淺析粒料尺寸和形狀均一的重要性

文/Injection Molding Solutions John Bozzelli

淺析粒料尺寸和形狀均一的重要性

文/Injection Molding Solutions John Bozzelli

注塑成型過程中有很多細(xì)節(jié)。為獲得優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，對(duì)于這些細(xì)節(jié)中的每一個(gè)我們都應(yīng)該本著“挑剔”的原則。本文以粒料為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，探討了粒料尺寸和形狀的均一性對(duì)熔融過程以及最終注塑制品的重要影響。

注塑成型過程有數(shù)百個(gè)細(xì)節(jié)，在對(duì)它們進(jìn)行評(píng)估時(shí)，我們應(yīng)該本著“挑剔”的原則，而本文關(guān)注的重點(diǎn)是粒料。不管樹脂的類型或其供應(yīng)商是哪家，對(duì)于成型商而言，都要確保粒料在尺寸和形狀上擁有良好的均一性。但事實(shí)上，粒料的尺寸和形狀各不相同，回用料更是包含了從較小的料末到較大的塊狀結(jié)構(gòu)。對(duì)此，我們要遵循的底線是，要求所有的粒料在適當(dāng)?shù)臏囟认戮鶆虻厝廴凇Ｒ驗(yàn)槿绻廴诓痪鶆颍瑯渲瑹o(wú)法形成均勻度良好或可重復(fù)的部件。

筆者猜測(cè)大多數(shù)的成型商沒有在這個(gè)問題上思考太多。在排除故障時(shí)，這雖然不是筆者要檢查的第一件事，但對(duì)其重視程度往往比首先要檢查的內(nèi)容提升幾級(jí)。假設(shè)一切狀態(tài)良好，因?yàn)楫?dāng)清洗機(jī)器時(shí)，我們看到熔融的聚合物會(huì)從噴嘴中流出，部件看上去也很好，但為了深入了解熔融不均勻粒料所產(chǎn)生的問題，我們?nèi)孕枰屑?xì)觀察一下熔融過程。

熔融過程從料斗開始，它負(fù)責(zé)將粒料送入進(jìn)料喉中。料斗應(yīng)擁有可提供塊體流（不是漏斗流）的設(shè)計(jì)，以使樹脂被均勻地喂入進(jìn)料喉。切記，料斗中心一定不能有被稱為漏斗流（或“鼠洞”）的溝流。對(duì)此，要進(jìn)行一個(gè)實(shí)際的檢查：去車間通過清理窗口看粒料，如果窗口上的粒料沒有滑入進(jìn)料喉，那么你將要面對(duì)一個(gè)問題，即在整個(gè)運(yùn)行期間，大約95%的時(shí)間里這些粒料會(huì)停留在那里。

那么，如何確保塊體流呢？首先要檢查料斗的角度，對(duì)于塊體流，它的角度應(yīng)該保持在60度。如果你在其需要樹脂時(shí)沒有觀察到粒料的流化（在空氣流中舞動(dòng)），則單注射料斗運(yùn)行良好。如果流化在螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生，則下一次注射將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不同的部件，因?yàn)榱骰挂恍┝Ａ蠠o(wú)法沉降到進(jìn)料螺桿的螺紋中。這是一個(gè)過程變量。如果在單注射料斗中確實(shí)有流化，可以在進(jìn)料喉處通過一種很好的耐高溫硅膠墊片來(lái)解決漏氣問題。

一旦已經(jīng)形成塊狀流，要確保進(jìn)料喉的清潔，不被大的塊料、料末或穗狀流（streamer）堵塞，并且通過PID控制溫度。進(jìn)料喉中不應(yīng)該存在不穩(wěn)定的水流，這里是過程中最重要的區(qū)域，應(yīng)該以一個(gè)比你預(yù)想的要更高的溫度來(lái)設(shè)置。

進(jìn)料喉有兩個(gè)工作：喂入樹脂，以及作為一個(gè)排氣口使氣體在螺桿進(jìn)料時(shí)被排出。可以將進(jìn)料喉設(shè)定在55～65 ℃范圍內(nèi)，確保揮發(fā)物可以排出，不會(huì)凝聚。

如果碰到壅塞問題，那就要注意壅塞材料的組成。如果單個(gè)粒料被卡住，那應(yīng)該是進(jìn)料喉太燙了。如果出現(xiàn)完全熔融的聚合物，或者造成壅塞的是一個(gè)固體塑料球，那么更多的可能是止回閥在泄露，而并非進(jìn)料喉的溫度問題。

現(xiàn)在讓我們把注意力轉(zhuǎn)向螺桿的進(jìn)料段。隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿從進(jìn)料喉處取走粒料并使其螺旋通過螺桿的加料段。在一根通用螺桿上，進(jìn)料段長(zhǎng)度是螺紋長(zhǎng)度的50%。進(jìn)料段的目的是壓縮粒料，為過渡段（也稱為“壓縮段”）作準(zhǔn)備。值得一提的是，在這里螺桿依靠螺紋取走粒料，粒料的尺寸必須適合螺紋腔（flight chamber）。通常，落入螺紋的粒料是沒有問題的，除非它們的體積過大或過小（料末）。

如果粒料太大，超過螺紋尺寸，那它能否在螺紋和進(jìn)料喉底部鋒利的邊緣之間被剪切就有了不確定性。這會(huì)迫使螺桿退回，使螺紋無(wú)法被粒料充分填充。如果螺桿向后旋轉(zhuǎn)，螺桿前段就不能實(shí)現(xiàn)一次滿注射。這在采用小直徑螺桿和/或低背壓時(shí)很常見。其結(jié)果是，下一次注射會(huì)出現(xiàn)放射斑、氣泡、欠注或不熔。

料末是另一種不同類型的問題，因?yàn)樗鼈儽日４笮〉牧Ａ先廴诘酶旄纾档土巳廴谡ＡＡ纤枰哪Σ粒虼藭?huì)在部件中產(chǎn)生不熔和黑白斑點(diǎn)。

當(dāng)粒料通過進(jìn)料段時(shí)，它們開始獲取這個(gè)后部區(qū)域的熱量，

并被壓實(shí)。這時(shí)候墨菲法開始起作用。我們首先要擔(dān)心的是，粒料之間的空氣在粒料壓實(shí)時(shí)會(huì)跑到哪里去。如果熔融過程開始太早，那么空氣會(huì)被困住，并被推到噴嘴。當(dāng)空氣在部件中以放射斑出現(xiàn)時(shí)，可能會(huì)被錯(cuò)誤地認(rèn)為是水分引起的。對(duì)此，在適當(dāng)?shù)臏囟认逻\(yùn)行進(jìn)料喉和后部區(qū)域的重要性得到了凸顯，這能使空氣逸出（排氣）進(jìn)料口，還可能帶走一些水分和其他揮發(fā)物。如果你不相信水分和揮發(fā)物能通過進(jìn)料喉排出，可以去咨詢一下。

粒料尺寸和幾何形狀的變化會(huì)導(dǎo)致一些物料通過螺桿時(shí)沒有熔融

壓實(shí)是在一定壓力下實(shí)現(xiàn)的，但高壓力（數(shù)千磅）要在過渡區(qū)內(nèi)形成，這里是所有熔融發(fā)生的地方。螺桿過渡段的根端直徑逐漸變小至螺桿的計(jì)量直徑，這種遞減使塑料受力于機(jī)筒壁，從而被壓縮。在這里，粒料的尺寸和幾何形狀成為了其如何熔融以及何時(shí)熔融的驅(qū)動(dòng)因素。任何幾何形狀或尺寸的變化都會(huì)引起不同程度的摩擦，從而導(dǎo)致聚合物熔體的非均勻性。

筆者相信，粒料尺寸和幾何形狀的變化影響了所謂的“固體層破裂”，破壞了壓縮粒料“固體層”均勻轉(zhuǎn)變成螺紋中的熔體池，這是部件中部分熔融粒料的來(lái)源，可能你的部件中有近70%存在這個(gè)問題。

當(dāng)粒料向下通過螺桿時(shí)，不同的摩擦系數(shù)將產(chǎn)生不同的熔融模式。當(dāng)“墨菲法則”發(fā)揮作用時(shí)，你可能會(huì)在部件中得到完全未熔融的粒料，雖然此問題出現(xiàn)的概率很小，但它確實(shí)會(huì)發(fā)生。

綜上，粒料尺寸和幾何形狀的不均勻性影響了熔融過程，它是外觀、物理、化學(xué)和性能出現(xiàn)問題的源頭。