[01320324]复杂工业塑料件节材降耗吹塑关键技术

1. 课题来源与背景本项目为国家高技术研究发展计划（863计划）课题，课题来源单位为科学技术部，课题名称为复杂工业塑料件节材降耗吹塑关键技术，课题编号为2009AA03Z115。本项目选择汽车等国家重点行业复杂、大型、高性能、高附加值塑料件吹塑成型为研究对象，通过对其共性关键技术、设备和工艺及相关理论的研究，研制具有核心自主知识产权的成型技术与关键设备。

2. 技术原理及性能指标1)从基本原理出发，采用连续、运动、本构等流变方程，建立相关的物理模型和数学模型，采用有限元等数值方法进行求解，对吹塑的重要机理（包括型坯成型的膨胀和垂伸、型坯在模具内的吹胀以及制品在模具内的冷却与固化）进行了研究。2)对三维弯曲吹塑中风动力和型坯与模腔之间气垫的形成及其牵引型坯移动的机理进行了研究。风动力牵引三维吹塑技术利用风动力牵引型坯，并借助在型坯与模腔间形成的气垫，使型坯“悬浮”在该气垫上沿弯曲的模腔移动而成型为几乎无飞边的三维弯曲管件。3)提出的吹塑制品壁厚控制策略集数值模拟、优化技术、在线检测和在线控制于一体。

研制的混沌混炼型低能耗挤出机对物料产生了分流、对流、增压–减压、延伸、剪薄、压延等多种效应，在原理上与目前国内外普遍采用的挤出机明显不同，产生了分散熔融和混沌混炼，节能效果显著。通过分散熔融，由电能转化的剪切热几乎全部被材料自身吸收用于塑化，加速熔融。混沌混炼可在整个流动体系内增强界面区域的拉伸和折叠，提供快速、高效的混炼。经国家塑料机械产品质量监督检验中心现场检验，该挤出机的单耗为0.10kW/（kg/h），比标准JB/T 8061-96《单螺杆塑料挤出机》的规定值[0.32 kW/（kg/h）]低69％（详见附件“测试报告”）。

技术的创造性与先进性包括以下3方面。

1)复杂工业配件吹塑新技术包括风动力牵引三维吹塑设备及其实现方法、吹塑制品壁厚智能化控制系统及其控制方法和吹塑制品壁厚在线控制系统及其方法三项发明专利技术。风动力牵引三维吹塑技术解决了常规吹塑技术制造三维弯管时存在的飞边多、有夹坯缝等问题，大幅度降低材料、能源和人力消耗，是三维吹塑技术的突破。

提出的吹塑制品壁厚控制策略集数值模拟、优化技术、在线检测和在线控制于一体，在此基础上研制的吹塑制品壁厚智能化控制系统及技术，具有实时测量反馈调节控制、降低材料消耗、减少废品率、提高制品性能、克服因各种参数变化导致的制品壁厚偏差、保证制品壁厚和性能的一致性等突出优点。

2)全电动吹塑设备关键系统及技术包括双传动功能全电动开合模和移模和型坯机头模口间隙电动调节两种装置以及五项发明专利技术。全电动开合模和移模装置的关键技术是开合模和移模装置共用一台伺服电机，即具备双传动功能，可大幅降低能耗。全电驱动装置一般只需经过“电能-机械能”一次能量传递，传递路线短，效率较液压系统的高很多；在开合模过程中，主要是克服摩擦阻力做功，且采用具有自锁特性的肘杆机构，在型坯吹胀和冷却阶段（其时间较长）并不消耗能量。经国家塑料机械产品质量监督检验中心现场检验，其实际能耗低于同规格的液压驱动的开合模和移模装置能耗的1/10（详见附件“测试报告”）。

模口间隙电动调节装置的关键技术在于利用两个转向相反的普通异步电机代替伺服电机，并通过离合器换向装置实现对滚珠丝杆副运动方向的控制。

优点：结构紧凑，工作可靠，对电机的要求低，与现有同等规格吹塑机械的模口间隙电动调节装置相比，可降低能耗达60%。

响应迅速，适用于复杂制品的成型。

混沌混炼型低能耗挤出机研制的混沌混炼型低能耗挤出机对物料产生的分流、对流、增压–减压、延伸、剪薄、压延等多种效应，使得对高分子共混物，有利于形成可提高力学性能的相形态（如层状形态、纤维形态尤其是共连续结构）。

对高分子纳米复合材料，可实现纳米粒子的熔融插层和剥离，加速其在高分子材料中的分散，促进微相形态演变。

技术的成熟程度，适用范围和安全性本课题研究成果的主要应用领域是汽车和家电等工业采用的复杂和大型塑料件，如用于生产汽车的空调风管、各种通风管等和家电的散热器管、连接管和空气过滤器管等。

应用情况及存在的问题广州市中新塑料有限公司通过与华南理工大学的产、学、研结合，利用华南理工大学方研发的风动力辅助吹塑、挤出吹塑制品壁厚迭代优化与控制等新技术，为东风本田、广汽丰田和广汽日野等汽车公司制造相关的各类弯管、控制盒和货厢底板等，推进了汽车零部件的国产化，为多家汽车企业节省了大量外汇，促进了企业的技术进步，提升了自身的技术水平。

研制成功的混沌混炼型低能耗挤出机已应用在江门市辉隆塑料机械有限公司的多种挤出复合生产线上，具有塑化和混炼效果好（挤出膜极少产生“晶点”）、挤出熔体温度低（低15～30℃）、物料适应性强、能增加挤出膜与复合基材的粘合性能和大幅度提高挤出复合产品的剥离强度等优点。