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注塑机塑化能力影响因素研究

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，被广泛应用到手机电器、汽车工业、航空航天等领域。注塑机集机械、液压、控制技术于一体，可以重复加工尺寸精确、形状复杂的塑件，同时也是最常用的塑料成型装置之一，成型效率高、适应性强、后处理少。
【关键词】：注塑机；塑化能力；影响因素
这些年来，注塑机的发展十分迅速，随着塑料的应用越来越广泛，注塑技术也朝着精密化、高端化方向发展，各种精密制品的加工如导光板等对注塑机精度、性能及生产效率的要求也越来越高，这就要求对注塑机不断地改进和完善。近年来，不少国内外学者对精密注塑进行了大量研究，探索出了新的注射方法，例如注射压缩成型、高模温注射成型等，这些技术主要从模具、机电控制等角度对注塑机进行了优化。
1、实验部分
1.1主要原料和设备
实验所采用的原料包括：高密度聚乙烯（PE-HD），熔体流动速率4g/10min；聚丙烯（PP），熔体流动速率3，11，27留10min；丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物CABS），熔体流动速率23g/10min；采用示波仪作为计时工具（192B/C，美国FLUKE公司），采用电子秤作为称重工具（FM-048，上海友声衡器有限公司）；采用测速电眼测试转速（PM08-02N，台湾阳明FOTEK公司）。
1.2试验方法
加热机筒至设定温度（最高2300C）并保温20min，接着进行储料与注射动作，观察储料时间基本稳定后（估计10次以上）开始测试；在喷嘴孔径为注塑机标准孔径、20%标准注射速率下，注射2.5倍的螺杆直径（D）的行程和全行程的注射量，记录储料时间及熔融固化后塑料质量等参数数据；机器稳定注射状态下，分6次测得6个数据，取平均值得到一个塑化能力值（总注射量与预塑时间的比值）。根据行程与塑料质量计算相应密度；测试过程全程录像，事后根据视频显示的螺杆位移，计算得出相对密度及时间来确定瞬时塑化能力，并记录到图表中，运用软件模拟曲线功能制成相应的图表。
2、结果与讨论
2.1螺杆结构对塑化能力的影响
注塑机螺杆的种类很多，不同螺杆其内部参数如压缩比、螺距、分段等根据不同的应用又有不同，本测试并未对螺杆的内部参数进行研究，而是在海天公司现有常规螺杆基础上进行比较，得出不同种类螺杆在一定条件下的塑化能力，D均为140mm，长径比均为24。使用PE-HD为测试原料，测试条件为：螺杆转速100r/min，螺杆位移680mm，背压0.5MPa，最高成型温度230℃。不同螺杆结构在相同条件下的塑化能力是不同的。分离型螺杆的瞬时塑化能力在众多螺杆中是最高的，这就与螺杆的结构、内部参数有关系，因为分离型螺杆可以有效的分离固液相，从而产生最大的输送能力。此外，分离型螺杆在相同的条件下增加了螺杆对原料的推力，使原料的输送速度加快，而单棱型螺杆比双棱型螺杆有更大的槽深粕压缩比导致其瞬时塑化能力稍大。
2.2工艺参数对塑化能力的影响
螺杆转速影响塑料在螺杆中的输送、塑化的热历程和剪切效率，因此它是影响注塑机塑化能力、塑化质量和成型周期的重要参数。塑料熔融所需热能大部分来自螺杆旋转剪切所产生的热量，转速越高其所提供的剪切热也就越高，相应的塑化速度也就越快。
测试原料为PE-HD，测试螺杆为分离型螺杆，D为80mm；测试条件为螺杆转速108，145，156r/min，螺杆位移450～，背压1.0MPa，最高成型温度230℃。根据PE-HD料的最大线速度值。.8m/s，可得D为80～情况下，加工PE-HD的最高合理转速可达190r/min左右。当转速达到156r/min时最大瞬时塑化能力达到75g/s，而转速低至108r/min时最大瞬时塑化能力只有52g/s。从转速比值（156/108=1.444）和塑化能力比值（75/52=1.442）看出，在合理的转速下，塑化能力与螺杆转速基本上成线性关系。
塑料熔融过程中，熔料不断移向机筒前端（计量室内），且越积越多，逐渐形成一个压力，推动螺杆向后退。为了阻止螺杆后退过快，确保熔料均匀压实，需要给螺杆提供一个反方向的压力，这个反方向阻止螺杆后退的压力称为背压，背压亦称塑化压力。测试原料为PE-HD，PP（熔体流动速率11g/10min），ABS，测试螺杆为分离型螺杆，D为80mm；测试条件为螺杆转速145r/min，螺杆位移450mm，背压0.5，1.0MPa，最高成型温度230℃。
注塑机塑化过程约10%的热能来自螺杆的剪切热，约30%的热能来自机筒加热圈提供的热能。机筒加热在塑化过程中主要有两个功能，熔化冷料和辅助塑化。成型温度是生产过程中一项重要的技术参数，直接关系到塑化质量和塑化能力。
测试原料为PP，测试螺杆为分离型螺杆，D为150mm；测试条件为螺杆转速110r/min，螺杆位移680mm，背压0.5MPa，最高成型温度210，230，250℃。PP料的成型温度较宽，温度提升20℃，最高塑化能力从230g/s左右提升到250g/s左右，大约提升了8%左右，同时在不同的位移点提升量基本相同，所以在一定的条件下，温度变化对塑化能力的影响应该基本相同。
注塑机螺杆的驱动单元目前最常用的有液压马达和电动机两种。螺杆旋转的动力均来自驱动单元，其对螺杆的转速、螺杆的扭矩等有直接关系。前期驱动单元对螺杆塑化能力的研究较少，因对本次测试的深人研究，笔者发现驱动单元对塑化能力也是有一定的影响。
测试原料为PE-HD，测试螺杆为分离型螺杆，D为110mm；测试条件为螺杆转速108r/min，背压0.5MPa，最高成型温度230`C。直径电预塑驱动单元的螺杆最大瞬时塑化能力在0.45D的螺杆位移点，而液压马达驱动的螺杆最大瞬时塑化能力在1.0D的螺杆位移点。
2.3聚合物种类对塑化能力的影响
2.3.1不同种类原料的影响
测试原料为PE-HD，PP（熔体流动速率11g/10min），ABS；测试螺杆为分离型螺杆，D为80mm；测试条件为螺杆转速145r/min，螺杆位移450～，背压0.5MPa，最高成型温度2300C。最大螺杆位移点450mm，可以得出PE-HD料约80g/s，ABS料约68g/s，PP料约64g/so这些原料的熔融密度：PE-HD为。.73g/cm3，ABS为0.88g/cm3，PP为0.73g/cm3，从原料的熔体密度值和原料的塑化能力值看出，两者之间不能简单按密度换算来计算塑化能力的大小。
23.2同种原料不同熔体流动速率的影响
测试原料为PP，熔体流动速率分别为3，11，27g/10min；测试螺杆为分离型螺杆，D为100～；测试条件为螺杆转速110r/min，螺杆位移470～，背压0.5MPa，最高成型温度230℃。不同熔体流动速率的同种原料，在相同条件下表现出来的瞬时塑化能力是不同的。同种原料在合理转速条件下（PP料时，100～螺杆允许最大转速为150r/min），熔体流动速率越高其塑化能力越大。
结论
螺杆结构对塑化能力影响较大，分离型螺杆可以有效的分离固液相，瞬时塑化能力最好；随着螺杆转速、成型温度的提高，塑化能力有所上升；随着螺杆背压、螺杆位移的变大，塑化能力有所下降；不同驅动方式对达到最大瞬时塑化能力的程度不同，一般来讲电动式驱动方式效果比液压式驱动好。
【参考文献】：
[1]戴晓静.注塑机塑化理论的研究及其应用[D].浙江大学，2004.
[2]李福.注塑机塑化参数对能耗影响的研究[D].太原理工大学，2011.

-全文完-