滚塑工艺

旋转成型
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滚塑工艺一般指旋转成型
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介绍
旋转成型是塑料成型加工中的一种成型方法，主要用于制造加工中空无缝产品的中型、大型或超大型中空制品，如搬运箱、翻斗车皮、帆船船体、衣用模特、工业贮槽和贮罐等，加工的最大容器可达10万升。这是注射成型和吹塑成型难以实现的，而且旋转成型加工的产品壁厚均匀、尺寸稳定、无成型缝、无边角废料，是一种经济而有效的成型方法。传统上，它主要于热塑性材料上，可交联聚乙烯等热固性材料的旋转模塑也发展很快。由于旋转成型并不需要较高的注射压力，较高的剪切速率或精确的化合物计量器。因此，模具和机器都比较低廉，而且使用寿命也较长。 
成型原理
首先将一定量的塑料粉末置于成型模具的下半模(成型模具一般由钢板或铸铝制成，壁较薄)中，合上上半模，将整个模具移到加热炉中进行加热，并使模具进行双轴旋转，翻滚的粉末与热模具的内表面接触，并逐渐熔融成均匀的熔体。随着模具的不断旋转，物料不断地吸热而熔融，熔化的物料熔体被均匀地涂覆在整个模具的内表面上。然后将模具从加热炉中移到冷却室内进行冷却固化。此时模具仍处于双轴旋转状态，一直到物料完全固化为止;最后打开模具，取出制品。 
旋转成型的基本原理，可以理解为液体的拉开理论(With-Drawal theory) 
，模腔内壁相当于浸泡在液体中的物体表面，随着提起速度和液体粘度的不同，形成相应的液体覆盖层。这里的液体即指树脂粉末熔融体。
特点
成型性方面
1) 制品壁厚均匀，且无边角废料，无焊缝；可以成型壁厚范围较大的制品，例如聚乙烯旋转成型制件，壁厚范围可在1~16mm内。但由于粘度关系，厚壁制品成型较为困难。旋转成型工艺特别适合于模塑2~5mm的塑料制品。
2)通常只能制得中空制品或壳体产品，对实心制品加工困难。而且制品表面状况对模具型腔表面的依存性大。
3) 旋转成型制品的尺寸精度较低，其尺寸精度通常为±5%。 
成型工艺方面
（1）适于模塑大型及特大型制件。由于旋转成型工艺只要求机架的强度足以支撑物料、模具及机架自身的重量以及防止物料泄露的闭模力，因此即使加工大型及特大型塑料制件，也无需使用十分笨重的设备及模具。因此，从理论上讲，用旋转成型工艺制成的制品，从尺寸上几乎没有上限。
（2）适合于多品种、小批量塑料制品的生产—由于旋转成型用的模具结构简单，价格低廉，因而变换产品十分方便。
（3）适合于加工形状复杂的大型中空制品，这是其它成型工艺无法比拟的；
（4）塑料制品换色容易，当需要改变制品颜色时，只需要清洗成型模具即可。
（5）旋转成型的主要缺点是：能耗较大，原因是在每个成型周期中，模具与模架需要经受加热与冷却的反复作用；成型周期较长，由于主要靠静态下塑料传导热量，因此旋转成型加热时间长；劳动强度较大，制品尺寸精度较差。 
应用
在20世纪40年代已开始用PVC糊料通过旋转成型加工生产球类制品了，它是从欧洲起源，以后传入了美国、日本等地。不过，只有到20世纪纪60年代初粉状聚乙烯问世后，人们用PE旋转成型、生产PE贮槽、大型管材等工业制品，从而才大大促进滚塑工艺的发展。到20世纪70年代，滚塑成型已获得了颇具规模的发展了。如20世纪70年代，英国巳能提供可生产容量达18000L的容器的滚塑机;荷兰则已能生产出直径2.1m长4.8m的大型圆柱形贮水槽；而此时欧洲滚塑制品的总量已达到15000t以上了。同样，1970年美国巳有300余家企业从事滚塑制品的生产，滚塑容器的容量巳超过10L ，能旋转成型生产的最大塑件为4.6m×4.6m×2.1m，能滚塑生产容器的最大容量可达50m。
旋转成型工艺之所以能迅速发展，与旋转成型专用塑料和旋转成型机的研制开发分不开。在树脂方面，例如联合碳化公司开发的PE P-320和Raychems等聚乙烯树脂，前者既有低密度聚乙烯的良好的流动成型性又具有高密度聚乙烯的低温冲击韧性、耐化学药品性以及耐应力开裂性；后者则是一种旋转成型交联 树脂，它除了可交联外，还具有自熄性。在设备方面，旋转成型机的回转直径范围不断增大，机器的控制水平也得到不同程度的提高，例如三臂式滚塑机McNeil Auronis model 3000-200，它可以分别控制各臂的加热、冷却周期，以便同时加工成型不同尺寸和不同物料的制品，其回转直径达5m，每个臂可承受的模具和树脂的总重量约13500N。 
随着旋转成型工艺的发展其制品的应用范围不断扩大，一些具有代表性的应用可举例如下：
1. 容器类旋转成型制件，这类塑料制件广泛用于贮水槽、各种液态化学药品的贮槽(如酸、碱、盐、化学肥料、农药等)，汽油用容器(汽油贮槽及汽车、飞机用油箱)，蓄电池的壳体等等。
2. 汽车用旋转成型制件，主要是应用聚乙烯和聚氯乙烯糊树脂，滚塑各种管件，如空调弯管、靠背、扶手等。
3. 体育器材及各种代用品。主要有聚氯乙烯糊滚塑的各种制件，如水球、浮球、自行车座垫，小船以及船和船坞之间的缓冲吸震器等。利用菲力浦公司的滚塑级交联聚乙烯树“Maricxcl-100”制得的滚塑交联聚乙烯桶，可以同金属桶相竞争，而且它耐化学腐蚀性好，维修保养费用低。滚塑码垛盘，在70年代初，在美国、日本等国已商业化；冲浪板、小船等亦是文献中常常提到的滚塑制件。
4.玩具、模特儿、工艺品等。由于旋转成型模具可以采用精密浇注、电铸等工艺制造；滚塑制件表面对模具型腔表面的精细结构“复制”效果很好，因此滚塑法可以使制品作得相当精致美观，故常用于制取具有较：大观赏价值的产品，特别是玩具、模特儿、工艺品等。
除上述外，旋转成型制品应用较多的还有各种箱体、壳体、大型管材等制件，如周转箱、垃圾箱、机器外壳、防护罩、灯罩、浴室、厕所以及电话间、游艇等等。旋转成型产品在液态化学品贮运，化工企业、工业涂装、稀土制取中的洗槽、反应罐等，还有河海浮标、生活水箱等领域使用已有广泛影响。 
旋转成型的工艺过程
涂敷脱模剂：模具上涂敷脱模剂是为了便于从模具中取出制品，同时可有效地避免因制品与模具之间粘附力大导致脱模时制品的损坏现象。
安装嵌件及有关成型附件：嵌件主要起局部增强制件的作用，成型附件主要是指出罗纹或特殊部位成型用的模块，它们都必须在模具加入物料以前妥善地安装在新设定的位置上；
装料：加人物料以前应当进行严格的计量，在需要加入添加剂时，还需要将有关组份进行预混处理。精确地称取最终制件所需的粉末树脂重量，加入分离型模具的底部，然后将两个半模紧固在一起，并装在文承轴上；
闭模：闭模前要注意除去合模处残存着的物料，要确保两分型面密合完好，以避免加工过程中物料的泄露；
加热：把装好物料的模具放进加热炉（或用煤气火焰等其他热源加热），加热炉温度设定在树脂熔点以上，随同机架同时绕相互垂直的主、副二轴作公、自转。转动过程中使模具升温到给定温度后保温，物料在转动、加热下逐渐熔化，沉枳于模腔的整个内壁上并逐渐将物料中夹入的气体排除，直到成型完好的制件。在加热阶段的最初，如果用的是粉末状材料，将模具表面形成多孔层，然后随循环过程渐渐熔融，形成均匀厚度的均相层，如果用的是液体材料，则先流动和涂覆在模具表面，当达到凝胶点时则完全停止流动。
冷却定型：当树脂充分熔融，将模具转移到冷却室，冷却，在那里一边继续旋转，一边通过强制通风或喷水进行冷却。
脱模以及清理模具：前者要避免脱模时损伤制品，后者则要将模具上残存物料及杂物清除干净，为下一个成型周期装料作好准备。 
工艺条件的控制
旋转成型的树脂条件
所用的树脂早期多是聚氯乙烯糊，随着旋转成型的发展，所采用的树脂品种已有所扩展，主要有聚乙烯、改性聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯以及ABS等。也有用几种塑料生产的"夹层结抅"制品，使之兼有几种塑料的优点，如内、外层为聚乙烯，中间 为发泡聚乙烯的贮槽;用尼龙11作为内层， 聚乙烯作外层的贮槽等。
对旋转成型而言，树脂的密度、粉料的粒度以及熔融指数等参数对成型工艺有很大的影响。在树脂的熔融过程中，以聚乙烯为例，密度越高，熔点也越高，成型时就需要较高的加热温度或选择较长的加热时间。粉料的粒子细，全部熔融亦较困难，加热时间也需相应增加。熔融指数大的树脂，相对分子质量相对比较低，比较容易熔融且熔体的流动性佳，有利于成型。 
加热与影响因素
加热过程是否控制好，是能否获得优良制品的最重要条件之一。应该选择合理的加热温度和加热时间，而且在整个加热成型过程中保证模具的各个部位的温度具有足够的均匀性。加热过程包括模具的加热，把模具中全部物料加热到熔融温度，熔融的物料熔结为三维网状结构以及在热的作用下排除熔料中的气泡和孔隙，使制品成为密实的均相结构。影响加热过程的因素很多，主要有：成型用树脂的参数对加热条件的影响；模具的壁厚较薄者，所需加热时间较短；制件壁厚不同，所需加热时间亦明显不同，因为塑料的熔结时间主要受制品壁厚控制；加热温度与装置的影响。 
冷却的控制
物料全部熔结后，模具就由加热工位转入冷却工位，合理的冷却应当使滚塑制件得以迅速固化而不致产生翘曲变形。对于聚乙烯等结晶性材料，其结晶增长速率变化对温度极为敏感，一定要冷却均匀才能获得合格产品。如对于低密度聚乙烯，可在加热结束后，立即喷水使模具及其中的制件冷却；而在高密度聚乙烯滚塑时，则宜在加热结束后，先用冷风冷却1~2min，然后再喷水冷却。对于大型制品还应先经水雾喷洒，必要时甚至要先用热水冷却，然后再用冷水冷却，但冷却速度也不能过于缓慢，以防聚合物形成较大球晶而使制品的冲击强度和抗应力开裂性下降。 
模具自转和公转速度比
要制得壁厚均匀的制品，模具的自转和公转速度以及二者速比是很重要的影响因素。自转速度不能太快，因为滚塑主要是靠塑料自重作用流动并粘附于旋转模具的型腔内而成型的，适宜的自转速度应保证每转一周就有一层料粘在模壁上。模具自转速度依赖于树脂粘度，粘度越高，自转速度就越缓慢。一般情况下，自转速度为每分钟几转到几十转，模具的公转速度都比自转低一些，而它们的速比一般不等于1（因为当公转与自转速比为1时，模具型腔上有的部位可能无料涂覆上去）。