滚塑成型的原料和市场动向

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滚塑工业发展和适用范围
$ `  j5 ?) u% ?- n9 |滚塑成型（rotational molding 或rotomolding）亦称旋转模型（RM）、旋转成型、回转成型等，被认为是大型桶罐等中空成型制品的特殊成型方法，滚塑工业相对年轻，最早起始于20世纪50年代末PVC（聚氯乙烯）糊塑料滚塑成型，目前全世界已有相当数量的滚塑加工厂，其设备与工艺日趋完善，是一个已几乎进入所有应用领域的塑料工业中的一个小分支工业，但却是充满生气和需求增长速率高于塑料工业总体平均增长率的新兴工业。一般用于成型其他塑料加工成型方法无法成型的、形状复杂的中空制品，设计自由度大，无熔接缝，可成型大规格制品，包括从简单的储罐到先进、高档的汽车、医疗和航空航天部件。最终制品规格可小至儿童玩具头部到容量高达22000加仑（80000Ｌ）的特大型储罐。
. x. I7 c2 W3 i: t/ |滚塑制品从家用箱桶到工业容器；从小型球形器皿到汽车塑料部件直至庞大的工程塑料制品，特别是超大型及非标准、异型中空塑料制品，如耐高腐蚀性材料桶罐；包装用化工容器，其他工业运输设施壳体，软化水槽和运输箱；儿童玩具部件；数字显示器；高尔夫球车、足球、运动场和运动比赛等体育设施；安全帽；真空吸尘器、除尘器和除草器壳体；交通路障栏；显示器罩；船身等。
% d0 U' w+ A" U3 s- h然而，相对于其他塑料加工，滚塑工业仍处于发展时期，其生产工艺看起来简单和终端市场的相对低端通常导致人们对它有些不够重视。现在塑料市场的发展趋势往往是要求生产一体化部件、缩短成型周期和减少加工步骤，以及生产总数量少、形状复杂的制品。这样，滚塑成型逐渐引起了人们的关注。重要的是这种市场观吸引了大型树脂生产厂的注意，并加强开发易成型滚塑用树脂牌号，这是拉动滚塑工业未来进一步发展的关键因素。
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滚塑成型用树脂和配混料
, t; Z* y& k) T滚塑原料要求
% E% U2 @+ f) w为满足滚塑成型工艺和加工产品性能，原料必须满足以下性能要求：热稳定性，良好的熔体流动性，一定的冲击强度，耐环境应力开裂（ESCR）高，综合机械性能好，传热良好。为确保顺利进行滚塑成型和达到制品应用要求的机械强度，并有良好的外观，其中ESCR是十分重要的指标，是制品长期耐用性的关键指标之一，以用量最大的聚乙烯滚塑料为例，ESCR一般应大于1000h。显然，树脂流动性是滚塑成型能否顺利进行加工的性能指标和“通行证”， 流动良好，才能成型大型和结构复杂的最终制品和部件，也是影响成品表面质量的重要因素。以目前工业最常用的聚乙烯为例，一般MFR（熔体流动速率）范围为2~8g/10min(2.16 kg, 190℃) 。
7 a" C8 |' D8 t; Q为便于传热和快速熔融，大部分滚塑成型树脂和配混料是粉料，粒子尺寸35目（74~2000um），滚塑原料另一种状态是液体，一些高流动性树脂，如尼龙，成型时要用小粒料。
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聚乙烯是最主要的滚塑树脂
* {' h0 w, _& j! _所有适用于塑料加工的聚合物中，符合滚塑成型要求的品种都有限，有以下两个主要原因：（1）许多工程塑料或力学性能好的树脂在被磨碎成流动性好的粉料后，不能再象滚塑成型时没有压力条件下重新成型为均一固体；（2）与作为滚塑基准材料的聚乙烯比，一些其他专用原料最初往往由于价格较贵，而市场需求量又不大，抑制和阻碍了生产厂对其进一步的开发积极性。
$ q# n; b; N% M% q* A: h聚乙烯（PE）是世界最主要和用量占绝对主导地位的滚塑用树脂，按用量大小依次排序的滚塑树脂为：聚乙烯（LDPE、LLDPE、HDPE、XLPE、mLLDPE、EVA）95%；聚氯乙烯3%；尼龙（尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙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，还有一些在近30年中已成功滚塑成型的聚合物和少量用于特种应用的聚合物有：聚甲醛、丙烯酸树脂、苯乙烯/丁二烯/丙烯腈共聚物（ABS）、纤维素树脂、环氧树脂、离子型聚合物、酚醛树脂、聚丁烯、聚酯、聚酯弹性体、聚苯乙烯、抗冲聚苯乙烯、聚氨酯、有机硅聚合物。
聚乙烯具有容易滚塑成型、良好的热稳定性和成本低等综合优势，因此一直主导和控制着滚塑制品市场。其中以线型低密度聚乙烯（LLDPE）需求量最大，这种α- 烯烃聚乙烯共聚物，ESCR高，密度和其他性能可调范围宽，生产厂家多，并有比其他PE生产成本低的优势，特别是最近聚合采用单中心催化剂，有助于进一步开发和推出适用于滚塑成型、容易加工和刚性高等综合性能优良的聚乙烯（茂金属聚乙烯，mPE）牌号，零剪切熔体粘度低，成型时间（周期）短，为滚塑工业发展提供了新的可能和机会。
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滚塑工业发展预测和动向
  W% A/ k  O: |9 u+ A未来市场预计
未见到关于世界滚塑工业总体未来发展和增长的具体报道，2006年AMI咨询公司曾预计未来几年欧洲滚塑工业平均增长率为4.1%。据新的信息，2006年欧洲滚塑工业虽面临市场全球化和上涨的原材料价格影响经济效益的压力和挑战，实际上滚塑工业仍取得良好的业绩， 比上一年总量增长约10%，许多滚塑加工厂正在安装新装置，通过采用先进工艺控制系统来提高滚塑制品的质量和降低成本。滚塑部件在汽车上现有和新的应用继续强劲增长， 建筑工业复苏拉动建筑业、机动车和设备需求，设备壳体、机动车功能部件和油箱需求以年均10%~15%幅度递增，在器具、器械上应用增长率更快，年增长率可达15%~18%。
. g: Q  V+ S8 T: j) V! m( C: I2006年9月在柏林举行的滚塑企业联合会（ARMO）上，P.Nugent提出了许多未来滚塑产品发展机会和应用领域，代表性的为水储罐、废水处理设施、雨棚、食品生产和运输相关部件。另外，取代木质托盘也被认为是一个新的重要应用领域。滚塑制品可回收性好，因此滚塑工业是“绿色行业”，无发展的后顾之忧。
大多数工业制品应用都分为初期进入期、成长期、成熟期和衰退期几个阶段，图1以滚塑制品用量最大的储存用桶罐，和被认为是未来主要发展方向的滚塑工业应用为例，看世界各地区滚塑的未来前景和动向，北美和西欧的储罐应用已接近成熟期，而澳大利亚、非洲和亚洲等国家和地区则是处于成长期或刚进入成长期。而关于滚塑成型工业应用部件，北美和西欧才进入成长期，亚洲等其他地区均处于初期进入期，分析家认为预计未来滚塑制品在清洁饮用水储罐系统上有较大的市场增长发展空间。
1 A: L- G' _6 F总体上看，美国和欧洲、澳洲市场相对成熟，但新产品和新技术仍为滚塑工业带来新的增长机会，新设备产品质量高，生产速度快，仍拉动对新生产线的投资，加工生产向低成本国家转移。发展中国家以水箱、储罐类低端产品为主，发展速度和档次受总体工业基础水平制约，中国发展迅速，印度、马来西亚、泰国、越南等亚洲国家也呈良好的发展势态。
原料和加工设备进步拉动工业需求
滚塑用树脂和配混料是影响滚塑成型速度、最终产品质量和性能、生产成本的首要因素，越来越多的滚塑加工厂选用长链α- 烯烃（己烯，辛烯）共聚LLDPE，丁烯共聚LLDPE用量占有比例呈下降趋势，另外一些其他塑料加工用先进技术也在滚塑成型中得到应用。
2 I7 R  ^' d8 u8 y, b/ w& F& F4 V为提高滚塑成型与其他塑料加工工艺和其他材料的竞争力，争占市场，滚塑成型设备也向自动化、高性能化发展，如滚塑加工设备配置快速和全自动机器手将提高产品质量，减少废料，节省能源，有助于扩大滚塑成型应用范围，进入以前很少接触的新目标市场。
2008年美国滚塑加工厂协会在伊利诺伊州Rosement举办了2008年滚塑展览会（Rotoplas'08）和第33届年会，会上展示了许多高性能滚塑用树脂，如ExxonMobil(埃克森美孚)公司的LLDPE牌号LL8450-32，低温冲击强度高，适宜加工温度范围宽，这种己烯共聚物密度0.937/cm3，熔体流动速率5g/10min,并有极佳的刚性、白度、ESCR和低翘曲等特性，加上良好的耐候性，适于做点购买显示器、接线盒、饮用水罐等。jerico塑料工业公司推出HDPE滚塑料 Rotoloy，有良好的刚性、低温冲击强度和尺寸稳定性、密度0.940～0.955g/cm3, 有UV稳定化牌号，可做海上、医疗等工业用薄壁制品。法国Arkema（阿克玛）公司小型发动油箱专用滚塑料PetroSeal达到美国加利福尼亚大气资源局（CARB）严格的燃油泄漏法规，外层为茂金属MDPE，首先在120℃左右熔化，而尼龙11阻隔内层在205℃左右熔融。ICO聚合物公司的HDPE粉料是等离子表面处理过的树脂，与聚氨酯（PU）发泡塑料粘接强度大为提高。另外，德国BASF（巴斯夫）公司第一次向市场推出滚塑PE料用HALS（受阻胺光稳定剂）共聚物UV稳定剂Uvinual 5050H，已获认证许可用于各种容器、桶罐和玩具，与聚烯烃相容性极好，不与其他助剂发生相互反应。
推动滚塑工业发展的另一个因素是滚塑成型设备的自动化、高性能化，提高加工成型效率，降低生产成本。欧盟基金Rotoflex项目目标就是缩短滚塑成型时间，提高产量和进一步提高产品设计自由度。这有两个主要内容，一是开发聚合物、助剂、着色剂可以在任何位置直接进入滚塑模具的自动进料系统，使多层滚塑部件和高性能纤维增强滚塑料成型成为可能，容易自动控制模内冷却；第二是通过自动进料、加热、冷却、脱模等过程、缩短加工周期，最多可达30％，并降低聚合物内应力，提高制品尺寸稳定性，打开高附加值工程塑料滚塑成型应用大门。美国Rapra科技有限公司指出，欧盟每年滚塑加工耗能1.7Twh（十亿千瓦小时），对产生750,000t的CO2有责任，若缩短成型时间，将降低能耗20％，节约成本3000万欧元。
结语
滚塑成型是塑料加工工艺中历史相对短、目前总体规模仍小的加工成型方法，滚塑工业已成为塑料工业中有活力的分支工业，有其特有的优点和适宜的应用领域。现在滚塑成型用塑料用量占世界塑料总用量的0.7%左右，总量约1000kt, 经济和成本竞争力仍是其发展和扩大的制约因素， 滚塑成型加工方法决定了其对可用塑料（树脂及树脂配混料）种类和范围的限制。聚乙烯一直是最主要的滚塑原料，占有份额高达95%左右。滚塑成型适于生产结构复杂和批量小的大型中空容器类制品，与其他中空成型方法比，具有设计自由度大、最终制品壁厚均匀、拐角厚度大和残余应力小、模具成本低、容易切换和制作快等优点，是多品种、小批量生产加工方法的最佳选择，但也有生产时间长、能耗高、工艺控制难、 有的产品易翘曲等缺点。各种罐、桶是滚塑成型用量最大的最终制品。在汽车和其他工业上应用处于起步阶段，以聚乙烯为原料的清洁饮用水储罐应用前景看好。
" d, ?+ T0 {/ [. I滚塑工业不成熟和不发达也表现在欧美和日本应用结构不相同，北美、西欧滚塑成型和应用处于领先地位，亚洲、非洲和东欧等地区有巨大潜在市场空间。预计由于树脂生产厂不断推出综合性能更好和有某一种专门高性能的滚塑成型牌号，通过优化最终制品设计，开发和拓宽新应用领域和滚塑成型设备自动化、节能方面的进展，设计自由度大和改进性能的滚塑成型制品将进入更多应用行业，满足市场需求。
我国的滚塑工业始于20世纪70年代末，起步晚，20世纪80年代中、后期才有相对先进和规模大的工业化生产，才开始从国外引进滚塑加工设备和技术。目前加工厂数量猛增，产品进入更多的应用领域，但大多厂家规模偏小，工业化滚塑制品种类也远少于发达国家，质量和外观都有待进一步提高。研发力量差，缺乏高水平专业工程技术人员，大多为转行来的新手，加工设备欠先进，效率低，能耗高，质量不稳定。滚塑材料主要依靠进口，由于众所周知的原因，一些引进国外滚塑牌号的PE大装置实际上很少生产滚塑级树脂。另外我国α- 烯烃工业化严重落后，丁烯难于稳定保证供应，而高性能LLDPE用己烯和辛烯单体的供应更成问题，成为拖我国滚塑工业后腿的制约因素之一。中国塑料协会滚塑专业委员会“十一五”发展规划要求“十一五”末期，滚塑树脂和配混料用量增长为120kt，需要原料生产厂、加工厂、加工设备厂和下游用户的同步发展和协同开发。提高产品质量和档次，增加产品品种，特别是高附加值产品，节能和降低成本，提高产品性价比进入更多的应用领域，也是滚塑工业发展追求的主题。