計量加料系統(tǒng)在中空吹塑成型中的應(yīng)用研究

劉軍強(qiáng)

(秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司，陜西 寶雞 721009)

計量加料系統(tǒng)在中空吹塑成型中的應(yīng)用研究

Application study of metering and feeding system in hollow blow molding

劉軍強(qiáng)

(秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司，陜西 寶雞 721009)

隨著市場對中空吹塑制品的要求提高，計量加料系統(tǒng)的應(yīng)用，可以很好地提高擠出型坯及制品的穩(wěn)定性，提高制品質(zhì)量。本文介紹了計量加料系統(tǒng)的原理，以及系統(tǒng)PID控制參數(shù)的設(shè)定，且用試驗數(shù)據(jù)說明了計量加料系統(tǒng)在多層中空吹塑中應(yīng)用的作用及意義。

計量加料系統(tǒng)；PID控制；中空吹塑

1 計量加料系統(tǒng)的應(yīng)用概述

近幾年，多應(yīng)用于精密擠出成型中計量加料系統(tǒng)，也開始被應(yīng)用在中空吹塑成型中，尤其在多層共擠技術(shù)中。這是中空吹塑成型向精密化、多層化發(fā)展的必要與預(yù)示。計量加料系統(tǒng)主要通過工藝參數(shù)（產(chǎn)量、配方）的設(shè)定，依靠電子傳感器對實際工藝參數(shù)的連續(xù)測量，通過軟件分析計算，依據(jù)擠出控制工藝模型，對實際的工藝參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)整，從而達(dá)到控制單/多層擠出工藝質(zhì)量。計量加料系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了擠出型坯的穩(wěn)定性，為后續(xù)中空吹塑成型工藝奠定良好基礎(chǔ)。計量加料系統(tǒng)一般有失重式、增重式、體積式三種?？刂颇Ｊ接辛髁靠刂颇Ｊ?、米重控制模式兩種。米重控制模式多用于精密擠出成型，比如精密管材、節(jié)水滴灌帶、醫(yī)療導(dǎo)管等。一般在中空吹塑成型設(shè)備中，多用失重式計量加料系統(tǒng)，控制模式為流量控制模式。即通過控制擠出流量的穩(wěn)定來控制擠出型坯的穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到控制最終制品的質(zhì)量。

雖然，計量加料系統(tǒng)可以很好地提高擠出型坯及制品的穩(wěn)定性，提高制品質(zhì)量。但由于其價格原因，會大幅增加設(shè)備的成本。所以，現(xiàn)階段在中空吹塑成型中，主要應(yīng)用于多層擠出及精密擠出的設(shè)備上。

2 失重式計量加料系統(tǒng)的原理

失重式計量加料系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)圖如圖1所示。在系統(tǒng)中計量料斗上裝有稱重傳感器，通過測量單位時間內(nèi)料斗內(nèi)物料重量的減少量，可以得到擠出機(jī)的即時產(chǎn)量。擠出機(jī)的PLC控制系統(tǒng)根據(jù)失重式計量料斗得到的即時產(chǎn)量值，實現(xiàn)擠出即時產(chǎn)量與擠出機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。流量控制模式可根據(jù)預(yù)先設(shè)定產(chǎn)品產(chǎn)量，在自動模式中通過檢測電機(jī)實際轉(zhuǎn)速，根據(jù)實際產(chǎn)量與設(shè)定產(chǎn)量的偏差，通過自動調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速予以消除。原理圖如圖2所示。這樣，對于多臺擠出機(jī)的控制就更加容易，只要設(shè)定總產(chǎn)量以及各臺擠出機(jī)所占比例，計量加料系統(tǒng)就可根據(jù)要求控制各臺擠出機(jī)的即時產(chǎn)量，達(dá)到精密共擠成型的目的。

3 控制系統(tǒng)PID參數(shù)的設(shè)定

PID控制是比例（Proportional）積分（Integral）微分（Differential）控制的簡稱。由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制，尤其適用基于精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。所以在計量加料系統(tǒng)中采用PID控制方式進(jìn)行控制。

圖1 失重式計量加料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

圖2 失重式計量加料系統(tǒng)流量控制模式原理圖

在中空吹塑成型過程中，由于從原料進(jìn)入擠出機(jī)，再經(jīng)塑化成熔體進(jìn)入機(jī)頭，經(jīng)復(fù)合機(jī)頭擠出料坯。過程比較復(fù)雜，需要時間，所以對于計量加料系統(tǒng)中PID控制參數(shù)的選擇需要去通過實踐去摸索。確定合理的PID參數(shù)，可以使計量加料系統(tǒng)更好地工作，發(fā)揮出最大作用，控制更精準(zhǔn)，系統(tǒng)更穩(wěn)定。以下是在秦川發(fā)展多層中空成型機(jī)上試驗數(shù)據(jù)，由于制品的重量還與氣壓、模具等有密切關(guān)系，而料坯的重量直接反映了計量上料系統(tǒng)的控制效果，故在此只測定料坯的重量。表1為各個擠出機(jī)計量上料控制系統(tǒng)的PID設(shè)定值。在試驗中，其它參數(shù)不變，只改變的PID控制參數(shù)，每組連續(xù)抽取五個料坯，并稱重量，計算相對偏差。

表1 擠出機(jī)計量加料系統(tǒng)PID設(shè)定參數(shù)

表2為在不同參數(shù)下，記錄的料坯重量數(shù)據(jù)，從其相對偏差可以看出：降低I值即期望偏差，且適當(dāng)減小P值，降低動態(tài)反應(yīng)速度，效果好些。

表2 料坯重量記錄表

4 失重式計量加料系統(tǒng)在中空吹塑中的應(yīng)用效果比較

由于失重式計量加料系統(tǒng)的作用會直接反映在擠出型坯上，而從型坯到制品則需要經(jīng)過擴(kuò)張、吹脹、冷卻等工藝過程。而制品的重量也就與模具和人為因素（手工去除料頭）有很大關(guān)系。因此在以下重量檢測試驗中，利用一臺多層擠出吹塑中空成型機(jī)，在相同條件下，分別對所成型制品及制品與料頭總重量進(jìn)行記錄比較。分為用計量加料系統(tǒng)和未用計量加料系統(tǒng)兩組，每一組測量了10個制品及制品加料頭的重量。并計算各自的相對誤差。由此就可明顯地看出增加計量加料系統(tǒng)的作用。

由表3和表4可以看出，在用計量加料裝置的情況下，制品重量的誤差在+1.98%～-1.2%范圍內(nèi)，而料坯的總重量誤差則在+0.52%～-0.39%范圍內(nèi)；在未用計量加料裝置的情況下，制品重量的誤差為±3.6%，而料坯總重量誤差+0.86%～-1.418%范圍內(nèi)。通過以上分析可以得出：增加計量加料系統(tǒng)對于制品重量尤其對于擠出型坯的重量重復(fù)精度和穩(wěn)定性有明顯作用。

表3 用計量加料系統(tǒng)制品及型坯重量數(shù)據(jù)表

5 計量加料系統(tǒng)在擠出吹塑成型中的應(yīng)用展望

隨著中空吹塑成型技術(shù)向精細(xì)化、多層化發(fā)展，以及多層中空制品越來越多應(yīng)用于汽車、化工、食品等行業(yè)，以及對于制品更加嚴(yán)格的要求，計量加料系統(tǒng)將會更多地被推廣、被應(yīng)用。

表4 未用計量加料系統(tǒng)制品及型坯重量數(shù)據(jù)表

[1] 吳大鳴,劉穎,李曉林,等.精密擠出成型原理及技術(shù),北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 2004.

(R-03)

未來5年中國SAP樹脂市場將保持兩位數(shù)增長

高吸水樹脂(SuperAbsorbentPolymer，SAP)是一種新型的功能高分子材料，它具有超強(qiáng)的吸水保水能力，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生用品、醫(yī)療醫(yī)藥、農(nóng)林園藝、工業(yè)生產(chǎn)、建筑等方面。其中，衛(wèi)生用品占SAP消費量的近90%。隨著中國二孩政策全面放開，人口步入老齡化，人民購買力提升以及海外市場開拓，SAP的需求將持續(xù)快速增長。

截至2015年底，全球SAP年產(chǎn)能約380萬t，約67%的產(chǎn)能集中在亞洲，中國貢獻(xiàn)38%。2015年，全球SAP產(chǎn)量約為260萬t，消費量約240萬t;中國SAP產(chǎn)量為58萬t，表觀消費量為53.2萬t。有機(jī)構(gòu)預(yù)測，未來五年全球SAP需求還將以6%～7%的年均增速繼續(xù)增長。亞化咨詢預(yù)計，未來5年，中國SAP的市場需求仍將保持兩位數(shù)增長，明顯超過全球平均水平。

目前，全球SAP主要生產(chǎn)廠家有贏創(chuàng)、日本觸媒、巴斯夫、住友精化、SDPGlobal株式會社，前3家公司產(chǎn)能之和占到全球總產(chǎn)能的50%以上。中國主要的SAP廠家包括宜興丹森科技、三大雅、諾爾生物科技、衛(wèi)星石化、臺塑吸水樹脂公司、揚巴公司等。然而，中國本土SAP生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品工業(yè)化及應(yīng)用研究方面與國外還有很大差距，高端產(chǎn)品主要由外資企業(yè)和進(jìn)口產(chǎn)品供應(yīng)，產(chǎn)品急需升級。

隨著海外市場上外資企業(yè)不斷擴(kuò)大產(chǎn)能，國內(nèi)企業(yè)也在增加對SAP的投資。今年下半年，萬華化學(xué)3萬t/年SAP裝置順利開車并產(chǎn)出合格產(chǎn)品，中國本土企業(yè)SAP產(chǎn)能擴(kuò)張將繼續(xù)加速。目前，包括衛(wèi)星石化、泉州邦麗達(dá)、盛虹斯?fàn)柊畹绕髽I(yè)都在擴(kuò)建SAP產(chǎn)線。中國SAP將迎來產(chǎn)品和技術(shù)升級。

“十三五”時期是我國石化和化學(xué)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級、邁入制造強(qiáng)國的關(guān)鍵時期。2016年10月中旬，工信部發(fā)布的《石化和化學(xué)工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016～2020年)》指出，中國傳統(tǒng)石化和化工產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，高端產(chǎn)品缺口較大?！笆濉逼陂g，在穩(wěn)步推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化和消費升級等因素的拉動下，石化和化工產(chǎn)品市場需求仍將保持較快增長。高端石化和化工產(chǎn)品的需求增速將超過傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。

SAP樹脂作為丙烯酸下游新興消費品，2015年占到丙烯酸消費量的20%。與大多數(shù)傳統(tǒng)化工產(chǎn)品下游需求已經(jīng)飽和，只能維持低速增長不同，SAP的高速增長，將帶動丙烯酸整體需求的上漲，助力丙烯酸產(chǎn)能快速消化，同時高端市場的空缺也為丙烯酸生產(chǎn)企業(yè)提供了良好的發(fā)展方向。

摘編自“中國聚合物網(wǎng)”

TQ320.664

1009-797X(2016)24-0024-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.24.006

劉軍強(qiáng)(1979-)，男，大學(xué)本科，工程師，專業(yè)方向為塑料機(jī)械設(shè)計。

2016-11-14