開發精密擠出成型技術的必要性
精密擠出成型是一種通過對擠出過程要素的精確控制，實現制品幾何尺寸高精密化和材料微觀形態高均勻化的成型過程。精密擠出成型的主要特征為：擠出過程中工藝參數波動很小，擠出設備工作狀態非常穩定，所成型制品的幾何精度比常規擠出成型方法提高50%以上。開發精密擠出技術的迫切性主要表現在以下方面。
(1)高精密制品成型的需要：以光導纖維、醫用導管、音像片基、照像膠片片基、投影膠片為代表的一系列高精密制品的市場需求與日俱增。這類制品幾何精度往往比普通制品提高50%以上，普通擠出成型設備對這些精密制品是無能為力的，而必須采用精密擠出成型設備與技術完成成型加工。
(2)特種材料加工成型的要求：對一些危險和有毒物料的加工需要精密擠出裝備。如含紅磷類聚合物復合材料的擠出，就需要嚴格地控制擠出工藝，因為紅磷很容易燃燒，擠出工藝控制不好，具有很大的危險性。一些工程塑料在高溫下會分解出對機器有腐蝕性、對人體有害的低分子揮發物。如聚四氟乙烯(PTFE)和乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)在一定溫度下就會分解出氟化氫氣體，該氣體對擠出設備有極強的腐蝕性，對人體的肝臟有很大的損傷，該氣體還會引發PTFE和ETPE的連鎖降解反應，因而必須嚴格加以限制。在軍工領域，擠出機可以用于炸藥的加工，其危險性不言而喻，除了塑化系統的合理設計和精密加工外，擠出工藝的嚴格控制是最關鍵的安全要素之一。在上述類型的危險和高溫易分解聚合物的擠出成型加工中，精密擠出機可以發揮不可替代的作用。
(3) 反應擠出成型的要求：現代擠出機除了塑化功能外，還具備化學反應器的功能，物料在擠出機中可以完成本體聚合、化學接枝、鍵間共聚物的獲取、偶聯/交聯、可控降解、功能化和官能團的改性、高分子合金的制備、納米/高聚物復合材料的制備等。反應擠出過程需要嚴格控制反應溫度、壓力、物料停留時間及其分布等過程參數，以及反應物料與外界的熱量傳遞等，普通擠出機往往是不能勝任的，精密擠出成型機為各種復雜的反應擠出工藝提供了必要的裝備條件。
(4)高速化擠出的基礎：據資料報道，日本池貝公司的D30單螺桿擠出機的轉速高達3000r/min，產量可達300kg/h。國外錐形雙螺桿擠出機用于生產PVC管材，單機產量可達1100～1500kg/h;平行雙螺桿擠出機的螺桿直徑已超過300mm，長徑比最高達100，螺桿最高轉速達到1500r/min，WP公司的ZSK133系列機的產量達到7000～11000kg/h。醫用導管的線速度可以達到250m/min，薄膜的線速度可以達到500m/min，包覆電纜的線速度也可以達到500m/min以上。在擠出生產高速化的同時，必須實現保證成型過程的精密可控。如果不能保證制品成型的精度，則生產速度越高，廢品越多。在此意義上，可以說精密化是高速化的基礎。
(5)減少制品材料消耗的需要：擠出成型制品因幾何精度較低造成的浪費是十分驚人的，采用常規擠出裝備生產的板、片、膜、管的壁厚不均勻度一般可達8%至10%，由此造成的材料浪費可達8%左右。按近年我國塑料制品的產量21000kt為基數，擠出成型制品的年產量12600kt計算，我國每年由于擠出制品的幾何精度低就浪費掉100多萬噸樹脂。如果20%的制品采用精密擠出技術和裝備來生產，我國每年就可以節約樹脂消耗量10萬噸左右，經濟效益超過8億元。
國內外精密擠出成型技術及裝備的差距
目前國產擠出裝備的銷售量為8000余套/年，銷售額30億元左右，進口擠出裝備2000余臺套/年，進口額2億美元左右(約20億人民幣)，進口擠出裝備主要為大型和精密設備，其單價為國內設備的8～10倍，其附加值明顯高于國內設備。
進口的擠出設備主要有大口徑實壁管和波紋管生產線、土工膜生產線、雙向拉伸膜(BOPP、BOPET、BOPA、BOPS等)生產線、滴灌管生產線、醫用導管生產線、音像片基和感光片基生產線、石化用大型雙螺桿擠出造粒裝備，以及各種實驗室用多功能擠出機等。這些進口擠出裝備之所以能夠以很高的價格進入中國市場，主要依靠技術上的優勢，具體表現在高精密度、高速和高效率、高可靠性。
美國PEI(Precision Extrusion, Inc.)公司用于生產醫用導管的精密擠出機，采用特殊的設計和制造技術，以及統計過程控制技術，使得擠出機各段溫度偏差可以控制在±1℃，管材的壁厚偏差可以控制在2%以內。相比之下，高產擠出設備的控溫精度一般在5℃～10℃，管材的壁厚偏差在10%以上，根本無法滿足生產醫用導管、光導纖維等高精度制品的要求。這類高精密擠出設備目前主要依賴進口。
高產擠出設備無論是在實際水平，還是加工水平上都與國外先進水平存在15～20年的差距。在實時工藝參數和制品參數監測，以及先進控制技術的采用方面存在的差距也很大，先進的高精度在線檢測儀器主要依賴進口，國內寥寥可數，且與國外產品的差距在10年以上。
◆ 設計水平和技術創新能力上的差距：國外先進的塑料機械加工企業都有很強的設計和技術創新能力，如日本的Nissei公司設有五個技術研究中心，擁有376名注塑成型技術工程師，占員工總人數的46.1%，獲專利技術1470項。相比之下，國內塑料機械企業中大學以上的專業技術人員不足10%，企業自主知識產權少，開發新產品一般以仿制為主，CAD、CAE、CAM應用還處于初級階段，多數企業不具備實質上的技術創新能力。
◆ 國內外機電行業整體水平上的差距：國外塑料機械制造行業普遍采用CAD、CAE、CAM技術，以及高精密度的數控加工中心。近年來發展起來的高速銑床的主軸轉速高達40000～100000r/min，并可獲得Ra≤1mm的表面粗糙度;加工精度超過1mm的超精加工技術和集電、化學、超聲波、激光等技術綜合在一起的復合加工,將塑料機械的加工水平大大提升。國外螺桿端面跳動誤差不大于0.01mm;螺桿外徑誤差可以控制在0.005mm以下;螺桿外表面和料筒內表面的粗糙度Ra不大于0.2mm;注塑機模板的形位公差不大于±0.02mm/1000mm。國內近年來從國外進口了一些高精度的機加工裝備，但整體水平與國外先進水平有很大的差距。
◆ 在線檢測和自動控制水平上的差距：國外精密擠出裝備上普遍采用基于激光、光學、電磁、超聲波、感應式、氣流感應式等原理的測量裝置。前三種方法主要用于測量擠出物的外形尺寸，后四種用于測量產品的壁厚。激光測量儀經常用于測量管材和包覆電纜的外徑，根據測量范圍的不同，分辨率為0.001～0.01 mm。在自動控制方面，除了PLC控制以外，模糊控制技術、神經網絡控制技術、統計過程控制技術等先進控制技術在精密擠出裝備上發揮了舉足輕重的作用。而國內的擠出裝備控制技術僅停留在初級PLC控制階段，多為開環控制或簡單的聯動控制，由于缺少在線測量儀器和先進的控制軟件，所以閉環控制很少采用。
精密擠出成型技術在塑料管材生產中的應用
據有關部門預測，2005年我國塑料管材的產量將達到120萬噸，其中建筑內給排水管材、室外給水管材、埋地排水管材、電工套管的用量占塑料管材的60%以上。目前，上述建筑用塑料管材中的絕大部分都是采用國產管材生產設備來生產。
塑料管材精密擠出系統的其特點是在普通管材擠出機組的基礎上增加了失重式計量料斗、熔體泵、管材壁厚在線測量儀等裝置，同時采用統計過程控制系統(SPC系統)取代傳統的儀表控制系統或PLC控制系統。現代精密擠出生產線的主機和牽引機還采用伺服電動機取代直流電機和變頻調速電機，以實現真正的數字化控制。
精密擠出成型技術的應用前景
擠出成型理論的發展使得人們能夠根據制品成型的要求，精密設計擠出成型工藝和擠出成型設備。以實現穩定擠出為目的的新型擠出裝備的創新、現代機械加工技術水平的不斷提高、先進控制技術的采用，為精密擠出技術的發展提供了極大的發展空間。而精密制品成型、功能性制品成型、反應擠出制品成型的要求，以及雙向拉伸、功能梯度材料、微發泡制品成型工藝的要求，是精密擠出技術發展的強大動力。精密擠出技術的發展，將對塑料加工業產生巨大的影響，應用前景十分廣闊。
◆ 精密擠出成型將成為高附加值加工產業：在人們的概念中，擠出成型是高效、低附加值的塑料加工方法，但精密擠出成型技術的開發和應用將改變這一狀態，在一些精密制品的成型加工中，可以帶來高附加值，甚至能夠起到點石成金的作用。以醫用塑料導管為例，國外一些公司已經能夠生產透析管、人工血管、介入療法用支架等精密制品，這些制品的售價一般是其原材料價值的數百倍以上，有的超過一萬倍。
精密擠出裝備是生產精密擠出制品的必備條件，開發精密擠出成型裝備將為塑料機械廠家帶來巨大的商機和豐厚的利潤。目前精密擠出成型裝備的價值是通用擠出成型裝備售價的5～10倍以上，我國精密擠出成型裝備還處在起步階段，發展空間很大。
◆ 用于精密反應擠出成型和功能梯度高分子材料的加工：現代反應擠出機除了塑化功能外，還具備化學反應器的功能，物料在擠出機中可以完成本體聚合、化學接枝、鍵間共聚物的獲取、偶聯/交聯、可控降解、功能化和官能團的改性、高分子合金的制備、納米/高聚物復合材料的制備等。反應擠出過程需要嚴格控制反應溫度、壓力、物料停留時間及其分布等過程參數，以及反應物料與外界的熱量傳遞等，而普通擠出機往往是不能勝任的。精密擠出成型機可以實現對擠出過程參數的精密控制，滿足不同反應體系的要求。
自從1957年發現聚合物單晶，以及提出分子鏈折疊理論以來，聚合物的形態與微觀結構引起人們的極大關注。伴隨著X射線衍射、電子顯微鏡、小角中子散射、新表面探針、原子力顯微鏡等先進測試技術的應用，人們對聚合物的結構-形態-性能之間的認識不斷深化。人們已經能夠通過擠出成型過程剪切方向和強度的控制(或拉伸場的控制)，制備出單軸或雙軸取向結構的自增強材料 ;通過冷卻工藝的控制，以及剪切、拉伸和振動場的誘導，獲得不同的結晶結構。通過成型加工過程的控制，獲得聚集態結構按一定規律變化的功能梯度材料，實現力學、光學、電學等性能梯度分布的要求。上述聚集態結構控制技術，均要求對擠出成型過程進行精密控制，可以預期精密擠出成型技術將在功能梯度材料制備方面發揮重要的作用。
