Status de desenvolvimento e progresso da pesquisa da tecnologia de processamento de moldagem de plástico

A tecnologia de processamento de moldagem de plástico está passando por uma profunda transformação, partindo de processos tradicionais para direções inteligentes, sustentáveis e de alta precisão. A análise a seguir é conduzida a partir de três dimensões: status tecnológico, progresso de ponta e principais desafios:

1、 Estado atual do desenvolvimento tecnológico

1. Otimização contínua da tecnologia de moldagem tradicional

Moldagem por injeção: representando mais de 35% do volume de processamento de plástico, os equipamentos estão se desenvolvendo para alta velocidade e precisão. Por exemplo, a máquina de moldagem por injeção inteligente Yizhimi UN160A6 alcança a otimização dinâmica dos parâmetros do processo por meio do sistema MES, com uma taxa de qualificação de produto superior a 99%. A tecnologia de moldagem por injeção assistida por gás (como a moldagem de para-choques de BMW) pode reduzir a força de travamento do molde em 40% e o consumo de material em 15% a 20%.

Moldagem por extrusão: A tecnologia de extrusão por reação realiza a integração da polimerização e da moldagem, como a linha de produção de extrusão de polimerização contínua DuPont Nylon 6, que aumenta a capacidade de produção em 30%. A extrusão de precisão permite controlar a tolerância do diâmetro do tubo em ± 0,05 mm por meio do controle de feedback em malha fechada.

Moldagem por sopro: a tecnologia de moldagem por sopro e extrusão de pressão negativa tridimensional (como a extrusão de camada dupla Culus) pode produzir recipientes com estruturas complexas, e a moldagem por sopro e estiramento torna as garrafas PET resistentes à pressão interna de até 3,5 MPa.

2. Penetração abrangente da manufatura inteligente

Interconexão de dispositivos: sensores de IoT coletam mais de 300 parâmetros em tempo real, reduzindo o tempo de resposta anormal de horas para 90 segundos. Por exemplo, uma determinada linha de produção de peças automotivas permite a colaboração entre máquinas de moldagem por injeção, braços robóticos e equipamentos de inspeção de qualidade por meio de redes 5G, reduzindo o consumo de energia em 15%.

Impulsionado por IA: modelos de aprendizado de máquina preveem os parâmetros ideais de injeção, reduzindo o número de moldes de teste em 60%; algoritmo visual reconhece linhas de solda de 0,02 mm com uma taxa de precisão de 99,7%. O sistema de processo inteligente da Yizhimi foi aplicado em empresas como Midea e Hisense, com um aumento de 40% na eficiência de depuração do processo.

Gêmeo digital: otimização do agendamento do modelo de linha de produção virtual, reduzindo o tempo de troca de moldes em 23%. Uma determinada empresa de eletrodomésticos melhorou a estabilidade do produto em 50% ao compensar dinamicamente as mudanças na temperatura e umidade do ambiente.

3. Avanço na Tecnologia de Fabricação Verde

Processamento de plástico de base biológica: os bioplásticos BH preparados pela tecnologia de comontagem de biomassa mista em microescala (como fibra de algodão + casca de pólen) têm uma resistência à tração de 52,22 MPa, podem ser processados em água e se degradam completamente em 6 meses. No entanto, o problema da plastificação deficiente (como partículas não derretidas causadas por controle de temperatura inadequado) ainda precisa ser resolvido por meio da otimização da rosca (como a adição de seções de mistura).

Reciclagem: A tecnologia de processamento por radiação de micro-ondas realiza a despolimerização e a regeneração de resíduos plásticos. A resina fotopolimerizável para impressão 3D desenvolvida pela Universidade de Zhejiang pode ser reciclada infinitamente, e a taxa de retenção do desempenho mecânico após a reciclagem ultrapassa 90%. No entanto, o custo da triagem do plástico após o consumo é alto, com apenas 12% dos plásticos sendo reciclados efetivamente.

2、 Progresso da pesquisa de fronteira

1. Tecnologia de processamento em escala extrema

Conformação ultrafina: A tecnologia de alongamento intermitente em várias etapas (SAMIS) desenvolvida pela equipe de Fu Qiang na Universidade de Sichuan reduz a espessura do filme de polietileno para 12 nanômetros (limite teórico), com uma relação comprimento/espessura de 10 ^ 7 e uma resistência à tração de 113,9 GPa/(g/cm³), que é aplicada a materiais de suporte de ignição por fusão nuclear.

Espuma microporosa: MuCell™. O processo forma uma estrutura microporosa com diâmetro de 10 a 100 μm em PC, reduzindo o peso em 30% e mantendo a resistência ao impacto. Foi usado no interior do Tesla Model 3.

2. Inovação em novos processos de moldagem

Processamento de plástico em água: A tecnologia de separação de fases mediada por água desenvolvida pela equipe da Universidade de Donghua permite a conversão reversível de plásticos entre estado de baixa hidratação (estado vítreo, σ b=211,2 MPa) e estado de alta hidratação (estado de massa, remodelado à temperatura ambiente), rompendo as limitações de temperatura do processamento tradicional de plástico.

Impressão 3D curável por UV: A equipe liderada por Xie Tao da Universidade de Zhejiang descobriu a reação de clique fotográfico baseada em aldeído tiol e desenvolveu uma resina curável por UV reciclável com uma resistência à tração de até 150 MPa, resolvendo o problema dos materiais de impressão 3D tradicionais não serem recicláveis.

3. Formação de material funcional

Processamento de COC de grau óptico: O copolímero de cicloolefina (COC) é produzido por moldagem por injeção de precisão (controle de temperatura do molde de ± 0,1 ℃) para produzir lentes ópticas com transmitância de 91% a 93% e opacidade <0,1%. Substituiu alguns vidros em módulos de câmeras de celulares.

Material de resposta inteligente: O filme de poliimida termocrômica é formado por laminação, reduzindo sua transmitância de 85% para 15% a 60 ℃, e é usado em janelas de economia de energia em edifícios inteligentes.

3. Principais desafios e direções futuras

1. Principais gargalos técnicos

Processamento de plástico de base biológica: PLA e outros materiais precisam ser processados a 170-230 °C, que são propensos à oxidação e degradação, e requerem a adição de 0,3% a 0,5% de antioxidantes (como IrgaNOx 1010). Defeitos do produto causados por plastificação inadequada (como rugosidade superficial de 7,94 μm) ainda precisam ser corrigidos por meio da otimização da combinação de parafusos (como a adição de segmentos de barreira).

Micro nanoformação: A precisão de replicação de estruturas em nanoescala (como grades de 50 nm) é afetada pela elasticidade do material fundido, e a taxa de cisalhamento precisa ser controlada acima de 10^4 s^-1 para reduzir a recuperação elástica.

Economia circular: Baixa eficiência na triagem de plástico após o consumo (custo da triagem manual: US$ 0,8/kg), exigindo o desenvolvimento de sistema de triagem visual de IA (precisão de reconhecimento: 98%) e tecnologia de reciclagem química (como pureza de despolimerização de PET: 99,9%).

2. Tendências de desenvolvimento futuro

Integração profunda inteligente: a computação de ponta dá aos equipamentos a capacidade de tomar decisões locais (como tempo de resposta de manutenção preditiva <1 segundo), e a tecnologia blockchain permite a rastreabilidade de matérias-primas e produtos acabados ao longo de seu ciclo de vida.

Avanço em materiais de base biológica: a tecnologia de comontagem em microescala híbrida (como celulose+lignina) pode ser usada para preparar bioplásticos com resistência à tração de 60 MPa, e a participação de mercado deve atingir 15% até 2030.

Aplicações ambientais extremas: a tecnologia de moldagem por injeção de PEI (polieterimida), que pode suportar temperaturas acima de 200 ℃ (temperatura do molde de 180 ℃, pressão de retenção de 120 MPa), será estendida a componentes transparentes na indústria aeroespacial.

4、 Análise de Caso Típico

1. Fábrica de moldagem por injeção inteligente

A linha de produção digital implantada por uma determinada empresa de eletrodomésticos alcança melhorias de qualidade e eficiência por meio das seguintes tecnologias:

Camada de equipamento: unidade de produção de alta velocidade com tampa de água conectada a 48 câmaras (ciclo de 2,7 segundos), sensor de pressão integrado (precisão ± 0,1 MPa) e inspeção visual (resolução de 0,01 mm).

Camada do sistema: modelos gêmeos digitais simulam diferentes esquemas de programação de produção, reduzindo o tempo de troca de moldes de 2 horas para 45 minutos e o consumo de energia em 15%.

Camada de aplicação: o algoritmo de IA analisa mais de 3 milhões de conjuntos de dados históricos, prevê os parâmetros ideais de injeção (como flutuação da temperatura do adesivo derretido ± 1 ℃) e reduz a taxa de defeitos de 3% para 0,5%.

2. Industrialização de materiais de base biológica

BH Bioplastics: Um material preparado pela união de fibras de algodão (30%) com cascas de pólen, com resistência à tração de 52,22 MPa. Pode ser processado e moldado em água a 25 °C, com uma taxa de degradação do solo de 100% após 6 meses, mas o custo de produção é 20% superior ao do PP.

Processamento de utensílios de mesa com PLA: É necessário controlar a temperatura do molde entre 50 e 70 °C e o tempo de resfriamento entre 8 e 12 segundos para reduzir a deformação. Atualmente, apenas 12% dos produtos de PLA em todo o mundo entram em instalações de compostagem industrial.

5. Resumo

A tecnologia de processamento de moldagem de plástico está inovando ao longo de toda a cadeia de aplicação de equipamentos de processamento de materiais: design molecular (como ligação covalente dinâmica), inovação de processo (como moldagem por acoplamento multicampo), atualização de equipamentos (como máquinas de moldagem por injeção magnetoreológica) e expansão de aplicações (como embalagens eletrônicas flexíveis) constituem os quatro principais pontos de avanço tecnológico. Na próxima década, com a profunda integração de IA, biotecnologia e tecnologia de fabricação, o processamento de plástico liberará maior potencial em áreas como redução de peso, integração funcional e neutralidade de carbono. Ao mesmo tempo, é necessário romper os três principais gargalos: estabilidade do processamento de materiais de base biológica, precisão da replicação de micro/nanoestruturas e custo da economia circular.