注塑機(jī)塑化能力影響因素研究

李君

【摘要】：注射成型是塑料制品加工最常用最有效的方法之一，被廣泛應(yīng)用到手機(jī)電器、汽車(chē)工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。注塑機(jī)集機(jī)械、液壓、控制技術(shù)于一體，可以重復(fù)加工尺寸精確、形狀復(fù)雜的塑件，同時(shí)也是最常用的塑料成型裝置之一，成型效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、后處理少。

【關(guān)鍵詞】：注塑機(jī)；塑化能力；影響因素

這些年來(lái)，注塑機(jī)的發(fā)展十分迅速，隨著塑料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，注塑技術(shù)也朝著精密化、高端化方向發(fā)展，各種精密制品的加工如導(dǎo)光板等對(duì)注塑機(jī)精度、性能及生產(chǎn)效率的要求也越來(lái)越高，這就要求對(duì)注塑機(jī)不斷地改進(jìn)和完善。近年來(lái)，不少?lài)?guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)精密注塑進(jìn)行了大量研究，探索出了新的注射方法，例如注射壓縮成型、高模溫注射成型等，這些技術(shù)主要從模具、機(jī)電控制等角度對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所采用的原料包括：高密度聚乙烯（PE-HD），熔體流動(dòng)速率4g/10min；聚丙烯（PP），熔體流動(dòng)速率3，11，27留10min；丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物CABS），熔體流動(dòng)速率23g/10min；采用示波儀作為計(jì)時(shí)工具（192B/C，美國(guó)FLUKE公司），采用電子秤作為稱(chēng)重工具（FM-048，上海友聲衡器有限公司）；采用測(cè)速電眼測(cè)試轉(zhuǎn)速（PM08-02N，臺(tái)灣陽(yáng)明FOTEK公司）。

1.2試驗(yàn)方法

加熱機(jī)筒至設(shè)定溫度（最高2300C）并保溫20min，接著進(jìn)行儲(chǔ)料與注射動(dòng)作，觀察儲(chǔ)料時(shí)間基本穩(wěn)定后（估計(jì)10次以上）開(kāi)始測(cè)試；在噴嘴孔徑為注塑機(jī)標(biāo)準(zhǔn)孔徑、20%標(biāo)準(zhǔn)注射速率下，注射2.5倍的螺桿直徑（D）的行程和全行程的注射量，記錄儲(chǔ)料時(shí)間及熔融固化后塑料質(zhì)量等參數(shù)數(shù)據(jù)；機(jī)器穩(wěn)定注射狀態(tài)下，分6次測(cè)得6個(gè)數(shù)據(jù)，取平均值得到一個(gè)塑化能力值（總注射量與預(yù)塑時(shí)間的比值）。根據(jù)行程與塑料質(zhì)量計(jì)算相應(yīng)密度；測(cè)試過(guò)程全程錄像，事后根據(jù)視頻顯示的螺桿位移，計(jì)算得出相對(duì)密度及時(shí)間來(lái)確定瞬時(shí)塑化能力，并記錄到圖表中，運(yùn)用軟件模擬曲線功能制成相應(yīng)的圖表。

2、結(jié)果與討論

2.1螺桿結(jié)構(gòu)對(duì)塑化能力的影響

注塑機(jī)螺桿的種類(lèi)很多，不同螺桿其內(nèi)部參數(shù)如壓縮比、螺距、分段等根據(jù)不同的應(yīng)用又有不同，本測(cè)試并未對(duì)螺桿的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行研究，而是在海天公司現(xiàn)有常規(guī)螺桿基礎(chǔ)上進(jìn)行比較，得出不同種類(lèi)螺桿在一定條件下的塑化能力，D均為140mm，長(zhǎng)徑比均為24。使用PE-HD為測(cè)試原料，測(cè)試條件為：螺桿轉(zhuǎn)速100r/min，螺桿位移680mm，背壓0.5MPa，最高成型溫度230℃。不同螺桿結(jié)構(gòu)在相同條件下的塑化能力是不同的。分離型螺桿的瞬時(shí)塑化能力在眾多螺桿中是最高的，這就與螺桿的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部參數(shù)有關(guān)系，因?yàn)榉蛛x型螺桿可以有效的分離固液相，從而產(chǎn)生最大的輸送能力。此外，分離型螺桿在相同的條件下增加了螺桿對(duì)原料的推力，使原料的輸送速度加快，而單棱型螺桿比雙棱型螺桿有更大的槽深粕壓縮比導(dǎo)致其瞬時(shí)塑化能力稍大。

2.2工藝參數(shù)對(duì)塑化能力的影響

螺桿轉(zhuǎn)速影響塑料在螺桿中的輸送、塑化的熱歷程和剪切效率，因此它是影響注塑機(jī)塑化能力、塑化質(zhì)量和成型周期的重要參數(shù)。塑料熔融所需熱能大部分來(lái)自螺桿旋轉(zhuǎn)剪切所產(chǎn)生的熱量，轉(zhuǎn)速越高其所提供的剪切熱也就越高，相應(yīng)的塑化速度也就越快。

測(cè)試原料為PE-HD，測(cè)試螺桿為分離型螺桿，D為80mm；測(cè)試條件為螺桿轉(zhuǎn)速108，145，156r/min，螺桿位移450～，背壓1.0MPa，最高成型溫度230℃。根據(jù)PE-HD料的最大線速度值。.8m/s，可得D為80～情況下，加工PE-HD的最高合理轉(zhuǎn)速可達(dá)190r/min左右。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到156r/min時(shí)最大瞬時(shí)塑化能力達(dá)到75g/s，而轉(zhuǎn)速低至108r/min時(shí)最大瞬時(shí)塑化能力只有52g/s。從轉(zhuǎn)速比值（156/108=1.444）和塑化能力比值（75/52=1.442）看出，在合理的轉(zhuǎn)速下，塑化能力與螺桿轉(zhuǎn)速基本上成線性關(guān)系。

塑料熔融過(guò)程中，熔料不斷移向機(jī)筒前端（計(jì)量室內(nèi)），且越積越多，逐漸形成一個(gè)壓力，推動(dòng)螺桿向后退。為了阻止螺桿后退過(guò)快，確保熔料均勻壓實(shí)，需要給螺桿提供一個(gè)反方向的壓力，這個(gè)反方向阻止螺桿后退的壓力稱(chēng)為背壓，背壓亦稱(chēng)塑化壓力。測(cè)試原料為PE-HD，PP（熔體流動(dòng)速率11g/10min），ABS，測(cè)試螺桿為分離型螺桿，D為80mm；測(cè)試條件為螺桿轉(zhuǎn)速145r/min，螺桿位移450mm，背壓0.5，1.0MPa，最高成型溫度230℃。

注塑機(jī)塑化過(guò)程約10%的熱能來(lái)自螺桿的剪切熱，約30%的熱能來(lái)自機(jī)筒加熱圈提供的熱能。機(jī)筒加熱在塑化過(guò)程中主要有兩個(gè)功能，熔化冷料和輔助塑化。成型溫度是生產(chǎn)過(guò)程中一項(xiàng)重要的技術(shù)參數(shù)，直接關(guān)系到塑化質(zhì)量和塑化能力。

測(cè)試原料為PP，測(cè)試螺桿為分離型螺桿，D為150mm；測(cè)試條件為螺桿轉(zhuǎn)速110r/min，螺桿位移680mm，背壓0.5MPa，最高成型溫度210，230，250℃。PP料的成型溫度較寬，溫度提升20℃，最高塑化能力從230g/s左右提升到250g/s左右，大約提升了8%左右，同時(shí)在不同的位移點(diǎn)提升量基本相同，所以在一定的條件下，溫度變化對(duì)塑化能力的影響應(yīng)該基本相同。

注塑機(jī)螺桿的驅(qū)動(dòng)單元目前最常用的有液壓馬達(dá)和電動(dòng)機(jī)兩種。螺桿旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力均來(lái)自驅(qū)動(dòng)單元，其對(duì)螺桿的轉(zhuǎn)速、螺桿的扭矩等有直接關(guān)系。前期驅(qū)動(dòng)單元對(duì)螺桿塑化能力的研究較少，因?qū)Ρ敬螠y(cè)試的深人研究，筆者發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元對(duì)塑化能力也是有一定的影響。

測(cè)試原料為PE-HD，測(cè)試螺桿為分離型螺桿，D為110mm；測(cè)試條件為螺桿轉(zhuǎn)速108r/min，背壓0.5MPa，最高成型溫度230`C。直徑電預(yù)塑驅(qū)動(dòng)單元的螺桿最大瞬時(shí)塑化能力在0.45D的螺桿位移點(diǎn)，而液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的螺桿最大瞬時(shí)塑化能力在1.0D的螺桿位移點(diǎn)。

2.3聚合物種類(lèi)對(duì)塑化能力的影響

2.3.1不同種類(lèi)原料的影響

測(cè)試原料為PE-HD，PP（熔體流動(dòng)速率11g/10min），ABS；測(cè)試螺桿為分離型螺桿，D為80mm；測(cè)試條件為螺桿轉(zhuǎn)速145r/min，螺桿位移450～，背壓0.5MPa，最高成型溫度2300C。最大螺桿位移點(diǎn)450mm，可以得出PE-HD料約80g/s，ABS料約68g/s，PP料約64g/so這些原料的熔融密度：PE-HD為。.73g/cm3，ABS為0.88g/cm3，PP為0.73g/cm3，從原料的熔體密度值和原料的塑化能力值看出，兩者之間不能簡(jiǎn)單按密度換算來(lái)計(jì)算塑化能力的大小。

2.3.2同種原料不同熔體流動(dòng)速率的影響

測(cè)試原料為PP，熔體流動(dòng)速率分別為3，11，27g/10min；測(cè)試螺桿為分離型螺桿，D為100～；測(cè)試條件為螺桿轉(zhuǎn)速110r/min，螺桿位移470～，背壓0.5MPa，最高成型溫度230℃。不同熔體流動(dòng)速率的同種原料，在相同條件下表現(xiàn)出來(lái)的瞬時(shí)塑化能力是不同的。同種原料在合理轉(zhuǎn)速條件下（PP料時(shí)，100～螺桿允許最大轉(zhuǎn)速為150r/min），熔體流動(dòng)速率越高其塑化能力越大。

結(jié)論

螺桿結(jié)構(gòu)對(duì)塑化能力影響較大，分離型螺桿可以有效的分離固液相，瞬時(shí)塑化能力最好；隨著螺桿轉(zhuǎn)速、成型溫度的提高，塑化能力有所上升；隨著螺桿背壓、螺桿位移的變大，塑化能力有所下降；不同驅(qū)動(dòng)方式對(duì)達(dá)到最大瞬時(shí)塑化能力的程度不同，一般來(lái)講電動(dòng)式驅(qū)動(dòng)方式效果比液壓式驅(qū)動(dòng)好。

【參考文獻(xiàn)】：

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