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812023 年 8 月注塑机的工艺参数设定对聚丙烯塑料产品力学性能的影响注塑机的工艺参数设定对聚丙烯塑料产品力学性能的影响符慧超（中国石油化工股份有限公司茂名分公司质量检验中心，广东茂名，525000）摘 要：注塑机的工艺参数设定是决定塑料产品质量检测的关键因素，选择合适的注塑参数有利于提高聚丙烯产品力学性能的准确性。本论文通过调整注塑压力，保压压力，注塑体积等工艺参数，并对调整参数后制取的样条进行力学性能测试，总结出对于聚丙烯牌号 PPH-T03 和高粘度共聚塑料产品 T4401 的最佳注塑参数。该研究结果可以适用于其它相同性能的聚丙烯塑料制样，从而极大提高产品制样效率，保证分析数据的准确性。关键词：注塑压力；保压压力；注塑体积；聚丙烯；力学性能测试中图分类号：TQ320.66 文献标志码：A 文章编号：1008-3103（2023）04-0081-03Influence of Process Parameter Setting of Injection Molding Machine on Mechanical Properties of Polypropylene Plastic ProductsFuHui-chao（QualityInspectionCenter，MaomingBranch，SINOPEC，MaomingGuangdong525000，China）Abstract：Theprocessparametersettingofinjectionmoldingmachineisthekeyfactortodeterminethequalityinspectionofplasticproducts.Selectingtheappropriateinjectionmoldingparametersisconducivetoimprovingtheaccuracyofthemechanicalpropertiesofpolypropyleneproducts.Inthispaper，byadjustingtheinjectionpressure，holdingpressure，injectionvolumeandotherprocessparameters，andadjustingtheparametersafterthepreparationofthesplinemechanicalpropertiestest，summedupthebestinjectionparametersforpolypropylenegradePPH-T03andhighviscositycopolymerplasticproductT4401.Theresultscanbeappliedtootherpolypropyleneplasticswiththesameproperties，soastogreatlyimprovetheefficiencyofproductsamplepreparationandensuretheaccuracyofanalyticaldata.Keywords：injectionpressure；holdingpressure；injectionmoldingvolume；polypropylene；mechanicalpropertytest作者简介：符慧超（1971），本科，工程师，主要研究方向为塑料橡胶。0 引言近两年来，塑料产品分析方法逐渐由 ASTM 标准转为执行国家标准，面对新方法和新牌号的注塑制样，分析人员要不断地摸索注塑机的参数，才能制出高品质的样条。因此，研究注塑工艺参数对塑料产品质量的影响，进而探索出针对某一牌号的最佳注塑条件对产品质量的快速准确检测非常重要。1，2茂名石化目前共有 17 套现代化的生产装置，其中拥有 3 套聚丙烯生产装置，聚丙烯年产量可达 47 万吨，是全国最大的合成树脂生产基地。面对如此大产量以及牌号频繁切换的聚丙烯产品生产基地，探索适合特定牌号聚丙烯产品的注塑工艺参数以满足产品质量检测需求任务艰巨。3注塑是将聚合物组分的粒料放入注塑机的料斗里，经过加热、压缩、剪切、混合和输送作用，使物料进行均化和熔融，然后再借助螺杆对融化好的聚合物熔体施加压力，高温熔体便可以通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统射入预先闭合好的低温模腔中，再经822023 年第 4 期（总第 168 期）冷却定型就可开启模具，顶出制品，最终得到具有一定几何形状和精度的塑料制品。4整个过程为锁模、射胶、保压、冷却、开模和顶出六个步骤，每个步骤方法都有基本要求，但是要确保样条没有凹陷、气泡、收缩等缺陷，还需对注塑机的其它参数进行调整。聚丙烯作为一种半结晶的聚合物，注塑过程中的温度、注塑压力、注射速度以及保压压力会对其成品性能产生巨大的影响，其中注塑压力主要是克服聚丙烯塑料从料筒到模腔内的流动阻力，并对聚丙烯熔体进行压实。注塑压力的大小主要由聚丙烯的型号、模腔内部的结构以及其表面粗糙度等决定。若注塑压力过小则会在成品表面产生缩痕、欠注、气泡甚至导致最终注塑成型失败，而注塑压力过大则会将聚丙烯样品强制顶出模具甚至损坏塑料件。因此，需要选择合适的注塑压力才能确保样条的完整即高质量。保压阶段是使型腔内的物料在压力下冷却定性，该过程同样对试样性能有很大的影响，该项参数通常由材料的结构和性能决定。保压压力的设定推荐使用尽可能低的压力，使得物料在低保压压力下形成无气泡，无孔洞，无明显的凹痕和缺陷的成品样条。在保压过程中，由于型腔内的物料温度逐渐降低，逐步进入冷却期，因此，保压压力也会逐渐降低，通常会在设定的保压时间内，在挤料螺杆的前端存留一定量的垫料，用于克服保压压力的降低。1 试验部分1.1 实验仪器及材料（1）注塑机：巴顿菲尔，型号 HM110/210；（2）万能拉伸机：INSTRON 公司，型号 Z005TE；（3）测厚仪：用于测试样条的厚度及缺口深度，精确至 0.01mm；（4）冲击试样铣口机：CEAST 公司，全自动型AN50；（5）简 支 梁 冲 击 实 验 机：CEAST 公 司，RESILIMPACTOR；（6）恒温恒湿箱：格莱尼尔公司，GN450HS；（7）实验材料：茂名石化生产的牌号为 PPH-T03和 T4401 的聚丙烯颗粒。1.2 实验方法拉伸试样的制备按塑料 热塑性塑料材料注塑试样的制备 第 1 部分：一般原理及多用途试样和长条形试样的制备（GB/T 17037.12019）5方法执行，根据聚丙烯产品的熔融指数范围不同，选取不同的注塑参数，包括熔体温度，模具温度，注射速度，保压时间，总循环时间等。根据测试，牌号 PPH-T03 的聚丙烯熔指范围在 1.57g/10min，因此最初设定的注塑条件选择：熔体温度为 230oC，模具温度为 40oC，注射速度为 200mm/s，保压时间为 40s，总循环时间为 60s。简支梁冲击实验的样条按塑料 拉伸性能的测定第 2 部分：模塑和挤塑塑料的试验条件（GB/T 1040.22006）6方法执行，利用注塑机将产品制成 80104mm的样条，同样根据聚丙烯的熔融指数范围，选取不同的注塑参数。根据熔指测试结果，牌号 T4401 聚丙烯的注塑条件最初设定为：熔体温度为 255oC，模具温度为40oC，注射速度为 450mm/s，保压时间为 40s，总循环时间为 60s。7所制备的聚丙烯产品样条在进行力学性能测试之前均按塑料 试样状态调节和试验的标准环境（GB/T 29182018）8的规定进行试样的状态调节（温度 23oC，湿度 50%，时间 48h）。1.3 试验步骤使用注塑机进行一次性注塑成型的方法，执行GB/T 17037.12019 标准，并对注塑压力、保压压力和注塑体积这几个参数进行调整，其中注塑体积是随压力进行调整的，保证每次完成注塑时的余料量在 23cm即可9，10。每次注 20 根样条，随机抽取 10 根样条进行力学性能测试，测试标准按照执行塑料 拉伸性能的测定 第 1 部分：总则（GB/T 1040.12018）11。2 实验结果2.1 聚丙烯 PPH-T03 试样的制备及拉伸试验根据方法标准，首先设定最初的注塑参数，即注塑压力 600bar、保压压力 700bar、注塑体积 38cm，对牌号为 PPH-T03 的聚丙烯产品进行制样及拉伸力学性能的测定，其测定结果如表 1。从表 1 的测试结果可以看到，该注塑条件下制备的样条屈服应力以及断裂应力的方差较小，仅为 0.184和 2.69，表明数据具有一定的可靠性，而所得断裂标称应变方差非常大，达到 73.8，测试的数据结果显得比较分散，表明制得的样品仍然存在问题，样品之间的质量差距非常大。根据观察，这主要是因为在该条件下制取的样条存在大量气泡，这些气泡在力学测试时明显会使样条更容易断裂，同时，气泡的不规律出现也使得最终的测试结果出现数值分散以及不稳定，并且存在测试结果偏小的影响。出现气泡的主要因素832023 年 8 月注塑机的工艺参数设定对聚丙烯塑料产品力学性能的影响（下转第 91 页）可能是在射胶和保压这两个过程中的压力过小，无法将样条中的气泡排除，因此，为了除掉气泡的影响，下面将注塑压力与保压压力各提高 50bar，进行测试。表 1 注塑压力 600bar、保压压力 700bar 时的测定结果注塑条件测定结果屈服应力（MPa）断裂应力（MPa）断裂标称应变（%）注塑压力600bar保压压力700bar注塑体积38cm30.931.231.131.331.231.231.531.030.931.215.214.317.618.213.620.115.219.518.712.3156128147206137105239356155142平均值31.216.5177方差0.1842.6973.8测试结果显示，增大注塑压力和保压压力后，结果发现样条屈服应力以及断裂应力值几乎没有变化，但是所制得样条的断裂标称应变值却明显增大，从原来的 177%增加到 231%，且方差值也略有缩小，但方差值依旧很大，表明测试数值依旧比较分散，猜测是在此条件下制得的样条仍然存在少量气泡，使得测试数值偏小，并且结果分散，方差值较大。因此继续升压，将注塑压力调到 700bar，保压调到 800bar，再次进行注塑测试。结果显示，该实验条件下的样条屈服应力以及断裂应力值都有所增加，且从方差值来看，样条质量趋于稳定，方差值均很小。而断裂标称应变的值进一步明显增大，达到 426%，是最初测试条件的 2.4 倍，可见注塑压力和保压压力对样条的断裂应变结果影响非常大。此条件下，断裂标称应变的值的方差已经非常小，达到 9.69，表明数值已经非常平行，并且观察注得的样条已经看不出到气泡，无任何缺陷，表面该实验条件下的样条质量较为稳定，数值具有一定的可靠性。为了进一步验证该数值的可靠性，排除气泡对断裂标称应变的影响，在此基础上，再将注塑压力与保压压力各调高 50bar，进行试验。实验结果分析看出，测定结果与（注塑压力调到700bar，保压调到 800bar 注塑测试）的数值基本保持不变，屈服应力以及断裂应力值几乎不再增加，特别是样条断裂标称应变的值没有发生变化，表明在注塑压力 700bar、保压压力 800bar 的情况下制得的样条已经无气泡，制得的样条质量已经达到测试的要求。2.2 低熔指，高黏度聚丙烯 T4401 试样的制备及简支梁冲击试验借鉴上述试验成功的经验，我们想到能否将这种制样方法推广到其他塑料产品的制样中，以提高制样的速率和样条分析结果的准确度。因此，选取茂名石化另一个牌号为 T4401 得共聚聚丙烯试样，由于该牌号产品的熔指较低，分子量大，黏度高，该型号样条的制取常常遇到注射不填充，填充不饱满，样条顶不出等情况。因此，以牌号 T4401 为例，通过采用增加注塑压力的办法来克服熔体流向模腔的阻力，完成注塑，来解决制样过程中遇到的困难。首先设定最初的注塑参数，即注塑压力 650bar、保压压力 700bar、注塑体积 39cm，对样条进行简支梁冲击试验。实验结果分析发现，对于低熔指，高黏度的共聚产品 T4401，由于所制得的样条无法用肉眼观察到气泡情况，只有通过测定简支梁冲击强度数据的分散性来判断样条的质量。从试验结果来看，在该注塑参数条件下，样条简支梁冲击测试结果的方差依旧较大，达到 1.03，表明测试数据略显分散。考虑到该注塑过程比较流畅，且制得的样条表面无明显的气泡和凹痕，猜测可能是保压压力设置偏低造成样条的测试结果较差，因此，下面提高保压压力 50bar 再次进行简支梁冲击试验,测试结果如表 2。表 2 注塑压力 650bar、保压压力 750bar 时的测定结果注塑条件测定结果样条厚度（mm）缺口剩余厚度（mm）冲击能量（J）冲击强度（KJ/m2）注塑压力650bar保压压力750bar注塑体积39.2cm4.144.144.144.144.144.144.144.144.144.147.927.927.927.927.937.927.927.927.937.920.8950.8970.8680.8850.8850.8790.8720.8690.8830.87927.327.426.527.027.026.826.626.526.926.8平均值/26.9方差/0.308从表 2 试验结果来看，提高保压压力后，所制得样条的简支梁冲击强度方差大大降低，表明样条的质量提高，得到了稳定的测试结果。从以上结果可以看912023 年 8 月工业废液回收叔丁醇工艺模拟与优化曲线，打破共沸现象。将其作为叔丁醇-水共沸体系萃取精馏分离的有效溶剂，经模拟计算得到叔丁醇的质量分数为 99.8%，达到分离任务要求。（2）利用 PRO/II 软件，在保证达到分离要求的前提下，以年总费用（TAC）最低为原则，对所建立工艺流程中的关键塔，即萃取精馏塔主要工艺参数进行优化分析，确定合适的工艺条件，采用相同的方法获得 T0101 和 T0103 的最优工艺参数。研究结果可为工业废液回收叔丁醇的工艺设计提供理论参数。参 考 文 献1 程能林.溶剂手册（第五版）M.北京：化学工业出版社，2015.2 李瑞鹏，张博博氨肟化装置叔丁醇回收系统双效精馏的节能改造J.化工技术与开发，2022，51（04）：68-70+74.3 王晓红，丁欣，李文魁，等.叔丁醇-乙醇-水分离的萃取精馏节能设计与动态控制J.石油学报（石油加工），2021，37（01）：100-112.4 杨金杯，李冰，余美琼，等.变压精馏和萃取精馏分离乙腈-正丙醇工艺优化J.精细石油化工，2021，38（03）：40-46.5 余期捷，路战胜，李诺，等.乙二醇萃取精馏分离异丙醇-正丙醇-水三元混合体系的流程模拟与优化J.当代化工，2022，51（12）：2973-2980.6 王超.多共沸物体系萃取精馏和变压精馏分离序列的设计及控制D.青岛：山东科技大学，2019.7 魏刚.反应精馏与萃取精馏技术在 C_4 馏分分离中应用研究J.山东化工，2020，49（21）：112-114.8 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