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发表于 2008-9-15 18:39:33
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来自： 中国江苏苏州
塑料异型材挤出模发展现状
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- X6 K6 y! r% o3 [8 N+ v 塑料异型材挤出模发展现状
2 K% U. b9 F/ J4 W 作者：出处：阅读：252发布时间：2006-9-14 8:54:00供稿：中国工控网
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+ w4 U0 e3 t9 L( ^0 v" j$ W4 z5 F 1.塑料门窗行业发展迅猛
( b0 r3 h$ C. _3 _) g. H6 E 十多年来，我国塑料门窗行业发展虽有过几次大起落，但在同仁们的共同努力下，始终处于 & I5 Z5 }$ i2 Q; j* y
技术不断地进步和市场不断拓展之中。近几年，由于国情的需要和国家政策导向，又一次
0 ?+ a- q n6 d, s' `9 L7 l 获得了迅猛发展的机遇，现已形成了相当的行业规模。据有关统计报道，1999年全年消耗的 塑料异型材在30万t以上，生产塑料门窗3000～4000万m / a" i! p- Q0 q9 ?7 z
2，比1998年增加50%以上。现国内进口和国产塑料异型材生产线的总数超过2500条，异型 材 生产能力已突破100万t，已建成十余家10
, g2 W' Y7 o: a) X 000t以上的大型或超大型塑料异型材生产厂 。门窗生 产能力超过1.2亿m2。塑料异型材挤出模(以下简称挤出模)是塑料门窗的关键技术之一。
# v2 R" ~9 k, R7 U6 f2 N3 x, i" p 我国挤出模的生产正是随着塑料门窗行业的发展而发展。
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7 F% x- C! i& l$ j 2 挤出模的发展历程和现状
9 N5 @ A. o) ~- |) v0 {; O 长期以来，塑料异型材挤出成型加工，在我国塑料加工工业中一直是相对薄弱的一个门类，所使用的是单螺杆挤出机，挤出模在较低的速率下(1m/min左右)生产截面相对简单的异型材
. q0 p4 x" c' p+ \7 K 。自80年代中期开始，为加速发展塑料门窗工业，我国开始大量进口国外先进的双螺杆异型材 0 ]# W' ^; @9 @2 ^, ]/ D$ O! ]
挤出成型生产线。这样，花费数十亿美元，把我国塑料异型材的生产水平提高了一个档次。
) L7 D2 L+ k. B# D- l; Y/ s 然而，发展塑料异型材门窗生产对挤出模的需求量大。而随挤出机组引进的几付或十几付挤
2 @- b5 T4 w5 H 出模，远远满足不了建筑门窗市场变化和发展的需要。当时，能适应这些先进挤出机组要 求的
' H0 p# z9 M! t 挤出模，国际市场价格每付约3～4万美元，甚至更贵。而国内不能很好地配套，成了制约进
: l y6 T1 m- X$ K* a$ O 一步发展的主要因素之一。这一状况及其形成的商机促进了挤出模的研究与开发工作。也正 8 [$ J& m5 z+ G' o) m( K" L& W; l. ]
因为如此，国内关于挤出模的研究和开发工作，基本以进口挤出模为样本开展，测绘仿制的
* A4 Y- P0 b, U 多，实验性研究的少，机理性研究和探索更少。而挤出模的实践性很强，至今还没有形成严 % M$ p+ O( Q3 }8 Q, b. Q- V0 E
格的理论和固定的模式。我国挤出模的设计与制造在引进的国外先进挤出模和一些大学积极的参与下，获得了迅速的发展。+ a1 V& i6 `8 x9 R
但是，挤出模的设计要解决模塑料流动的非牛顿特性以及模塑型坏离模膨胀、牵引变形和冷 + P2 g. }+ c, \' h2 B! p0 ^$ T# y
却收缩等综合作用的问题；并受到挤出机组(主要为螺杆、螺筒)，模塑料配方(包括配方组
8 Y- p2 h$ b$ A7 F2 R6 ? 分和混合状况)和操作工艺(温度、速度、冷却水和真空度)等多方面的影响。因此，仅仅简单的测绘仿制是很难真正设计出高质量挤出模的。尤其面对复杂的异型材和原料配方的不断 1 P1 a, }# A5 L" G+ K3 j8 _
改进和发展，以及对异型材产品质量和生产效率要求的不断提高，就更加显现出理论和实验 的
& P) }" y# v# k) M2 x. Q 缺乏。另外，局限于感性的经验，过多地依赖于反复的调试修模，所造成的必然是较多的失
9 U/ H$ ~% R7 Z; H4 S. A7 ` 败和调试修模过程中大量的人力、能源和原材料浪费，也很难稳定地获得高质量的挤出模。 # [2 z7 Y3 |! j K" L% S( A! E1 ~* q
然而，市场需求有着巨大的推动力，十多年来，我国的挤出模随着塑料门窗行业的发展，已
& x, k; }: M0 F4 L 形成了相当大的生产能力。据了解，目前国内每年挤出模实际交付使用超过200套的制造商 , x$ x" o3 F: F* T
已不止五六家，此外还有更多的模具厂提供了大量的挤出模。1999年，国内生产的挤出模实 " G: Z7 k' Q% s' ?/ }6 o1 { y
际交付使用的总数已超过3000套。并且除单一熔体挤出的单腔挤出模之外，还制造出了一模
% e! m9 x- f! \$ z* L( m 多腔、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各类挤出模。挤出 ; f' K1 ^4 H% c: e
模的塑料异型材生产速度也不断地得到提高，国内领先的挤出模已经实现了主型材2.5m/mi + u) y* l! R' U* f2 M
n以上的挤出速度。计算机高技术手段的应用进一步促进了我国挤出模的发展，现已开发成 3 i4 ]6 } J" ^: X
功了实用的挤出模CAD系统，并和线切割数控机床连接，实现了CAD/CAM集成；使用了慢走 丝四坐标线切割机床(其中进口十多台)和进口的磨料流挤压研 9 j a H! H5 C# i& X; B3 v
磨抛光机床加工挤出模模腔，大大地提高了生产效率和制造精度。模具行业于1998年制定并
& H) B& u; N* }9 K 发布实施了塑料挤出模行业标准--JB/T8744-8746-1998，这更是成熟的表现。
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3 与进口挤出模的差距! g5 ?3 y/ v1 K# v' V8 q8 m
虽然我国的挤出模已形成了相当大的生产能力，但与进口的先进挤出模相比，还存在着一定 的差
2 t. U# m) N5 c+ H+ O' ?" b: [) o 距。因此，尽管进口挤出模的价格高出国产挤出模五六倍，甚至十多倍，每年还是有上百套 : F# h. G& h/ H5 J# E5 ~ l% ?/ Q
挤出模进口。国产挤出模与进口先进挤出模的差距主要表现在以下几个方面：! u4 w$ Q4 q+ e9 O4 Y# p/ V
(1)进口的先进挤出模的异型材挤出速度高于国产挤出模。异型材挤出速度除受到挤出模的 , B7 C( M: Z& t* X: j. Y" g3 V' x
影响外，还受挤出机组、型材配方和一些工艺条件的影响，由于进口的挤出模都和进口的塑
2 S9 F; i$ Q0 c+ O& R 料异型材生产系统相配套，所以能保证稳定高速挤出。进口挤出模主型材的挤出速度从80年
' Q; l/ a) j0 ^8 L 代的2m/min，到90年代的2.5m/min，直到目前的3m/min，一直在不断地提高(据有关资料介 5 {, S: y% ?$ d4 h* Q2 B8 u* V: ^
绍，国外单孔挤出模主型材的挤出速度在不采用内冷却的情况下，已达到了5m/min)。国产 ) W/ |, @8 |7 K7 Y; J! F/ G# f
挤出模则是从1.5m/min左右提高到2m/min，领先的国产挤出模主型材的挤出速度已达到了2
+ D" s5 i+ [& O+ S7 f( P .5m/min以上，但将其作为一个可保证的稳定水平还有待进一步努力。
0 @1 S2 t# S* P2 e (2)进口的先进挤出模所生产的塑料异型材截面的规整程度比较高。这不仅是指型材的外形 : f5 q. D- a4 n" o) B$ H; b! s
，整个壁厚的均匀程度、内筋和功能结构的规整程度都较高。国产挤出模虽然所生产的型材 基本上符合GB
% D3 X' W4 h5 _, c: J 8814-98的要求，但不少在保证型材稳定的高规整程度方面还不理想。
, y2 t# B. h1 T% s( v# b0 ?: } (3)进口的先进挤出模工艺调整较方便也较稳定可靠，因而便于实现较低的废品率。这是与 进口塑料异型材生产系统的配套分不开的。
) H( L9 F H' G2 b (4)进口挤出模有较合理的材质选用，标准件、专用件都比较讲究，外观显得更精制，操作 起来显得更方便和稳定。
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4 挤出模的改进
' y4 W$ e! j( M. X6 @6 a 实际上，十多年来进口挤出模也是处于不断的改进之中。我国前后引进了许多国家不同的挤 / v' I' R" ~' C" W% t9 {
出模产品，所涉及的国家主要有德国、奥地利、意大利、美国，还有加拿大、西班牙、日本 、韩国以 8 h) U0 k n# E, i8 A, z% q
及我国台湾地区等，所涉及的公司更有几十家之众。这些进口的模具之间，不但在性能上， - K( {- r# x% F6 G/ q- Y$ ?% m# S
而且在结构方面都有很大的差异，因而造成国内不同厂家制造的挤出模之间也具有不同的结构
% T" g, H9 J4 u7 a: X5 W! u' \ 特点。受到近期进口挤出模的影响，国产挤出模结构也出现了一些明显的变化。例如，在挤 出
2 n" P5 K4 s, C/ z/ A 模头设计方面：模腔多数从纵向分块改为横向分块；内筋从连接外壁一起供料，多数改为型
; O) o* e5 \2 A 芯内单独供料；多数增加了局部结构的单独供料和阻流筋设计等。在定型模设计方面：很少 ( Y3 t5 \$ ` V! ?) }" R
再设计全干式真空定型，一般都采用干湿混合式真空定型，而且干式定型套的长度越来越短
$ w! r- ]" ~8 B# u1 J; i6 y2 y; [ ；水箱的设计曾出现过喷淋式、涡流式、直流式等多种结构形式。这些变化在很大程度上反映了国产挤出模的技术进步，但也进一步说明了挤出模至今并没有固定的模式。对于进口挤
0 o7 R) A9 U3 C9 _/ V 出模的各种结构和制造方法，不宜不加分析、不讲条件地仿制。- y# Z; Q g& ?( m. t4 `! O' \: _
例如，对于挤出模头模腔的纵向分块，虽然制造过程相对复杂一些，但却方便试模调整， % e/ o& b* @7 t; O& r
更适宜于构造内部有复杂结构的异型材模头。单独供料虽然增加了局部料流调节的稳定性，
2 {0 d( v" y- v! l/ F2 e i! Q( r5 _ 但也增加了更换模头时清料的难度，对于内筋或交叉内筋较多的型材，采用镶件结构可
0 k7 B% I! F4 P Q/ V 能更适宜。再例如，关于减少干式真空定型套，这有利于定型模的设计与制造和提高冷却效 B D, R7 S$ o; Y$ H8 o' b, X
率。但是定型套冷却型材，对避免冷却水直接接触型材可能造成的急冷和冷却不均现象，也
! L: Y# {3 V; b+ C& R. m" Q7 i2 Y 不是没有益处的，关键是合理确定所需长度以及定型模的总长度。确定定型模长度Ld 的理论公式为：
8 O3 q, ~( [5 k2 ?1 `, `0 [ Ld=ε1·ε2·Vt (1)
: M) b% M) p+ j, I1 a# I/ ~ tc=f(h2，TM，TW，TE，αP) (2)) W5 S' G& ?4 F( G1 Y: M
式中：ε1--反映定型模本身对冷却效率影响的壁温系数；9 t3 Z u" ?1 v4 k" M
ε2--定型模本身对冷却效率影响的冷却效率系数；, y, P- H9 \3 O) f- `
Vt--型材牵引速度；
( p3 Z9 Z# B* K tc--最小理论冷却时间；
1 `+ j; m0 Y! T" A, [0 ^ h--型材壁厚；
0 e6 L) ?8 t( b/ B TM --入口型材温度；
0 R% J" [9 ^, G; e! e TW--定型模壁温度；; q" K! U# J- c* P m- _
TE--出口型材温度；+ S1 _" }0 w0 k4 j
αP--挤出塑料热扩散系数。0 C" T0 i& y- y$ V5 r1 y
由此可知，定型套长度和定型模总长度主要取决于型材壁厚h和型材的牵引速度Vt，并受 ; R$ J2 Z( a! q
到定型模自身结构(包括水箱结构)和型材挤出成型工艺参数的影响。因此，要获得合理的
* G( H* S7 T6 D3 V: W6 F 定型套和定型模总长设计，必须根据型材壁厚h和型材牵引速度Vt的要求，掌握定型套及水箱的冷却效率和型材挤出成型工艺的要求。仅仅简单的测绘仿制显然是不适宜的。有时我 & p f% q- r Z: A7 ~
们应该考虑到，商业上的成功与技术领先不是可以完全划等号的。 V6 K1 U: |, X6 y h, a+ ~
总之，十多年来大量引进的许多国家的挤出模，给我们学习国外先进的挤出模技术提供了极 5 Y& o$ q: x, v. ^3 ?
好的机会，但由于缺少理论和实验研究，加之配套条件不充分，国产的挤出模和进口的先进 挤出模相比，始终存在着一定差距。
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5 加强挤出模和型材企业间的协作( t$ A1 `$ U V+ O. P* o
目前，我国快速发展的塑料门窗行业，已经形成了十分激烈的竞争局面。在全国市场多样化 及 ; ]! M5 B: w8 l. W6 h9 G- P
个性化发展的大趋势中，建筑物的地区差异更是对建筑门窗提出了特别强烈的多样化和个性化要求，这些对挤出模无论在数量上还是质量上都提出了更高的要求。另一方面，国内挤 " b" t7 n* K3 z1 Z* E
出模通过十多年的发展，已经形成了不少有相当实力的企业，他们已经有能力投资于挤出模 ! E' R4 ~$ q; j
技术的深入研究和开发。而且国内已建成的十多家万吨以上的大型或超大型型材生产厂， # }# p, ?% j# f; n% r: \
出于企业发展的安全性考虑，也已经开始了对挤出模技术的投入。因此，深入开 展有关挤出 " O2 C4 H8 I& n1 _$ \' }; S; _' S
模技术的理论和实验研究，进一步消化吸收进口挤出模的先进技术，从基础上提高国产挤出
7 l! X$ z3 C8 u9 Q2 w$ @; O. P o 模的水平，从而全面提高我国塑料异型材及其门窗制品的整体水平，真正开发出中国体系的 塑料门窗，应该提到整个行业继续发展的议事日程上来。
# p1 _, W* t' D7 H4 y3 v0 S 这里有两方面的问题，一方面，作为专业的挤出模生产厂家，有必要开展对挤出物流变学测
! J6 @/ h( G% u' w/ o- m& c0 k 试和实验研究。应该建立完善的挤出模实验系统，这不同于一般的挤出生产线，而应在挤出 生产线基础上配备有全面的模头压力和温度、冷却水温和
" P; R. G. z Y8 i- _+ b/ b4 I! L8 A 水压及真空数据等测试手段的专用挤出模实验系统，通过在流变学和传热学等理论指导下的
5 h$ v7 @- N- o7 b 挤出模实验研究，将感性的经验数据化，这样才能正确地消化吸收进口挤出模的 ' }1 j' X# n5 K+ ?. a! D/ F
先进技术，合理地运用成功的经验，稳定地提高挤出模的设计水平，更好地为塑料异型材生产厂家服务 。
. \% ^% W& W& } 另一方面，我们发现国外大部分塑料异型材生产商，都是将挤出模作为自身产品体系的一部
* G# _" ~7 Z. l: O' X1 P1 f 分加以发展的，有时也向外部公司购置部分挤出模，那只是作为自身不足的一种补充。而且
" w8 M% s) n3 Z. i8 M( n( y- U0 E ，不但大公司如此，一些中小公司也是这样。例如意大利一家拥有18条异型材生产线，年产 * b9 B) r0 N% \, U& z: ` j/ `
400多个不同品种，3000t异型材的公司，挤出模均由本公司模具车间加工制作(该车间仅30m 3 F5 u3 o/ ?9 j* _5 y
2左右，3名模具工人，效率极高)。可能是因为我国塑料门窗行业依靠引进，发展得过于
# w3 x4 p' S ` 迅猛，目前我国的塑料异型材生产厂家，不但中、小型企业，就是一些大型企业也几乎都未
! V' m) u0 P( v a: c, n 能形成自我发展的完整体系。却形成了一个完全依附于塑料异型材门窗行业发展，又完
$ ]$ C9 Y6 Y3 S7 G+ [ 全独立的挤出模分支行业。这种情况在行业的进一步发展中应该，也必然会有所改变。因为
: V) g! G+ z5 O9 y& B 挤出模不但是塑料异型材门窗企业发展的基础，而且挤出模与整个塑料异型材生产体系中的 |
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