我國塑料異型材擠出模的發(fā)展概況

摘　要：概述我國擠出模隨著塑料門窗行業(yè)發(fā)展的歷程，分析與進(jìn)口先進(jìn)擠出模的差距。提出擠出模專業(yè)生產(chǎn)應(yīng)與大型型材生產(chǎn)企業(yè)共同努力，加強(qiáng)理論和實(shí)驗研究，進(jìn)一步提高國產(chǎn)擠出模水平，促進(jìn)我國塑料異型材門窗行業(yè)更加健康地發(fā)展。
關(guān)鍵詞：塑料異型材；擠出模；塑料門窗 
1.塑料門窗行業(yè)發(fā)展迅猛
　　十多年來，我國塑料門窗行業(yè)發(fā)展雖有過幾次大起落，但在同仁們的共同努力下，始終處于技術(shù)不斷地進(jìn)步和市場不斷拓展之中。近幾年，由于國情的需要和國家政策導(dǎo)向，又一次獲得了迅猛發(fā)展的機(jī)遇，現(xiàn)已形成了相當(dāng)?shù)男袠I(yè)規(guī)模。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計報道，1999年全年消耗的塑料異型材在30萬t以上，生產(chǎn)塑料門窗3000～4000萬m2，比1998年增加50%以上。現(xiàn)國內(nèi)進(jìn)口和國產(chǎn)塑料異型材生產(chǎn)線的總數(shù)超過2500條，異型材生產(chǎn)能力已突破100萬t，已建成十余家10000t以上的大型或超大型塑料異型材生產(chǎn)廠。門窗生 產(chǎn)能力超過1.2億m2。塑料異型材擠出模(以下簡稱擠出模)是塑料門窗的關(guān)鍵技術(shù)之一。我國擠出模的生產(chǎn)正是隨著塑料門窗行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。
2.擠出模的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀
　　長期以來，塑料異型材擠出成型加工，在我國塑料加工工業(yè)中一直是相對薄弱的一個門類，所使用的是單螺桿擠出機(jī)，擠出模在較低的速率下(1m/min左右)生產(chǎn)截面相對簡單的異型材。自80年代中期開始，為加速發(fā)展塑料門窗工業(yè)，我國開始大量進(jìn)口國外先進(jìn)的雙螺桿異型材 擠出成型生產(chǎn)線。這樣，花費(fèi)數(shù)十億美元，把我國塑料異型材的生產(chǎn)水平提高了一個檔次。然而，發(fā)展塑料異型材門窗生產(chǎn)對擠出模的需求量大。而隨擠出機(jī)組引進(jìn)的幾付或十幾付擠出模，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了建筑門窗市場變化和發(fā)展的需要。當(dāng)時，能適應(yīng)這些先進(jìn)擠出機(jī)組要求的擠出模，國際市場價格每付約3～4萬美元，甚至更貴。而國內(nèi)不能很好地配套，成了制約進(jìn)一步發(fā)展的主要因素之一。這一狀況及其形成的商機(jī)促進(jìn)了擠出模的研究與開發(fā)工作。也正因為如此，國內(nèi)關(guān)于擠出模的研究和開發(fā)工作，基本以進(jìn)口擠出模為樣本開展，測繪仿制的多，實(shí)驗性研究的少，機(jī)理性研究和探索更少。而擠出模的實(shí)踐性很強(qiáng)，至今還沒有形成嚴(yán) 格的理論和固定的模式。我國擠出模的設(shè)計與制造在引進(jìn)的國外先進(jìn)擠出模和一些大學(xué)積極的參與下，獲得了迅速的發(fā)展。
　　但是，擠出模的設(shè)計要解決模塑料流動的非牛頓特性以及模塑型壞離模膨脹、牽引變形和冷 卻收縮等綜合作用的問題；并受到擠出機(jī)組(主要為螺桿、螺筒)，模塑料配方(包括配方組分和混合狀況)和操作工藝(溫度、速度、冷卻水和真空度)等多方面的影響。因此，僅僅簡單的測繪仿制是很難真正設(shè)計出高質(zhì)量擠出模的。尤其面對復(fù)雜的異型材和原料配方的不斷改進(jìn)和發(fā)展，以及對異型材產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率要求的不斷提高，就更加顯現(xiàn)出理論和實(shí)驗的缺乏。另外，局限于感性的經(jīng)驗，過多地依賴于反復(fù)的調(diào)試修模，所造成的必然是較多的失敗和調(diào)試修模過程中大量的人力、能源和原材料浪費(fèi)，也很難穩(wěn)定地獲得高質(zhì)量的擠出模。然而，市場需求有著巨大的推動力，十多年來，我國的擠出模隨著塑料門窗行業(yè)的發(fā)展，已形成了相當(dāng)大的生產(chǎn)能力。據(jù)了解，目前國內(nèi)每年擠出模實(shí)際交付使用超過200套的制造商已不止五六家，此外還有更多的模具廠提供了大量的擠出模。1999年，國內(nèi)生產(chǎn)的擠出模實(shí)際交付使用的總數(shù)已超過3000套。并且除單一熔體擠出的單腔擠出模之外，還制造出了一模多腔、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠等各類擠出模。擠出模的塑料異型材生產(chǎn)速度也不斷地得到提高，國內(nèi)領(lǐng)先的擠出模已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了主型材2.5m/min以上的擠出速度。計算機(jī)高技術(shù)手段的應(yīng)用進(jìn)一步促進(jìn)了我國擠出模的發(fā)展，現(xiàn)已開發(fā)成功了實(shí)用的擠出模cad系統(tǒng)，并和線切割數(shù)控機(jī)床連接，實(shí)現(xiàn)了cad/cam集成；使用了慢走絲四坐標(biāo)線切割機(jī)床(其中進(jìn)口十多臺)和進(jìn)口的磨料流擠壓研磨拋光機(jī)床加工擠出模模腔，大大地提高了生產(chǎn)效率和制造精度。模具行業(yè)于1998年制定并發(fā)布實(shí)施了塑料擠出模行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-jb/t8744-8746-1998，這更是成熟的表現(xiàn)。
3.與進(jìn)口擠出模的差距
　　雖然我國的擠出模已形成了相當(dāng)大的生產(chǎn)能力，但與進(jìn)口的先進(jìn)擠出模相比，還存在著一定的差 距。因此，盡管進(jìn)口擠出模的價格高出國產(chǎn)擠出模五六倍，甚至十多倍，每年還是有上百套擠出模進(jìn)口。國產(chǎn)擠出模與進(jìn)口先進(jìn)擠出模的差距主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
　　(1)進(jìn)口的先進(jìn)擠出模的異型材擠出速度高于國產(chǎn)擠出模。異型材擠出速度除受到擠出模的影響外，還受擠出機(jī)組、型材配方和一些工藝條件的影響，由于進(jìn)口的擠出模都和進(jìn)口的塑 料異型材生產(chǎn)系統(tǒng)相配套，所以能保證穩(wěn)定高速擠出。進(jìn)口擠出模主型材的擠出速度從80年 代的2m/min，到90年代的2.5m/min，直到目前的3m/min，一直在不斷地提高(據(jù)有關(guān)資料介紹，國外單孔擠出模主型材的擠出速度在不采用內(nèi)冷卻的情況下，已達(dá)到了5m/min)。國產(chǎn)擠出模則是從1.5m/min左右提高到2m/min，領(lǐng)先的國產(chǎn)擠出模主型材的擠出速度已達(dá)到了2.5m/min以上，但將其作為一個可保證的穩(wěn)定水平還有待進(jìn)一步努力。
　　(2)進(jìn)口的先進(jìn)擠出模所生產(chǎn)的塑料異型材截面的規(guī)整程度比較高。這不僅是指型材的外形，整個壁厚的均勻程度、內(nèi)筋和功能結(jié)構(gòu)的規(guī)整程度都較高。國產(chǎn)擠出模雖然所生產(chǎn)的型材基本上符合gb8814-98的要求，但不少在保證型材穩(wěn)定的高規(guī)整程度方面還不理想。
　　(3)進(jìn)口的先進(jìn)擠出模工藝調(diào)整較方便也較穩(wěn)定可靠，因而便于實(shí)現(xiàn)較低的廢品率。這是與進(jìn)口塑料異型材生產(chǎn)系統(tǒng)的配套分不開的。
　　(4)進(jìn)口擠出模有較合理的材質(zhì)選用，標(biāo)準(zhǔn)件、專用件都比較講究，外觀顯得更精制，操作 起來顯得更方便和穩(wěn)定。
4.擠出模的改進(jìn)
　　實(shí)際上，十多年來進(jìn)口擠出模也是處于不斷的改進(jìn)之中。我國前后引進(jìn)了許多國家不同的擠出模產(chǎn)品，所涉及的國家主要有德國、奧地利、意大利、美國，還有加拿大、西班牙、日本、韓國以及我國中國臺灣地區(qū)等，所涉及的公司更有幾十家之眾。這些進(jìn)口的模具之間，不但在性能上，而且在結(jié)構(gòu)方面都有很大的差異，因而造成國內(nèi)不同廠家制造的擠出模之間也具有不同的結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)。受到近期進(jìn)口擠出模的影響，國產(chǎn)擠出模結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了一些明顯的變化。例如，在擠出模頭設(shè)計方面：模腔多數(shù)從縱向分塊改為橫向分塊；內(nèi)筋從連接外壁一起供料，多數(shù)改為型芯內(nèi)單獨(dú)供料；多數(shù)增加了局部結(jié)構(gòu)的單獨(dú)供料和阻流筋設(shè)計等。在定型模設(shè)計方面：很少再設(shè)計全干式真空定型，一般都采用干濕混合式真空定型，而且干式定型套的長度越來越短；水箱的設(shè)計曾出現(xiàn)過噴淋式、渦流式、直流式等多種結(jié)構(gòu)形式。這些變化在很大程度上反映了國產(chǎn)擠出模的技術(shù)進(jìn)步，但也進(jìn)一步說明了擠出模至今并沒有固定的模式。對于進(jìn)口擠出模的各種結(jié)構(gòu)和制造方法，不宜不加分析、不講條件地仿制。
　　例如，對于擠出模頭模腔的縱向分塊，雖然制造過程相對復(fù)雜一些，但卻方便試模調(diào)整，更適宜于構(gòu)造內(nèi)部有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的異型材模頭。單獨(dú)供料雖然增加了局部料流調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，但也增加了更換模頭時清料的難度，對于內(nèi)筋或交叉內(nèi)筋較多的型材，采用鑲件結(jié)構(gòu)可能更適宜。再例如，關(guān)于減少干式真空定型套，這有利于定型模的設(shè)計與制造和提高冷卻效率。但是定型套冷卻型材，對避免冷卻水直接接觸型材可能造成的急冷和冷卻不均現(xiàn)象，也不是沒有益處的，關(guān)鍵是合理確定所需長度以及定型模的總長度。確定定型模長度ld的理論公式為：
ld=ε1·ε2·vt(1)
tc=f(h2，tm，tw，te，αp)(2)
　　　　式中：ε1--反映定型模本身對冷卻效率影響的壁溫系數(shù)；
ε2--定型模本身對冷卻效率影響的冷卻效率系數(shù)；
　　　　　　vt--型材牽引速度；
tc--Zui小理論冷卻時間；
h--型材壁厚；
tm--入口型材溫度；
tw--定型模壁溫度；
te--出口型材溫度；
αp--擠出塑料熱擴(kuò)散系數(shù)。
　　由此可知，定型套長度和定型?？傞L度主要取決于型材壁厚h和型材的牽引速度vt，并受到定型模自身結(jié)構(gòu)(包括水箱結(jié)構(gòu))和型材擠出成型工藝參數(shù)的影響。因此，要獲得合理的定型套和定型模總長設(shè)計，必須根據(jù)型材壁厚h和型材牽引速度vt的要求，掌握定型套及水箱的冷卻效率和型材擠出成型工藝的要求。僅僅簡單的測繪仿制顯然是不適宜的。有時我 們應(yīng)該考慮到，商業(yè)上的成功與技術(shù)領(lǐng)先不是可以完全劃等號的。
　　十多年來大量引進(jìn)的許多國家的擠出模，給我們學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的擠出模技術(shù)提供了極好的機(jī)會，但由于缺少理論和實(shí)驗研究，加之配套條件不充分，國產(chǎn)的擠出模和進(jìn)口的先進(jìn) 擠出模相比，始終存在著一定差距。
5.加強(qiáng)擠出模和型材企業(yè)間的協(xié)作

　　目前，我國快速發(fā)展的塑料門窗行業(yè)，已經(jīng)形成了十分激烈的競爭局面。在全國市場多樣化及個性化發(fā)展的大趨勢中，建筑物的地區(qū)差異更是對建筑門窗提出了特別強(qiáng)烈的多樣化和個性化要求，這些對擠出模無論在數(shù)量上還是質(zhì)量上都提出了更高的要求。另一方面，國內(nèi)擠出模通過十多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了不少有相當(dāng)實(shí)力的企業(yè)，他們已經(jīng)有能力投資于擠出模技術(shù)的深入研究和開發(fā)。而且國內(nèi)已建成的十多家萬噸以上的大型或超大型型材生產(chǎn)廠，出于企業(yè)發(fā)展的安全性考慮，也已經(jīng)開始了對擠出模技術(shù)的投入。因此，深入開展有關(guān)擠出模技術(shù)的理論和實(shí)驗研究，進(jìn)一步消化吸收進(jìn)口擠出模的先進(jìn)技術(shù)，從基礎(chǔ)上提高國產(chǎn)擠出 模的水平，從而全面提高我國塑料異型材及其門窗制品的整體水平，真正開發(fā)出中國體系的塑料門窗，應(yīng)該提到整個行業(yè)繼續(xù)發(fā)展的議事日程上來。
　　這里有兩方面的問題，一方面，作為專業(yè)的擠出模生產(chǎn)廠家，有必要開展對擠出物流變學(xué)測試和實(shí)驗研究。應(yīng)該建立完善的擠出模實(shí)驗系統(tǒng)，這不同于一般的擠出生產(chǎn)線，而應(yīng)在擠出生產(chǎn)線基礎(chǔ)上配備有全面的模頭壓力和溫度、冷卻水溫和水壓及真空數(shù)據(jù)等測試手段的專用擠出模實(shí)驗系統(tǒng)，通過在流變學(xué)和傳熱學(xué)等理論指導(dǎo)下的擠出模實(shí)驗研究，將感性的經(jīng)驗數(shù)據(jù)化，這樣才能正確地消化吸收進(jìn)口擠出模的先進(jìn)技術(shù)，合理地運(yùn)用成功的經(jīng)驗，穩(wěn)定地提高擠出模的設(shè)計水平，更好地為塑料異型材生產(chǎn)廠家服務(wù) 。
　　另一方面，我們發(fā)現(xiàn)國外大部分塑料異型材生產(chǎn)商，都是將擠出模作為自身產(chǎn)品體系的一部分加以發(fā)展的，有時也向外部公司購置部分?jǐn)D出模，那只是作為自身不足的一種補(bǔ)充。而且，不但大公司如此，一些中小公司也是這樣。例如意大利一家擁有18條異型材生產(chǎn)線，年產(chǎn)400多個不同品種，3000t異型材的公司，擠出模均由本公司模具車間加工制作(該車間僅30m2左右，3名模具工人，效率極高)?？赡苁且驗槲覈芰祥T窗行業(yè)依靠引進(jìn)，發(fā)展得過于迅猛，目前我國的塑料異型材生產(chǎn)廠家，不但中、小型企業(yè)，就是一些大型企業(yè)也幾乎都未能形成自我發(fā)展的完整體系。卻形成了一個完全依附于塑料異型材門窗行業(yè)發(fā)展，又完全獨(dú)立的擠出模分支行業(yè)。這種情況在行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展中應(yīng)該，也必然會有所改變。因為擠出模不但是塑料異型材門窗企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而且擠出模與整個塑料異型材生產(chǎn)體系中的各個方面(截面設(shè)計、原材料配方、擠出機(jī)組等)之間的相互影響都非常強(qiáng)烈，以至在塑料異型材的擠出生產(chǎn)中，擠出模對原材料成本、擠出能耗、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品廢品率、型材外觀質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)等方面都會產(chǎn)生不同程度的影響，只有綜合考慮，合理安排才能取得效益。這就需要擠出模與型材生產(chǎn)企業(yè)有更加密切的關(guān)系。有一定規(guī)模的型材企業(yè)應(yīng)該考慮或者發(fā)展自己的擠出模生產(chǎn)廠，或者讓擠出模企業(yè)以一定的形式加入到自身企業(yè)中來。在日趨激烈的市場競爭中，我們會越來越清楚地看到這一改變的重要性，更加全面深刻地體會到擠出模水平對塑料異型材門窗行業(yè)發(fā)展的決定作用。
　　在我國加入wto之后，世界級的塑料門窗企業(yè)已紛紛進(jìn)軍我國市場，他們或在我國設(shè)立窗口企業(yè)或派人駐點(diǎn)設(shè)立聯(lián)絡(luò)處。他們都具有完整的產(chǎn)品開發(fā)體系，推出的是完善的門窗系統(tǒng)或房屋建筑系統(tǒng)。我們面臨的將是更高層次的競爭，需作出更大的努力。