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从2024 CHINAPLAS展,看传统制造业的转型

时间:2024-04-26

来源:宋华振

导语:CHINAPLAS 2024国际橡塑展这两天在上海隆重举行,作为全球塑料工业的最大规模的展会,其人气卓绝。这一方面得益于塑料行业本身是一个巨大的市场,它涉及到的下游产业包括汽车、电子、包装、医疗器械、建筑等多个领域,有些是直接的消费品包装容器、电子产品结构件、汽车零配件等等;另一方面,也来自于组织方雅式展览公司的优秀组织能力,目前它应该已经算是全球该领域最大的展会了。

CHINAPLAS 2024国际橡塑展这两天在上海隆重举行,作为全球塑料工业的最大规模的展会,其人气卓绝。这一方面得益于塑料行业本身是一个巨大的市场,它涉及到的下游产业包括汽车、电子、包装、医疗器械、建筑等多个领域,有些是直接的消费品包装容器、电子产品结构件、汽车零配件等等;另一方面,也来自于组织方雅式展览公司的优秀组织能力,目前它应该已经算是全球该领域最大的展会了。

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塑料制品的品种繁多,按照机器生产工艺,橡塑制品可分为注塑类,即:塑料结构件,如每天用的电脑、鼠标、手机外壳等;挤出件包括管材、片材、型材,如电缆、水管等;吹瓶类包括各种食品饮料的包装容器、化妆品、液体/粉体材料的包装容器等;吹膜类包括挤吹、流延等工艺,如锂电隔膜材料、软包装材料、手机贴膜、塑料大棚薄膜、家用保鲜膜等;还有热成型类,如快餐行业用的饭盒、酸奶杯、制药的泡罩等等。


因此,塑料是一个与每个消费者每天的工作紧密相关、甚至可以说是人们生活离不开的行业。除了塑料机械制造商之外,塑料的第一大市场是汽车工业,第二大市场则是包装工业,因此,每年CHINAPLAS展的参观者有大量来自下游的软包装、包装行业的终端用户,同时,也吸引了软包装印刷制造商、包装设备制造商的参与,在过去几年里,这也正在成为该展会的一股新兴力量。


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减塑与塑料工艺的发展


由于塑料的降解需要较长的周期,对环境产生巨大的污染,因此国家一直以来都提倡“减塑”,但是,塑料行业的专家对此却有另一个视角的意见。


比如,目前矿泉水、饮料大多采用塑料瓶如PET材料作容器,如果不用塑料的话,那么可以用什么呢?若使用玻璃作为容器,会出现几方面的情况,


01 玻璃本身的吹制也是一个能耗比较高的生产过程;


02 玻璃制作不像吹瓶那样可以极高的速度生产,例如大的圆盘吹瓶1个小时可吹出10.8万个瓶子,而采用玻璃就不会有这么大的产能;


03 玻璃瓶装水的运输成本也更高,同样载重的物流车辆能够运输的瓶装数量是有限的;


04 玻璃在灌装时速度较低,单位成本就会较高;


05 玻璃碎片还存在不安全的隐患。因而,总体而言,如果不用塑料作容器,消费者就很难买到只有2元左右的饮用水了,一瓶水可能就会达到10元以上(目前玻璃瓶一般都是高级饮料才会采用,这类厂商对成本不会太敏感);


06 其他材料比如铝制易拉、纸盒等都会成本更高——因为纸盒内部还需要薄膜或铝箔层进行隔离。


同样道理,在汽车零配件、电子制品等多个领域,如果不采用塑料——生产的能耗消耗会更大、成本会更高,这对于消费者而言,也意味着更高的售价。因此,从某个视角来说,塑料的发展,给消费者带来了更经济的使用成本,也让手机、汽车等都能进入大众消费品市场。


但是,“减塑”从环保的角度来说,确实是有限制必要的。从更为环保的视角来看,可降解材料是塑料工艺未来的一个发展方向,尽管功能性、成本还存在着一些问题,但相信塑料工业的工程师们将通过不断的技术迭代让它更为经济。


在环保方面,另一个重要的发展趋势就是塑料的回收循环利用,在这个领域,塑料行业一直走在前面,废旧料虽然特性不能像新料那样,但是在要求不高的领域,它可以被更经济的使用。


当然,对于很多的确能够发挥塑料性能优势的产业领域,我们可以借助于技术手段来提升塑料工业的整体应用水平。也就是说,降低其材料消耗数量,以实现更优的能源消耗——这同样会让塑料工业在能源消耗、材料消耗方面得以更为集约型的发展。


塑料工业的高科技


本质上说,塑料材料都是颗粒经过加热融化形成流体,进入模具中通过塑化成型,而塑料颗粒本身有200大类4000多个品种。因此,塑料工业在加工过程中必须要考虑在不同的材料其物理特性下,生产不同壁厚、结构产品时的工艺控制技术。


塑料机械本身是一个集成材料工艺、机械传动(包括液压与伺服传动)、逻辑与工艺控制、机器人、产品品质管理于一体的设备。它是一套高度集成了感测技术、智能控制算法、流体材料工艺成型、高级控制算法于一体的高智能机器系统。在一台机器中,融合了多种需要长期积累的技术。因此,它虽然看上去是一个传统行业,但其技术密度、难度都是比较突出的,并且,随着不断的行业竞争,使得这一行业必须要在单位时间内实现更大的产能、更高的良品率、更简单的操作。


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虽然,塑料的确是一个传统行业,人们总是认为传统行业代表着落后、过时,这其实是一种片面的看法。传统行业经由数十年的积累,在每个细微处不断的雕琢,其成熟度反倒是极高的。塑料市场规模巨大,每一个浪费都将累积出巨大的成本,这是一个“锱铢必较”的行业,它一定会使用大量的先进技术来解决生产中存在的问题,即在一台不大的设备上积累非常多种类的技术,来确保更高的良品率、更短的生产时间、更高的产出量。


因此,与大家平常的理解恰恰相反——传统行业,像塑料机械、印刷机械、纺织机械都是技术含量非常高的领域,通常它比新兴行业中采用的技术更为成熟。


能源消耗有“手艺”


塑料工业因为属于“热成型”,因此,材料都会需要加热,这就意味着加热能耗会比较高。并且,由于设备往往处于长期运行的状态,因而在节能方面,塑料工业一直有非常多的技术支撑。例如,在对温度控制的设计上,贝加莱的温控方案就加入了很多节能考虑,其中包括:


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消除内耗

其实,要达到同样的工艺温度,对于加热/冷却系统来说,不同的控制策略所消耗的能量是不同的,“能用”的温控,可以满足工艺需求,而好“好用”的温控,则可以更节能;


前馈控制

温度前馈会缩短工艺温度的PID调节中的效率,同时也像是为系统开了“涡轮增压器”一样,也能更为节能;


降低调节

在城市道路开车,频繁的加减速也会带来更大的油耗,同样道理,过于频繁的温度调节也会带来较大的能耗,增加滤波算法的贝加莱温控可以降低这方面的损耗;


温度解耦

消除各个温区间的互相干扰,能够让温度控制也更为节能;


斜坡跟踪

优秀的产品品质,本身就是节能的,因为不良品的能耗就相当于白白被消耗了。


温度控制在每个细节上的节能,在长周期生产里就会累积出较大的节能空间。


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另外,普遍采用的伺服泵技术,以及全电动注塑机,都能够更为节能。而像贝加莱的ACOPOSmulti伺服驱动系统,本身是一种共直流母线驱动技术,它可以在全电动注塑机的运行中,其本身高能效的驱动单元,结合能量再生技术,可以让机器更节能。


传统行业焕发着生机


在本次CHINAPLAS展上,我们也看到了注塑技术更多地被应用到一些新的市场,如在之前采用玻璃、金属材料的领域中,凭借塑料工艺的性能、成本优势,这类领域也开始改用塑料材料来代替。例如,金属切削工艺的医疗器械组件,采用注塑可以一模数十个,几秒钟就能完成生产;并且,在通过多种材料融合的方式下,一次成型产品原本可能需要多道工序制程,但现在已改为一次完成,甚至能够通过机器内的机械手来完成组装过程。这种更为集约、连线的生产方式,进一步让塑料机械形成的产品单元更高效地生产产品,进而降低制成品的成本。


现在流行的整体压铸技术,其实同样属于流体的成型工艺——包括注塑厂商也同时能够提供压铸机的设计与制造。他们的差异在于材料本身的物理特性,但其材料熔融、合模、射出到模腔、锁模等,这些机械、控制的结构依然是一致的。


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以目前非常热门的电动汽车为例,其电池的隔膜就是一个技术含量非常高的领域。它采用流延工艺,通过挤出、流延、拉伸、萃取、分切、复卷,最后形成电池的隔膜材料——而其厚度仅为12微米,现在国内领先工艺已经能够达到6微米的厚度,如此高精度的成型需要非常高性能的材料工艺、机电传动控制系统——其技术含量要远远超过大家的想像。


另外,快餐领域也使得热成型材料的饭盒、塑料筒等有了大量的需求,如此大规模的产品市场需要极高的速度来完成生产,否则,就无法做到低成本。除此之外,碳纤维与聚合物等材料在汽车减重设计、氢能储罐的加工领域,也是未来非常有前景的市场,这些聚合物是将塑料热成型特性与碳纤维材料的强度特性相结合,形成更轻质的汽车零配件以及更好的热成型特性,来满足汽车工艺所需要的特殊功能,例如在碰撞后可以加热恢复其形状等等。


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