的混合特性满足了聚合物的加工品质和产量精细化、系列化、功能化、低成本等方面的要求,受到了越来越多的关注,已在功能塑料的制备、高亮度涂料的制备和富有营养及色香味具佳的新型方便食品的加工领域得到很好的应用。

三螺杆挤出成型

三螺杆无需单螺杆或双螺杆的大直径、大长径比,就可获得同等品质同等产量的生产条件,充分体现出三螺杆挤出机高效的混合均化特性、结构上的紧凑性和经济性。北京化工大学开发了三角形排列的全啮合三螺杆挤出机,具有较低的比能耗、较强的混炼能力和优异的排气性能,显示出很强的技术和经济优势。石家庄德倍隆科技有限公司研发的三螺杆挤出机,在混合品质、产量、能耗、排气性能上均明显优于双螺杆挤出机。

行星螺杆挤出成型

行星螺杆挤出机最重要的部分为行星段,塑化和混炼效果好、物料停留时间短、挤出产量高、能耗低、添加的助剂分散效果好。行星螺杆挤出机自出现以来应用最多的场合是各种软性和硬性的PVC混合造粒,压延机喂料,压延涂覆。随着人们对该机型的熟知,行星螺杆挤出机被广泛的应用于各种生产加工领域,除了典型的塑料工业,在颜料工业、化学工业、食品工业、医药工业等领域也得到了应用。巴顿菲尔辛辛那提塑料设备有限公司用于A-PET片材生产的行星辊轮片材挤出机,尤其适合PET加工生产,其旋转的行星轴使其具有极大的比表面和很高的表面更新速度。该挤出机不需预干燥、节能,且灵活性高、成本低、抗磨损性能高。

德国Gneuss公司的一款用于干燥和加工PET瓶薄片的行星挤出机,该机带有8或10根行星螺杆,熔体在这些螺杆和主螺杆之间流动,表面生成比传统挤出机多25次。德国3Extruder公司的一种行星式螺杆挤出成型机——环形挤出机(ring extruder)共有12根螺杆,最大的一套用于某回收再生装置。

挤出成型设备是三大塑料机械之一,实现更高速、更高效、更节能的智能化、功能化、专用化,是挤出设备的发展方向。

挤出成型技术热点
  • 医用多层包装复合膜成为软包装的第二个经济增长点;
  • 微纳层叠技术在制备复合材料方面具有广阔应用前景;
  • 精密挤出制品几何精度比常规挤出成型要高50%以上;
  • 高速挤出机螺杆在相同的螺杆转速下获得更高的产量;
  • 节能挤出机大多采用交流伺服电机;
  • 北京化工大学研制熔融挤出UHMWPE设备,批量生产获得成功;
  • 多螺杆挤出在功能塑料、涂料等领域得到很好的应用。


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