洞見：中國擠出機技術的發展方向

北京化工大學塑料機械及塑料工程研究所副所長薛平先生

高性能塑料及環保塑料越來越多地應用于人類生活的方方面面。與此同時，其加工設備及工藝技術也面臨諸多挑戰。北京化工大學塑料機械及塑料工程研究所的副所長薛平先生，在超高分子量聚乙烯（UHMWPE）成型技術與裝備、木塑復合材料成型技術與裝備及新型擠出理論研究等領域建樹頗多。在最近的一次采訪中，他不但就相關成型機械及工藝進行了闡述，而且還針對我國擠出機市場未來的發展方向提出了獨到的見解。

本刊：薛教授，您好！很高興您能接受《國際塑料商情》雜志的專訪。從您的履歷上可以看出，您一直在北京化工大學從事相關研究工作，能否簡單介紹下您的工作單位和您主要的研究課題？

薛平：我從1988年起任職于北京化工大學，現任北京化工大學塑料機械及塑料工程研究所副所長、北京化工大學新材料及裝備研究室主任。新材料及裝備研究室是校級科研機構，以創造資源節約、環境友好的高性能產品為目標，主要從事聚合物高端加工裝備成型理論及集成技術、固體廢棄物高值化利用技術與應用研究及聚合物基復合材料增強機理與成型技術等研究。

研究室相繼承擔了國家“八五”攻關項目、北京市科技開發項目、中國石化總公司科技開發項目、國家“十一五”、“十二五”科技支撐計劃項目、國家自然科學基金項目、軍工科研項目及企業委托技術開發和轉讓項目等100多項，在科技創新、產業化成果轉化方面較為突出，每年合作、服務的企業達20余家，先后開發了超高分子量聚乙烯系列成型加工技術、木塑復合材料系列成型加工技術、長纖維/連續纖維增強熱塑性復合材料系列加工技術以及特種材料擠出裝備等，產品廣泛應用于石油、化工、建筑、汽車、軍工等領域，創造了較大的經濟效益和社會價值。

回顧我的科研課題，主要來源于企業需求、國家政策鼓勵發展的方向及學術前沿和熱點等，同時還要考慮我們自身的研究能力、完成課題必要的硬件條件、時間安排以及經費等因素，也就是要綜合考慮自己的主客觀條件，做到量力而為、量題而為，使課題研究盡量能高質量地完成，避免產生遺留問題。

本刊：一直以來，塑料行業都在強調“產學研”的結合，您在這方面有哪些案例可以分享？

薛平：自1993年創所以來，北京化工大學塑料機械及塑料工程研究所（簡稱“研究所”）一直秉承“產學研” 的合作模式，PVC扭結膜、PE交聯管、鋁塑復合管、PPR管、UHMWPE管材等均是通過這種模式實現工業化并逐漸形成較大的產業。

以超高分子量聚乙烯（UHMWPE）為例，經過數年艱苦的探索和相關理論研究，通過承擔中國石化總公司科研項目和眾多企業的“產學研”合作，UHMWPE擠出成型設備及技術實現了重大突破。如，UHMWPE的加工從模壓成型實現了螺桿連續加工，從需要進行原料改性實現無需任何改性，從粘均分子量150萬可加工實現粘均分子量1000萬原料的可加工，從低產量逐漸實現較高效率的加工，從小尺寸制品到更大尺寸制品的加工，產品范圍也從管材制品發展到各種規格的異型材、片材制品等。綜上，在“產學研”的合作模式下，成型設備及技術的不斷研發不僅解決了UHMWPE高效連續成型的關鍵技術問題，而且推動了這種高性能工程塑料的廣泛應用，為UHMWPE原料在工業中的廣泛應用作出了貢獻。  

又如，研究所從1998年開始從事木塑復合材料的理論研究和工業化技術的開發，通過與眾多企業的“產學研”合作，相繼開發了從第一代以木塑托盤為代表的木塑產品，以木塑戶外鋪板、木塑室內地板、木塑室內地角線、木塑門板發泡制品等為代表的第二代制品，及以商用建筑板材和住宅房屋結構件為代表的第三代產品，并成功地實現了商業化。2006年起，研究所與北京恒通創新賽木科技股份有限公司展開木塑復合材料墻板制品的合作，與企業聯合建立“木塑復合材料加工技術研發中心”，不斷研發木塑復合材料新產品。目前，該企業已逐漸成長為木塑行業龍頭企業，并于2015年成功上市。  

本刊：您認為國內發展木塑行業有哪些難題需要攻克？

薛平：木塑復合材料的發展背景與廢舊塑料與廢棄木材資源的再生利用緊密相關，完全可以成為木材資源的一個重要組成或重要補充。早期的木塑復合材料普遍存在易褪色、抗老化性差、強度不足、產品線膨脹系數大、抗蠕變性差等缺陷，使用過程中易出現各種各樣的質量問題，影響了木塑復合材料的廣泛應用。近年來，隨著木塑復合材料的應用越來越廣泛以及加工技術水平的不斷提高，產品質量得到了普遍提高，新產品也陸續出現，如PVC基木塑表面包覆ASA共擠產品、PE基木塑表面包覆工程塑料共擠產品等，使木塑復合材料產品的抗老化性能得到較大的提升，再結合在線壓紋技術，木塑產品的外觀也得到改善，目前國內的整體技術已接近國際先進水平。

木塑復合材料兼具木材的木質、木感，并被賦予防水、防腐、阻燃、抗老化等新的功能，以滿足社會愈來愈高的使用要求。針對木塑產品過去出現的問題，我認為還需加大以下幾個方面的研究力度：

◆木質材料與高分子材料復合是一種多學科交叉滲透的產物，應深入研究各種木質材料的尺寸、形態結構，不斷提高不同木質材料與各種高分子材料界面的結合力；

◆針對包覆共擠產品技術，現階段應注重PVC木塑表面用ASA改性料、PE木塑表面用工程塑料改性料、共擠設備以及包覆共擠模具的開發，進一步提高包覆共擠木塑產品的質量；

◆進行高性能高填充木粉PE或PP微發泡復合材料的設備及技術的開發，提高復合材料力學強度，減輕產品的重量，拓展木塑產品高端領域的應用，真正實現以塑代木；

◆進一步深入研究低線膨脹、抗蠕變、阻燃型、高強度等功能性及結構型木塑復合材料。

本刊：從環保的角度來說，您覺得目前在中國有哪些塑料技術值得大力推廣？

薛平：相關的技術層出不窮，我個人比較關注并看好以下這些塑料技術，如非石油基新型環保生物塑料技術、可完全生物降解的新型復合材料制品生產技術、高效環保廢舊塑料回收利用技術、完全環保無毒新型食品藥品等領域包裝材料制品技術、纖維增強熱塑性復合材料的生產技術及新型環保塑料加工助劑的開發及生產技術。

以上這些技術從生產過程到產品使用都不會帶來污染問題，具有綠色環保的特性，是塑料行業發展的趨勢。

本刊：作為眾多管材、棒材、片材、型材等產品的主要加工方式，擠出技術的發展是塑料工業發展的重要組成部分。依您看，未來擠出行業的發展方向主要有哪些？

薛平：目前我國擠出機的生產規模逐年擴大，已出口到很多國家和地區。但不可否認的是，我國擠出機的生產是以量取勝而非技術，大部分擠出機生產線都屬于科技含量偏低、粗加工的生產模式。 市場發展對擠出系統的生產效率、能耗、靈活多樣性、廣泛適應性等提出了越來越迫切的要求，發展高效節能擠出機，提高擠出系統的自動化控制水平成為大勢所趨，主要的發展方向有：

◆擠出機整體水平的提高：高速高效節能擠出機、實現正位移輸送的單螺桿擠出機創新結構、基于新的塑化機理的新型擠出機的開發；提高裝備生產線的模塊化、標準化水平；

◆采用現代電子和計算機控制技術，對整個擠出過程的工藝參數如熔體壓力及溫度、各段機身溫度、主螺桿和喂料螺桿轉速、喂料量，各種原料的配比、電機的電流電壓等參數進行在線檢測，并采用微機閉環控制。甚至采用網上遠程監測、診斷和控制，對擠出成型生產線進行網絡控制，向智能化、信息化和無人化方向發展，這對提高產品的精度和質量穩定性均具有十分重要的作用；

◆新型產品專用擠出生產線的開發：各種原料的微發泡擠出生產線；寬幅多層共擠復合擠出生產線、多層流延膜、各種原料的雙向拉伸擠出生產線、生物降解材料擠出生產線以及特種材料的專用擠出生產線等。

本刊：我國在超大型、超微型、大長徑比等擠出機的技術開發方面有一定難度，您如何看待這種現象？

薛平：與國際先進水平相比，我國擠出技術的整體水平尚有差距，部分產品在國際主流市場上處于二、三流產品的地位，產品主要出口到欠發達國家。特別是在高速、大型、微型等設備制造水平方面，差距更大。我個人認為主要原因有這幾點：第一，受制于我國整體工業基礎裝備水平；第二，大多數企業的研發投入與國外相比有較大的差距，一些企業把核心競爭力放在價格上，生產大眾化產品，只追求價格競爭，不追求質量，長此以往，大家都很少去研發新裝備、新技術、新產品；第三，研發與生產經營脫節已經成為制約中國技術水平整體提升一個關鍵問題：很多企業自身不具備研發能力，而研發單位只追求短平快產品的研發，不愿在這些極端產品方面投入很多精力。目前國內并不是無法開發超大型、超微型、大長徑比等擠出機，我相信如果有足夠的市場需求和經費投入，這種情況會逐步改觀。