塑料加工又稱塑料成型加工,是將合成樹(shù)脂或塑料轉(zhuǎn)化為塑料制品的各種工藝的總稱,是制造業(yè)中一個(gè)較大的門(mén)類。塑料加工是隨著石油化工中合成樹(shù)脂的發(fā)展而快速發(fā)展起來(lái)的,它和塑料機(jī)械的發(fā)展互相促進(jìn),由于該類設(shè)備需要全時(shí)段運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),能源消耗極大,降低塑料加工過(guò)程中的能耗已經(jīng)成為節(jié)能技術(shù)發(fā)展必然趨勢(shì)。
塑料加工技術(shù),借鑒于橡膠、金屬和陶瓷加工,取而代之得以快速發(fā)展,主要的成型方法有:注塑成型、擠出成型、發(fā)泡成型、吹塑成型、滾塑和搪塑成型、復(fù)合成型等。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新數(shù)據(jù),2016年1-11月全國(guó)塑料制品產(chǎn)量累計(jì)6989.5萬(wàn)噸,橡膠和塑料制品主營(yíng)業(yè)務(wù)收入29315.6億元,1-11月規(guī)模以上企業(yè)塑料加工專用設(shè)備累計(jì)產(chǎn)量243859臺(tái),呈現(xiàn)了強(qiáng)勢(shì)發(fā)展?fàn)顟B(tài),中國(guó)也成為全球最大的塑料加工生產(chǎn)、銷售、消費(fèi)大國(guó)。
注塑成型是塑料加工中重要的加工方式,工程塑料業(yè)中,80%采用了注射成型.由于汽車,建筑,家用電器,食品,醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)日益增長(zhǎng)的需要,推動(dòng)了注塑技術(shù)水平的發(fā)展和提高.目前,我國(guó)生產(chǎn)的塑料機(jī)械約50%為注塑機(jī),從美歐等主要生產(chǎn)國(guó)來(lái)看,注塑機(jī)的產(chǎn)量逐年增加,是技術(shù)發(fā)展最快的成型方法之一。因注塑機(jī)的工藝和成本需要,經(jīng)常處于全時(shí)段運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),是電能消耗大戶,熟稱“電老虎”,據(jù)統(tǒng)計(jì),僅僅塑料加工的年耗電量可完全消費(fèi)掉三峽電站年發(fā)電量,故降低注塑加工的電耗已經(jīng)成為工業(yè)節(jié)能工作的重點(diǎn)。
注塑加工的電能消耗主要有三個(gè)系統(tǒng):動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、料筒加熱、塑料干燥加熱。以上三項(xiàng)耗電約占總能耗的95%以上,是節(jié)能技術(shù)的重點(diǎn)研發(fā)和應(yīng)用的主要方向。例如,一臺(tái)某品牌200噸注塑機(jī),動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)裝機(jī)功率18.5千瓦,料筒加熱14.3千瓦,配100公斤熱風(fēng)干燥機(jī)加熱功率6千瓦,合計(jì)38.8千瓦,若滿負(fù)荷生產(chǎn),年耗電約8.7萬(wàn)度電,換算二氧化碳排放27萬(wàn)噸,這只是一臺(tái)普通的小型注塑機(jī),耗電相當(dāng)于一部小轎車的價(jià)格。
下面簡(jiǎn)述了注塑加工節(jié)能技術(shù)發(fā)展歷程,預(yù)測(cè)新的節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用未來(lái),其它成型技術(shù)和方法,道理大致相同,可以參考。
1、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):
注塑工藝流程:鎖模—射膠—保壓—溶膠—冷卻—開(kāi)!〖葞讉(gè)階段。每個(gè)階段需要不同的壓力和流量,即負(fù)載不同,耗電有所不同。
過(guò)去,注塑加工大多采用定量泵的液壓系統(tǒng),油泵馬達(dá)以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量,多余的油壓通過(guò)溢流閥回流油箱,即高壓節(jié)流,使油泵馬達(dá)消耗更多無(wú)效的能量,在保壓和冷卻、取件階段,注塑機(jī)處于靜止等待狀態(tài),對(duì)流量和壓力的需求幾乎為零。定量泵系統(tǒng)馬達(dá)持續(xù)向油路中排油,由于系統(tǒng)底壓的存在,無(wú)謂消耗更多的電量,產(chǎn)生電能浪費(fèi),能量損失達(dá)到25-80%。因此,陸續(xù)出現(xiàn)了變頻技術(shù)、變量泵技術(shù)等過(guò)渡性方式,目的為了減少無(wú)效電耗。
現(xiàn)在,通過(guò)10年來(lái)節(jié)能發(fā)展,主流技術(shù)和產(chǎn)品是“伺服”節(jié)能系統(tǒng),包括液壓伺服和全電動(dòng)伺服,具有節(jié)能、精準(zhǔn)、穩(wěn)定、快速響應(yīng)等優(yōu)異性能,性價(jià)比高,幾乎所有的注塑設(shè)備制造廠主打產(chǎn)品均為伺服驅(qū)動(dòng)節(jié)能系統(tǒng),市場(chǎng)應(yīng)用量達(dá)98%以上,個(gè)別品牌已經(jīng)取消定量泵驅(qū)動(dòng)的非節(jié)能性注塑機(jī)的制造;而在終端的注塑工廠,通過(guò)節(jié)能技術(shù)改造的方式,逐漸完成伺服節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用,節(jié)能技術(shù)得以普遍接受。
2、料筒加熱系統(tǒng):
料筒加熱系統(tǒng)的作用是保持原料溫度在設(shè)定范圍,注塑機(jī)初次開(kāi)機(jī)加溫階段和高溫性能塑料,對(duì)熱量的需求更大,耗電更多。
料筒加熱節(jié)能的技術(shù)發(fā)展歷程:普通加熱圈(云母或陶瓷)、普通加熱圈+節(jié)能保溫套、電磁節(jié)能加熱圈、紅外加熱節(jié)能圈、超導(dǎo)遠(yuǎn)紅外節(jié)能加熱器。
過(guò)去,采用普通加熱圈,外表溫度高,加熱效率低,能耗高,二次降溫成本高,但采購(gòu)成本低,配件便宜,低值易耗品。隨著制品的高品質(zhì)要求、節(jié)能和加工成本降低要求,逐漸淘汰。
現(xiàn)在,普通加熱圈占多數(shù),部分觀念先進(jìn)的用戶已應(yīng)用了節(jié)能型產(chǎn)品,如普通加熱圈+節(jié)能保溫套,、電磁加熱圈、紅外納米發(fā)熱圈、雙效節(jié)能加熱器。
3、塑料干燥加熱系統(tǒng):
塑料的干燥效果對(duì)于注塑產(chǎn)品的品質(zhì)影響甚大,特別是對(duì)于一些具有特殊功能的工程塑料材料,會(huì)嚴(yán)重影響到產(chǎn)品外觀質(zhì)量如光澤度、裂紋,性能要求如彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等,以及影響塑化能力、成型效率;注塑生產(chǎn)過(guò)程,多數(shù)塑料干燥除濕是必須的工藝要求,而且持續(xù)生產(chǎn)全過(guò)程,電耗很大,應(yīng)用數(shù)量最多的是熱風(fēng)干燥設(shè)備。
過(guò)去,因一次采購(gòu)成本低的原因,普遍使用非節(jié)能型熱風(fēng)干燥設(shè)備,缺點(diǎn)是能耗高,加熱效率低,外表面溫度高,熱損失大,原料易過(guò)熱、易結(jié)塊,安全性低,例如一臺(tái)100公斤熱風(fēng)式干燥機(jī),采購(gòu)價(jià)最低不到5000元,但使用的電費(fèi)每年高達(dá)20000元以上,差距數(shù)倍,用戶僅僅關(guān)注了采購(gòu)成本低,而忽略了使用過(guò)程中的高電耗,造成利潤(rùn)減少,企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力低。
現(xiàn)在,節(jié)能型塑料熱風(fēng)干燥設(shè)備應(yīng)用率很低,不足所有塑料加工制造企業(yè)總數(shù)的1%,未來(lái),節(jié)能空間和市場(chǎng)機(jī)會(huì)大。
4、塑料加工節(jié)能趨勢(shì)預(yù)測(cè)(未來(lái)5年)
從動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能歷程來(lái)看,定量泵系統(tǒng)逐漸發(fā)展到節(jié)能型的伺服動(dòng)力系統(tǒng),用戶從不重視、嘗試、認(rèn)可、普遍應(yīng)用,節(jié)能的觀念逐漸加深、轉(zhuǎn)變、采納,歷經(jīng)10年左右,達(dá)到普及率近100%。我們預(yù)測(cè),5年內(nèi),在塑料加工節(jié)能方面,將實(shí)現(xiàn)塑料加工全面節(jié)能。
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