Състояние на развитието и напредък в изследванията на технологията за обработка на пластмасови формовъчни машини

Технологията за обработка на пластмасови формовъчни машини претърпява дълбока трансформация от традиционни процеси към интелигентни, зелени и високопрецизни посоки. Следният анализ е проведен от три измерения: технологично състояние, авангарден напредък и основни предизвикателства:

1. Текущо състояние на технологичното развитие

1. Непрекъсната оптимизация на традиционната технология за формоване

Шприцване: като се произвеждат над 35% от обема на преработката на пластмаси, оборудването се развива към висока скорост и прецизност. Например, интелигентната машина за шприцване Ижими UN160A6 постига динамична оптимизация на параметрите на процеса чрез МЕС система, с процент на квалификация на продукта над 99%. Технологията за шприцване с газово подпомагане (като например шприцването на брони на БМВ) може да намали силата на заключване на матрицата с 40% и разхода на материал с 15%-20%.

Екструзионно формоване: Технологията за реакционно екструдиране реализира интеграцията на полимеризацията и формоването, като например производствената линия за непрекъсната полимеризация на екструдиране ДюПонт Найлон 6, което увеличава производствения капацитет с 30%. Прецизната екструзия може да контролира толеранса на диаметъра на тръбата в рамките на ± 0,05 мм чрез затворен контур за обратна връзка.

Формоване с раздувка: Технологията за триизмерно екструдиране с отрицателно налягане (като двуслойна екструзия Кулус) може да произвежда контейнери със сложна структура, а формоването с раздувка прави ПЕТ бутилките устойчиви на вътрешно налягане до 3,5 МПа.

2. Цялостно проникване на интелигентното производство

Взаимосвързване на устройствата: Интернет на нещата сензорите събират над 300 параметъра в реално време, намалявайки необичайното време за реакция от часове на 90 секунди. Например, определена производствена линия за автомобилни части постига сътрудничество между машини за шприцване, роботизирани ръце и оборудване за контрол на качеството чрез 5G мрежи, намалявайки консумацията на енергия с 15%.

Задвижвано от изкуствен интелект: Моделите за машинно обучение предвиждат оптималните параметри на инжектиране, намалявайки броя на пробните форми с 60%; Визуалният алгоритъм разпознава заваръчни линии с дебелина 0,02 мм с точност от 99,7%. Интелигентната процесна система Ижими е приложена в предприятия като Мидеа и Хайсенс, с 40% увеличение на ефективността на отстраняване на грешки в процеса.

Дигитален близнак: Оптимизиране на графика за виртуална производствена линия, намалявайки времето за смяна на матрицата с 23%. Определена компания за домакински уреди подобри стабилността на продукта с 50% чрез динамично компенсиране на промените в температурата и влажността на околната среда.

3. Пробив в технологиите за зелено производство

Биобазирана обработка на пластмаси: Биопластмасите БХ, получени чрез технология за смесено микромащабно съвместно сглобяване на биомаса (като памучни влакна + цветен прашец), имат якост на опън от 52,22 МПа, могат да се обработват с вода и се разграждат напълно в рамките на 6 месеца. Проблемът с лошата пластификация (като например неразтопени частици, причинени от неправилен контрол на температурата) обаче все още трябва да бъде решен чрез оптимизация на шнека (като например добавяне на смесителни секции).

Рециклиране: Технологията за обработка с микровълново лъчение постига деполимеризация и регенериране на отпадъчни пластмаси. Светлинно втвърдяващата се 3D печатаща смола, разработена от университета Джъдзян, може да се рециклира безкрайно, а степента на запазване на механичните характеристики след рециклиране надхвърля 90%. Въпреки това, разходите за сортиране на пластмаси след потребление са високи, като само 12% в момента постигат ефективно рециклиране.

2. Напредък в граничните изследвания

1. Технология за обработка в екстремни мащаби

Ултратънко формоване: Технологията за многоетапно периодично разтягане (САМИС), разработена от екипа на Фу Цянг в университета в Съчуан, намалява дебелината на полиетиленовото фолио до 12 нанометра (теоретична граница), със съотношение дължина към дебелина от 10^7 и якост на опън от 113,9 Среден успех/(g/см³), която се прилага за поддържащи материали за запалване на ядрения синтез.

Микропоресто разпенване: МуСел™. Процесът образува микропореста структура с диаметър 10-100 μm в поликарбоната, намалявайки теглото с 30%, като същевременно запазва удароустойчивостта. Използван е в интериора на Тесла Модел 3.

2. Иновации в новите процеси на формоване

Обработка на пластмаси с вода: Технологията за фазово разделяне с водно посредничество, разработена от екипа на университета Донгхуа, позволява обратимо преобразуване на пластмасите между ниско хидратирано състояние (стъклено състояние, σ b = 211,2 МПа) и високо хидратирано състояние (тестообразно състояние, преоформено при стайна температура), преодолявайки температурните ограничения на традиционната обработка на пластмаси.

Ултравиолетово втвърдяващ се 3D печат: Екип, ръководен от Сие Тао от университета Джъдзян, откри фото-клик реакцията, базирана на тиол алдехид, и разработи рециклируема Ултравиолетово втвърдяваща се смола с якост на опън до 150 МПа, решавайки проблема с нерециклируемостта на традиционните 3D материали за печат.

3. Формиране на функционални материали

Обработка на КОК с оптичен клас: Циклоолефиновият съполимер (КОК) се произвежда чрез прецизно шприцоване (контрол на температурата на матрицата ± 0,1 ℃), за да се получат оптични лещи с пропускливост от 91% -93% и мътност <0,1%. Той е заменил някои стъкла за модули на камери на мобилни телефони.

Интелигентен реагиращ материал: Термохромният полиимиден филм се формира чрез валцоване, намалявайки пропускливостта му от 85% на 15% при 60 ℃ и се използва за енергоспестяващи прозорци в интелигентни сгради.

3. Основни предизвикателства и бъдещи насоки

1. Ключови технически пречки

Обработка на биопластмаси: PLA и други материали трябва да се обработват при 170-230 ℃, което е склонно към окисление и разграждане и изисква добавяне на 0,3% -0,5% антиоксиданти (като ИргаНОкс 1010). Дефектите на продукта, причинени от лоша пластификация (като грапавост на повърхността 7,94 μm), все още трябва да бъдат отстранени чрез оптимизиране на комбинацията от шнекове (като добавяне на бариерни сегменти).

Микро наноформиране: Точността на репликация на наномащабни структури (като 50nm решетки) се влияе от еластичността на стопилката и скоростта на срязване трябва да се контролира над 10^4 s^-1, за да се намали еластичното възстановяване.

Кръгова икономика: Ниска ефективност на сортирането на пластмаса след потребление (ръчното сортиране струва $0,8/кг), което изисква разработването на система за визуално сортиране с изкуствен интелект (точност на разпознаване 98%) и технология за химическо рециклиране (като например чистота на ПЕТ деполимеризация 99,9%).

2. Тенденции за бъдещо развитие

Интелигентна дълбока интеграция: периферните изчисления дават на оборудването възможност да взема локални решения (като например време за реакция при предсказуема поддръжка <1 секунда), а блокчейн технологията позволява проследяване на суровините и готовите продукти през целия им жизнен цикъл.

Пробив в биоматериалите: Хибридната технология за съвместно сглобяване в микромащаб (като целулоза + лигнин) може да се използва за получаване на биопластмаси с якост на опън 60 МПа, а пазарният дял се очаква да достигне 15% до 2030 г.

Приложения в екстремни условия на околната среда: Технологията за шприцване с ПЕИ (полиетеримид), която може да издържи на температури над 200 ℃ (температура на формата 180 ℃, налягане на задържане 120 МПа), ще бъде разширена до прозрачни компоненти в аерокосмическата индустрия.

4. Анализ на типичния случай

1. Интелигентна фабрика за шприцване

Цифровата производствена линия, внедрена от определено предприятие за домакински уреди, постига подобрение на качеството и ефективността чрез следните технологии:

Оборудване: 48 камери, свързани с воден капак, високоскоростна производствена единица (цикъл 2,7 секунди), вграден сензор за налягане (точност ± 0,1 МПа) и визуална проверка (резолюция 0,01 мм).

Системен слой: Моделите на цифрови близнаци симулират различни схеми за планиране на производството, намалявайки времето за превключване на матриците от 2 часа на 45 минути и консумацията на енергия с 15%.

Приложен слой: Алгоритъмът с изкуствен интелект анализира над 3 милиона набора от исторически данни, прогнозира оптималните параметри на инжектиране (като например колебание на температурата на стопилката ± 1 ℃) и намалява процента на дефекти от 3% на 0,5%.

2. Индустриализация на биобазирани материали

БХ Биопластмаси: Материал, приготвен чрез съчетаване на памучни влакна (30%) с поленови обвивки, с якост на опън 52,22 МПа. Може да се обработва и формова във вода при 25 ℃, със степен на разграждане на почвата от 100% след 6 месеца, но производствените разходи са с 20% по-високи от тези на ПП.

Обработка на PLA съдове за хранене: Необходимо е да се контролира температурата на матрицата на 50-70 ℃ и времето за охлаждане на 8-12 секунди, за да се намали деформацията. В момента само 12% от PLA продуктите в световен мащаб влизат в промишлени компостиращи съоръжения.

5. Обобщение

Технологията за обработка на пластмасови формовъчни материали е иновативна по цялата верига на приложение на оборудването за обработка на материали: молекулярният дизайн (като динамично ковалентно свързване), иновациите в процесите (като многополево свързване на формоване), модернизирането на оборудването (като магнитореологични машини за шприцване) и разширяването на приложенията (като гъвкави електронни опаковки) представляват четирите основни точки на технологичен пробив. През следващото десетилетие, с дълбоката интеграция на изкуствения интелект, биотехнологиите и производствените технологии, обработката на пластмаси ще разгърне по-голям потенциал в области като олекотяване, функционална интеграция и въглеродна неутралност. В същото време е необходимо да се преодолеят трите основни пречки: стабилност при обработката на биоматериали, точност на възпроизвеждане на микро/нано структури и разходи за кръгова икономика.