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滾塑成型(rotational molding或rotomolding)，亦稱旋轉(zhuǎn)成型(RM)，滾塑工業(yè)是相對年輕的工業(yè)，最早起始于20世紀50年代末PVC(聚氯乙烯)糊塑料滾塑成型，目前全世界已有相當數(shù)量的滾塑加工廠，是一個已幾乎進入所有應用領域的塑料工業(yè)中的一個小分支工業(yè)，是充滿生氣和社會需求增長速率高于塑料工業(yè)總體平均增長率的新興工業(yè)。
1、滾塑工業(yè)概況
滾塑工藝一般用于成型其他塑料加工成型方法無法成型的形狀復雜的中空制品，設計自由度大，無熔合縫，可成型大規(guī)格制品，包括從簡單的儲存罐到先進、高檔的汽車、醫(yī)療和航空航天部件。最終制品規(guī)格小者可小至兒童玩具頭部，大者可大到容量高達22000加侖(80000L)的特大型儲罐。具體為從家用箱桶到工業(yè)容器，從小型球形器皿到耐高腐蝕性材料桶罐；包裝用化工容器，其他工業(yè)運輸設施殼體，軟化水槽和運輸箱；兒童玩具部件；顯示數(shù)字；高爾夫球車、足球、運動場和運動比賽等體育設施，真空吸塵器、除塵器和除草器殼體；交通路障欄；顯示器罩；船身等。
滾塑成型能生產(chǎn)壁厚非常均勻的部件，特別適用于成型其他塑料加工方法不可能成型的表面積大、厚度均勻的平滑表面制品，成型時液體狀和粉料狀塑料容易進入旋轉(zhuǎn)模具中的拐角和深處，然后通過模具壁傳導的熱量熔融。小規(guī)模生產(chǎn)大規(guī)格制品具有較高的性價比，成型過程中，模具不受壓力的影響，因此可以選用價格相對便宜的薄金屬板制造模具，也可以用輕質(zhì)鑄鋁和電鑄鎳制造，都是質(zhì)輕和成本低的材料。大型滾塑設備用價格不貴的燃氣燃燒或熱氣加熱爐，旋轉(zhuǎn)設備質(zhì)輕，因此經(jīng)濟上有競爭優(yōu)勢。22000加侖的最大儲罐壁厚達1.5英寸 (38mm)。用去2.4t(5300磅)交聯(lián)聚乙烯(XLPE)。整個生產(chǎn)過程需要3次充模，第一次充料約1.5t，第二次約0.45t，第三次約0.45t。
然而，滾塑工業(yè)仍處于發(fā)展時期，其生產(chǎn)工藝看起來簡單和低端的終端市場通常導致人們對它有些不夠重視?，F(xiàn)在塑料市場趨勢往往是要求生產(chǎn)一體化部件和縮短成型周期以及總生產(chǎn)數(shù)量少，因而提高了人們對滾塑成型的關注，重要的是這種市場關注吸引了大型樹脂材料供應商的注意，并加強開發(fā)滾塑用材料，這是滾塑工業(yè)未來進一步發(fā)展的關鍵因素。
2、滾塑成型用樹脂和配混料
滾塑用材料要求
為滿足滾塑成型工藝要求，美國賓夕法尼亞州工業(yè)咨詢家P.Nugent認為，材料必須滿足以下性能要求。
（1）熱穩(wěn)定性。材料在滾塑成型的寬加工范圍內(nèi)有符合要求的熱穩(wěn)定性，并且能防止磨碎成粉料時性能降低。大部分滾塑材料用抗氧劑穩(wěn)定化，降低由于一般滾塑成型時長時間加熱對材料性能的負面影響。
材料熔體粘度必須足夠低，已足以使材料浸漬模具內(nèi)表面，并熔融成均一體。衡量材料熔體流動性的一般指標是熔體熔體流動速率(MFR)，單位為g／10min。工業(yè)上最常用的滾塑用聚乙烯的MFR為2～8g／10min(2.16kg，190℃下)，結(jié)構(gòu)復雜和細節(jié)豐富的滾塑制品要求材料有較高的熔體流動速率。
（2）良好的沖擊強度，這是能否作為低溫用滾塑制品判別最常用指標，通常要求材料在低至-40℃下仍保持良好的抗沖擊性能。
耐環(huán)境應力開裂(ESCR)是材料長期耐與應力開裂介質(zhì)接觸的能力，按照通用的測試方法，認為可以接受的材料ESCR值一般應超過1000h。
（3）足夠彎曲強度和拉伸強度，聚乙烯強度相對低，而尼龍和聚碳酸酯等工程塑料具有較高的強度。
（4）折斷(failure)伸長率應高，以符合大部分的應用要求。
（5）必須有優(yōu)良的流動性和良好的傳熱性，使材料在成型加熱過程中均勻和快速分散開，不良的流動性將嚴重影響成型部件的最終外觀。
最近已研究了材料流變行為和熱性能對燒結(jié)過程和脫除聚合物中氣泡的影響，這種開發(fā)技術是在成型前評價材料方法上取得的重大進展，由此得到的結(jié)論表明，熔體流變行為和表面張力在材料致密化初期起主要作用，而在致密化后期，攔阻氣泡中氣體的擴散是十分重要的。象線型低密度聚乙烯這樣的材料隨著粘度降低而熔融速度減慢，這樣在粒子相鄰的周圍形成三維粒子網(wǎng)，攔截大量氣體。低粘度材料趨向于快速熔融，攔截氣體少，因而致密化快。
大部分滾塑成型樹脂是粉料，粒子尺寸35目(74～2000um)，材料另一種狀態(tài)是液體，一些高流動性樹脂，如尼龍，成型時要用小粒料。
滾塑成型適用材料
適用于塑料加工的聚合物中，能容易滾塑成型的材料是相當有限的，有以下兩個主要原因：(1)許多工程材料在被磨碎成流動性好的粉料后不能在沒有壓力條件下重新成型為均一固體，(2)與作為滾塑基準材料聚乙烯比，一些專用材料最初往往價格較貴，而市場需求低又抑制和阻礙對材料的開發(fā)熱情。
聚乙烯是世界最主要的滾塑用樹脂，按用量大小依次排序的滾塑樹脂為：聚乙烯(LDPE、LLDPE、HDPE、XLPE、mLLDPE、EVA)95%，聚氯乙烯3%，尼龍(尼龍6、尼龍66、尼龍11、尼龍12)<0.5%，聚丙烯<0.5%，聚碳酸酯<0.2%：含氟聚合物(ETFE、ECTFE、PFA、MFA、PVDF)<0.1%。
另外，還有一些在近30年中已成功滾塑成型的聚合物和小量用于特種應用的聚合物有：聚甲醛、丙烯酸樹脂、苯乙烯／丁二烯／丙烯腈共聚物(ABS)、纖維素樹脂、環(huán)氧樹脂、離子型聚合物、酚醛樹脂、聚丁烯、聚酯、聚酯彈性體、聚苯乙烯、抗沖聚苯乙烯、聚氨酯、有機硅聚合物。
不同來源數(shù)據(jù)略有差異，根據(jù)美國塑料工程師協(xié)會(SPE)主辦的2005年美國滾塑會議論文提供的數(shù)據(jù)，2002年滾塑用樹脂占有份額分別為：聚乙烯93.3%，聚氯乙烯3.2%，尼龍0.5%，聚碳酸酯0.2%，含氟聚合物0.1%，其他塑料0.1%。最近報道稱，聚乙烯占全球滾塑材料的95%左右。
聚乙烯具有容易滾塑成型、良好的熱穩(wěn)定性和成本低等綜合優(yōu)勢，因此一直在滾塑制品市場中，占絕對主導地位，特別是最近聚合采用單中心催化劑，進一步開發(fā)出適用于滾塑成型、容易加工和剛性高的聚乙烯牌號，零剪切熔體粘度低，成型時間(周期)短，推動和促進了滾塑工業(yè)進展。
3、滾塑制品和市場
滾塑成型和制品優(yōu)缺點
滾塑成型和制品優(yōu)缺點與其應用和市場密切相關，是考慮選用滾塑成型的出發(fā)點和依據(jù)，也是擴大應用、開發(fā)市場的重要參考。最終制品的大小、結(jié)構(gòu)復雜性、表面質(zhì)量、要生產(chǎn)的制品數(shù)量和適當?shù)纳a(chǎn)速度等是選擇加工成型方法的影響因素。
滾塑成型優(yōu)點
滾塑成型優(yōu)點為：
(1)可制得結(jié)構(gòu)復雜的中空成型制品，設計自由度大；
(2)最終制品殘留應力??；
(3)模具價格便宜、制作周期短，適合多品種、小批量生產(chǎn)；
(4)與吹塑成型比，制品壁厚均勻，拐角處壁厚度大；
(5)容易切換原料和顏色，也有利于多品種、小批量生產(chǎn)；
(6)有可能實現(xiàn)廢料少的加工成型，有利于環(huán)境；
(7)能同時成型不同形狀和顏色的制品，精細化制定生產(chǎn)計劃；
(8)容易成型含發(fā)泡層的多層制品；
(9)能成型有圖形的高性能制品；
(10)容易成型具有大理石和紋理豐富外觀表面的制品。
另外，滾塑成型容易調(diào)整加工部件壁厚，僅需改變加入模具中物料質(zhì)量，不需更改模具，制品壁厚度范圍寬，1～25mm或更大，加工成型時可加入圖案和嵌件(金屬或非金屬)。
滾塑成型缺點
滾塑加工工藝決定了它有以下缺點：
(1)成型周期長；
(2)成型時需要多個能源；
(3)一般難以成型面積大平表面的制品；
(4)與模具不接觸的最終制品內(nèi)表面平滑度差；
(5)用量最大的聚乙烯成型冷卻后收縮率大，尺寸穩(wěn)定性差。
滾塑成型與其他中空成型方法比較
中空成型有吹塑、滾塑、熱成型和氣體輔助注塑成型法等多種方法，大型中空制品成型工藝有吹塑、滾塑和熱成型法。
滾塑適宜設計和加工復雜形狀和側(cè)面有孔的制品，多種內(nèi)表面可同時成型為主要特點，發(fā)泡制品壁厚均勻性優(yōu)于吹塑成型法。吹塑成型法原料貴，制品尺寸穩(wěn)定性好，翹曲小，成型時間短，產(chǎn)量高，人力和能源成本低。熱成型(片材)法加工設備貴，而制品強度是3種方法中最高的。
世界滾塑工業(yè)和原料消費量
日本五十嵐敏郎據(jù)國際咨詢家P.Nugent在歐洲第三屆滾塑會議上提供的資料為基礎而整理的數(shù)據(jù)，包括世界和各地滾塑加工廠、年原料(樹脂配混料)用量、人平均年消費原料量和今后發(fā)展預計，亞洲滾塑加工廠最多，大多為加工量小的小規(guī)模加工廠，按滾塑用樹脂配混料消費量大小依次排序的地區(qū)為：北美，西歐，亞洲。人均滾塑用原料消費最大的地區(qū)為澳大利亞和新西蘭，人均年消費量為1.95kg，以下依次為北美0.82kg，西歐0.45kg，而包括東歐在內(nèi)的所有其他地區(qū)均小于0.1kg，日本也僅為0.07kg，屬于滾塑成型不發(fā)達地區(qū)。預計未來增長最快的地區(qū)則為亞洲、東歐和俄羅斯。世界滾塑用原料年消費量為899kt。
根據(jù)P.Nugent提供的最新數(shù)據(jù)，目前全球約有2000家滾塑加工廠，每年樹脂用量1000kt，約占世界塑料總用量的0.7%。
關于滾塑用原料報道不多，英國Bristol著名的世界塑料工業(yè)咨詢、研究和分析服務公司AMI(Applied Market Information)公司稱，要定量報道歐洲滾塑工業(yè)不是一件容易的任務，該研究集團公司2006年發(fā)表綜述：《英國引領滾塑市場》，報道稱歐洲每年滾塑成型約250kt聚合物，約有315家滾塑加工廠，大多數(shù)(200多家)為私人企業(yè)，而P.Nugent估計歐洲有450家左右滾塑加工廠。英國和意大利是歐洲滾塑成型傳統(tǒng)代表國家，分別占歐洲滾塑成型用塑料用量的19%和16%，分別有80家和78家滾塑加工廠。歐洲其他國家滾塑用塑料用量按大小依次為：法國13%，德國11%，比利時6%，西班牙5%，斯堪的納維亞國家9%。與其他塑料加工方法一致，歐洲滾塑加工成型也向包括中歐的東方轉(zhuǎn)移，現(xiàn)在中歐滾塑用塑料量占歐洲總量的5%，波蘭有22家滾塑加工廠。
滾塑成型制品和市場
如上所述，沒有關于世界滾塑工業(yè)總的統(tǒng)計資料，世界各地消費和應用結(jié)構(gòu)有差異。
與北美比，歐洲汽車和工業(yè)用滾塑制品占總市場中比例高，園林和道路應用比例高，而玩具、娛樂方面應用少；(2)日本以罐、桶和容器為主要應用制品，占總量大部分，而玩具、汽車和其他工業(yè)用占有比例均低于北美和西歐。
報告中分析指出，歐洲市場中英國鼓勵小批量生產(chǎn)大型儲罐采用滾塑成型法，故一直在歐洲居領先地位，法國和德國滾塑消費聚合物量低于英國和意大利的原因是大型儲罐生產(chǎn)不采用滾塑成型法，德國歷史上一直強調(diào)制品生產(chǎn)速度，因而采用吹塑成型法，比利時和斯堪的那維亞國家分別占有歐洲6%和9%消費份額，這是由于都有強勁的海上和船用應用領域的需求，這也是滾塑成型傳統(tǒng)的一個有規(guī)模的市場，西班牙則是個制品設計活躍的國家，因而滾塑工業(yè)得到較好的發(fā)展，在歐洲中占有的比例接近比利時。意大利滾塑設備生產(chǎn)廠Persico公司銷售經(jīng)理Sergio Zilioli稱，水罐和化工應用罐是意大利用量最大的滾塑制品，約占意大利滾塑用聚乙烯消費量(45 kt)的25%，其次為花箱，占16%，城市設施占10%。
在柏林舉行的滾塑企業(yè)聯(lián)合會(ARMO)上，P.Nugent提出了許多未來滾塑產(chǎn)品發(fā)展機會和應用領域，有水儲罐，廢水處理設施、雨棚和食品生產(chǎn)相關用品，取代木質(zhì)托盤也被認為是一個重要領域。滾塑制品可回收性好，因此滾塑工業(yè)是“綠色行業(yè)”。
大多數(shù)工業(yè)制品應用都分為初期進入期、成長期、成熟期和衰退期幾個階段，以滾塑制品用量最大的儲罐和未來主要發(fā)展方向的工業(yè)應用為例看滾塑的未來前景和動向，北美和西歐的儲罐應用已接近成熟期，而澳大利亞、非洲和亞洲等國家和地區(qū)則是處于成長期或剛進入成長期。而關于工業(yè)應用，北美和西歐才進入成長期，亞洲等其他地區(qū)均處于初期進入期，預計未來滾塑制品在清潔飲用水儲罐系統(tǒng)上有較大市場增長發(fā)展空間。
4、結(jié)語
滾塑成型是塑料加工工藝中歷史相對短、目前總體規(guī)模小的加工成型方法，滾塑工業(yè)已成為塑料工業(yè)中有活力的分支工業(yè)?，F(xiàn)在滾塑成型用塑料用量占世界塑料總用量的0.7%左右，總量約1000kt，經(jīng)濟和成本仍是其發(fā)展制約因素，滾塑成型加工方法特點限制了可用塑料(樹脂及樹脂配混料)種類和范圍。聚乙烯一直主導和控制滾塑用原料市場，占有份額高達95%左右。滾塑成型適于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復雜和大型中空容器類制品，與其他中空成型方法比，具有設計自由度大、最終制品壁厚均勻、拐角厚度大和殘余應力小、模具成本低、容易切換和制作快等優(yōu)點，是多品種、小批量生產(chǎn)加工方法的最佳選擇。各種罐、桶是滾塑成型用量最大的最終制品。在汽車和其他工業(yè)上應用處于起步階段，以聚乙烯為原料的清潔飲用水儲罐應用前景看好。
歐美和日本應用結(jié)構(gòu)不全相同，北美和西歐滾塑成型和應用處于領先地位，亞洲、非洲和東歐等地有巨大潛在市場空間。預計通過優(yōu)化最終制品設計，開發(fā)新應用領域和利用滾塑成型設備的進展，設計自由度大的滾塑成型制品將進入更多應用行業(yè)，滿足市場需求。
