绿色理念的塑料包装成型加工设备

宁波海达塑料机械有限公司 张友根

塑料包装成型加工设备的绿色技术是根据环境价值并利用现代科技的全部潜力的技术，实现包装容器减量化、资源节约化、废弃物资源化的低碳革命、低碳经济、低碳包装的可持续发展。本文从节能、环保、洁净、节材、控制、成型性能等诸方面，分析研究了绿色技术在塑料包装成型加工设备上的应用，指出绿色化是塑料包装成型加工设备的发展方向，绿色技术为塑料包装成型加工设备行业带来一场重大的革命。

一、塑料包装成型加工设备的绿色理念

根据生态环境价值并利用现代科技的全部潜力，以现代能源技术、材料技术、生物技术、污染治理技术、资源回收技术、环境监测技术、清洁生产技术、网络技术、数字技术等科学技术为指导，以先进的生态环境标准为准绳，生命周期内实现减少环境污染，减少原材料、自然资源和能源使用，实现从根本上保护生态环境、防止污染、节约资源和能源，最终达到设备生命周期对资源和能源的最大利用、环境污染和排放的最小化，实现设备与人、自然环境、社会环境的和谐关系。

二、节能降耗的创新技术

1.节能成型加工机构

围绕节能成型加工展开机构创新，创新机构又提高节能技术的水平。注塑装置、挤出机构的创新节能的重点在塑化系统，塑化系统主要包括驱动系统、加热系统、加料系统，提高能源利用率、降低能耗损失是塑化系统节能技术的研发重点。

高扭矩节能挤出机构。科倍隆有限公司展示了新一代ZSKMc18双螺杆挤出机，螺芯材料采用高科技的航天材料，比扭矩提高了3 0%达到18Nm/c m3；椭圆形的机筒热收缩衬垫改善了热传递；改进的冷却系统和加热系统，保证了温度的均匀分布；改进的机筒隔热保护。这些改进措施有效地提高了能效，提高产量3 0%，同时降低了产品的单位成本。

高性能节能挤出中空塑化机构。秦川未来责任塑料机械有限SC1500塑料中空成型机，采用高效节能“IKV”高效节能挤出结构。“IKV”结构在螺杆相同长径比条件下，其HMWPE原料的输送效率，名义比功率由常规的0.3~0.5kW/（kg/h）提高到0.6~0.85kW/（kg/h），塑化量提高50%以上，且挤出量稳定，加之合理的屏障段和混炼段设计，能获得高的塑化质量，达到降低单位能耗的效果。

高速节能瓶坯成型机构。广州一道注塑机械有限公司展出的U-PET360/96cav 瓶坯注塑机，一模96 腔，成型500ml 可乐瓶瓶坯，每个重10.88g，成型周期7s，产能最高达到49000支/h，达到了国际先进水平。获得了镶嵌式塑化料筒加热结构、主辅多顶式注塑顶模机构、直动式注射喷嘴机、双轨平衡移动机械手、双驱动双轨平衡移动机械手等多项实用新型专利。配备高质量的德国热流道不仅节约了生产原料，而且提高了产品质量，加快成型周期，提高生产效率。采用阀针式注浇口达到大流量注射，满足国际客户的高质量要求。国内独创的多工位机械手，使成品有充足的时间冷却，大大提高了成品的合格率。阀控伺服液压系统提高了系统的动态响应性能和保证了运行精度及其重复精度的稳定性，MOOG 伺服阀精确控制移模位置，低压护模位移精度可达到0.10mm，充分保证了高精度模具。小容量蓄能器稳定了注射压力，减低了噪声；大容量蓄能器提高了注射速度节约了能耗。伺服电机驱动的挤出塑化系统保证了大容量PET 塑化的质量一致性，为群腔PET 瓶坯高速高效注射成型创造了先决条件。

瓶坯模外复合节能冷却机构。宁波华美达机械制造有限公司PET瓶坯注塑机，专用高速3工位冷坯机械手，制品顶出后在机械手内继续冷却，缩短在模具内冷却时间；瓶坯在模具内成型后，外壁为水冷，内壁为风冷，放坯时，瓶坯冷却到室温；机械手驱动采用德国伦茨伺服系统。成型1 6 g瓶坯，一模4 8腔；成型周期约9 s。

2.节能成型控制系统

成型控制系统的科学设计，创新机构、成型工艺，提高成型速度，缩短成型周期，提高加工效率，达到高速节能成型加工。

高速节能成型同步平行回路。广东伊之密精密机械有限公司48A-PET瓶坯注塑机，成型系统采用塑化与注射、开合模、顶出、机械手取出等工序的同步平行回路控制系统；多工位带冷却的取坯机械手；群腔瓶坯成型模具。通过以上科学的手段，大大缩短了成型周期，达到了高速节能生产。现场展示的4 8腔PET瓶坯成型加工，周期1 2 s，每小时最大产能达到1 4 4 0 0个，达到低成本高产出。

高速节能成型控制系统。上海衔能科技有限公司针对大型注塑机的伺服多泵动力驱动系统，把注塑机特点的工艺需求融入到控制元件算法中，研发了伺服多泵多组分流与合流的控制的多模式复合控制系统，与单纯的多泵合流控制系统相比，动态响应更快、更节能、成型周期更短，把注塑机的能效发挥到最佳状态。

3.节能动力驱动系统

液电挤注复合节能驱动系统。广东伊之密精密机械有限公司、广州一道注塑机械有限公司等公司的PET瓶坯注塑机塑化注射普遍采用挤注复合塑化机构，一改以往的采用普通同轴一线式往复式螺杆塑化注射机构成型瓶坯结构。挤注复合塑化机构，交流伺服电机独立挤出塑化的注射储料，有利于大容量塑化熔融料的比容均一性，增加成型腔数，达到高速高质量高产量塑化注射。

液电复合注射及吹塑的节能系统。Jomar 公司的85S 的液电混合注射吹塑机，发挥液电独立平行回路的高速生产性能，展示了用10 腔模具成型118mlPP 瓶，生产速度达到3500 瓶/h。

全电动驱动挤吹中空成型机。BEKUM 在中空成型机领域的创新闻名世界，新一代的EBLOW-XO7 系列采用全电动驱动，模板间距为350~700mm，锁模力为7~24t，位置精度0.01mm，缩短成型加工周期15%，节能50%，噪音72dB，拥有单工位和双工位两种机型。BECKUM 公司研发的新一代拉伸包装机，由变频扭矩电机改为伺服电机，采用分散伺服技术控制机器动作，从而使调节工作得到较大简化、机器的功能得到更好的执行并且简单；伺服电机共同的直流总线式的能量分布均等，达到既节能也消除了制动阻力。铨宝工业股份有限公司PN-CSS9000 双轴拉伸全自动吹瓶机，采用全电动驱动，确保机台高速运转和精密定位，最大产能达到12000PC/h，最大吹到0.6L。Automa 公司的全电动连续挤出往复式吹塑机ApexAT4800D，锁模力为10t，最多可达到6 腔成型，干循环周期为6s。

全电动驱动注吹设备。MBM Maschinenbau Muhldorf GmbH 公司的低二代全电动注吹设备Unimax 50FE-EcoSpeed，锁模力为50t，适应于加工多种材料，相对上一代设备，能效提高20%。洁净化设计，使其适于生产药品、化妆品、个人护理品的包装瓶。

三、清洁成型加工技术

清洁成型加工设备是现代生产过程的一种新的、创造性的思维方式，给包装塑机的发展将带来一场重大的革命，改变一个原有行业的面貌。清洁生产意味着对生产过程、产品和服务持续运用整体预防的环境战略，以期增加生态效率并降低人类和环境的风险。

清洁成型加工设备就是把设备在成型加工过程中对环境的污染及交叉污染降到不断发展的技术标准上；根据设备成型加工的不同对象的清洁度要求，采用不同的洁净度标准。

食品、饮料、医疗塑料制品对洁净度有很高的要求，成型设备应符合清洁、卫生要求，防止对产品产生污染及交叉污染，达到净房生产标准。洁净医疗塑料制品成型设备必须达到美国US联邦标准2 0 9 E和国际通用标准EN ISO 14644-1的要求，符合GMP认证标准要求。食品、饮料塑料包装制品注塑成型设备应符合《食品用包装、容器、工具等制品生产许可通则》、《食品用塑料包装、容器、工具等制品生产许可审查细则》及相关标准等的具体要求。

1.绿色节能加热系统

传统的电阻丝加热加热效率仅为4 0%～6 0%，其余的能量以辐射的形式浪费到环境中去，不但浪费能量，而且恶化周围工作环境，造成环境污染。绿色节能加热系统在展示设备中得到推广应用。

电磁感应加热系统。加热效率能够达到9 0%，降低C O2的排放量，是清洁的节能加热系统。机筒表面的温度在5 0℃以下，人体完全可以触摸；避免传统电阻发热圈加热方式辐射到空气中的能量，可显著降低环境温度。完全避免传统加热方式带来的因表面高温而造成的烧伤、烫伤事故发生；更杜绝了因表面高温引燃附作物发生不安全事故。由于表面温度低，它不会烧焦吸附在它表面的异物：如塑料颗粒、油污、灰尘等，不会产生有害气体，改善了车间的空气环境，保证了设备及员工的安全。neXtheat采用电磁感应加热技术，将加热部分的装机功率降低5 0%左右，通过对现有设备进行改造，升温时间缩短为原来一半，温度控制精确到±1°，产能提高至少5%，废品率降低至少在1 0%以上，对注塑工艺（降低注塑压力，提高速度，提高熔体质量）有很大提升，从而促进产业升级。青岛福润德挤出技术有限公司单螺杆挤出机、广东伊之密精密机械有限公司P E T瓶坯注塑机、广东伊之密精密机械有限公司等采用电磁感应加热系统，提高设备绿色成型加工水平，塑化节电率达3 0~5 0%。

纳米红外节能加热系统。广州能之原节能技术有限公司纳米红外节能加热圈。纳米红外节能加热圈采用高分子纳米发热合金，加热圈表面经高分子远红外材料做特殊处理后，能够产生特定波长红外线，传热过程热损耗小，传热效率在9 9%以上，并有效提升加热速度；加热圈的表面温度仅为5 0~7 0℃，对环境温度影响小，且能有效的降低工作车间的室温5~1 0℃；升温速度比传统电热圈快2 0%以上；节能率高达3 0%~8 0%。纳米红外节能电热圈无任何外接设备，可做到传统加热圈的内径一样、宽度一致、段数一致、功率一致，直接用于取代传统的加热圈。

高效率微波加热系统。Krones公司拉伸吹塑瓶坯加热箱，采用微波加热系统取代常规的红外线灯管加热系统，达到更加节能，并且系统不受瓶坯的颜色、初始温度、材料组成型式等的影响，提高了加热效率和加热的灵活性。

2.清洁润滑副

润滑副污染一直是塑机运动副对环境污染的防治重点，主要采取三种方式：改变润滑副方式；减少润滑副；智能控制润滑系统。

宁波华美达机械制造有限公司M8-S高性能伺服节能注塑机，锁模机铰部分的钢套和铜套全部采用免润滑的石墨镶崁的复合套，润滑系统采用点对点的智能控制定量润滑，减少了润滑对环境的污染。PET瓶坯注塑机合模机构采用全液压，无需橡传统机铰合模机构另加润滑系统，二板运动采用高刚度直线导轨移动副，提高了工作环境的洁净度，减少了对制品的污染点。

3.清洁介质

介质是塑料成型机构不可缺少的流体。介质清洁化、洁净化是成就绿色成型环境不可缺少的技术措施。

德马格最新电脑技术的NC5控制器的Systec 160-600注塑机，智能化配备全电动直接驱动系统（DD）用于锁模单元和注射单元的主轴驱动，使用特定的低惯性和空气冷却驱动，为洁净室或高度清洁环境下推荐。

台湾晏邦的高温水式模具控温机，是一个节能环保产品。藉由压力原理，使水的温度从1 4 0℃提升到1 7 0℃，并且超高温水不会汽化，没有像普通的高油温模具那样油气产生造成污染，提供了一个良好的环境空间。智能控制模温精度达±0.1℃、误差0.3℃。

苏州纬吉精机有限公司WMCH系列水循环急冷急热模具温度控制系统，具备热水回收功能，能够有效回收热水能量，节水省电；并可用于洁净室注塑。OTH模具油温控制系统，采用多段加热的特殊设计，可避免在传热油时发生氧化，不产生对环境的污染。

四、智能化技术推动绿色技术的发展

1.智能视觉技术的应用及研发

视觉技术是实现类似人类视觉（眼睛+视觉神经中枢+视觉神经细胞）的功能，机器视觉是实现真正意义的智能化检测和重要的质量控制技术。视觉系统由镜头，像机和控制器构成的机器视觉替代人工，根据物体在一定环境下得到的画面进行尺寸，缺陷，种类，匹配，文字等各种参数的测量和判别，在捕获图像之后，视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较，以做出分析。作为高精度、非接触的测量系统，视觉系统涉及到视觉、光学和图像处理，机器视觉与运动控制、智能通信等先进技术的结合正在推动着工业自动化生产的面貌的提升，视觉技术与成型加工相结合，成为实现智能化不可缺少的技术。

Amcor公司红外视觉在线检测系统，不仅可以检测挤吹成型瓶子内外部的尺寸变化和污染情况，甚至还可以检查出瓶壁中的污染物。

2.智能感测技术的应用及研发

感测（sensing）技术是智能化控制系统的重要组成部分。如果没有先进的感测技术，一切准确的测试与控制都将无法实现，即使最现代化的电子计算机，没有准确的信息（或转换可靠的数据），不失真的输入，也将无法充分发挥其应有的作用。

感测系统包括传感器、变送器。传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换。变送器把传感器的直接输出进行放大及电平搬移以得到所需的电压输出范围，以供给二次仪表进行测量、指示和过程调节。

近年来，塑料机械感测技术得到长足的发展。塑化挤出专用的高温熔体压力传感器，隔离结构零点满度可调节多种放大信号输出，自校准良好的稳定性和抗干扰能力量程，将压力转换为无干扰的放大信号，直接输入上位机控制系统。深圳市贝斯特宁科技有限公司，采用世界领先的纳米级化工导电材料及贵金属耐磨新材料科学组合，制造出高精密、高线性度、长寿命（耐磨寿命一亿次）的电子尺。

感测元件的合理选用。感测元件的种类及品种繁多，原理也各式各样。根据测量对象的要求，恰当地选择测量精度和范围。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。

3.智能化能源检测系统

布鲁克纳公司在BOPET、BOPP薄膜拉伸线上，特殊设计“能源监控系统”，优化包装流延膜温度控制，在降低原材料成本和薄膜厚度上达到精确的控制，达到既提高制品质量又降低能耗和成本的效果。

4.智能化质量控制系统

Aqr Intemational 公司的智能质量控制和成型工艺检测系统，OptiCheck 成品瓶/ 密封表面单元能够通过照相机成像系统监控瓶子的完好性程度和密封性能，确保产品符合质量要求。

五、网络化技术的发展及应用的分析研究

网络化控制系统是综合自动化技术发展的必然趋势，是控制技术、计算机技术和通信技术相结合的产物。随着计算机技术和网络通信技术的不断发展，工业控制系统也发生了巨大的技术变革，网络化控制系统（Networked Control System，NCS）是在控制系统中引入了计算机网络，从而使得众多的传感器、执行器、控制器等主要功能部件能够通过网络相连接，相关的信号和数据通过通信网络进行传输和交换，避免了点对点专线的铺设，而且可以实现资源共享、远程操作和控制，增加了系统的灵活性和可靠性。

1.无线通讯技术体系的应用及研发

无线通讯技术是网络化的基础技术。有线信号传输系统往往稳定性不足，特别在运动部位，使用一段时间后，屏蔽层发生破损，连接处易出故障。无线通讯技术不但节省了传感器和接收器之间的大量信号线，也为灵活配置控制系统提高了方便，同时有利于清洁生产。无线信号传输技术是一种无磨损的数据信号传输技术，具有降低维修费用、提高可靠性。

实时通讯技术的应用及研发。实时的含义是对一个给定的应用，保证在确定的时间内对信号做出回答。随着设备智能化的发展，对传感器和执行设备之间的数据交换，系统对响应时间的实时性要求更为苛刻，传统的现场总线越来越表现出了其本身的局限性，实时通讯技术（Real Time Communication）显得更为重要。

工业化的蓝牙技术。蓝牙技术为工业应用领域提供了一种抗干扰的数据通讯方式，一种短距离无线网络的连接方式。意大利Weidmuller 公司基于蓝牙技术的传感器—接收器的SAI无线通讯模块，内部评判分析单元，可以把传感器检测到的数据发送给上一级主控系统，保证了相关的运行工序的位置正确性，有96 个无线输入和输出端，能够与6 个子工作组进行无线通讯，发射功率可以无极调节，通讯距离为50m，安全变化等级达到IP67，并能实现即插即用、与多种不同系统很好的耦合，在不使用在线耦合器的条件下集成到Profibus D 现场总线系统中。

德国倍福自动化有限公司的EtherCAT 实时工业以太网技术，突破了传统现场总线系统的瓶颈，设立了新的技术标准：由于采用了以太网和互连网技术，EtherCAT 可在30μs 内处理1000 个数字量I/O，网络规模几乎无限，可高效集成。通过EtherCAT，高成本的以太网星形拓扑结构可以用简单的总线形或树形结构代替，且无需昂贵的专用组件。其它实时以太网方法则需要专用主站或其它硬件，EtherCAT 则可以通过非常经济有效的标准以太网卡（NIC）进行管理。EL3403 测量模块具备完整的电网分析和能源管理功能，通过测量电网中所有相关的电气数据及计算每相的有功功率和能量消耗、视在功率S、无功功率Q、频率F 等数据，对生产过程能耗进行优化，降低能耗，从而降低了生产成本，也使得整个生产过程更为环保。

2.网络化生产管理系统的技术体系

随着计算机技术和网络通信技术的不断发展，工业控制系统也发生了巨大的技术变革。网络化集成控制技术把现场总线、工业以太网、工业无线网、企业局域网、互联网同现代控制设备（包括工业PC、可编程序控制器PLC、人机界面HMI、输入输出模块、交换机、网关、通信接口、伺服控制电机等）结合，形成基于通信与控制紧密融合、多种网络协议合理组合、有线与无线相互衔接、管理与控制一体化的控制系统。

现场总线控制系统将工业现场具有通信特点的智能化仪器仪表、PLC控制器、执行机构等现场设备和通信设备连接成网络系统，通过网络实现现场设备之间由模拟量交换变为可靠的数据交换。整个过程都由一台计算机完成，控制器与控制器、控制器与上位机（操作员站或工程师站）之间建立了计算机控制网络，使得操作员在上位机中能够对被控系统的实时运行状态进行监控，某个控制回路的控制策略的设计也可以在上位机中组态完成，通过控制网络下载到对应的控制器中实时运行，大大提高了控制系统的可靠性，并实现了集中管理和分散控制。其主要优点表现在：1）一对传输线将传感器、变送器和执行器等现场设备互联起来，可靠性、实时性和灵活性等方面具有突出的优良性能，数字化的数据传输使系统具有很高的传输速度和抗干扰能力，使信号传输更为准确、稳定；2）开放式的互联，既可以同层网络互联，也可以通过网络互联设备与车间甚至整个企业的控制级和信息级网络互联，共享资源，统一调度；3）能处理大量数据信息，实时显示和记录机组所有参数的运行状况，监控生产过程。广东金明塑胶设备有限公司2SPZADV一1的双工位五层共挤塑料中空成型机，采用了奥地利贝加莱公司的现场总线技术，集合了温度控制、熔体压力、熔体温度控制、挤出速度控制、动作逻辑控制、故障报警、系统操作的密码锁定及高达1 0 0点的型坯壁厚自动控制装置，信息以图文和图表方式表示，及时报警并提供故障报告，实施现场智能化的精确控制、监测以及远程参数化，同时可以储存不同制品的加工工艺参数，方便操作，提高了企业管理水平。

六、再制造技术

再制造工程是落实“循环经济”的重要举措，是循环经济的高级形式。无论在设备投资还是在能源和原材料消耗上，再制造都意味着巨大节省。再制造技术包括：虚拟再制造；柔性再制造；网络化再制造；快速响应再制造；快速再制造成形系统；信息化再制造。

每种设备运行中，不可避免都有一些易损金属零件。习惯的做法是易损件一次寿命法，即易损件达到使用寿命，用新的零件更换。在技术设计中也没有考虑易损如何实现二次使用寿命，甚至三次使用寿命，以及废弃后的回收技术。

在对设备进行最初设计时，设计人员必须考虑设计的每一个模块、零件，如何使其在正常的使用寿命结束后能够更容易地进入再制造环节，恢复、改造或提升其使用寿命，实现第二次使用寿命循环。

积极开展再制造设计技术、废旧零部件与再制造零部件的剩余寿命预测技术、再制造质量控制与检测技术、再制造数字化成形平台关键技术、纳米表面工程技术、逆向物流及供应链技术、废旧产品先进高效拆解与回收利用技术研究，促进循环经济的发展。

七、结语

绿色成型加工设备是包装塑机的发展方向。高新技术必须是“绿色”，也能够是“绿色”。随着技术进步和社会发展，绿色技术的内涵与外延也在不断地动态变化和发展。特别是由于人们对环境的价值观不断进步，而以之为价值基础的绿色技术也随之而变。研发新设备、新技术、新工艺、新材料，必须以“绿色”为主题，进行创新创造。