旋轉成型

旋轉成型是塑料成型加工中的一種成型方法，主要用於製造加工中空無縫產品的中型、大型或超大型中空製品，如搬運箱、翻斗車皮、帆船船體、衣用模特、工業貯槽和貯罐等，加工的最大容器可達10萬升。這是注射成型和吹塑成型難以實現的，而且旋轉成型加工的產品壁厚均勻、尺寸穩定、無成型縫、無邊角廢料，是一種經濟而有效的成型方法。傳統上，它主要於熱塑性材料上，可交聯聚乙烯等熱固性材料的旋轉模塑也發展很快。由於旋轉成型並不需要較高的注射壓力，較高的剪切速率或精確的化合物計量器。因此，模具和機器都比較低廉，而且使用壽命也較長。 ^[1-2] 

首先將一定量的塑料粉末置於成型模具的下半模(成型模具一般由鋼板或鑄鋁製成，壁較薄)中，合上上半模，將整個模具移到加熱爐中進行加熱，並使模具進行雙軸旋轉，翻滾的粉末與熱模具的內表面接觸，並逐漸熔融成均勻的熔體。隨着模具的不斷旋轉，物料不斷地吸熱而熔融，熔化的物料熔體被均勻地塗覆在整個模具的內表面上。然後將模具從加熱爐中移到冷卻室內進行冷卻固化。此時模具仍處於雙軸旋轉狀態，一直到物料完全固化為止;最後打開模具，取出製品。 ^[1] 

旋轉成型的基本原理，可以理解為液體的拉開理論(With-Drawal theory) ^[1]  ，模腔內壁相當於浸泡在液體中的物體表面，隨着提起速度和液體粘度的不同，形成相應的液體覆蓋層。這裏的液體即指樹脂粉末熔融體。

1) 製品壁厚均勻，且無邊角廢料，無焊縫；可以成型壁厚範圍較大的製品，例如聚乙烯旋轉成型製件，壁厚範圍可在1~16mm內。但由於粘度關係，厚壁製品成型較為困難。旋轉成型工藝特別適合於模塑2~5mm的塑料製品。

2)通常只能製得中空製品或殼體產品，對實心製品加工困難。而且製品表面狀況對模具型腔表面的依存性大。

3) 旋轉成型製品的尺寸精度較低，其尺寸精度通常為±5%。 ^[3] 

（1）適於模塑大型及特大型製件。由於旋轉成型工藝只要求機架的強度足以支撐物料、模具及機架自身的重量以及防止物料泄露的閉模力，因此即使加工大型及特大型塑料製件，也無需使用十分笨重的設備及模具。因此，從理論上講，用旋轉成型工藝製成的製品，從尺寸上幾乎沒有上限。

（2）適合於多品種、小批量塑料製品的生產—由於旋轉成型用的模具結構簡單，價格低廉，因而變換產品十分方便。

（3）適合於加工形狀複雜的大型中空製品，這是其它成型工藝無法比擬的；

（4）塑料製品換色容易，當需要改變製品顏色時，只需要清洗成型模具即可。

（5）旋轉成型的主要缺點是：能耗較大，原因是在每個成型週期中，模具與模架需要經受加熱與冷卻的反覆作用；成型週期較長，由於主要靠靜態下塑料傳導熱量，因此旋轉成型加熱時間長；勞動強度較大，製品尺寸精度較差。 ^[3] 

在20世紀40年代已開始用PVC糊料通過旋轉成型加工生產球類製品了，它是從歐洲起源，以後傳入了美國、日本等地。不過，只有到20世紀紀60年代初粉狀聚乙烯問世後，人們用PE旋轉成型、生產PE貯槽、大型管材等工業製品，從而才大大促進滾塑工藝的發展。到20世紀70年代，滾塑成型已獲得了頗具規模的發展了。如20世紀70年代，英國巳能提供可生產容量達18000L的容器的滾塑機;荷蘭則已能生產出直徑2.1m長4.8m的大型圓柱形貯水槽；而此時歐洲滾塑製品的總量已達到15000t以上了。同樣，1970年美國巳有300餘家企業從事滾塑製品的生產，滾塑容器的容量巳超過10L ，能旋轉成型生產的最大塑件為4.6m×4.6m×2.1m，能滾塑生產容器的最大容量可達50m。

旋轉成型工藝之所以能迅速發展，與旋轉成型專用塑料和旋轉成型機的研製開發分不開。在樹脂方面，例如聯合碳化公司開發的PE P-320和Raychems等聚乙烯樹脂，前者既有低密度聚乙烯的良好的流動成型性又具有高密度聚乙烯的低温衝擊韌性、耐化學藥品性以及耐應力開裂性；後者則是一種旋轉成型交聯 樹脂，它除了可交聯外，還具有自熄性。在設備方面，旋轉成型機的迴轉直徑範圍不斷增大，機器的控制水平也得到不同程度的提高，例如三臂式滾塑機McNeil Auronis model 3000-200，它可以分別控制各臂的加熱、冷卻週期，以便同時加工成型不同尺寸和不同物料的製品，其迴轉直徑達5m，每個臂可承受的模具和樹脂的總重量約13500N。 ^[3] 

隨着旋轉成型工藝的發展其製品的應用範圍不斷擴大，一些具有代表性的應用可舉例如下：

1. 容器類旋轉成型製件，這類塑料製件廣泛用於貯水槽、各種液態化學藥品的貯槽(如酸、鹼、鹽、化學肥料、農藥等)，汽油用容器(汽油貯槽及汽車、飛機用油箱)，蓄電池的殼體等等。

2. 汽車用旋轉成型製件，主要是應用聚乙烯和聚氯乙烯糊樹脂，滾塑各種管件，如空調彎管、靠背、扶手等。

3. 體育器材及各種代用品。主要有聚氯乙烯糊滾塑的各種製件，如水球、浮球、自行車座墊，小船以及船和船塢之間的緩衝吸震器等。利用菲力浦公司的滾塑級交聯聚乙烯樹“Maricxcl-100”製得的滾塑交聯聚乙烯桶，可以同金屬桶相競爭，而且它耐化學腐蝕性好，維修保養費用低。滾塑碼垛盤，在70年代初，在美國、日本等國已商業化；衝浪板、小船等亦是文獻中常常提到的滾塑製件。

4.玩具、模特兒、工藝品等。由於旋轉成型模具可以採用精密澆注、電鑄等工藝製造；滾塑製件表面對模具型腔表面的精細結構“複製”效果很好，因此滾塑法可以使製品作得相當精緻美觀，故常用於製取具有較：大觀賞價值的產品，特別是玩具、模特兒、工藝品等。

除上述外，旋轉成型製品應用較多的還有各種箱體、殼體、大型管材等製件，如週轉箱、垃圾箱、機器外殼、防護罩、燈罩、浴室、廁所以及電話間、遊艇等等。旋轉成型產品在液態化學品貯運，化工企業、工業塗裝、稀土製取中的洗槽、反應罐等，還有河海浮標、生活水箱等領域使用已有廣泛影響。 ^[4] 

所用的樹脂早期多是聚氯乙烯糊，隨着旋轉成型的發展，所採用的樹脂品種已有所擴展，主要有聚乙烯、改性聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯以及ABS等。也有用幾種塑料生產的"夾層結抅"製品，使之兼有幾種塑料的優點，如內、外層為聚乙烯，中間 為發泡聚乙烯的貯槽;用尼龍11作為內層， 聚乙烯作外層的貯槽等。

對旋轉成型而言，樹脂的密度、粉料的粒度以及熔融指數等參數對成型工藝有很大的影響。在樹脂的熔融過程中，以聚乙烯為例，密度越高，熔點也越高，成型時就需要較高的加熱温度或選擇較長的加熱時間。粉料的粒子細，全部熔融亦較困難，加熱時間也需相應增加。熔融指數大的樹脂，相對分子質量相對比較低，比較容易熔融且熔體的流動性佳，有利於成型。 ^[2-3] 

加熱過程是否控制好，是能否獲得優良製品的最重要條件之一。應該選擇合理的加熱温度和加熱時間，而且在整個加熱成型過程中保證模具的各個部位的温度具有足夠的均勻性。加熱過程包括模具的加熱，把模具中全部物料加熱到熔融温度，熔融的物料熔結為三維網狀結構以及在熱的作用下排除熔料中的氣泡和孔隙，使製品成為密實的均相結構。影響加熱過程的因素很多，主要有：成型用樹脂的參數對加熱條件的影響；模具的壁厚較薄者，所需加熱時間較短；製件壁厚不同，所需加熱時間亦明顯不同，因為塑料的熔結時間主要受制品壁厚控制；加熱温度與裝置的影響。 ^[2-3] 

物料全部熔結後，模具就由加熱工位轉入冷卻工位，合理的冷卻應當使滾塑製件得以迅速固化而不致產生翹曲變形。對於聚乙烯等結晶性材料，其結晶增長速率變化對温度極為敏感，一定要冷卻均勻才能獲得合格產品。如對於低密度聚乙烯，可在加熱結束後，立即噴水使模具及其中的製件冷卻；而在高密度聚乙烯滾塑時，則宜在加熱結束後，先用冷風冷卻1~2min，然後再噴水冷卻。對於大型製品還應先經水霧噴灑，必要時甚至要先用熱水冷卻，然後再用冷水冷卻，但冷卻速度也不能過於緩慢，以防聚合物形成較大球晶而使製品的衝擊強度和抗應力開裂性下降。 ^[2-3] 

要製得壁厚均勻的製品，模具的自轉和公轉速度以及二者速比是很重要的影響因素。自轉速度不能太快，因為滾塑主要是靠塑料自重作用流動並粘附於旋轉模具的型腔內而成型的，適宜的自轉速度應保證每轉一週就有一層料粘在模壁上。模具自轉速度依賴於樹脂粘度，粘度越高，自轉速度就越緩慢。一般情況下，自轉速度為每分鐘幾轉到幾十轉，模具的公轉速度都比自轉低一些，而它們的速比一般不等於1（因為當公轉與自轉速比為1時，模具型腔上有的部位可能無料塗覆上去）。 ^[2-3]