塑料工业节能技术进展 （下）
王兴天
制品加工成型节能技术
一、多层化技术
多层化技术的实质是通过多层吹塑、多层挤出、多层注射，成型出各类满足节能、节材、环保和多功能要求的
多层制品。
1.多层中空技术
其技术实质是使多组分共挤出的型胚在模具中用压缩气体吹胀复合成多层中空制品，最典型的例子是多层塑料
油箱。由于燃料中的烃分子可以较容易的穿透过聚合物大分子间的间隙而渗漏，并超过大气污染所规定的单位时间
渗透量。层数有6层：主材外层(uhmwpe)占13%、回收层(回收料)占40%、粘结外层(改性pe)占2%、阻隔层(evoh
对ch防透材料)、粘结内层(改性pe)占2%、主材内层(uhmwpe)占40%。evoh具有吸湿性，但缺乏自身强度呈块状
存在，应细化到10μm，并使其均匀的分散，因此应设计特殊的螺杆。
2.多层挤出技术
①多层复合薄膜 目前，热收缩薄膜不仅从单一的pvc扩大到pe、pp、pvdc、pet、pa等多品种，而且从单层
向多层方向发展，广泛应用在保鲜以及医药、卫生等产品的包装上。多层化的关键技术是机头和口模的设计和制造
问题。cloeren公司设计制造的供料机头，可挤出纳米级别厚的薄膜，可复合成几十到几千层的制品，用来做极微
细的层合面的阻隔性薄膜，还可生产50层增压气泡薄膜的缓冲鞋垫。据悉，我国广东金明塑胶设备有限公司生产
的m58-1200 5层共挤薄膜机组，使用的是波状螺杆。
②多层复合型材 包括发泡复合型材、铝塑复合型材、钢塑复合型材，以及双壁中空浇管等。
3.多层注塑技术
其技术实质是采取2个或2个以上的注塑单元将不同品种、不同颜色、不同组分的塑料，先后注入模具，成型
出多材质、多色、多组分的多层复合制品，又称共注射、夹芯注射或ici注射。
4.多层压延技术
其技术是用粘结剂压延复合技术代替传统的湿法或干法用溶剂的复合技术，具有原料省、能耗低、维修费用低、
生产效率高、无污染、环保等优势，可生产多层阻隔型压延包装薄膜，如5层保鲜薄膜（ldpe/粘结剂/阻隔层/粘
结剂/ldpe或用pp代替多层薄膜中的主料ldpe）。其关键技术是排除膜层间的气泡。
二、双向拉伸技术
其技术实质是充分利用高分子的聚集态结构，通过大分子在加工中的流动取向效应，产生各向异性，在取向方
向上机械性能明显增加，为此，用取向机理可大大提高材料的比强度，比刚性，达到节省能源的目的。
1.薄膜双向拉伸 新开发的双向拉伸pp，可使拉伸强度提高2～10倍；pa薄膜双向拉伸后，具有出色的拉伸
强度、冲击强度、刺穿强度并阻隔气体(氧气、氮气、二氧化碳)，耐油脂、耐碳水化合物及化学物品。
2.管材双向拉伸 管材双向拉伸方法有压缩空气拉伸、芯棒牵引拉伸、口模吹胀风冷拉伸、径向扩胀轴向差速
拉伸、热水高压扩胀拉伸、热管空压扩胀拉伸。德国hoeehst公司用压缩空气双向拉伸hdpe管材，上限熔点为127～
131℃，在熔点以下10℃进行拉伸，使管子疲劳强度提高2倍以上。
3.纤维增强双向拉伸 纤维对聚合物虽然有增强功能，但是在加工时纤维也沿聚合物熔体的流动方向取向，对
管的圆周方向的强度产生影响。根据这个原理，可在剪切与拉伸双向应力场的作用下挤出短纤维含量小于3%增强
的hdpe/pp的双向拉伸制品；也可在管子拉伸时，设计带有连续旋转能同时产生横向剪切力的、转速可调的芯棒式
拉伸装置。
4.中空制品双向拉伸 其技术实质是用挤出机，注塑机的挤压系统及塑化装置，使模具在型坯工位上，成型出
一次型坯，再转至拉伸工位上，在低于熔点的物态下，用芯棒插入型坯将其双向拉伸出二次型坯，最后转至吹胀工
位上，吹入压缩空气，实现最终的双向拉伸，经冷却定型，便得到壁厚双向拉伸的中空制品。
5.固态挤出双向拉伸 其技术实质是对具有结晶转变温度的材料，如hdpe、pp、pom、pa等，使之在低于熔点，
高于结晶转变温度的区域内，实施强迫挤出，并利用牵引方向上所设计的锥形收缩口模装置，实现双向压缩拉伸成
型出制品。此种技术大多采用柱塞式挤出机。
三、制品多孔技术
多孔制品的节能形式有3个方面：由于质轻，减少在运输中的消耗；由于多孔保温，用在防止热量传导、对流、
辐射的产品中，当聚合物熔体含有微孔时使其粘度大为降低，减少了加工中的能耗；由于密度低，又具有发泡结构
的机械性能，使聚合物用量大为降低，在节省资源方面十分突出，因此制品多孔技术作为节能措施具有非常广阔的
前景，受到各国的重视。但应该指出的是，那些使用cfc-11作为发泡剂生产pu制品，破坏臭氧层的发泡技术不在
此列。
结构发泡技术
结构发泡技术是生产发泡芯层和实体表层结构制品的成型方法，主要有挤出结构发泡和注射结构发泡。
“daris-standard corp.paw-cotuck，conn”公司开发一种新的异向双螺杆挤出机(螺杆直径94～175mm)，挤出
hdpe、pp等聚烯烃的结构发泡型材。美国reedy国际公司，推出发泡剂safter wsd用在聚烯烃、聚氯乙烯与木纤
维等高充填的挤出中，极大地改善了复合料的流动性，又不发生烧焦或褪色现象。safter wlb edg100发泡剂能降
低材料粘度，提高纤维与高聚物的混合均匀性，实现低温挤出，有利于制品脱模，并使之在高充填时，制品边缘撕
裂最少。带木粉的发泡技术，可使制品密度降至20%～45%，更接近于木材，树脂含量只占40%～50%，能节省2倍
的材料成本。
微孔发泡技术
微孔发泡技术在成型加工中的应用具有极其广阔的前景和节能的深远意义，其关键技术在于对微气泡形成三个
阶段的控制，即微泡核的形成、微泡核的胀大和微泡的稳定固化过程，这个过程将决定微孔的数量、分布和大小，
既要形成大量的微泡又不能使微泡超过尺寸极限，这是解决的难点。
微发泡制品由于微孔的存在，在减小密度的情况下，不仅不会降低材料强度，反而会使原有裂纹尖峰钝化，阻
止应力沿裂纹继续扩胀，可增加5～7倍吸收冲击能量，从而提高了冲击强度、韧性、耐疲劳寿命，还有隔热、隔
音、吸震等能力，是节能、环保优选材料，在汽车、飞机、运输等领域有特殊的用途。近年发泡设备发展速度很快，
德国2002年生产的发泡设备已占塑料机械生产总值的3.4%，而且还在发展。
四、介质辅助技术
介质辅助技术的节能实质在于两个方面，一是在加工中用介质推动前沿熔体流动，极大地减小高聚物传递中的
能量耗散，缩短了熔体传递时间及其成型周期并降低了模腔压力和锁模力，从而减少加工中的能量消耗；另一方面
是缺料定型并保持气道的存在，形成中空制品，节约原料，使成本降低20%～40%。由于上述原因，此技术用于注
塑汽车、家电用大型制品，例如汽车仪表板、方向盘，电视机洗衣机外壳，以及大型家具等。
水辅注塑技术发展较晚，与“气辅”相比有明显优势：由于注塑时水能与模腔中的高聚物熔体直接接触，水的
导热率高，热容大，使冷却循环快，能固化较厚的塑料层。在推动着熔体充模时，没有像气体那样，有渗入熔体穿
透的危险。气辅压力2～17.2mpa，而水辅可达到30mpa，传递压力损失小，比气体容易控制。但是水辅存在腐蚀、
泄漏和成本等方面的问题。
五、振动技术
振动成型技术的实质是利用聚合物对振动能量的吸收，有利于提高加工性能、制品质量、缩短成型周期、节能
和原料消耗等效果，日益引起人们的重视。据此，可研发带有振动功能的塑化装置及设备。近年来，把振动技术引
入注塑和挤出成型，在国外已有不少例子，国内最明显的例子是电磁动态挤出机，其本质是高聚物振动机理在挤出
成型的运用，螺杆的振动源就是电磁振动。
节能成型设备
1.针对某种节能树脂或节能复合材料的加工特性，并结合节能加工技术，诸如多层、双向拉伸、发泡、介质辅
助、振动等成型机理制定合理的工艺路线，把主机与机头口模、冷却定型、拉伸、牵引等各种装置结合起来进行研
发，例如多层复合机组、双向拉伸机组或微发泡机组、振动成型机组或者上列的组合机组；研发多层复合、双向拉
伸、中空、结构发泡、微孔发泡、振动成型注塑机和中空吹塑机等。
2.研发节能成型设备，要以满足制品的质量、产量和精度要求为目标，各部相关联的系统研究方法，而不是孤
立的拼凑。譬如，欲开发一条ppr板材挤出机组，绝不是取用kraussmaffel公司制造的最好机头和battenfeld公
司制造的最好主机，进行拼凑所能得到的，反而可能是耗能大、成本高的机组。只有用科学的方法才能研发出好的
节能设备，这是因为近代塑料加工业，由于原料的个性化，制品的个性化，导致成型工艺的专业化和成型设备的专
门化。（全文完）