注塑機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，被廣泛應用到手機電器、汽車工業、航空航天等領域。注塑機集機械、液壓、控制技術于一體，可以重復加工尺寸精確、形狀復雜的塑件，同時也是最常用的塑料成型裝置之一，成型效率高、適應性強、后處理少。

【關鍵詞】：注塑機；塑化能力；影響因素

這些年來，注塑機的發展十分迅速，隨著塑料的應用越來越廣泛，注塑技術也朝著精密化、高端化方向發展，各種精密制品的加工如導光板等對注塑機精度、性能及生產效率的要求也越來越高，這就要求對注塑機不斷地改進和完善。近年來，不少國內外學者對精密注塑進行了大量研究，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，這些技術主要從模具、機電控制等角度對注塑機進行了優化。

1、實驗部分

1.1主要原料和設備

實驗所采用的原料包括：高密度聚乙烯（PE-HD），熔體流動速率4g/10min；聚丙烯（PP），熔體流動速率3，11，27留10min；丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物CABS），熔體流動速率23g/10min；采用示波儀作為計時工具（192B/C，美國FLUKE公司），采用電子秤作為稱重工具（FM-048，上海友聲衡器有限公司）；采用測速電眼測試轉速（PM08-02N，臺灣陽明FOTEK公司）。

1.2試驗方法

加熱機筒至設定溫度（最高2300C）并保溫20min，接著進行儲料與注射動作，觀察儲料時間基本穩定后（估計10次以上）開始測試；在噴嘴孔徑為注塑機標準孔徑、20%標準注射速率下，注射2.5倍的螺桿直徑（D）的行程和全行程的注射量，記錄儲料時間及熔融固化后塑料質量等參數數據；機器穩定注射狀態下，分6次測得6個數據，取平均值得到一個塑化能力值（總注射量與預塑時間的比值）。根據行程與塑料質量計算相應密度；測試過程全程錄像，事后根據視頻顯示的螺桿位移，計算得出相對密度及時間來確定瞬時塑化能力，并記錄到圖表中，運用軟件模擬曲線功能制成相應的圖表。

2、結果與討論

2.1螺桿結構對塑化能力的影響

注塑機螺桿的種類很多，不同螺桿其內部參數如壓縮比、螺距、分段等根據不同的應用又有不同，本測試并未對螺桿的內部參數進行研究，而是在海天公司現有常規螺桿基礎上進行比較，得出不同種類螺桿在一定條件下的塑化能力，D均為140mm，長徑比均為24。使用PE-HD為測試原料，測試條件為：螺桿轉速100r/min，螺桿位移680mm，背壓0.5MPa，最高成型溫度230℃。不同螺桿結構在相同條件下的塑化能力是不同的。分離型螺桿的瞬時塑化能力在眾多螺桿中是最高的，這就與螺桿的結構、內部參數有關系，因為分離型螺桿可以有效的分離固液相，從而產生最大的輸送能力。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致其瞬時塑化能力稍大。

2.2工藝參數對塑化能力的影響

螺桿轉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塑化能力、塑化質量和成型周期的重要參數。塑料熔融所需熱能大部分來自螺桿旋轉剪切所產生的熱量，轉速越高其所提供的剪切熱也就越高，相應的塑化速度也就越快。

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

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

注塑機塑化過程約10%的熱能來自螺桿的剪切熱，約30%的熱能來自機筒加熱圈提供的熱能。機筒加熱在塑化過程中主要有兩個功能，熔化冷料和輔助塑化。成型溫度是生產過程中一項重要的技術參數，直接關系到塑化質量和塑化能力。

測試原料為PP，測試螺桿為分離型螺桿，D為150mm；測試條件為螺桿轉速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，同時在不同的位移點提升量基本相同，所以在一定的條件下，溫度變化對塑化能力的影響應該基本相同。

注塑機螺桿的驅動單元目前最常用的有液壓馬達和電動機兩種。螺桿旋轉的動力均來自驅動單元，其對螺桿的轉速、螺桿的扭矩等有直接關系。前期驅動單元對螺桿塑化能力的研究較少，因對本次測試的深人研究，筆者發現驅動單元對塑化能力也是有一定的影響。

測試原料為PE-HD，測試螺桿為分離型螺桿，D為110mm；測試條件為螺桿轉速108r/min，背壓0.5MPa，最高成型溫度230`C。直徑電預塑驅動單元的螺桿最大瞬時塑化能力在0.45D的螺桿位移點，而液壓馬達驅動的螺桿最大瞬時塑化能力在1.0D的螺桿位移點。

2.3聚合物種類對塑化能力的影響

2.3.1不同種類原料的影響

測試原料為PE-HD，PP（熔體流動速率11g/10min），ABS；測試螺桿為分離型螺桿，D為80mm；測試條件為螺桿轉速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，兩者之間不能簡單按密度換算來計算塑化能力的大小。

2.3.2同種原料不同熔體流動速率的影響

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

結論

螺桿結構對塑化能力影響較大，分離型螺桿可以有效的分離固液相，瞬時塑化能力最好；隨著螺桿轉速、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；不同驅動方式對達到最大瞬時塑化能力的程度不同，一般來講電動式驅動方式效果比液壓式驅動好。

【參考文獻】：

[1]戴曉靜.注塑機塑化理論的研究及其應用[D].浙江大學，2004.

[2]李福.注塑機塑化參數對能耗影響的研究[D].太原理工大學，2011.