科學(xué)技術(shù)的日新月異，推動(dòng)了世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各種技術(shù)的相互滲透，也促進(jìn)了新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。世界包裝行業(yè)正向新型環(huán)保材料、低成本、高質(zhì)量、規(guī)?；?、專業(yè)化、集約化的方向發(fā)展，我國(guó)的包裝行業(yè)只有合理有效地引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，及時(shí)消化、吸收并加以創(chuàng)新發(fā)展，才能更快地縮短我國(guó)包裝工業(yè)和發(fā)達(dá)國(guó)家包裝工業(yè)水平的差距，才能不斷提高自己產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力和市場(chǎng)占有率，才能不斷提高我國(guó)包裝工業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。 1997年，河北金后盾塑膠有限公司引進(jìn)了美國(guó)工藝技術(shù)的包裝箱生產(chǎn)工藝，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)滾塑包裝箱生產(chǎn)空白，使用該滾塑技術(shù)生產(chǎn)的包裝箱重量輕、堅(jiān)固經(jīng)久耐用、維護(hù)成本低；密封性能優(yōu)良，防水、防沙塵、防污染；其抗沖擊性能尤為優(yōu)良，可以作為空投包裝箱使用；良好原材料的選用，可使該產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性較好，適應(yīng)±40℃的惡劣自然環(huán)境。正是該工藝制品的這些其它工藝無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，使該包裝在行業(yè)內(nèi)得到迅猛的發(fā)展，例如：我軍醫(yī)療衛(wèi)生部門采用的4x陸軍野戰(zhàn)醫(yī)療箱組、海軍醫(yī)療箱組，我軍后勤野戰(zhàn)給養(yǎng)器材單元裝備箱等等，其系列產(chǎn)品正被我國(guó)陸?？杖姀V泛推廣用于藥品包裝、醫(yī)療器械包裝、兵器包裝、后勤裝備包裝等領(lǐng)域，而且被我國(guó)航天部門用作航天測(cè)控儀表減震機(jī)箱使用，隨著科技水平的不斷提高，其應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。在近10年滾塑包裝的研究與生產(chǎn)過(guò)程中，我們積累了豐富的滾塑包裝箱開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)滾塑生產(chǎn)工藝也有了較為深刻的認(rèn)識(shí)，在此提出自己的一些論點(diǎn)。 一、滾塑包裝成型工藝及其優(yōu)點(diǎn) 滾塑是中空塑料制品成型的一種工藝方法，又稱旋轉(zhuǎn)成型、旋轉(zhuǎn)模塑或回轉(zhuǎn)成型。滾塑過(guò)程是將塑料粉末加入模具中，然后加熱模具并使之沿相互垂直的兩根軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，模具內(nèi)樹(shù)脂在重力和熱量的作用下逐漸均勻地涂布、熔融粘附于模具內(nèi)表面上，從而形成所需要的形狀，然后冷卻模具，脫模得到制品。 滾塑成型起源于20世紀(jì)40年代的英國(guó)，50年代在歐洲得到很大發(fā)展，之后傳入美國(guó)、日本等地，隨著滾塑專用料技術(shù)的成熟，日益成為粉末塑料成型工藝中極有競(jìng)爭(zhēng)力的成型方法之一。近年來(lái)，滾塑工業(yè)以15%～20%的年增長(zhǎng)率持續(xù)發(fā)展，成為小批量生產(chǎn)中、大型或超大型全封閉與半封閉的空心無(wú)縫容器最好的成型加工方法之一。目前，全球旋轉(zhuǎn)模塑用樹(shù)脂消耗量已占到樹(shù)脂總產(chǎn)量的8%～9%。 滾塑成型工藝與傳統(tǒng)的中空塑料制品成型方法（如注塑、吹塑、熱成型等）相比，其最顯著的特點(diǎn)就是樹(shù)脂加熱、成型和冷卻過(guò)程都在無(wú)壓的模具內(nèi)進(jìn)行。這樣的特點(diǎn)使之表現(xiàn)出一系列的優(yōu)點(diǎn)。 1.適于滾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(guò)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、吹塑等。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)度足以支撐物料、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(wú)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(méi)有上限。而生產(chǎn)這樣大的塑料容器，如采用吹塑成型，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，亦可安排多只小型模具；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它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，使物料全部進(jìn)入制品，當(dāng)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(guò)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(guò)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(guò)程中，沒(méi)有流道、澆口等廢料，一旦調(diào)試好以后，生產(chǎn)過(guò)程中幾乎沒(méi)有回爐料，因此該工藝對(duì)于物料的利用率極高。模具簡(jiǎn)單、成本低廉，適合成型大型塑料制品。 6.制品無(wú)殘余應(yīng)力，不易發(fā)生變形。滾塑制品只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合適，制品成型過(guò)程中不受外界的壓力的影響，也就不會(huì)有殘余應(yīng)力的存在，制品也將不易發(fā)生變形。 國(guó)內(nèi)原來(lái)只有一些簡(jiǎn)單地?fù)u擺式滾塑機(jī)采用最原始的滾塑工藝用于生產(chǎn)玩具、水桶等，總的來(lái)講設(shè)備能力和工藝水平較低，用來(lái)生產(chǎn)較為精細(xì)的滾塑包裝箱是近幾年的事，據(jù)我們所知，國(guó)內(nèi)只有很少幾家企業(yè)能生產(chǎn)滾塑包裝箱。 二、滾塑包裝箱常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題討論 簡(jiǎn)單而實(shí)用是滾塑成型的一大優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也給該技術(shù)生產(chǎn)工藝帶來(lái)了一些先天不足的缺陷。比如，制品內(nèi)部易產(chǎn)生氣泡，而表面則易出現(xiàn)空洞；制品易出現(xiàn)彎曲、收縮、變色等。這些現(xiàn)象不但影響了制品的外觀形象，而且更重要的是嚴(yán)重?fù)p害了制品的力學(xué)性能。另外，滾塑包裝箱的使用功能及產(chǎn)品美觀要求的特殊性，造成設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上也容易產(chǎn)生構(gòu)造應(yīng)力，造成產(chǎn)品變形等工藝缺陷。因此，加強(qiáng)研究氣泡的形成與消失，彎曲、收縮現(xiàn)象的形成與消失，制品的沖擊強(qiáng)度及增強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的科學(xué)性等，對(duì)提高滾塑包裝制品的質(zhì)量具有十分重要的意義。 氣泡與孔眼： 氣泡的形成是因?yàn)楫?dāng)粉末粒子熔化并粘結(jié)在一起的時(shí)候，其間夾帶了空氣。在工業(yè)生產(chǎn)中，常采用提高加熱溫度的方法來(lái)減少或消除制品中的氣泡。因?yàn)楫?dāng)提高加熱溫度、延長(zhǎng)或消除制品中的氣泡時(shí)，物料粘度減小，氣泡擴(kuò)散容易。同時(shí)因?yàn)橛懈嗟臅r(shí)間可使氣泡擴(kuò)散更徹底。這種方法對(duì)消除制品中的氣泡雖然有效，但是也有副作用。比如增加熔融溫度將導(dǎo)致成型周期延長(zhǎng)，降低生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)品成本；高溫下物料被氧化，致使制品的力學(xué)性能降低，特別是沖擊強(qiáng)度尤為明顯。 沖擊強(qiáng)度： 影響制品沖擊強(qiáng)度的因素較多，比如加熱溫度、加熱時(shí)間、冷卻速度、粒子尺寸、模具、原材料等，其中加熱溫度和加熱時(shí)間是影響沖擊強(qiáng)度的主要因素。溫度過(guò)低，材料熔融不夠，導(dǎo)致制品沖擊強(qiáng)度降低；溫度過(guò)高，則會(huì)引起塑料產(chǎn)生降解，同樣降低了制品的沖擊強(qiáng)度。熔體流動(dòng)數(shù)率MFI 與其沖擊強(qiáng)度有直接的關(guān)聯(lián)，MFI 隨著沖擊強(qiáng)度的下降而下降。因而 MFI 可以作為制品沖擊強(qiáng)度的指征。 收縮與變形： 收縮、變形也是塑料滾塑成型制品的另一大缺陷。收縮、變形一方面是由于冷卻時(shí)形成的殘余應(yīng)力引起的。實(shí)踐證明，通過(guò)不同的冷卻方式交替進(jìn)行冷卻可以減少制品的殘余應(yīng)力，或者在冷卻期間向模具內(nèi)充入壓縮空氣，即通過(guò)壓縮空氣使已固化塑料緊緊貼在模具的內(nèi)壁，阻止它脫離模壁或變形，一直到塑料完全冷卻為止，這樣便起到了冷卻定型的作用。并且由于此法對(duì)于已固化塑料的內(nèi)表面同時(shí)冷卻，改變了冷卻機(jī)理，從而減小了殘余應(yīng)力，抑制了制品的收縮和變形。實(shí)際上大部分塑料制品冷卻卻時(shí)通入0.11MPa的壓縮空氣即基本上消除了收縮、變形現(xiàn)象；另一方面，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)外型的設(shè)設(shè)計(jì)也對(duì)制品有較大的影響，不適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可能造成應(yīng)力的長(zhǎng)期存在或產(chǎn)生，使包裝制品受外力時(shí)回復(fù)收縮變形的原狀，造成包裝制品外型不美觀，使?jié)L塑成品質(zhì)量穩(wěn)定性效果差。我們可以利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)以及并行設(shè)計(jì)等技術(shù)，不斷提高包裝箱的設(shè)計(jì)水平。 三、滾塑包裝箱工藝過(guò)程中關(guān)鍵要素的控制 熱溫度控制： 溫度是滾塑過(guò)程不可或缺的要素，尤其加熱過(guò)程中適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂茻o(wú)疑是提高產(chǎn)品質(zhì)量的最主要的手段。以聚乙烯為例說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，聚乙烯的滾塑工藝過(guò)程有一個(gè)特殊的現(xiàn)象：在粉末熔融過(guò)程中，粉末顆粒之間滯留的空氣形成了氣泡，隨著加熱過(guò)程的持續(xù)，這些氣泡又消失了。進(jìn)一步的研究表明，這些氣泡的消失并非由于它們?cè)诟×Φ淖饔孟乱葡蛉垠w的自由面，而是因?yàn)闅馀葜械目諝庵饾u融合在熔融的塑料熔體中。因此，對(duì)于聚乙烯的滾塑來(lái)說(shuō)，科學(xué)地控制加熱過(guò)程對(duì)消除聚乙烯制品中的氣泡，提高產(chǎn)品質(zhì)量有十分重要的意義。 由于滾塑的加熱時(shí)間有時(shí)會(huì)較長(zhǎng)，特別是制品壁較厚時(shí)，可能會(huì)持續(xù)半小時(shí)到一小時(shí)以上。這時(shí)就要求采取措施以防止材料在加熱過(guò)程中的熱氧化和材料性能的降低，通常在聚乙烯塑料中加入抗氧化劑可達(dá)到預(yù)防的目的。但是，當(dāng)聚乙烯材料被加熱到過(guò)高的溫度或加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，抗氧化劑并不能防止材料的氧化。當(dāng)制品厚度較大需要加熱較長(zhǎng)的時(shí)間時(shí)，必須降低加熱溫度。如果利用提高溫度來(lái)縮短加熱時(shí)間，則有可能因氣泡中的空氣來(lái)不及消失而使氣泡保留下來(lái)。當(dāng)聚乙烯塑料被加熱到熔融狀態(tài)時(shí)，材料將經(jīng)歷一個(gè)從結(jié)晶態(tài)向熔體轉(zhuǎn)化的過(guò)程，這正是聚乙烯顆粒開(kāi)始熔化變軟時(shí)所發(fā)生的過(guò)程。它首先出現(xiàn)在和模具內(nèi)壁接觸的一層材料，形成一個(gè)均勻的熔融材料層。然后，逐漸向內(nèi)層擴(kuò)展，直到全截面完全變成塑料熔體為止。接下來(lái)是繼續(xù)加熱使氣泡逐漸消失的過(guò)程。這一過(guò)程的溫度控制和時(shí)間控制需要調(diào)節(jié)。 冷卻過(guò)程控制： 在冷卻過(guò)程中，聚乙烯熔體的溫度將從200℃降至接近室溫，聚乙烯的分子將從無(wú)序的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為有序的結(jié)晶態(tài)，結(jié)晶的過(guò)程需要一定的時(shí)間，結(jié)晶的速度和聚乙烯熔體的粘度有關(guān)。當(dāng)聚乙烯熔體被迅速冷卻時(shí)，聚乙烯熔體的粘度迅速增加，使其晶粒的生長(zhǎng)受到阻礙，從而影響聚乙烯的結(jié)晶度。當(dāng)結(jié)晶度不同時(shí)，聚乙烯制品的密度就不同，物理性能也將有所差別。由此，急速冷卻的聚乙烯滾塑制品具有較低的密度，而緩慢冷卻的制品則具有較高的密度。當(dāng)然，制品冷卻越慢，其生產(chǎn)周期越長(zhǎng)，成本越高。用于滾塑生產(chǎn)的聚乙烯粉末本身具有一定的密度，它決定于材料的生產(chǎn)廠家。但經(jīng)過(guò)滾塑生產(chǎn)后，由于冷卻速度的不同，聚乙烯滾塑制品的密度將發(fā)生一定的變化，并且對(duì)產(chǎn)品的收縮也有一定的影響。