太陽(yáng)能熱水器蓄水內(nèi)膽的吹塑成型技術(shù)
2017-02-24
太陽(yáng)能熱水器，作為近幾年發(fā)展起來(lái)的新興產(chǎn)業(yè)，順應(yīng)了國(guó)家可持續(xù)發(fā)展政策，得到了迅速的發(fā)展。而作為太陽(yáng)能熱水器的核心部件之一的蓄水罐內(nèi)膽，其材質(zhì)也從不銹鋼到搪瓷再到塑料，不斷地向前發(fā)展著。而塑料蓄水內(nèi)膽因其成型簡(jiǎn)單，無(wú)需焊接以及密封性好、熱傳導(dǎo)低、耐高溫性強(qiáng)、耐腐蝕、環(huán)保清潔、抗老化、造價(jià)低等特點(diǎn)，越來(lái)越受太陽(yáng)能熱水器行業(yè)的重視。下面就塑料內(nèi)膽的成型技術(shù)，從材質(zhì)、設(shè)備、工藝等方面做以簡(jiǎn)單介紹。首先要說(shuō)明以下所提太陽(yáng)能也即太陽(yáng)能熱水器。
1 材質(zhì)
在市場(chǎng)上，現(xiàn)在所已經(jīng)生產(chǎn)的塑料內(nèi)膽在材質(zhì)上主要以改性聚丙烯為主。
因?yàn)榫郾?/span>PP）為結(jié)晶型高聚物，通用塑料中，PP 的耐熱性最好，其熱變形溫度為 80~100 ℃，能在沸水中煮。PP 有良好的耐應(yīng)力開(kāi)裂性，有很高的彎曲疲勞壽命。PP 產(chǎn)品質(zhì)輕、韌性好、耐化學(xué)性好等特點(diǎn)。所以?xún)?yōu)先選擇 PP 作為改性的基料。
但聚丙烯（PP）也有它的缺點(diǎn) ：尺寸精度低、剛性不足、耐候性差、它具有后收縮現(xiàn)象，脫模后，易老化、變脆、易變形。這就要考慮其使用環(huán)境及使用要求，通過(guò)增加填充劑及其他助劑對(duì)其進(jìn)行改性，保持其優(yōu)點(diǎn)，改善其缺點(diǎn)。添加 CaCO3 主要是起到提高沖擊強(qiáng)度，增強(qiáng)尺寸穩(wěn)定性，另外也是降低成本的一種措施。且有資料表明，含 70% 鈦酸酯處理的碳酸鈣（CaCO3）填充聚丙烯的熔體黏度與純聚丙烯類(lèi)似或更低，但填充聚丙烯的沖擊強(qiáng)度卻比純聚丙烯的高得多。添加玻璃纖維，以提高拉伸強(qiáng)度和低溫沖擊強(qiáng)度，同時(shí)耐熱性、抗蠕變性也均有提高。另外，添加抗氧化劑，光穩(wěn)定劑，以改進(jìn)其熱、光老化性能。以上只是說(shuō)明其中可以作為添加的填充劑及助劑。但具體配方，各個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家可能會(huì)根據(jù)情況作出不同的配比。有的廠(chǎng)家添加玻璃纖維的比例達(dá)到15%。
2 擠出吹塑成型設(shè)備
在設(shè)備方面，由于塑料內(nèi)膽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，普通的設(shè)備只要稍加改造就可以用于制造出合格制品。其不同主要在于成型機(jī)，由于塑料內(nèi)膽為細(xì)長(zhǎng)形制品，一般 16 管的制品長(zhǎng)度就達(dá) 1 500
mm，而這只是最小的規(guī)格。所以一定要充分考慮安裝模具的空間問(wèn)題，以便安裝更多規(guī)格的模具。對(duì)于整機(jī)的結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)，也可以適當(dāng)簡(jiǎn)化一些結(jié)構(gòu)與動(dòng)作，比如 ：預(yù)夾、擴(kuò)張、側(cè)吹、頂吹等功能。這樣可使設(shè)備動(dòng)作更敏捷，控制更優(yōu)化，減少了故障點(diǎn)，也讓設(shè)備的可靠性提高。由于塑料內(nèi)膽的材質(zhì)組分復(fù)雜，為多種不同類(lèi)型的成分配比組成。對(duì)于如此特殊性，最好采用先造粒，再擠出吹塑成型。但大多數(shù)廠(chǎng)家，為降低成本，大多會(huì)選擇采用按配方將各種組分拌勻，即可用于產(chǎn)品生產(chǎn)。這樣，雖然一般普通擠 PE 擠出機(jī)也可用于其塑化擠出，但其擠出產(chǎn)量會(huì)降低大約 30%~40%。另外由于填充料為 CaCO3和玻璃纖維等，這將會(huì)使螺桿的壽命大大縮短。因此為了提高產(chǎn)量并得到良好的塑化效果，有必要配備專(zhuān)用擠出機(jī)。特別是針對(duì)此 PP 改性料加工的螺桿，則需要專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)。現(xiàn)在比較流行的是采用雙金屬合金結(jié)構(gòu)，這樣可以增強(qiáng)螺桿的耐磨性，明顯提高螺桿的壽命，但價(jià)格也就比較昂貴。當(dāng)然，傳統(tǒng)螺桿工藝，38CrMoAlA 經(jīng)氮化處理，也是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的處理。
3 成型工藝
太陽(yáng)能塑料內(nèi)膽的結(jié)構(gòu)決定了其吹塑成型工藝過(guò)程和其它吹塑制品的成型工藝基本相似。但由于其原料的特殊性，以及制品的特殊要求也就決定了其成型工藝的特點(diǎn)。
一般單純聚丙烯（PP）在熔融溫度下有較好的流動(dòng)性，成型性能好。而且 PP 在加工上有兩個(gè)特點(diǎn) ：其一 ：PP 熔體的黏度隨剪切速度的提高而有明顯的下降（受溫度影響較小）；其二 ：分子取向程度高而呈現(xiàn)較大的收縮率。這些特點(diǎn)對(duì)注塑成型來(lái)說(shuō)是優(yōu)勢(shì)，可以很好地成型。但對(duì)于擠出吹塑來(lái)說(shuō)，卻成為了劣勢(shì)，大大增加了成型的困難。主要是造成型坯的下垂嚴(yán)重，進(jìn)而增加制品壁厚控制的難度，增加了制品重量的不穩(wěn)定性。但在塑料內(nèi)膽的生產(chǎn)中，由于已是使用改性過(guò) PP，能夠采用擠出吹塑成型工藝，型坯的下垂明顯比純 PP 要減少好多，可以更好地進(jìn)行吹塑成型。單純聚丙烯（PP）的加工溫度在 200~300℃左右較好。但對(duì)于塑料內(nèi)膽的生產(chǎn)時(shí)，由于原料的復(fù)雜性，一般溫度設(shè)定在 180℃，在正常生產(chǎn)之后，還需要適當(dāng)調(diào)整，再降低 5~10℃。
對(duì)于吹氣壓力的控制基本上沒(méi)有多大變化，低壓吹氣大概在 0.1~0.3 MPa，高壓吹氣大概在 0.4~0.6 MPa之間。
4 制品質(zhì)量控制
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一般太陽(yáng)能熱水器內(nèi)膽規(guī)格 ：真空管開(kāi)孔 63 mm
；孔中心距 80
mm；內(nèi)膽分 16 孔、18 孔、20 孔、22 孔、24 孔和 28 孔等規(guī)格。圖 2 為吹塑成型的太陽(yáng)能熱水器塑料內(nèi)膽。如前所述，16 管的制品約 1 500
mm，24管的制品更達(dá) 2 000
mm。如此細(xì)長(zhǎng)制品，又須相對(duì)于其他吹塑制品更嚴(yán)格地要求尺寸精確，以便于后續(xù)安裝玻璃集熱管，這也是制品質(zhì)量控制的難點(diǎn)所在。根據(jù)在整個(gè)太陽(yáng)能熱水器中塑料內(nèi)膽的使用情況，可分析制品主要是控制總長(zhǎng)和孔中心距的尺寸穩(wěn)定。對(duì)于制品壁厚的均勻性則是通過(guò)控制軸向壁厚控制系統(tǒng)以及制品重量來(lái)控制的，但一般要求最小壁厚≥ 2
mm。為達(dá)到制品尺寸穩(wěn)定，可從以下兩點(diǎn)考慮 ：
（1）原料的改性以實(shí)現(xiàn)型坯穩(wěn)定，壁厚均勻，不易下垂。當(dāng)然如前面所述，在原料中加入填充物，也是為了更好地保證尺寸穩(wěn)定性。
（2）冷卻時(shí)間長(zhǎng)些，且冷卻均勻。由于 PP 在熔化過(guò)程中，要吸收大量的熔解熱（比熱較大），產(chǎn)品出模后比較燙，所以在生產(chǎn)中要通過(guò)增加高壓吹氣及氣循環(huán)時(shí)間，在模具中強(qiáng)制冷卻，以減少出模后的收縮變形。佳昊所使用的吹塑機(jī)采用了雙工位，就很好地解決了冷卻時(shí)間問(wèn)題，通過(guò)兩個(gè)工位的間歇工作，來(lái)延長(zhǎng)制品能在模具中的冷卻時(shí)間。通過(guò)以上措施目的主要還是降低其收縮率，保證尺寸的穩(wěn)定性。但在生產(chǎn)效率提高時(shí)，制品不能在模具中充分冷卻，還是有必要在出模后進(jìn)行二次定型冷卻，以防止制品在空氣中再次收縮變形。
5 模具及其他
至于目前市場(chǎng)上的塑料內(nèi)膽樣式，主要以圓筒形為主，這也是客觀(guān)結(jié)構(gòu)所決定的。所以各個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家雖說(shuō)各有各的特點(diǎn)，但也只是細(xì)節(jié)上的不同，設(shè)計(jì)外觀(guān)上的稍有差異而已，目的也只是避免專(zhuān)利糾紛。而且這種模具可設(shè)計(jì)成可增加管數(shù)的結(jié)構(gòu)，以便于客戶(hù)根據(jù)市場(chǎng)情況來(lái)調(diào)整模具，安排生產(chǎn)。比如說(shuō)在成型機(jī)模板尺寸允許的情況下，16 管模具，就可以增加到 18 管。
但對(duì)于太陽(yáng)能熱水器吹塑成型完，還是半成品。還需要再加工，即開(kāi)出安裝玻璃集熱管的 Ф63 孔。只有開(kāi)孔后，才能應(yīng)用太陽(yáng)能熱水器，也才由制品真正變成了產(chǎn)品。但目前，市場(chǎng)上還沒(méi)有開(kāi)孔方面的專(zhuān)業(yè)設(shè)備，而需要生產(chǎn)廠(chǎng)家人工開(kāi)孔，由此在這個(gè)環(huán)節(jié)就增加了產(chǎn)品的廢品率，這是太陽(yáng)塑料內(nèi)膽制造行業(yè)需要解決的問(wèn)題。
總之，隨著太陽(yáng)能市場(chǎng)的拓展以及向不同市場(chǎng)的方向發(fā)展，內(nèi)膽的差異化將會(huì)逐步凸現(xiàn)，但無(wú)論面對(duì)廣闊的農(nóng)村市場(chǎng)，還是工程市場(chǎng)和城市市場(chǎng) ；無(wú)論是從成本控制還是從制作工藝或者從水質(zhì)健康考慮 ；太陽(yáng)能塑料內(nèi)膽的優(yōu)勢(shì)十分明顯，而這也將預(yù)示著一個(gè)美好前景。