滾塑成型(rotational molding或rotomolding)，亦稱旋轉(zhuǎn)成型(RM)，滾塑工業(yè)是相對(duì)年輕的工業(yè)，最早起始于20世紀(jì)50年代末PVC(聚氯乙烯)糊塑料滾塑成型，目前全世界已有相當(dāng)數(shù)量的滾塑加工廠，是一個(gè)已幾乎進(jìn)入所有應(yīng)用領(lǐng)域的塑料工業(yè)中的一個(gè)小分支工業(yè)，是充滿生氣和社會(huì)需求增長速率高于塑料工業(yè)總體平均增長率的新興工業(yè)。

1、滾塑工業(yè)概況

滾塑工藝一般用于成型其他塑料加工成型方法無法成型的形狀復(fù)雜的中空制品，設(shè)計(jì)自由度大，無熔合縫，可成型大規(guī)格制品，包括從簡單的儲(chǔ)存罐到先進(jìn)、的汽車、醫(yī)療和航空航天部件。最終制品規(guī)格小者可小至兒童玩具頭部，大者可大到容量高達(dá)22000加侖(80000L)的特大型儲(chǔ)罐。具體為從家用箱桶到工業(yè)容器，從小型球形器皿到耐高腐蝕性材料桶罐；包裝用化工容器，其他工業(yè)運(yùn)輸設(shè)施殼體，軟化水槽和運(yùn)輸箱；兒童玩具部件；顯示數(shù)字；高爾夫球車、足球、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)比賽等體育設(shè)施，真空吸塵器、除塵器和除草器殼體；交通路障欄；顯示器罩；船身等。

滾塑成型能生產(chǎn)壁厚非常均勻的部件，特別適用于成型其他塑料加工方法不可能成型的表面積大、厚度均勻的平滑表面制品，成型時(shí)液體狀和粉料狀塑料容易進(jìn)入旋轉(zhuǎn)模具中的拐角和深處，然后通過模具壁傳導(dǎo)的熱量熔融。小規(guī)模生產(chǎn)大規(guī)格制品具有較高的性價(jià)比，成型過程中，模具不受壓力的影響，因此可以選用價(jià)格相對(duì)便宜的薄金屬板制造模具，也可以用輕質(zhì)鑄鋁和電鑄鎳制造，都是質(zhì)輕和成本低的材料。大型滾塑設(shè)備用價(jià)格不貴的燃?xì)馊紵驘釟饧訜釥t，旋轉(zhuǎn)設(shè)備質(zhì)輕，因此經(jīng)濟(jì)上有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。22000加侖的更大儲(chǔ)罐壁厚達(dá)1.5英寸 (38mm)。用去2.4t(5300磅)交聯(lián)聚乙烯(XLPE)。整個(gè)生產(chǎn)過程需要3次充模，次充料約1.5t，第二次約0.45t，第三次約0.45t。

然而，滾塑工業(yè)仍處于發(fā)展時(shí)期，其生產(chǎn)工藝看起來簡單和低端的終端市場(chǎng)通常導(dǎo)致人們對(duì)它有些不夠重視?，F(xiàn)在塑料市場(chǎng)趨勢(shì)往往是要求生產(chǎn)一體化部件和縮短成型周期以及總生產(chǎn)數(shù)量少，因而提高了人們對(duì)滾塑成型的關(guān)注，重要的是這種市場(chǎng)關(guān)注吸引了大型樹脂材料供應(yīng)商的注意，并加強(qiáng)開發(fā)滾塑用材料，這是滾塑工業(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(shí)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(shí)長時(shí)間加熱對(duì)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(dòng)性的一般指標(biāo)是熔體熔體流動(dòng)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)豐富的寧安滾塑制品要求材料有較高的熔體流動(dòng)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(cè)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(píng)價(jià)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(dòng)性樹脂，如尼龍，成型時(shí)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(gè)主要原因：(1)許多工程材料在被磨碎成流動(dòng)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(jià)格較貴，而市場(chǎng)需求低又抑制和阻礙對(duì)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(huì)(SPE)主辦的2005年美國滾塑會(huì)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(bào)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(shì)，因此一直在滾塑制品市場(chǎng)中，占主導(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(hào)，零剪切熔體粘度低，成型時(shí)間(周期)短，推動(dòng)和促進(jìn)了滾塑工業(yè)進(jìn)展。

3、滾塑制品和市場(chǎng)

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(chǎng)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(chǎng)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??；(3)模具價(jià)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(shí)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(shí)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(shí)需要多個(gè)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)用量更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(shí)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(shí)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種方法中更高的。

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(huì)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)更大的地區(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(bào)道不多，英國Bristol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(bào)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(chǎng)》，報(bào)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，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。歐洲其他滾塑用塑料用量按大小依次為：法國13%，德國11%，比利時(shí)6%，西班牙5%，斯堪的納維亞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(chǎng)

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(chǎng)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(bào)告中分析指出，歐洲市場(chǎng)中英國鼓勵(lì)小批量生產(chǎn)大型儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)和斯堪的那維亞分別占有歐洲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(gè)有規(guī)模的市場(chǎng)，西班牙則是個(gè)制品設(shè)計(jì)活躍的，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(shí)。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)用罐是意大利用量更大的滾塑制品，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(huì)(ARMO)上，P.Nugent提出了許多未來滾塑產(chǎn)品發(fā)展機(jī)會(huì)和應(yīng)用領(lǐng)域，有水儲(chǔ)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(gè)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(gè)階段，以滾塑制品用量更大的儲(chǔ)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(dòng)向，北美和西歐的儲(chǔ)罐應(yīng)用已接近成熟期，而澳大利亞、非洲和亞洲等和地區(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(chǔ)罐系統(tǒng)上有較大市場(chǎng)增長發(fā)展空間。

4、結(jié)語

滾塑成型是塑料加工工藝中歷史相對(duì)短、目前總體規(guī)模小的加工成型方法，滾塑工業(yè)已成為塑料工業(yè)中有活力的分支工業(yè)?，F(xiàn)在滾塑成型用塑料用量占世界塑料總用量的0.7%左右，總量約1000kt，經(jīng)濟(jì)和成本仍是其發(fā)展制約因素，滾塑成型加工方法特點(diǎn)限制了可用塑料(樹脂及樹脂配混料)種類和范圍。聚乙烯一直主導(dǎo)和控制滾塑用原料市場(chǎng)，占有份額高達(dá)95%左右。

滾塑成型適于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和大型中空容器類制品，與其他中空成型方法比，具有設(shè)計(jì)自由度大、最終制品壁厚均勻、拐角厚度大和殘余應(yīng)力小、模具成本低、容易切換和制作快等優(yōu)點(diǎn)，是多品種、小批量生產(chǎn)加工方法的更佳選擇。各種罐、桶是滾塑成型用量更大的最終制品。在汽車和其他工業(yè)上應(yīng)用處于起步階段，以聚乙烯為原料的清潔飲用水儲(chǔ)罐應(yīng)用前景看好。

歐美和日本應(yīng)用結(jié)構(gòu)不全相同，北美和西歐滾塑成型和應(yīng)用處于領(lǐng)先地位，亞洲、非洲和東歐等地有巨大潛在市場(chǎng)空間。預(yù)計(jì)通過優(yōu)化最終制品設(shè)計(jì)，開發(fā)新應(yīng)用領(lǐng)域和利用滾塑成型設(shè)備的進(jìn)展，設(shè)計(jì)自由度大的滾塑成型制品將進(jìn)入更多應(yīng)用行業(yè)，滿足市場(chǎng)需求。