滚塑成型中的不饱和聚酯塑料应用

滚塑成型，又称旋转成型或回转成型。该工艺是先将热塑性塑料粉状料或热固性塑料糊状料加入模具中，利用旋转成型机的驱动机构，使模具沿两个垂直方向不断地作自转和公转，并加热物料，使物料成熔融或凝胶状态，粘液状物料在重力和热作用下逐渐均匀地涂布在模腔整个表面上，当涂布到一定壁厚时冷却（对热塑性塑料）或固化，硬化后即可制得中空制品。

这种工艺可加工各种简单形状或复杂形状的敞口或密闭式中空制品，可加工单层材料、多层复合材料和增强材料制品；可加工厚度从0.5mm到50mm以上的制品，可加工小型制品（如小玩具）和大型或超大型制品（如大型储罐、汽车车身和船艇壳体等）。

滚塑成型工艺的主要优点如下：

1）可变性强，即用同一副模具可很方便地加工不同材质，颜色及厚度的制品。

2）无压力成型。加工制品无需压力成型，制品内应力很小，无取向性，无残余应力，也不致产生凹陷、变形及开裂等缺陷；同时，模具结构简单，可选用低强度材料，制作方便。

3）可节省材料。成型时无料把和浇道等废料，热塑性塑料材料利用率几乎为100%。

4）复印性好。模具上各种精细花纹图案及纹理可很精确地复印于制品表面。

5）设备投资少，模具成本低。一部设备可同时安装几套模具，同时加工不同制品和制品综合成本低。

6）适用多品种、小批量生产。

滚塑成型工艺的主要缺点是制品精度低，能耗大，成型周期长，劳动强度大，只能加工壁厚一致的中空及壳类制品，不能加工变截面形状及变壁厚制品，加工扁平侧面制品困难。

滚塑成型工艺与其他成型工艺的比较见表11-183。

表11-183 中空制品成型工艺比较

注：◎为好或有利；○为一般；×为不好或不利。

由于滚塑成型工艺具有独特的优越性，所以近几年发展很快，已形成专业性的行业，滚塑成型设备、制品加工、滚塑模制造、滚塑成型专用原料、脱模剂和颜料等都有专业厂提供，且成立了国际旋转模塑协会等专业组织。

滚塑制品应用很广，已经成功地应用于化工、农业、娱乐、建筑、交通、食品、体育、航空和军事等工业部门。滚塑制品应用举例见表11-184。

表11-184 滚塑制品应用举例

1.滚塑成型工艺简介

单一塑料品种滚塑成型工艺过程如图11-28所示，通常由装料、加热滚塑、硬化（冷却或固化）、脱模和清理等工序组成。

图11-28 滚塑成型的基本原理示意图

a）装料 b）加热滚塑 c）硬化 d）脱模

（1）装料 模具涂刷脱模剂、安装嵌件后将专用滚塑料（粉料或预混料）准确计量加入模具，锁紧模具准备滚塑。

（2）加热滚塑 将模具加热（按塑料成型温度），同时按制品尺寸形状、壁厚和树脂粘度等条件选择适当的转速，带动模具沿两垂直方向的转轴进行自转和公转，使塑化状的物料粘附于模具型面直至形成塑件。

（3）硬化 当形成塑件后对热塑性塑料冷却模具，对热固性塑料加热模具达到固化温度，且继续转动模具，保持一定时间待塑件冷却或固化变硬后即可停止转动，打开模具脱模，及时取出制品并清除模内残存杂物，以备继续生产使用。

滚塑设备品种很多，一般滚塑机由脱模合模机构、热箱和冷箱三部分组成，如图11-29所示。

图11-29 钟摆式单臂滚塑机

1—主电动机 2—臂 3—热箱 4—模具架 5—模具 6—冷箱

每完成一工序，模具由单臂机构（传递机构）转移到下工序进行加工。这种是间歇式设备，如果采用两臂机、三臂机或多臂机，则各臂安装各自的模具可进行连续循环生产。按带动模具转换工位的不同机构形式可分为臂式、移动式及摇摆式等。按模具的加热形式可分热箱式、直火加热式、夹套加热式等。热箱式是将模具用电热红外线或蒸汽加热；直火加热是用液化气等火焰加热；夹套加热是将模具外壳做成双层的加热方式，内外层之间可通入加热和冷却介质加热。这类设备不需设置热箱和冷箱。此外，按模具旋转形式也可分为中心旋转、偏心旋转、单旋转、双轴旋转和摇摆旋转等机构。每种旋转机各有特点，可按需选用。目前，双轴旋转和摇摆旋转机使用较广。

滚塑模具根据制品尺寸形状、表面粗糙度、树脂成型条件、所需用模具数量、成型周期及选用的设备等因素设计。由于滚塑成型为常压成型，且要求有良好的热传导性能，故一般采用薄壁轻质结构。其模具结构示意如图11-30所示。

热空气对流加热模具的壁厚为4.75～6.35mm，热液体加热模具的壁厚为7.9～12.7mm。而模塑精细花纹用的电铸模具，其电铸层为2.5mm，再用模套加固，一般模具壁厚为4～8mm。

其模具材料有铸铝、焊接铝板或薄钢板等，要求模具壁厚为6.3mm时热导率为4785W/（m²·K），型面表面粗糙度Ra为0.8μm，圆角半径为5～25mm，脱模斜度为5°～10°。由于一般制品精度低，故材料收缩率常不予考虑，但必须考虑模具在循环加热、冷却条件下受到的热循环冲击而导致的热疲劳等现象。

图11-30 滚塑成型模具结构图

1—排气口 2—上半模 3—锁紧机构 4—下半模 5—模架

模具整体必须暴露于加热及冷却介质之中，顶部应设有排气孔。排气管用金属或F4制作，且通至模具腹型之中。为了充分排出模腔中的空气及反应时释放的气体，一般每立方米体积的模腔需开设10～15mm直径的排气孔。

滚塑成型可采用各种模具结构加工各种结构的制品，如有加强筋、嵌件、内外螺孔中空体中分成两腔的制品。在模具外壁局部采取涂黑色涂料、加厚、减薄等措施，可调节局部区域的热导率，实现加工壁厚局部变厚变薄的制品。

2.不饱和聚酯滚塑成型(www.xing528.com)

（1）概述 大多数热固性塑料常用作增强滚塑制品，其成型有预混法和预成型法两种形式。

1）预混合法，以不饱和聚酯为例，其成型操作步骤如下：

①配制树脂体系。按照热固性塑料常规配方，在不饱和聚酯树脂胶液中加入适量的固化剂、催化剂、填料或颜料等助剂，然后将其搅拌混合均匀。

②浸渍纤维增强材料。常用的纤维增强材料为短切玻璃纤维。将短切纤维（10%～20%质量分数）加入树脂体系之中充分搅拌，混合均匀后便制得旋转成型用物料，此物料为短纤维状。

注意，短切纤维加入前应对纤维进行表面处理，不然会造成树脂/纤维界面质量不高。

③将混合好的物料加入旋转模具内，按不饱和聚酯成型工艺条件加热，使其旋转成型，待物料均匀地附在腔上时再经树脂凝胶、固化后冷却。

④待冷却至室温，开模取出制品。

⑤将制品进行后加工，如除去飞边等，再进行后烘热处理便可装箱或投入使用。

此成型方法工序简单，劳动强度低，生产环境良好，但制品中玻璃纤维含量低，一般都不超过20%（质量分数），玻璃纤维的长度也小于25mm。所以造成旋转制品强度偏低，不能制造承力结构制品。

此法适用于制备那些利用中空吹塑难以成型的中空制品，如油箱、罐及其他容器等。

2）预成型法，此法分两步，第一步先用玻璃纤维与热塑性树脂混合成型坯件，然后再加入不饱和聚酯混合体系，再进行二次旋转成型制得制品，其工艺流程如图11-31所示。

图11-31 预成型法热固性塑料滚塑成型工艺流程

（2）具体成型实例 热固性塑料中聚氨酯、DAP等都可制作滚塑制品，其中不饱和聚酯应用较广。

1）原料配制。一般选用粘度为0.6Pa·s以下的不饱和聚酯树脂，对热固化树脂粘度没有特别限制，室温固化成型要求用低粘度树脂。

增强材料常用滚塑成型、手工铺叠成型或喷涂成型的预成物，主要选用长度为25～100mm的短切玻璃纤维（具体长度按制品尺寸大小而定），玻璃纤维必须经表面处理，具有良好的浸渍性。玻璃纤维含量为40%～50%（质量分数）。

催化剂，常温固化时使用过氧化甲乙酮，热固化时用过氧化苯甲酰。

预成物粘结树脂常用PS、ABS、PE等热塑性塑料，它们应具有粘接玻璃纤维性好，且对不饱和聚酯相容性好。

2）操作步骤如下：

①选用长度为25mm的经表面处理的玻璃纤维，或按照制品大小或长度决定玻璃纤维长度。

②选用粘接性能优良的热塑性树脂，如ABS、丙烯酸、聚苯乙烯、聚氯酯或其他树脂等。这种热塑性树脂不仅与玻璃纤维有优良的粘接性，而且对不饱和聚酯也具有良好的相容性。

③将备好的玻璃纤维以30%（质量分数）含量加入型腔，再将热塑性树脂加入型腔，并将其混合5～10min，混合均匀即可。

④根据所选热塑性树脂工艺条件，将混合物加热，加热时间为10～15min。

⑤预成型坯件厚度达3～5mm时即可冷却使其定型，冷却时间为3～5min，用热固性树脂浸渍。

⑥选用粘度为0.6Pa·s的不饱和聚酯，添加适量的催化剂（室温固化选用过氧化甲乙酮，加热固化则选用过氧化苯甲酰），混合3～5min后均匀加入装有预成型坯件的型腔内。

⑦旋转使不饱和聚酯胶液浸渍并固化15～20min。

⑧制品充分固化后再冷却脱模，取出制品，整个成型周期约45～60min。

⑨制品置于120～160℃下热处理6～24h。

⑩清理模具，备好进行下一次旋转成型。

3）旋转成型制品玻璃纤维含量为30%（质量分数），纤维长度为25mm，其制品性能如下：

拉伸强度为70～80MPa；拉伸模量为5500～7000MPa；弯曲强度为150～200MPa；弯曲模量为8000～12000MPa。

如果采用100mm长的玻璃纤维，玻璃纤维含量达40%（质量分数），所制备的成型制品力学性能更好，其拉伸强度可达250MPa。

4）预成型的主要优点如下：

①采用长25mm以上的玻璃纤维，纤维含量可提高40%～50%（质量分数），纤维分布均匀，无取向性，制品性能可与喷涂成型和手糊成型制品相媲美。

②可成型大型和形状复杂的制品。

③生产环境良好，劳动强度偏低，工作场所无有害气体和玻璃纤维飞扬。

④制品可采用加热固化，缩短其成型周期。

⑤旋转模塑成型的中空制品、大型容器等力学性能和尺寸稳定性均好于吹塑制品，可用作承力结构件。