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洞见:中国挤出机技术的发展方向

来源:荣格 发布时间:2017-03-07 593
化工塑料橡胶模具及零件材料处理、计量与检测添加剂及母粒 会客室
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访北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所副所长薛平先生

北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所副所长薛平先生

北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所副所长薛平先生

高性能塑料及环保塑料越来越多地应用于人类生活的方方面面。与此同时,其加工设备及工艺技术也面临诸多挑战。北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所的副所长薛平先生,在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)成型技术与装备、木塑复合材料成型技术与装备及新型挤出理论研究等领域建树颇多。在最近的一次采访中,他不但就相关成型机械及工艺进行了阐述,而且还针对我国挤出机市场未来的发展方向提出了独到的见解。

本刊:薛教授,您好!很高兴您能接受《国际塑料商情》杂志的专访。从您的履历上可以看出,您一直在北京化工大学从事相关研究工作,能否简单介绍下您的工作单位和您主要的研究课题?

薛平:我从1988年起任职于北京化工大学,现任北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所副所长、北京化工大学新材料及装备研究室主任。新材料及装备研究室是校级科研机构,以创造资源节约、环境友好的高性能产品为目标,主要从事聚合物高端加工装备成型理论及集成技术、固体废弃物高值化利用技术与应用研究及聚合物基复合材料增强机理与成型技术等研究。

研究室相继承担了国家“八五”攻关项目、北京市科技开发项目、中国石化总公司科技开发项目、国家“十一五”、“十二五”科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目、军工科研项目及企业委托技术开发和转让项目等100多项,在科技创新、产业化成果转化方面较为突出,每年合作、服务的企业达20余家,先后开发了超高分子量聚乙烯系列成型加工技术、木塑复合材料系列成型加工技术、长纤维/连续纤维增强热塑性复合材料系列加工技术以及特种材料挤出装备等,产品广泛应用于石油、化工、建筑、汽车、军工等领域,创造了较大的经济效益和社会价值。

回顾我的科研课题,主要来源于企业需求、国家政策鼓励发展的方向及学术前沿和热点等,同时还要考虑我们自身的研究能力、完成课题必要的硬件条件、时间安排以及经费等因素,也就是要综合考虑自己的主客观条件,做到量力而为、量题而为,使课题研究尽量能高质量地完成,避免产生遗留问题。

本刊:一直以来,塑料行业都在强调“产学研”的结合,您在这方面有哪些案例可以分享?

薛平:自1993年创所以来,北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所(简称“研究所”)一直秉承“产学研” 的合作模式,PVC扭结膜、PE交联管、铝塑复合管、PPR管、UHMWPE管材等均是通过这种模式实现工业化并逐渐形成较大的产业。

以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为例,经过数年艰苦的探索和相关理论研究,通过承担中国石化总公司科研项目和众多企业的“产学研”合作,UHMWPE挤出成型设备及技术实现了重大突破。如,UHMWPE的加工从模压成型实现了螺杆连续加工,从需要进行原料改性实现无需任何改性,从粘均分子量150万可加工实现粘均分子量1000万原料的可加工,从低产量逐渐实现较高效率的加工,从小尺寸制品到更大尺寸制品的加工,产品范围也从管材制品发展到各种规格的异型材、片材制品等。综上,在“产学研”的合作模式下,成型设备及技术的不断研发不仅解决了UHMWPE高效连续成型的关键技术问题,而且推动了这种高性能工程塑料的广泛应用,为UHMWPE原料在工业中的广泛应用作出了贡献。  

又如,研究所从1998年开始从事木塑复合材料的理论研究和工业化技术的开发,通过与众多企业的“产学研”合作,相继开发了从第一代以木塑托盘为代表的木塑产品,以木塑户外铺板、木塑室内地板、木塑室内地角线、木塑门板发泡制品等为代表的第二代制品,及以商用建筑板材和住宅房屋结构件为代表的第三代产品,并成功地实现了商业化。2006年起,研究所与北京恒通创新赛木科技股份有限公司展开木塑复合材料墙板制品的合作,与企业联合建立“木塑复合材料加工技术研发中心”,不断研发木塑复合材料新产品。目前,该企业已逐渐成长为木塑行业龙头企业,并于2015年成功上市。  

本刊:您认为国内发展木塑行业有哪些难题需要攻克?

薛平:木塑复合材料的发展背景与废旧塑料与废弃木材资源的再生利用紧密相关,完全可以成为木材资源的一个重要组成或重要补充。早期的木塑复合材料普遍存在易褪色、抗老化性差、强度不足、产品线膨胀系数大、抗蠕变性差等缺陷,使用过程中易出现各种各样的质量问题,影响了木塑复合材料的广泛应用。近年来,随着木塑复合材料的应用越来越广泛以及加工技术水平的不断提高,产品质量得到了普遍提高,新产品也陆续出现,如PVC基木塑表面包覆ASA共挤产品、PE基木塑表面包覆工程塑料共挤产品等,使木塑复合材料产品的抗老化性能得到较大的提升,再结合在线压纹技术,木塑产品的外观也得到改善,目前国内的整体技术已接近国际先进水平。

木塑复合材料兼具木材的木质、木感,并被赋予防水、防腐、阻燃、抗老化等新的功能,以满足社会愈来愈高的使用要求。针对木塑产品过去出现的问题,我认为还需加大以下几个方面的研究力度:

◆木质材料与高分子材料复合是一种多学科交叉渗透的产物,应深入研究各种木质材料的尺寸、形态结构,不断提高不同木质材料与各种高分子材料界面的结合力;

◆针对包覆共挤产品技术,现阶段应注重PVC木塑表面用ASA改性料、PE木塑表面用工程塑料改性料、共挤设备以及包覆共挤模具的开发,进一步提高包覆共挤木塑产品的质量;

◆进行高性能高填充木粉PE或PP微发泡复合材料的设备及技术的开发,提高复合材料力学强度,减轻产品的重量,拓展木塑产品高端领域的应用,真正实现以塑代木;

◆进一步深入研究低线膨胀、抗蠕变、阻燃型、高强度等功能性及结构型木塑复合材料。

本刊:从环保的角度来说,您觉得目前在中国有哪些塑料技术值得大力推广?

薛平:相关的技术层出不穷,我个人比较关注并看好以下这些塑料技术,如非石油基新型环保生物塑料技术、可完全生物降解的新型复合材料制品生产技术、高效环保废旧塑料回收利用技术、完全环保无毒新型食品药品等领域包装材料制品技术、纤维增强热塑性复合材料的生产技术及新型环保塑料加工助剂的开发及生产技术。

以上这些技术从生产过程到产品使用都不会带来污染问题,具有绿色环保的特性,是塑料行业发展的趋势。

本刊:作为众多管材、棒材、片材、型材等产品的主要加工方式,挤出技术的发展是塑料工业发展的重要组成部分。依您看,未来挤出行业的发展方向主要有哪些?

薛平:目前我国挤出机的生产规模逐年扩大,已出口到很多国家和地区。但不可否认的是,我国挤出机的生产是以量取胜而非技术,大部分挤出机生产线都属于科技含量偏低、粗加工的生产模式。 市场发展对挤出系统的生产效率、能耗、灵活多样性、广泛适应性等提出了越来越迫切的要求,发展高效节能挤出机,提高挤出系统的自动化控制水平成为大势所趋,主要的发展方向有:

◆挤出机整体水平的提高:高速高效节能挤出机、实现正位移输送的单螺杆挤出机创新结构、基于新的塑化机理的新型挤出机的开发;提高装备生产线的模块化、标准化水平;

◆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。甚至采用网上远程监测、诊断和控制,对挤出成型生产线进行网络控制,向智能化、信息化和无人化方向发展,这对提高产品的精度和质量稳定性均具有十分重要的作用;

◆新型产品专用挤出生产线的开发:各种原料的微发泡挤出生产线;宽幅多层共挤复合挤出生产线、多层流延膜、各种原料的双向拉伸挤出生产线、生物降解材料挤出生产线以及特种材料的专用挤出生产线等。

本刊:我国在超大型、超微型、大长径比等挤出机的技术开发方面有一定难度,您如何看待这种现象?

薛平:与国际先进水平相比,我国挤出技术的整体水平尚有差距,部分产品在国际主流市场上处于二、三流产品的地位,产品主要出口到欠发达国家。特别是在高速、大型、微型等设备制造水平方面,差距更大。我个人认为主要原因有这几点:第一,受制于我国整体工业基础装备水平;第二,大多数企业的研发投入与国外相比有较大的差距,一些企业把核心竞争力放在价格上,生产大众化产品,只追求价格竞争,不追求质量,长此以往,大家都很少去研发新装备、新技术、新产品;第三,研发与生产经营脱节已经成为制约中国技术水平整体提升一个关键问题:很多企业自身不具备研发能力,而研发单位只追求短平快产品的研发,不愿在这些极端产品方面投入很多精力。目前国内并不是无法开发超大型、超微型、大长径比等挤出机,我相信如果有足够的市场需求和经费投入,这种情况会逐步改观。


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