滚塑成型的关键因素

摘要： 本文着眼于滚塑成型的新趋势，分析了滚塑成型的特点，探讨了滚塑成型的基本原理和主要方法，论证了滚塑模具及成型的影响因素、关键技术及实施方案，展望今后发展趋势等。

Abstract： This paper focuses on the new trend of rotational molding， rotational molding characteristics， discusses the basic principles and the main method of rotational molding， the impact of factors of rotational mold and molding， key technology and implementation options， look to the future development trends.

关键词： 滚塑成型；模具；注射成型

Key words： rotational molding；mold；injection molding

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2012）27—0020—02

0 引言

滚塑成型是依靠模具高速旋转的离心力，使塑料在模具内，加热、冷却、成型的塑料成型方法。目前滚塑制品已经从普通的民用品向关键工业品发展，其功能也从单一的容器性能向结构性能转变。常见的工艺品类滚塑制件主要有小马、洋娃娃、玩具砂箱、时装模特模型等；体育器材类滚塑制件主要有水球、浮球、乒乓球、小游泳池、娱乐艇、冲浪板等；工业品滚塑制件有蓄电池壳体、机器外壳、防护罩、灯罩、广告展示牌、椅子、公路隔离墩、交通锥、河海浮标、防撞桶等，化工器具类滚塑制件主要有洗槽、反应罐、供料箱、贮水槽、农药贮槽等，汽车用件类滚塑制件主要有靠背、扶手、油箱、挡泥板、门框和变速杆盖等。

滚塑模具成本低，滚塑模具的成本约是吹塑、注塑模具成本的1/3到1/4，特别适合成型大型塑料制品[1]；随着滚塑设备及模具的发展，注塑、吹塑、挤塑等工艺无法完成的制品，如形状非常复杂的造型产品，可以通过滚塑来完成，如图1所示就是滚塑成型的坐椅。滚塑可以安置各种镶嵌件；滚塑还可以生产全封闭产品；滚塑产品可以填充发泡材料，实现保温。

1 滚塑成型的成型原理及常用方法

1.1 滚塑成型成型原理 滚塑成型的基本加工过程很简单，就是将粉末状或液状聚合物放在模具里加热，同时模具围绕两个垂直轴旋转（自转和公转），然后冷却、成型。在加热阶段的最初，如果用的是粉末状材料，则先在模具表面形成粉末层，然后随循环过程逐渐熔融，最后形成均匀厚度的熔融层；通过强制通风或喷水冷却，然后脱模，制成的制件被取走，接着再进行下一轮循环，图2所示。

1.2 滚塑成型的基本工艺流程 滚塑成型的基本工艺流程：装料、加热滚塑、冷却、脱模、模具清理、制品后加工[2]。

①装料：先将粉状树脂及所需加入的各种助剂经过准确计量（有时还需先将各组分混驾匀）加入到滚塑模具中，然后锁紧模具，保证模具在转动过程中物料不致从合模处泄漏出来。

②加热滚塑：将装好物料的模具加热，模具一边不停地摆动，一边加热，由于模具是沿着两个相互垂直的轴转动的，模具中的物料在重力的作用下，向着模具转动的方向向下滑动，得以与模腔壁上的各点逐一接触.同时由于从模壁传入热量使塑料逐渐塑化并粘附于模具的整个内表面上，形成我们所需要的塑料制品。

③冷却：表面充分塑化后，通过冷却使模内已成型的塑料的形状固定下来。

④脱模：机器停止转动，打开模具，取出塑料件。

⑤模具清理：取出制件以后，清除飞边等在模腔中的以及合模处残存的杂物，以备下一个周期滚塑之用。

⑥制品后加工：此工序包括切口、配盖、配套件等辅助操作（见图3）。

1.3 滚塑成型常用方法 滚塑成型目前常见两种成型方法：

一种常用的滚塑方法是摇摆旋转法，其设备的主要构造是一个摆架，装有塑料粉末的模具在摆架上做单轴旋转，摆架与水平线的角度不超过38℃，模具下方有许多火嘴对模具加热，摆架带着模具和火嘴同时做摇摆动作，经过这样的过程，塑料粉末在模具中熔融并涂敷在模具壁上，停火冷却脱模而得到产品。

另一种是双轴旋转式滚塑成型，设备多为多臂多工位式设备，将定量的塑料粉末加入模具中，合模，加热。当模具加热后，模具延两个轴方向旋转，塑料粉末开始融化并涂覆在模具内表面，冷却、脱模取出产品。

以上两种滚塑方法，原理是一致的；即模具上任何一点都有机会处在最低位置，熔融的物料就会在重力的作用下流到该点，黏附在模具壁上。

2 滚塑成型的关键因素

2.1 滚塑成型用塑料原材料 滚塑成型通常使用30～40目的粉状颗粒原料，同时由于滚塑成型周期较长，要求原料具有极好的流动性和热稳定性；另外还要求冲击强度或韧性较好，线性低密度聚乙烯（LLDPE）能满足这些要求，目前在国内滚塑制品市场上，99%以上的滚塑制品原料为聚乙烯（PE），其中的95%又是非常适合于滚塑成型的滚塑级LLDPE，聚乙烯及其复合材料的滚塑制品占整个滚塑产品的比例目前约75%[3]。此外，正在开发的滚塑专用材料有PVC、ABS、橡胶改性聚丙烯、聚碳酸酯等材料。实践证明，一次性加入模具内的聚乙烯粉末颗粒大小不要一致或均匀，大小有序的粉末颗粒在加热模具中，由于粗细粉末吸热熔融时间有长短、快慢，使熔融塑料能更有序的堆积、成型。

2.2 滚塑成型的模具 在模具设计方面，滚塑模具多为壳状，由上、下两半模组成，壁薄且壁厚均匀、质轻。为了保证塑料在模具里具有良好的流动性，模具设计需要合理简洁，在结构上应避免较深的腔和洞、以及加强筋和实心突起等结构，以保证粉末状的原料能够顺利在模具内腔流动。模具要有较易开合的夹持机构，保证模具在加热和冷却过程中能够闭合，在卸装物料时能容易打开。在模具材质上要求不高，但要求热传导性好，因而大多采用2～5mm的钢板。在模具设计时要保证模具重量和物料重量之和不能超过滚塑机的最大承受能力。

2.3 滚塑制品的冷却方式 滚塑成型常见模具有钢板模具和铝合金模具，冷却方式主要有：强风冷却和水雾冷，水雾冷效率较高，但产品容易产生收缩变形。风冷效率较低，但塑件质量稳定性较好。对钢板模具，瞬间的热胀冷缩会带来钢板的扭曲和变形，还有特氟龙（防锈层）涂层[4]的脱落，易造成钢模具的锈蚀。铝合金模具由于其特性，一般体积较小，用于精密度要求较高的滚塑制品的生产；而钢板模适用大型的滚塑制品的生产，钢板模千万不要采用水冷却方式。

2.4 滚塑模具的分型面 滚塑模具的设计和安装应有利于气流围绕模具表面做相对运动，以便使模具表面得到均匀的加热和冷却。模具应设置通气道，以防止在加热过程中气体受热膨胀而把熔融的塑料延模缝挤出[5]，并防止在冷却过程中模具内产生负压而导致模具和塑料产品变形。对于中小型模具，通常利用分型面排气，对于大型模具，则专门设置排气孔，但排气孔不宜过大，否则会造成制品脱模困难。

3 滚塑成型模具展望

滚塑成型非常适合生产小批量、多品种、多颜色大型中空塑料制品，它属于附加值较高的加工工艺，在当今塑料制品多样化发展趋势下，尤其是倡导个性化的工业设计新形式下，其发展前景更为看好。滚塑成型模具展望主要体现在以下几个方面：

①超大型、精密、长寿命、高效率的滚塑成型将得到发展。

②多种材质、多种颜色、多腔、滚塑成型将得到发展。

③更高速、更高精度、更加智慧化的滚塑成型加工设备将进一步得到发展和推广应用。

④更多的滚塑成型专用料将研制出来。

⑤模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展CAD/CAE/CAM/CAPP及PDM/PLM/ERP等[6]将向智慧化、集成化和网络化方向发展。

⑥滚塑理论研究及专业人才将大量涌现。

参考文献：

[1]吴其晔，巫静安.高分子材料流变学[M].化学产业出版社 2002年10月1日初版.

[2]邹继强.塑料制品及其成型模具设计[M].清华大学出版社 2005年2月出版.

[3]李百顺.聚乙烯滚塑成型工艺技术概况，2005年中国国际滚塑论坛论文集.

[4]栗志彪.可视化滚塑设备的研究以及滚塑工艺的开发.北京化工大学硕士论文.

[5]罗超，龙侃，王强.CAE技术在注塑模具上的应用[J].煤矿机械，2011，32（5）：195—197.

[6]王长江，胡元，梁允魁.基于Pro/E和MasterCAM在注塑模具中的应用[J].煤矿机械，2011，32（8）：237—238.