中空吹塑机生产线的辅助设备与智能化生产线构成（上）

2020-11-21邱睿邱建成

塑料包装 2020年5期

邱睿邱建成

前言

挤出中空吹塑机的辅助设备对于提高主机的生产效率，保障产品质量，减轻操作工人劳动强度，组成智能化吹塑机生产线等方面都起着十分重要的作用。

挤出吹塑中空成型机的辅助设备主要有：原料上料与干燥设备、空气压缩设备及压缩空气冷却干燥设备、模具冷却与除湿设备、回料粉碎设备、模内贴标设备与产品检测设备、模具冷却水的水处理设备，以及吹塑制品后加工设备等。目前，国产挤出吹塑中空成型机的各类辅助设备已经与主机进行联机，组成高速吹塑生产线，并已经实现电气自动化控制。

1. 原料混合、计量、上料系统与干燥系统

1.1 原料混合设备

塑料混合机的名称较多，还有：塑料混色机、塑料搅拌机、色母混色机、塑料混料机、塑料搅料机、塑料拌料机等名称。其实只是在各行各业应用中的命名不同而已，实际上都是一种搅拌、混色、拌料设备，因为这是针对塑料行业而设计的一款产品，主要用于塑料颜色混合，是利用搅料叶片旋涡式高速运转，使塑料粒（或树脂粉）高速翻滚碰撞磨擦发热，使物料在混色的同时也使水份从排气口或是排气管快速蒸发而达到干燥的目的。

1.1.1 塑料混合机用途：

在塑料行业中用于塑料颗粒混合，使不同塑料混合均匀，采用高速电机，混合的过程中不产生物料的溶解、挥发或变质。

塑料混合机的品种、型号较多，介绍一些在中空吹塑工艺中有代表性的塑料混合机，供参考。

1.1.2 塑料混合机结构特征：

a. 整体机座，结构坚固、运转平稳，搅拌桨叶拨片及物料接触处全用不锈钢制成，有良好的耐腐蚀性，保持物料的质量和清洁，不致变色。

b. 传动机构采用高速电机带动蜗杆的立式搅拌桨叶拨片直接传动，使用时无过大响声，并有足够的储油量，能得到良好的润滑。

1.1.3 塑料混合机的构造说明：

如图1 为一种混合机的简图。

图1 一种混合机简图

1）减速器系为混合机之主要传动结构，它位于桶体的底部，工作时装置在机座机内，轴为直立状态并装有固定键，能使塑料立式混合机的搅拌桨自由装拆。

2）桶体为立体型，采用不锈钢制造，内装立式搅拌桨叶片，置于在塑料混合机的高速旋转轴上。

3）机座及电动机装置为一整体结构，电动机装在桶底最低部，电动机经过减速机直接带动搅拌桨叶运转，保持传动力。

4）电器箱是控制机器运转的装置，它一般位于桶体的右侧。常见小型立式混合机见图2。

图2 两种小型塑料混合机外观图

1.1.4 塑料混合机使用说明及注意事项：

1）使用前应进行一次空运转试车，在试机前应先检查塑料混合机全部连接件的坚固程度，减速机内的润滑油油量和电器设备的完整性，然后闭合总开关，通入电源，进行空运转试机。

2）空运转试验。在未发现不正常的响声等不良现象的情况下，才可使塑料混合机投入生产。

3）在运转中如需铲刮机内桶壁物料，应用竹木器工具，切不可用手，以免造成伤手事故。

4）在使用中如发现机器震动异常或发出不正常怪声，应立即停机并且进行全面检查。

5）使用负荷不要过大，如超过负荷应立即减少混合容量。

6）搅拌桨叶的两端轴封应保持清洁，以免造成塑料发黑、变质，应完好，切勿使塑料混合机发生堵塞，防止润滑油溢出而使桶内物料发黑、变质。

7）操作人员必须熟悉塑料混合机的技术性能、内部构造、控制结构及使用原理。运转期间不得离开工作地点，防止发生故障而损坏机件，以保证安全生产为前提，机器运转如果发生意外，应该及时关机。

1.1.5 塑料高速混合机保养说明：

1）定期检查机件，每月1～2 次，检查项目为蜗杆、轴承、轴封等各活动部分是否转动灵活以及磨损情况，发现缺陷应及时修复，以便正常使用。

2）电器控制零件，应保持清洁、灵敏，发现故障应及时修复。

3）一次使用完毕或停工时，应在塑料混合机内放出剩余物料，刷清机器各部分的残余余料。如停用时间较长，必须将机器全部擦干净，并用蓬布罩好。

4）塑料高速混合机的搅拌桨叶装拆时应轻拆、稳装、轻放，以免变形损坏。

图3 为一种大型塑料混合机，电机装在顶部，带动搅拌桨叶拨片高速旋转，需要一次混合较多原料时可选用此类型的塑料混合机。

图3 大型塑料混合机简图与实物图

1.2 原料计量装置

原料计量装置一般是将几种辅助原料和主原料同时按一定比例进入混料器中，然后再搅拌均匀。计量的关键就是一个“准”字。计量方式一般采用称重式计量方式。根据不同的称重方法，又可分为分批次累加计重、失重式计重和流动过程物料的连续计重三种。如图4 为两种称重式计量机示意图。

1.2.1 称重式计量机计量步骤：

1）首先将机器各储料桶储存满各种原料，然后根据生产需求设定好比例；

2）当1 号料筒的阀门打开，该原料会依所设定的比例参数计量投料进入计量筒；

3） 1 号料筒的阀门完成计量后会自动关闭，接着2 号料筒的阀门会跟着打开；

4）其余的料筒计量加料原理相同；

5）最好控制器的屏幕上会显示出投递的原料的总重量，本批次计量动作完成；

6）然后搅拌电机开启，将原料搅拌均匀，同时称重仓计量开始添加；

图4 两种称重式计量机示意图

7）充分搅拌均匀后挡料阀门开启，原料进入设备出口。

1.2.2 称重式计量机自动控制原理：

料位计检测到缺料信号时，称重仓阀门开启，放料进入搅拌仓，搅拌器开始搅拌，若干时间后，停止搅拌，挡料阀打开，放料进入下一环节；挡料阀关闭，称重仓放料，进入下一循环；若料位计检测有料，称重仓阀门不打开。见图4 两种称重式计量机示意图右图。

1.3 原料上料系统

1.3.1 塑料上料机的分类

塑料上料机的种类有多种，根据塑料上料机的工作原理不同可分为真空气流输送式上料机和机械输送式上料机。真空气流输送式上料机又可分为上吸式上料机、下吹式上料机等；机械输送式上料机又可分为螺旋式上料机、带式上料机等。

1.3.1.1 真空吸料式自动上料机的工作原理：

采用漩涡气泵（或是其他真空泵），将上料机料斗进行抽真空形成负压，再利用空气流动的特性实现塑料原料的流动而进行上料。当挤出机料斗中的塑料原料料位下降时，料斗中的料位传感器或料位开关发出上料信号，漩涡气泵得到上料指令后自动启动并抽空料斗中的空气形成负压，塑料原料在大气压的作用下通过输送管道将塑料送入料斗中，当达到预设料位时，漩涡气泵得到满料的指令并停止转动，这时负压消失上料动作停止。但当挤出机上料斗中的塑料原料料位又下降到需要上料时，上料机又开始起动并进入下一循环。

目前使用较多的真空泵是漩涡气泵，它相对耗用功率小，效率高，能较好地完成此类工作。（需要注意的是：在高原地区使用真空式上料机时，由于大气压力的降低，其上料机的上料高度会受到相应的影响，也会有所降低。）

由于挤出吹塑中空成型机成型工艺的特殊性，使用的原料中必然会有较多的回用料，所以与设备配套的自动上料机与注塑机的上料机会有所不同，应注意克服塑料粉末的影响，防止其影响正常上料。

与中空成型机配套的真空吸料式自动上料机一般都应设有除尘装置，目前国内少数厂家制造的真空上料机设置有压缩空气自动除尘装置，能在每个上料周期里进行自动除尘。自动除尘装置不仅能提高上料速度，还能降低能耗。真空吸料式自动上料机上料垂直高度可达8 m 左右，其上料量一般可达600 kg/h 以上。它能很好地实现上料机的连续性工作和上料的正常运行，从而能很好地实现保障中空成型机组的连续运行。

一般来说，随着漩涡气泵功率的加大，其上料量会增加。上料量为600 kg/h，上料高度低于8 m 时，漩涡气泵功率约为7.5～9 kw 左右。

图5 左图所示为一种真空吸料式自动上料机结构示意图，右图为一种脉冲式上料机外观图。

图5 脉冲式上料机的原理图与外观图

螺旋管式自动上料机是采用安放在挤出机料斗上的电动机带动不锈钢丝螺旋弹簧旋转，将塑料原料提带到挤出机料斗中的办法来实现塑料原料上料的。

图6 所示为两种螺旋管式自动上料机的外形图。

图6 两种螺旋管式自动上料机外型图

1.3.1.2 螺旋管式自动上料机的工作原理及过程：

当挤出上料斗中塑料原料料位下降时，料位传感器或料位开关发出上料信号，上料电动机得到上料指令后起动，电动机带动螺旋弹簧运转，将塑料原料带到挤出机的料斗中，当塑料原料达到预设料位时，料位传感器发出停止上料指令，电动机得到指令后停止转动，并进入下一个工作循环。目前这种上料设备主要用于上料垂直高度为6 m 以下的大型中空机，具有上料稳定、产生的粉尘少、对边废塑料的颗粒大小要求不是太严格等优点，但钢丝螺旋弹簧及塑料软管比较容易磨损而导致发生故障，注意不要将输送角度控制得过小，同时需要平常做好维护和保养工作。

1.3.2 塑料原料集中供料设备

在一些中小型吹塑制品厂家，原料混合设备和上料设备基本上是分别设置的，还没有实现规模化和集成化。在一些较大规模的塑料制品生产厂家，由于生产规模较大，其设备集成化程度较高，同类设备中基本将混料设备与上料设备连成了一体，并实现了设备的自动控制。随着塑料加工产品质量要求的提高与自动化程度的提升，塑料辅助设备的使用与需求越来越受到重视。对于达成塑料企业在生产时原料的输送一般可采用集中配料、输送和控制。选择一套适合的辅助上料设备不仅能提高产品的质量、产能，还能较好地降低能耗。从投资角度看，可降低投资成本，提高工作效率，降低人力成本，提高企业的综合竞争力。

在塑料原料的输送中大多是利用气体输送方式，即利用气体流动将原料从某个地点输送到指定的位置。气体输送主要有低速低浓度输送、高速高浓度输送和文式管输送三大类型。

1.3.3 塑料上料机的选择

从目前国内多家吹塑工厂多年使用中空成型机自动上料设备的情况来看，从性价比、维护保养等多方面来考虑，当垂直上料高度在6 m 以下时，可选用真空吸料式自动上料机和螺旋管式自动上料机；当垂直上料高度在6 m 以上时，一般只能选用真空吸料式上料机。选用真空吸料式上料机时，可选用带吹气除尘装置的真空吸料式吹塑上料机，可减少生产现场的粉尘清理工作量。对于具有较大生产规模的中空吹塑工厂，可选择集中供料自动系统，以实现生产过程的自动化控制。从保证中空成型机生产稳定考虑，选择塑料上料机时，可选择2～3 倍容量的上料机或供料系统，以保障生产的顺利进行。

图7 一种集中供料系统的示意图

1.4 原料干燥系统

塑料分为非吸湿性塑料和吸湿性塑料。对于非吸湿性塑料，水分或湿气只会粘附在其塑料颗粒的表面，PE、PP、PS 等塑料原料是非吸湿性塑料。吸湿性塑料会把水分和湿气吸到其颗粒内部，当塑料颗粒内部的水分没有排除干净时，用于生产会影响到产品的质量，PET、PC、ABS、PA、TPE、PU 等多数工程塑料为吸湿性塑料。

挤出吹塑中空成型机加工塑料制品时挤出机与机头是密闭高压的，如果塑料颗粒中或表面所含的水分被带入高温的挤出机和机头时，水分的蒸发会使水蒸气被压入到塑料型胚之中。这样，含有大量水蒸气气泡的塑料型坯熔体强度就会大幅度降低，并使塑料制品中出现泡孔、斑纹、条纹等缺陷，同时还会降低塑料制品的冲击强度，影响到产品质量稳定性。对于PA、PC、ABS 等工程塑料，水分严重时还会致使熔体分解，使生产无法正常进行。因此，含有水分的塑料原料在加工前必须经过干燥处理，而非吸湿性塑料和吸湿性塑料需要采用不同的干燥装置来去除水分。

1.4.1 塑料原料干燥机的分类

对挤出吹塑中空成型机而言，目前常用的原料干燥设备主要有热风干燥机（也称热风干燥料斗）、高速混合机、除湿干燥机等。

图8 两种热风干燥机外形图

热风干燥机。图8 所示为两种热风干燥机的外形图。

热风干燥机的工作原理是：将空气由鼓风机经空气过滤吸入到机器中后，被压入加热的管道而升温，将高温空气送入到装有塑料原料的干燥料斗中，使其在塑料原料中扩散以去除水分。

1.4.2 高速混合机

高速混合机通常只用于混合塑料原料，但在PVC 制品加工中也常用于干燥原料以去除原料中的水分。它的工作原理是：高速混合机的外壳做成耐压夹套，夹套中可采用蒸汽加热，电动机带动可高速旋转的搅拌桨叶，塑料原料在高速旋转的搅拌桨叶的带动下高速运转，可自身产生热量，使塑料颗粒表面和其内部的水分很快就被蒸发排除。一般情况下，不用给夹套加热就可以干燥颗粒状的塑料原料。图9 所示为两种高速混合机的外形图。

图9 两种高速混合机的外形图

经过多家工厂的实践证明，采用高速混合机来干燥非吸湿性塑料和吸湿性塑料是可行的。目前，已知可以采用高速混合机干燥的塑料原料主要有PE、PP、PA、ABS、PC 等。

大多数工程塑料具有吸湿性，当塑料从防潮密封的包装袋中取出后，暴露在大气中时，就开始从大气中吸收湿气，在气候潮湿条件下吸湿的速度更快。如果是以一般热风式料桶干燥机进行塑料干燥，在潮湿的环境条件下，其干燥效果并不理想，因为这种干燥机是以带有湿气的热空气去干燥塑料的，所以无法防止塑料继续吸收湿气。随着工程塑料被广泛使用，除湿干燥机已逐渐取代传统的热风干燥机。

1.4.3 除湿干燥机。

1.4.3.1 除湿干燥机的种类

除湿干燥机的使用可分为单机式与集中式。单机式除湿干燥机通常包括干燥机主机、干燥筒和吸料机，适用于少量多样的干燥，其优点是干燥效率高，且方便快速换料。图10 所示为单机式除湿干燥机外形图。

图10 两种单机式除湿干燥机外形图

集中式干燥机包括一部干燥机主机和数个干燥桶，每个干燥桶有独立的加热控制器，可以同时干燥几种不同的原料，并配合风量调节阀来控制每个干燥桶的风量。

1.4.3.2 除湿干燥机的工作原理

图11 所示为除湿干燥机的工作原理图。

除湿干燥机的蜂巢转轮采用高密度、高性能钛硅与分子筛复合而成，整个转轮就是一个高效吸湿体，可以处理100%湿空气。转轮分为吸湿区、再除区和再生区，空气中的水分在吸湿区被吸附在转轮上后，将干燥后的空气连续不断地送出，同时吸收了水分的转轮转动到再生区，从逆方向送入的再生空气完全去除吸附在转轮上水分，经过不断的循环，可以去除塑料原料中所吸附的水分。