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试论塑料包装材料挤出复合设备制造技术发展趋势

作者:许锦才 李锦棠来源:江门市辉隆塑料机械有限公司 浏览次数: 日期:2009年1月1日

2007年我国挤出机的出口总量为13311台,占塑料机械总出口量的35%;挤出机的进口量为1574台,占塑料机械总进口量的8%。2007年挤出机的出口额为3.0亿美元,占塑料机械总出口额的33%;挤出机的进口额为2.7亿美元,占塑料机械总进口额的39%。2007年挤出机出口量比上年增长62%,出口金额增长76%;而2007年挤出机进口量比上年减少21%,进口金额减少10%。据统计,中国目前100多家挤出机生产厂,多数为民营或乡镇企业,主要集中在塑料加工业发达地区,如江浙、辽宁、山东、广东等沿海地区。全国124家主要挤出机企业工业总产值为38.7亿元,沿海地区就占了70%以上;年产300台(套)以上挤出机组的厂家仅有三四家,大部分企业只能生产低档次的老产品,难以形成规模。尤其在控制水平、效率、精度、可靠性和成套性等方面与发达国家相比差距较大。


        在2008年,国内挤出复合机生产企业更是不景气。一方面,我国的塑料包装材料挤出复合生产线曾长期被国外公司技术垄断(主要从美国的Davis Standard、日本的住友重机械摩登和武藏野产业以及韩国的星安机械等公司进口,每条生产线需500~1000万美元),挤出复合生产线关键装备及其主要关键技术未能有效掌握,产品质量的可靠性欠缺,令到许多客户对中国企业设备失去信心;另一方面由于年初的财政紧缩政策、上半年国内发生地震等严重自然灾害、下半年国际金融风暴影响,许多国内企业雪上加霜,国内挤出复合行业遭遇发展以来最严重的危机。我们 认为,中国塑料机械的发展趋势是要朝着组合结构、专用化、系列化、标准化、复合化、微型化、大型化、个性化、智能化方向发展,同时要满足节能、节材、高效的要求。在挤出机、挤出机生产线方面,总的发展趋势是,也将朝着高效、节能、环保、大型、精密、多层的方向发展,尽快提高现有产品的技术含量和产品的质量可靠性。


(一)制约产业发展的重大共性、关键技术问题
        挤出复合生产线高速高产,可使投资者以较低的投入获得较大的产出和高额的回报。但是,制约产业发展的重大共性与关键技术问题也相当突出,具体体现在:
1)性能与结构优化
挤出复合生产线关键装备——挤出机和机头的性能,包括熔融塑化、混炼、挤出产量、流动均匀性、能耗、热稳定性和热变形等如何达到最优化,满足高效优产的需要。挤出机螺杆转速高速化也带来了一系列需要克服的难点:如:
①物料在螺杆内停留时间减少会导致物料混炼塑化不均;
②关键装备性能没有达到最优化,如挤出机和机头的性能熔融塑化、混炼、挤出产量、流动均匀性、能耗、热稳定性和热变形等如何达到最优化,满足高效优产的需要。
③物料经受过度剪切可能造成物料急骤升温和热分解;
④挤出稳定性控制困难会造成挤出物几何尺寸波动,相关的辅助装置和控制系统的精度必须提高;
⑤螺杆与机筒的磨损加剧需要采用高耐磨及超高耐磨材质;
⑥减速器与轴承在高速运转的情况下如何提高其寿命。
2)高效、多功能化
塑料挤出机的高效主要体现在高产出、低能耗、低制造成本方面。目前存在的几个主要方面
①生产线速度不高,导致产量低下;
②能耗较高,如电能与转换热能消耗,烘箱加热方式落后;
③自动化程度不高,导致操作复杂,如材料更换需人工换料;
④非正常停机影响生产,导致产能不高;
⑤不同种类、规格的材料加工不能在一台设备在实现生产,导致功能不能综合利用,设备利用率低下和购置成本增加。
在功能方面,螺杆挤出机已不仅仅用于高分子材料的挤出成型和混炼加工,它的用途已拓宽到食品、饲料、电极、炸药、建材、包装、纸浆、陶瓷等领域。此外,将混炼造粒与挤出成型工序合二为一的“一步法挤出工艺”也值得重视。
3)大型化和精密化
①设备的配型小,过于“专业化”,导致整体产能低,不能满足大型企业和快速生产需要;
②设备整体结构没有突破,导致生产线设备不能整装化;
③多层共挤复合控制不精密,厚薄均匀度不高;
④整体装备技术水平低下,结构零部件配合不好,如国产挤出复合机往往需要半年的调试和解决才能正式生产,导致设备效率发挥低和运行不正常;
⑤配套生产的零部件质量精度达不到设计要求,影响整机质量和正常运行。
实现挤出成型设备的大型化可以降低生产成本,这在大型双螺杆造粒机组、吹膜机组、管材挤出机组等方面优势更为明显。国家重点建设服务所需的重大技术装备,大型乙烯工程配套的三大关键设备之一的大型挤压造粒机组长期依靠进口,因此必须加快国产化进程,满足石化工业发展需要。而精密化可以提高产品的含金量,如多层共挤复合薄膜等均需要精密挤出,而作为实现精密挤出的重要手段——熔体齿轮泵必须加大力度进行开发研究。
4)模块化和专业化
模块化研制开发和生产可以适应不同用户的特殊要求,将不同客户的工艺要求技术参数化,缩短新产品的研发周期,争取更大的市场份额;而专业化生产可以将挤出成型装备的各个系统模块部件安排定点生产甚至进行全球采购,这对保证整期质量、降低成本、加速资金周转都非常有利。
①系统集成水准不高,各部件结构不成型或规格不成熟,没有形成标准化生产;
②不能适应不同用户的特殊要求,不能适应不同用户的特殊要求,往往研发设计周期长,影响交货时间;
③模块化的设计太原始,没有应用计算机技术进行软件化和简单化,导致研发设计任务繁重和效率低下,如挤出复合生产线的零部件没有三维参数化;
④主器厂过于自行集中生产,不能将零部件交给专业化配套生产,导致精密不高;
⑤不能将挤出成型装备的各个系统模块部件安排定点生产甚至进行全球采购,导致整期质量、成本控制难以保证;
⑥采购量大且周期长,不能并行作业,库存成本加大,难以形成产业化集群生产。
5)智能化和网络化
发达国家的挤出机已普遍采用现代电子和计算机控制技术,对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量,各种原料的配比、电机的电流电压等参数进行在线检测,并采用微机闭环控制。有的公司已采用网上远程监测、诊断和控制,对挤出成型生产线进行网络控制。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度都极为有利。
①生产线一体化集成程度不高,智能控制及自动化生产水平低下;
②生产线的在线智能控制程度不高,如挤出复合生产线的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量,各种原料的配比、共挤层厚度、烘箱温度、张力系统及警戒反馈系统电机的电流电压等参数进行在线检测,没有采用微机闭环控制;
③生产线没有建立历史数据库,数据不能自动记忆和恢复,下次生产同类产品,数据需要重新设定;
④生产线的在线智能控制与网络结合程度不高,不能实现操作室视频智能监控与维护;
⑤网络化水平低下,如远程监测、诊断和控制水平不高,如挤出复合机的控制软件要实现计算机与网络远程维护。
6)节能性与环保性
目前国内的挤出复合生产线,在节能和环保方面存在以下需要着力解决的地方:
①普通使用AC剂,对生产现场环境造成影响;
②加热方式落后,能量浪费且产生气味对人身健康的一定影响;
③塑料在生产加工过程中产生的有害气体无法有效回收;
④生产过程中的粉尘也没有得到有效收集;
⑤能耗较高。
7)可靠性与标准化
国内的挤出机生产线普遍存在系统的可靠性问题,如配套生产的零部件精度,加工装配水平,通信干扰,自动化控制的灵敏度,警报及反馈响应系统(含设备故障报警、缺料报警与反馈、安全保护报警)……等等,目前无法通过有效的途径与方法来解决和验证。而正是由于这样产品的不成熟定型及整个行业的技术特点,在挤出机生产线方面的标准,也尚未能有效建立。
①配套生产的零部件精度和加工装配水平不高,影响整机质量;
②无法排除通信干扰,影响正常生产;
③自动化控制的灵敏度不高,警报及反馈响应系统(含设备故障报警、缺料报警与反馈、安全保护报警)技术不成熟,影响安全运行;
④产品组织技术鉴定不多,生产厂家“各自为政”,没有形成统一的标准;
⑤生产线及相关零部件的不成熟定型,整个行业的技术水准不一,客户生产技术要求不一致,导致无法对产品标准化;
⑥过于迁求“客户特殊要求”,没有形成相关标准,可供标准化生产。


(二)中国挤出复合行业发展趋势及面对目前经济危机的对策建议
        中国挤出复合行业发展趋势具体体现在如下五个方面:
1)打破原有行业界限,塑料机械为各行业服务已成定式并向纵深发展,进而有可能向引导市场消费过渡,但要注意引导必须是正确的导向。
2)在条件许可的情况下,通过各种方式,包括合资、合作,继续借鉴国外的先进制品及工艺和设备以发展我国的塑机,大力提高技术水平。
3)国内中低档市场容量将会被挤压得越来越小,部分企业将会分化重组,有些企业将减小塑料机械比例而转向多种经营,有的企业将避开国内恶性竞争进而开辟国外市场。
4)社会专业化协作将逐渐走向成熟,有些厂家将集中精力在某一个局部市场上把生意做大。
5)个别有远见、有实力的企业已经开始加大科技投入,加快招聘高素质的管理及科技人员,以图进一步发展并争取与世界列强相抗衡。
        面对目前经济危机的对策建议:
1)走科技创新之路,建设创新型行业。如参与国家、省、市各种科研项目,比如产学研合作项目,关键领域自主创新项目,科技攻关项目……等等,利用高校、社会科研单位的技术优势,开展技术研究合作,提高产品技术与质量水平。
2)依靠科技进步,推进产业升级。我们一方面要自主创新,增加研发投入,来增加产品的技术含量,另一方面要大胆引进新技术、新工艺、新材料,为产品提高竞争力奠定相当的基础和条件,带动产业升级换代,推动技术进步。
3)加快产品创新,推动产业发展。我们要采用先进的技术手段,加快对产品的研发,缩短产品开发周期,如采用参数化三维设计,可大量节省产品设计审核时间。
4)加强人才培养,占领科技高地。我们要拓宽人才引进的渠道,千方百计引进人才,综合利用各种高校和科研单位的人才资源优势,开展多层次、多形式、跨地区的开放性合作,共同进行技术研究。
5)扶持优势产品,抢占国际市场。我们行业协会、商会和科研机构组织,要精心组织科技力量,密切与企业结合,集思广益来扶持产品创新。
6)协调相关行业,加强配套件质量监控。我们不仅仅注重于本产业的发展,相关配套件制造产业也要加强技术进步,加强对配套件质量把关和有效监控,改变我国技术装备整体落后的现状,为挤出复合行业的健康发展奠定有利的条件和环境。
7)实施名牌战略,打造世界知名品牌。我们要下苦功夫抓质量、促服务、创品牌、树名牌、建名企,提倡讲信誉、讲和谐、讲技术合作、讲科学发展,要彻底改变我国挤出复合行业的知名品牌、著名商标、驰名商标很少的现状,切实抓好品牌建设,打造一批世界级知名品牌。
8)制定相应政策,鼓励企业科技投入。我们的各级政府及其相关部门,要给政策、出项目、助资金,想方设法鼓励企业增加对科技投入,对落后的设备和工艺进行技术改造,来支持企业的进步,促进行业发展。
[本文收录于《广东包装》2009年第2期,有改动]

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