1、滾塑工業(yè)概況
滾塑技術(shù)通常用于形成復(fù)雜形狀的中空產(chǎn)品，這些產(chǎn)品無法通過其他塑料加工和成型方法形成。設(shè)計(jì)自由度大，無熔合縫，可用于形成大規(guī)格產(chǎn)品，包括從簡單的儲罐到先進(jìn)的、高檔汽車、醫(yī)療和航空部件。最終產(chǎn)品可以像兒童玩具的頭部一樣小，也可以像容量為22，000加侖(80，000升)的超大儲罐一樣大。特別是，它的范圍從家用容器到工業(yè)容器，從小型球形容器到高腐蝕性材料容器。包裝用化學(xué)容器、其他工業(yè)運(yùn)輸設(shè)施的外殼、軟化罐和運(yùn)輸箱；兒童玩具零件；顯示數(shù)字。體育設(shè)施，如高爾夫球車、足球、游樂場和體育比賽，真空吸塵器、吸塵器和除草裝置外殼；交通路障；展示蓋；船體等。
滾塑成型可以生產(chǎn)壁厚非常均勻的零件，特別適用于形成大表面積、厚度均勻的、的光滑表面產(chǎn)品，這是其他塑料加工方法無法形成的。在成型過程中，液態(tài)塑料和粉末塑料很容易進(jìn)入旋轉(zhuǎn)模具的角落和深處，然后通過模具壁傳導(dǎo)的熱量熔化。大規(guī)模產(chǎn)品的小規(guī)模生產(chǎn)具有高性價比。在成型過程中，模具不受壓力影響。因此，該模具可以由價格相對較低的薄金屬板制成。它也可以由輕質(zhì)鑄鋁和電鑄鎳制成，兩者都是輕質(zhì)低成本的材料。大型旋轉(zhuǎn)成型設(shè)備使用廉價的燃?xì)饣驘釟饧訜釥t，旋轉(zhuǎn)設(shè)備重量輕，因此在經(jīng)濟(jì)上具有競爭優(yōu)勢。22，000加侖的最大罐壁厚度為1.5英寸(38毫米)。使用2.4噸(5300磅)交聯(lián)聚乙烯(XLPE)。整個生產(chǎn)過程需要3次充模，第一次充模約1.5t，第二次充模約0.45t，第三次充模約0.45t
然而，滾塑行業(yè)仍處于發(fā)展階段，其簡單的生產(chǎn)工藝和低端終端市場往往導(dǎo)致人們對其關(guān)注不夠。目前，塑料市場的趨勢往往是要求生產(chǎn)集成部件，縮短成型周期和減少總生產(chǎn)量，從而增加人們對旋轉(zhuǎn)成型的關(guān)注。重要的是，這種市場關(guān)注吸引了大型樹脂材料供應(yīng)商的關(guān)注，加強(qiáng)了滾塑材料的發(fā)展，這是滾塑行業(yè)未來進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。
2、滾塑成型用樹脂和配混料
2.1滾塑用材料要求
為滿足滾塑成型工藝要求，美國賓夕法尼亞州工業(yè)咨詢家P.Nugent認(rèn)為，材料必須滿足以下性能要求。
(1)熱穩(wěn)定性。材料在滾塑成型的寬加工范圍內(nèi)有符合要求的熱穩(wěn)定性，并且能防止磨碎成粉料時性能降低。大部分滾塑材料用抗氧劑穩(wěn)定化，降低由于一般滾塑成型時長時間加熱對材料性能的負(fù)面影響。
(2)材料熔體粘度必須足夠低，已足以使材料浸漬模具內(nèi)表面，并熔融成均一體。衡量材料熔體流動性的一般指標(biāo)是熔體熔體流動速率(MFR)，單位為g／10min。工業(yè)上最常用的滾塑用聚乙烯的MFR為2～8g／10min(2.16kg，190℃下)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜和細(xì)節(jié)豐富的滾塑制品要求材料有較高的熔體流動速率。
(3)良好的沖擊強(qiáng)度。這是能否作為低溫用滾塑制品判別最常用指標(biāo)，通常要求材料在低至-40℃下仍保持良好的抗沖擊性能。
(4)耐環(huán)境應(yīng)力開裂(ESCR)是材料長期耐與應(yīng)力開裂介質(zhì)接觸的能力，按照通用的測試方法，認(rèn)為可以接受的材料ESCR值一般應(yīng)超過1000h。
(5)足夠彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，聚乙烯強(qiáng)度相對低，而尼龍和聚碳酸酯等工程塑料具有較高的強(qiáng)度。
(6)折斷(failure)伸長率應(yīng)高，以符合大部分的應(yīng)用要求。
(7)必須有優(yōu)良的流動性和良好的傳熱性，使材料在成型加熱過程中均勻和快速分散開，不良的流動性將嚴(yán)重影響成型部件的最終外觀。
最近已研究了材料流變行為和熱性能對燒結(jié)過程和脫除聚合物中氣泡的影響，這種開發(fā)技術(shù)是在成型前評價材料方法上取得的重大進(jìn)展，由此得到的結(jié)論表明，熔體流變行為和表面張力在材料致密化初期起主要作用，而在致密化后期，攔阻氣泡中氣體的擴(kuò)散是十分重要的。象線型低密度聚乙烯這樣的材料隨著粘度降低而熔融速度減慢，這樣在粒子相鄰的周圍形成三維粒子網(wǎng)，攔截大量氣體。低粘度材料趨向于快速熔融，攔截氣體少，因而致密化快。
大部分滾塑成型樹脂是粉料，粒子尺寸35目(74～2000um)，材料另一種狀態(tài)是液體，一些高流動性樹脂，如尼龍，成型時要用小粒料。
2.2滾塑成型適用材料
適用于塑料加工的聚合物中，能容易滾塑成型的材料是相當(dāng)有限的，有以下兩個主要原因：(1)許多工程材料在被磨碎成流動性好的粉料后不能在沒有壓力條件下重新成型為均一固體，(2)與作為滾塑基準(zhǔn)材料聚乙烯比，一些專用材料最初往往價格較貴，而市場需求低又抑制和阻礙對材料的開發(fā)熱情。
聚乙烯是世界最主要的滾塑用樹脂，按用量大小依次排序的滾塑樹脂為：聚乙烯(LDPE、LLDPE、HDPE、XLPE、mLLDPE、EVA)95%，聚氯乙烯3%，尼龍(尼龍6、尼龍66、尼龍11、尼龍12)<0.5%，聚丙烯<0.5%，聚碳酸酯<0.2%：含氟聚合物(ETFE、ECTFE、PFA、MFA、PVDF)<0.1%。
另外，還有一些在近30年中已成功滾塑成型的聚合物和小量用于特種應(yīng)用的聚合物有：聚甲醛、丙烯酸樹脂、苯乙烯／丁二烯／丙烯腈共聚物(ABS)、纖維素樹脂、環(huán)氧樹脂、離子型聚合物、酚醛樹脂、聚丁烯、聚酯、聚酯彈性體、聚苯乙烯、抗沖聚苯乙烯、聚氨酯、有機(jī)硅聚合物。
不同來源數(shù)據(jù)略有差異，根據(jù)美國塑料工程師協(xié)會(SPE)主辦的2005年美國滾塑會議論文提供的數(shù)據(jù)，2002年滾塑用樹脂占有份額分別為：聚乙烯93.3%，聚氯乙烯3.2%，尼龍0.5%，聚碳酸酯0.2%，含氟聚合物0.1%，其他塑料0.1%。最近報道稱，聚乙烯占全球滾塑材料的95%左右。
聚乙烯具有容易滾塑成型、良好的熱穩(wěn)定性和成本低等綜合優(yōu)勢，因此一直在滾塑制品市場中，占絕對主導(dǎo)地位，特別是最近聚合采用單中心催化劑，進(jìn)一步開發(fā)出適用于滾塑成型、容易加工和剛性高的聚乙烯牌號，零剪切熔體粘度低，成型時間(周期)短，推動和促進(jìn)了滾塑工業(yè)進(jìn)展。
3、滾塑制品和市場
3.1滾塑成型和制品優(yōu)缺點(diǎn)
滾塑成型和制品優(yōu)缺點(diǎn)與其應(yīng)用和市場密切相關(guān)，是考慮選用滾塑成型的出發(fā)點(diǎn)和依據(jù)，也是擴(kuò)大應(yīng)用、開發(fā)市場的重要參考。最終制品的大小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、表面質(zhì)量、要生產(chǎn)的制品數(shù)量和適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)速度等是選擇加工成型方法的影響因素。
3.1.1滾塑成型優(yōu)點(diǎn)
滾塑成型優(yōu)點(diǎn)為：(1)可制得結(jié)構(gòu)復(fù)雜的中空成型制品，設(shè)計(jì)自由度大；(2)最終制品殘留應(yīng)力小；(3)模具價格便宜、制作周期短，適合多品種、小批量生產(chǎn)；(4)與吹塑成型比，制品壁厚均勻，拐角處壁厚度大；(5)容易切換原料和顏色，也有利于多品種、小批量生產(chǎn)；(6)有可能實(shí)現(xiàn)廢料少的加工成型，有利于環(huán)境；(7)能同時成型不同形狀和顏色的制品，精細(xì)化制定生產(chǎn)計(jì)劃；(8)容易成型含發(fā)泡層的多層制品，(9)能成型有圖形的高性能制品；(10)容易成型具有大理石和紋理豐富外觀表面的制品。
另外，滾塑成型容易調(diào)整加工部件壁厚，僅需改變加入模具中物料質(zhì)量，不需更改模具，制品壁厚度范圍寬，1～25mm或更大，加工成型時可加入圖案和嵌件(金屬或非金屬)。
3.1.2滾塑成型缺點(diǎn)
滾塑加工工藝決定了它有以下缺點(diǎn)：(1)成型周期長；(2)成型時需要多個能源；(3)一般難以成型面積大平表面的制品；(4)與模具不接觸的最終制品內(nèi)表面平滑度差；(5)用量最大的聚乙烯成型冷卻后收縮率大，尺寸穩(wěn)定性差。
3.1.3滾塑成型與其他中空成型方法比較
中空成型有吹塑、滾塑、熱成型和氣體輔助注塑成型法等多種方法，大型中空制品成型工藝有吹塑、滾塑和熱成型法。
滾塑適宜設(shè)計(jì)和加工復(fù)雜形狀和側(cè)面有孔的制品，多種內(nèi)表面可同時成型為主要特點(diǎn)，發(fā)泡制品壁厚均勻性優(yōu)于吹塑成型法。吹塑成型法原料貴，制品尺寸穩(wěn)定性好，翹曲小，成型時間短，產(chǎn)量高，人力和能源成本低。熱成型(片材)法加工設(shè)備貴，而制品強(qiáng)度是3種方法中最高的。
3.2世界滾塑工業(yè)和原料消費(fèi)量
日本五十嵐敏郎據(jù)國際咨詢家P.Nugent在歐洲第三屆滾塑會議上提供的資料為基礎(chǔ)而整理的數(shù)據(jù)，包括世界和各地滾塑加工廠、年原料(樹脂配混料)用量、人平均年消費(fèi)原料量和今后發(fā)展預(yù)計(jì)，亞洲滾塑加工廠最多，大多為加工量小的小規(guī)模加工廠，按滾塑用樹脂配混料消費(fèi)量大小依次排序的地區(qū)為：北美，西歐，亞洲。人均滾塑用原料消費(fèi)最大的地區(qū)為澳大利亞和新西蘭，人均年消費(fèi)量為1.95kg，以下依次為北美0.82kg，西歐0.45kg，而包括東歐在內(nèi)的所有其他地區(qū)均小于0.1kg，日本也僅為0.07kg，屬于滾塑成型不發(fā)達(dá)地區(qū)。預(yù)計(jì)未來增長最快的地區(qū)則為亞洲、東歐和俄羅斯。世界滾塑用原料年消費(fèi)量為899kt。
根據(jù)P.Nugent提供的最新數(shù)據(jù)，目前全球約有2000家滾塑加工廠，每年樹脂用量1000kt，約占世界塑料總用量的0.7%。
關(guān)于滾塑用原料報道不多，英國Bristol著名的世界塑料工業(yè)咨詢、研究和分析服務(wù)公司AMI(Applied MarketInformation)公司稱，要定量報道歐洲滾塑工業(yè)不是一件容易的任務(wù)，該研究集團(tuán)公司2006年發(fā)表綜述：《英國引領(lǐng)滾塑市場》，報道稱歐洲每年滾塑成型約250kt聚合物，約有315家滾塑加工廠，大多數(shù)(200多家)為私人企業(yè)，而P.Nugent估計(jì)歐洲有450家左右滾塑加工廠。英國和意大利是歐洲滾塑成型傳統(tǒng)代表國家，分別占?xì)W洲滾塑成型用塑料用量的19%和16%，分別有80家和78家滾塑加工廠。歐洲其他國家滾塑用塑料用量按大小依次為：法國13%，德國11%，比利時6%，西班牙5%，斯堪的納維亞國家9%。與其他塑料加工方法一致，歐洲滾塑加工成型也向包括中歐的東方轉(zhuǎn)移，現(xiàn)在中歐滾塑用塑料量占?xì)W洲總量的5%，波蘭有22家滾塑加工廠。
3.3滾塑成型制品和市場
如上所述，沒有關(guān)于世界滾塑工業(yè)總的統(tǒng)計(jì)資料，世界各地消費(fèi)和應(yīng)用結(jié)構(gòu)有差異。
(1)與北美比，歐洲汽車和工業(yè)用滾塑制品占總市場中比例高，園林和道路應(yīng)用比例高，而玩具、娛樂方面應(yīng)用少；(2)日本以罐、桶和容器為主要應(yīng)用制品，占總量大部分，而玩具、汽車和其他工業(yè)用占有比例均低于北美和西歐。
AMI報告中分析指出，歐洲市場中英國鼓勵小批量生產(chǎn)大型儲罐采用滾塑成型法，故一直在歐洲居領(lǐng)先地位，法國和德國滾塑消費(fèi)聚合物量低于英國和意大利的原因是大型儲罐生產(chǎn)不采用滾塑成型法，德國歷史上一直強(qiáng)調(diào)制品生產(chǎn)速度，因而采用吹塑成型法，比利時和斯堪的那維亞國家分別占有歐洲6%和9%消費(fèi)份額，這是由于都有強(qiáng)勁的海上和船用應(yīng)用領(lǐng)域的需求，這也是滾塑成型傳統(tǒng)的一個有規(guī)模的市場，西班牙則是個制品設(shè)計(jì)活躍的國家，因而滾塑工業(yè)得到較好的發(fā)展，在歐洲中占有的比例接近比利時。意大利滾塑設(shè)備生產(chǎn)廠Persico公司銷售經(jīng)理Sergio Zilioli稱，水罐和化工應(yīng)用罐是意大利用量最大的滾塑制品，約占意大利滾塑用聚乙烯消費(fèi)量(45 kt)的25%，其次為花箱，占16%，城市設(shè)施占10%。
在柏林舉行的滾塑企業(yè)聯(lián)合會(ARMO)上，P.Nugent提出了許多未來滾塑產(chǎn)品發(fā)展機(jī)會和應(yīng)用領(lǐng)域，有水儲罐，廢水處理設(shè)施、雨棚和食品生產(chǎn)相關(guān)用品，取代木質(zhì)托盤也被認(rèn)為是一個重要領(lǐng)域。滾塑制品可回收性好，因此滾塑工業(yè)是“綠色行業(yè)”。
大多數(shù)工業(yè)制品應(yīng)用都分為初期進(jìn)入期、成長期、成熟期和衰退期幾個階段，以滾塑制品用量最大的儲罐和未來主要發(fā)展方向的工業(yè)應(yīng)用為例看滾塑的未來前景和動向，北美和西歐的儲罐應(yīng)用已接近成熟期，而澳大利亞、非洲和亞洲等國家和地區(qū)則是處于成長期或剛進(jìn)入成長期。而關(guān)于工業(yè)應(yīng)用，北美和西歐才進(jìn)入成長期，亞洲等其他地區(qū)均處于初期進(jìn)入期，預(yù)計(jì)未來滾塑制品在清潔飲用水儲罐系統(tǒng)上有較大市場增長發(fā)展空間。
4、結(jié)語
滾塑是塑料加工技術(shù)中歷史相對較短、整體規(guī)模較小的一種加工成型方法。滾塑行業(yè)已經(jīng)成為塑料行業(yè)中一個充滿活力的分支行業(yè)。目前，用于滾塑的塑料量約占世界塑料總消費(fèi)量的0.7%，總量約為1000萬噸。經(jīng)濟(jì)和成本仍然是發(fā)展的制約因素。滾塑加工方法的特點(diǎn)限制了可用塑料(樹脂和樹脂化合物)的類型和范圍。聚乙烯一直主導(dǎo)和控制旋轉(zhuǎn)模塑的原材料市場，約占95%。
滾塑適用于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型中空容器產(chǎn)品。與其他中空成型方法相比，具有設(shè)計(jì)自由度大、成品壁厚均勻、轉(zhuǎn)角厚度大、殘余應(yīng)力小、模具成本低、易切換、制造速度快等優(yōu)點(diǎn)。是多品種、小批量生產(chǎn)加工方法的最佳選擇。各種罐和桶是滾塑消耗最大的最終產(chǎn)品。在汽車等行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段，以聚乙烯為原料的清潔飲用水儲罐的應(yīng)用前景廣闊。
歐洲、美國和日本的應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)不一樣。北美和西歐，滾塑和應(yīng)用處于領(lǐng)先地位。亞洲、非洲和東歐擁有巨大的潛在市場空間。通過優(yōu)化最終產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域以及利用滾塑設(shè)備的進(jìn)步，具有較大設(shè)計(jì)自由度的滾塑產(chǎn)品有望進(jìn)入更多的應(yīng)用行業(yè)以滿足市場需求。
