佛山巴顿菲尔辛辛那提塑料设备有限公司
摘要：在塑料制品的加工过程中，注射成型是常用的加工方法之一，使用此类注塑机械加工出的塑件具有多方面的优点，包括易成型、尺寸精细且无需后续处理等，因此应用比较广泛，同时，其塑化能力对所得塑件的质量有着重要影响，本文分析了影响塑化机塑化能力的主要因素，并对其关系进行了进一步的分析。
关键词：注塑机；塑化能力；影响因素
1引言
注塑机是用于加工聚合物的常用设备，所得塑件的质量与注塑机的塑化能力以及塑化质量等机械本身的性能直接相关。如果塑化机本身存在塑化效率低、塑化质量差等问题，则在操作过程中，材料可能会产生局部过热的情况，从而存在缺陷或者直接降解报废，而塑化质量又由螺杆结构、操作工艺参数以及聚合物种类等因素决定。
2试验部分
2.1主要原料和设备
试验需要的原材料与设备及其相关信息分别如表1、表2所示。
表1 原材料及相关信息
2.2试验步骤
（1）设定好机筒的加热温度并执行加热的操作，最高不能超过230℃，加热完毕后需保温20min；
（2）完成储料与注射操作，待储料时间基本稳定以后再继续后续测试；
（3）喷嘴孔径与速率分别取注塑机的标准孔径以及20%的标准速率，注射2.5倍的螺杆直径（D）的行程和全行程的注射量，记录相关参数数据，包括储料时间、熔融固化后的塑料质量等；
（4）在机器达到稳定的状态后，分别取六次数据，然后将其取平均值，该值即为塑化能力值，最后再根据注射行程与塑料质量具体数值计算得到密度值。
以上测试过程需要使用指定仪器记录下全程，以便以后根据视频中的螺杆位移计算相对密度与时间，然后进一步得到瞬时塑化能力，最后会使用指定的软件系统根据相应的数据绘制出模拟曲线与图表。
3结果与讨论
3.1螺杆结构对塑化能力的影响
注塑机的螺杆具有多种结构，且其内部参数也存在一定的差异，本测试主要是针对不同种类螺杆，然后在特定条件下，测试其塑化能力，如图1所示为不同类型的螺杆，D的数值都是140mm，长径比都是24。
图1 螺杆的类型
取PE-HD用作测试原材料，测试时，螺杆转速设置为100r/min，背压设置为0.5MPa，最高成型温度为230℃，螺杆位移为680mm，具体结果绘制成曲线如图2所示。
图2 不同螺杆类型瞬时塑化能力
如图2所示，在相同测试条件下，不同螺杆结构测得的瞬时塑化能力值是不相同的，且分离型螺杆的瞬时塑化能力在三种螺杆中是最佳的，分析其结构与内部参数可得，分离型螺杆在分离固液相方面具有优势，因此具备优良的输送能力。其次，分离型螺杆因为对原料的推力有所增加，从而使得输送原料的速度进一步提升，此外，单棱型螺杆与双棱型螺杆相比有着更大的塑化能力，这主要是受其槽深与压缩比的影响。
3.2工艺参数对塑化能力的影响
3.2.1螺杆转速
螺杆转速的影响面涉及到多个方面，主要包括塑料的输送过程、塑化的热历程以及剪切效率等螺杆旋转剪切过程中会产生大量的热能，该热能主要用于提供塑料熔融所需的能量，且转速越高的情况下，可以提供更多的热能，也就会获得更快的塑化速度。
取PE-HD用作测试原材料，对分离型螺杆进行测试，D的具体数值为80mm，分别在转速为108、145、156时进行测试，螺杆位移的数值为450mm，背压的数值为1.0MPa，最高成型温度仍然为230℃，所得结果制作成柱状图如图3所示。
图3 不同螺杆转速塑化能力
经计算，PE-HD的合理转速最大值为190r/min。分析图3得，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。从转速比值和塑化能力比值可得，塑化能力与螺杆转速存在线性关系。
3.2.2背压
进行塑料熔融时，熔料会不断顺着机筒前移，且在前端不断积累，从而会产生一个压力，这个压力会反推螺杆，使之后移。此时如果螺杆后退的速度太快，会导致熔料压实的不够均匀，只有给螺杆一个抵抗该压力的方向压力，才能有效均衡，而这个方向压力即为背压。测试背压对塑化能力的影响时，用到的原料为PE-HD、PP以及ABS，使用分离型螺杆进行测试，D取值80mm；设置的测试条件为螺杆转速为145r/min，螺杆位移为450mm，最高成型温度仍取230℃，背压分别设置0.5与1.0MPa，所得结果制成柱形图如图4所示。
图4 背压对不同原料塑化能力的影响
如图４所示，背压值越大塑化能力越低，反之亦然。此外，对于不同原料而言，设置相同的背压及其变化值对塑化能力的影响是不一样的，这可能是因为原料不同，则具有不同的粘度，而黏度越大，则塑化能力越不易受背压变化的影响，反之依然。
3.2.3成型温度
取PP作为测试原料，对分离型螺杆进行测试，D取值为50mm，螺杆的转速、位移分别设定为110r/min、680mm，背压值为0.5MPa，最高成型温度的值分别取210、230、250℃，测试结果绘制成曲线如图5所示。
图5 不同温度对螺杆瞬时塑化能力的影响
分析图5可得，当温度升高20℃时，最高塑化能力的提升较为均匀，从中可以得出，温度变化对塑化能力有着相同的影响。
3.2.4螺杆位移
取PE-HD为测试原材料，对分离型螺杆进行测试，D取值为170mm，螺杆转速设置为67r/min，背压设置为0.5MPa，最高成型温度仍取230摄氏度，所得数据绘制成曲线如图6所示。
图6 不同螺杆位移的瞬时塑化能力
分析图6可得，随着螺杆位移的增加，塑化能力先上升后下降，且在0~1.0D的区间为大幅度上升趋势，在1.0D~2.5D区间为平稳缓慢上升的趋势，2.5D之后开始下降，产生上述现象的原因在于螺槽内原料存在内压，随着螺杆转速的不断增加，内压随之增大，原料不断从螺杆头部挤出，而随着螺杆不断后退，输送距离被缩短，原料内部的内压也不断降低。
3.3原料对塑化能力的影响
3.3.1原料种类不同的影响
取PE-HD、PP（熔体流动速率11g/10min）、ABS为测试原料，D取值为80mm，螺杆转速设置为145r/min，螺杆位移设置为450mm，背压设置为0.5MPa，最高成型温度仍然为230℃，所得结果绘制成曲线如图7所示。
图7 原料种类不同下的瞬时塑化能力
分析图7可得，螺杆无疑的最大值为450mm，对应的PE-HD、ABS、PP的塑化能力值分别为80、68、64。而按上述顺序原料的密度分别为0.73、0.88、0.73g/cm3，可见不能单纯以密度换算得到塑化能力的大小。
3.3.2同种原料不同熔体流动速率的影响
测试同一原料不同流速下与塑化能力的关系时，取PP为测试原料，熔体流速取三个变量值，分别为3、11、27g/10min。螺杆转速设置为110r/min，螺杆位移设置为470mm，背压值为0.5MPa，最高成型温度仍为230℃，所得数据绘制成曲线如图8示。
图8 不同流速对瞬时塑化能力的影响
分析图8可得，同一原料因具备不同的流速，会表现出不同的塑化能力，且速率越高对应的塑化能力也越大。
4结论
综上所述，注塑机的塑化能力受多方面因素的影响，其中，螺杆结构的影响力比较大，且在多种螺杆中，分离型螺杆的塑化能力最佳，而对于螺杆转速及成型温度而言，随着其值的增大，塑化能力呈上升趋势，而螺杆的背压及位移则带来相反的影响。
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论文作者:何紫程
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/30
标签：塑化论文; 螺杆论文; 能力论文; 转速论文; 原料论文; 位移论文; 测试论文; 《防护工程》2019年8期论文;