注塑加工中的节能技术

借鉴橡胶、金属和陶瓷等加工技术，塑料加工技术在近年来得到了快速发展，主要的成型加工方法有注塑成型、挤出成型、发泡成型、吹塑成型、滚塑和搪塑成型、复合成型等。中国的塑料工业是在建国后才开始发展，在改革开放后得以迅速扩展。“十一五”期间，我国塑料制品产量年均增长20.1%，产值年均增长20.06%。根据国家统计局最新数据，2016年1-11月全国塑料制品规模以上企业产量累计6989.5万吨，1-12月橡胶和塑料制品主营业务收入32360.2亿元，1-11月规模以上企业塑料加工专用设备累计产量24万多台，同比增长7.6%，呈现出强势发展状态。

注塑成型是塑料加工中重要的加工方式，工程塑料业中，80%采用了注射成型。汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业迅猛发展，推动了注塑技术水平的发展和提高。目前，我国生产的塑料机械约50%为注塑机。从美欧等主要生产国来看，注塑机的产量逐年增加，注塑成型是技术发展最快的成型方法之一。由于工艺和成本的需要，注塑机经常会处于全时段运转状态，是电能消耗大户，俗称“电老虎”。据统计，我国仅仅塑料加工的年用电需求就可完全消耗三峡电站一年的发电量，降低注塑加工的电耗已经成为工业领域节能工作的一大重点。

注塑加工的电能消耗主要有三个系统：动力驱动、料筒加热和塑料干燥加热，以上三项耗电约占注塑加工总能耗的95%以上，是节能技术研发和应用的主要方向。以某品牌一台200吨的注塑机为例，动力驱动系统装机功率18.5千瓦、料筒加热14.3千瓦、配100公斤热风干燥机加热功率6千瓦，合计38.8千瓦，若满负荷生产，年耗电约8.7万度电，换算二氧化碳排放65万吨(0.75公斤二氧化碳/度)。

下面具体阐述注塑加工节能技术发展历程，以及对新节能技术应用的预测，也可为其它成型技术和方法提供借鉴。

动力驱动系统

注塑工艺的主要流程为：锁模—射胶—保压—溶胶—冷却—开模—取件，每个阶段需要不同的压力和流量，即负载不同，耗电有所不同。

过去，注塑加工大多采用定量泵的液压系统，油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量，多余的油压通过溢流阀回流油箱，即高压节流，使油泵马达消耗更多无效的能量。在保压和冷却、取件阶段，注塑机处于静止等待状态，对流量和压力的需求几乎为零，但定量泵系统马达持续向油路中排油。由于系统底压的存在，无谓消耗更多的电量，产生电能浪费，能量损失达25%～80%。为了减少无效电耗，后来陆续出现了变频技术、变量泵技术等过渡性方式的技术。

经过10年来节能技术的发展，目前的主流技术和产品是伺服节能系统，包括液压伺服和全电动伺服。伺服系统具有节能、精准、稳定、快速响应等优异性能，性价比高，几乎所有的注塑设备制造厂主打产品均为伺服驱动节能系统，市场应用量达90%以上，个别品牌已经取消定量泵驱动的非节能性注塑机的制造。而终端的注塑工厂也通过节能技术改造的方式，逐渐完成伺服节能技术的应用，节能技术得以普遍的采纳和接受。

料筒加热系统

料筒加热系统的作用是保持原料温度在设定范围，注塑机初次开机加温阶段和高温性能塑料，对热量的需求更大，耗电更多。

料筒加热节能的技术发展历程为：普通加热圈(云母或陶瓷)、普通加热圈+节能保温套、电磁节能加热圈、红外加热节能圈、超导远红外节能加热器。

过去，采用普通加热圈的方式，外表温度高，加热效率低，能耗大，二次降温成本高，但采购成本低，配件便宜，归类为低值易耗品。随着制品的高品质要求、节能和加工成本降低要求，逐渐淘汰。

现在，虽然普通加热圈仍占据多数，但已有部分理念先进的用户开始使用节能型产品，如普通加热圈+节能保温套、电磁加热圈、红外纳米发热圈、双效节能加热器等。

各种节能型加热产品的特点比较见表1。

从上图的节能型料筒加热产品特点比较可以看出，节能新技术在不断发展、升级。

日前，国家发改委在官网(www.sdpc.gov.cn)发布了《国家重点节能低碳技术推广目录》(2016本节能部分))推荐综合性能最先进的“双效节能加热器”。

据统计，目前节能型加热产品应用率很低，不足市场的5%。由于技术成熟稳定、趋势明显，随着用户认可度的提高，有很大的发展空间和市场机会，落后、耗能的料筒加热产品将全面退出。

塑料干燥加热系统

塑料的干燥效果对于注塑产品的品质影响甚大，特别是对于一些具有特殊功能的工程塑料材料，会严重影响到产品的外观质量(如光泽度、裂纹)、性能要求(如弯曲强度、拉伸强度等)，以及塑化能力和成型效率等。注塑生产过程中，多数塑料干燥除湿是必须的工艺要求，而且持续生产全过程，电耗很大，应用数量最多的是热风干燥设备。

过去，因一次采购成本低的原因，普遍使用非节能型热风干燥设备，缺点是能耗大，加热效率低，外表面温度高，热损失大，原料易过热、易结块，安全性低，例如一台100公斤热风式干燥机，采购价最低不到5000元，但使用的电费每年高达20000元以上，差距数倍，用户仅仅关注了采购成本低，而忽略了使用过程中的高电耗，造成利润减少，企业竞争力低。

目前，节能型塑料热风干燥设备应用率很低，不足所有塑料加工制造企业总数的1%，未来的发展空间和市场机会很大。

未来五年塑料加工节能趋势预测

从动力驱动系统节能历程来看，定量泵系统逐渐发展到节能型的伺服动力系统，用户从不重视、尝试、认可、普遍应用，节能的观念逐渐加深、转变、采纳，历经10年左右，达到普及率近100%。我们预测，未来5年内，在塑料加工节能方面，将实现塑料加工全面节能，见图1和图2。主要理由如下：一方面使用节能系统的投资回报率极高(50%以上)，为企业创造纯利润;另一方面有国家国策支持，企业能拿到更多政府补贴。