排氣注塑成型講解

1、排氣注塑成型第一節(jié)概述許多塑料在出廠時(shí)，都會(huì)有少量單體、熔劑和其它低分 子揮發(fā)物，如以尼龍（PA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ）、 聚碳酸酯（PC）等最為突出，不僅含有低分子揮發(fā)物，而且 與空氣接觸時(shí)，很容易吸附水分。單體、溶劑、水分在加工 溫度下會(huì)變成氣體，給加工帶來困難，產(chǎn)生銀絲、污痕、云 斑、汽泡等，影響外部質(zhì)量，而且會(huì)降低制品機(jī)械性能，影 響內(nèi)部質(zhì)量。所以普通注塑成型必須進(jìn)行干燥處理。至到七 十年代，開始發(fā)展排氣式注塑機(jī)，用排氣注塑工藝加工帶有 含亞量大，和揮發(fā)物的制品。近年來，由于提倡節(jié)能、環(huán)保, 排氣注塑成型又提高到一個(gè)新的水平。排氣注塑成型具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益：首先省

2、去了附設(shè)的干燥設(shè)備及其所占據(jù)的廠房面積，減少用電力加 熱烘干，節(jié)省能耗，而且使制品質(zhì)量得到提高，外觀質(zhì)量好, 尺寸穩(wěn)定，減少廢品率。某些塑料經(jīng)存放后，會(huì)吸收空氣中的大量水分，特別是 一些容易吸濕類塑料如 PA等更是如此。如圖12-1示出幾種 材料的吸濕曲線。對(duì)于已經(jīng)吸濕的材料，在注塑之前必須要 干燥后才能注塑，否則就會(huì)影響成型制品的內(nèi)部質(zhì)量和表觀 質(zhì)量，以及制品精度。時(shí)間,h101圖12-1材料吸濕曲線(1)相對(duì)溫度40%(2)相對(duì)溫度60%(3)相對(duì)溫度80%進(jìn)行干燥處理需要專用的干燥設(shè)備，會(huì)延長生產(chǎn)周期， 物料中還有低聚物、殘余單體和低佛點(diǎn)的添加劑等物質(zhì)，單 純用干燥辦法是處理不掉的。它們

3、在注塑過程中，在加熱， 螺桿預(yù)塑和注塑時(shí)的強(qiáng)剪切作用下，常變成揮發(fā)性氣體分布 在熔體內(nèi)，存在于制品內(nèi)部而降低制品機(jī)械強(qiáng)度，抗沖擊性、 介電性能，若分散在制品外層即形成各種表面缺陷。并嚴(yán)重 影響制品尺寸精度。特別對(duì)注塑一些光學(xué)制品就更加困難。表12-1、12-2分別列出ABS和PMMA中的殘留單體對(duì) 其制品性能的影響。表12-1ABS殘留單體對(duì)性能影響單體量，%沖擊強(qiáng)度，kJ/ m2硬度Hb軟化點(diǎn)，c熔融指數(shù)g/10mi n一13.810912020.514.31081192.61.013.81071163.11.013.61061143.852.013.91051134.25表12-2PMM殘

4、留單體對(duì)性能影響單體量硬度變形溫度軟化點(diǎn)流動(dòng)溫度0.4%104HB106.5 C119.5 C166 C0.75%103HB102.5 C118C165 C1.35%103HB101 c116C160 C為了解決這種特殊的排氣問題，出現(xiàn)了排氣式擠塑機(jī)和注塑機(jī)。19591961年Rohm與Haas GmbH合作對(duì)PMMA進(jìn)行了排氣注塑試驗(yàn)。70年代以后排氣式注塑機(jī)不斷地?cái)U(kuò)大 應(yīng)用范圍，設(shè)計(jì)配有各種排氣式螺桿的注塑機(jī)對(duì) PMMA、ABS、SAN、PA、PS PPO PPS等進(jìn)排氣注塑。如今已有 鎖模力1253000噸排氣式注塑機(jī)系列，圖12-2示出小型排 氣式注塑機(jī)。圖12-2 排氣注塑機(jī)塑化裝置

5、在排氣式注塑機(jī)上，由于物料不需再單獨(dú)地進(jìn)行干燥， 通過塑化裝置的排氣作用，制品質(zhì)量很好。沒有干燥的 PMMA在普通注塑機(jī)上塑化后對(duì)空注射出來的物料， 里面充 滿白色的小氣泡；干燥后的 PMMA注塑產(chǎn)品中仍存有一些 揮發(fā)性氣體產(chǎn)生的大氣泡；而沒有經(jīng)過干燥的 PMMA物料 直接經(jīng)排氣式注塑機(jī)注塑的質(zhì)量好，物料透明，里面再不含 氣泡。第二節(jié)排氣注塑原理排氣式注塑機(jī)塑化裝置如圖12-2所示，和普通注塑機(jī)塑 化裝置的區(qū)別，主要是塑化部件的區(qū)別，排氣式注塑裝置組 成及工作原理如圖12-3（ 1）所示。螺桿是往復(fù)式排氣螺桿， 在該螺桿上分成前后兩級(jí)，第一級(jí)有加料段、壓縮段及計(jì)量 段；第二級(jí)有減壓段、壓縮段及

6、計(jì)量段。物料在排氣式螺桿 里的工作過程是：塑料熔融、壓縮一熔料減壓一熔料內(nèi)氣體 膨脹氣泡破裂并與熔體分離排氣，排氣后物料再度進(jìn)行 剪切均化。物料從加料口，進(jìn)入第一階段螺桿后經(jīng)過第一級(jí) 加料段的輸送，壓縮段的塑化物料已塑化成粘彈狀態(tài)，然后 通過設(shè)在一級(jí)末端的過度剪切元件使熔料變薄，氣體附著在 熔料層的表面上，進(jìn)入二級(jí)螺桿的減壓段。由于減壓段螺槽 突然變深，容積增大，加之在減壓段的料筒上開有排氣孔， 該孔常接入大氣或接入真空泵貯罐，在減壓段螺槽中的熔體 壓力驟然降低至零或負(fù)壓，在高聚物熔體中受到壓縮的水蒸 汽和各種氣化的揮發(fā)性物質(zhì)在氣泡破裂，便從熔體中脫出， 從排氣口排出。脫除氣體的熔料經(jīng)第二級(jí)壓

7、縮段和計(jì)量段進(jìn) 一步的塑化，使從熔體內(nèi)部轉(zhuǎn)移到表面上的小氣泡容易逸出 并放入大氣蕪湖米斯機(jī)械科技有限公司排氣口MBa19,aH2009.3220料筒蠱度，f35 3.42圖1551L排代段-劈切段藻氣壓沁養(yǎng)ir槪100圖12-3排氣原理及潑水蒸汽壓力分圖(1)排氣原理圖(2 )水蒸汽壓力與成型溫度的關(guān)系在排氣塑化裝置中所控制的水分量及蒸氣壓力，與材料 種類及初期的含濕量有關(guān)。材料隨著成型溫度的上升，水分 的氣壓也上升，如表12-3所列。表123林料初期水分(231Ci 5州 相時(shí)溫:Mh %許容錢留排吒注削成型達(dá) 到的水分，尿形咼度底型和S 的水離遼 壓力山話ABS0.1541CA2.2OJ5

8、0.20一iCAB1.30.2PAb30.05叫056FAsG0*150,05300擁FUTP0.20.03億制240PC毗0.02O.tH0.D2300朋PMMAo.s25041PPO040.03一一SAN0*40,30山5當(dāng)PMMA的成型溫度在 200240C時(shí)，蒸氣壓力達(dá) 0.1673.4MPa( 1735kgf/cm )，熔體中的水蒸氣壓力與成型 溫度有關(guān)。為了解排氣螺桿工作機(jī)理，各段功能與普通注塑螺桿對(duì) 比，如表12-4所列。在排氣注塑成型中，熔料在減壓段螺槽中所占的橫截面 積、停留時(shí)間、剪切效果都直接與排氣效率有關(guān)。橫截面積 小(充滿程度小)、停留時(shí)間長、剪切作用大，則排氣效率高。

9、因?yàn)檫@時(shí)有較充分的時(shí)間、空間使氣體從熔體表面釋放 出來，剪切作用加強(qiáng)可使熔體內(nèi)的氣泡破裂，且容易克服周 圍介質(zhì)的阻力而釋放。表12-4 普通螺桿與注塑螺桿功能的比較甘通注塑螺桿(三段)排咒注Mff (六段)單級(jí)第一段供杯壓練輸送級(jí)am 轍段 第3段 第鍛第鍛供瓠輸送飆計(jì)駄Iff堿壓、破舐注泡、排氣均化.計(jì)世、建壓第二段壓縮、塑ft,建壓排氣第三段均此*計(jì)盤.覽醫(yī)第三節(jié)排氣式注塑螺桿1 排氣注塑成型對(duì)螺桿的要求(1 )螺桿在預(yù)塑時(shí)必須保證減壓段有足夠的排氣效率;(2) 螺桿在預(yù)塑或注射時(shí)不允許有熔料從排氣口溢出;(3) 經(jīng)過螺桿第一級(jí)末端的熔料必須基本塑化和熔融;(4) 位于第二級(jí)減壓段的熔料容

10、易進(jìn)入其壓縮段，并 能迅速地建壓；(5) 保證物料塑化效果，不允許有滯留、堆積或產(chǎn)生降解現(xiàn)象。2 排氣式螺桿的工作條件(1) 預(yù)塑過程，為保證熔料不從排氣口溢出的條件是 螺桿第二級(jí)計(jì)量段的輸送能力必須大于第一級(jí)計(jì)量段的輸 送能力。這是與排氣式擠出機(jī)螺桿所不同的。排氣擠出螺桿 兩級(jí)計(jì)量段的輸送能力是相等的。因?yàn)槟抢锼芑瘯r(shí)，螺桿是 連續(xù)旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定擠出；而排氣注塑螺桿是間歇預(yù)塑，當(dāng)預(yù)塑 后進(jìn)入注射充模程序時(shí)，螺桿在注射壓力的作用下，熔料會(huì) 沿螺槽中反流到減壓段，有從排氣口溢出的功能；如果使第 二級(jí)計(jì)量段輸送能力大于第一級(jí)計(jì)量段輸送能力，那么注射 時(shí)反流的熔體會(huì)存留在第二級(jí)計(jì)量段的螺槽中。據(jù)上分析，

11、排氣螺桿除應(yīng)安裝止逆環(huán)外，還應(yīng)建立不冒料的條件：(2) 建立適當(dāng)?shù)谋硥号c普通注塑螺桿一樣，為提高塑化質(zhì)量，需要建立一定的背壓。對(duì)排氣注塑螺桿，當(dāng)轉(zhuǎn)速 一定時(shí)，第一級(jí)螺桿的流率是一定的，而第二級(jí)螺桿的流率 則與背壓有關(guān)，背壓增大熔體流率減少，背壓一般在3570rgf/cm2之間。背壓上升，第二級(jí)流率就逐漸減小，如果與 第一級(jí)流率相等時(shí)，再提高背壓就會(huì)熔料從排氣口溢出。(3) 二級(jí)螺桿減壓段的長度要合理。過長會(huì)增加長徑比，會(huì)造成熔料停留時(shí)間；但太短，當(dāng)螺桿預(yù)塑后，排氣口 會(huì)被二級(jí)螺桿的計(jì)量段封住，終止排氣，造成熔料壓力升高， 也會(huì)出觀冒料。減壓段螺槽深度要適當(dāng)。對(duì)高粘度物料，如 PMMA類，因要發(fā)

12、泡，所以螺槽要深些；對(duì)低粘度的如PA 類發(fā)泡小，螺槽要淺些。如果對(duì)低粘度物料螺槽過深，停留 在螺槽根部的熔體無法沖刷，熔料滯留會(huì)發(fā)生降解，螺槽淺 有利于沖刷螺桿根部的余料3而對(duì)粘度高的熔料，如果減壓 螺槽過淺會(huì)防礙氣體從熔料中逸出，影響排氣效果。如圖12-6 示出螺桿減壓段槽深與熔料粘度間的關(guān)系。3 排氣式螺桿的幾何尺寸排氣式螺桿應(yīng)根據(jù)排氣機(jī)理，并經(jīng)試驗(yàn)來確定較為合理 的結(jié)構(gòu)。排氣式螺桿的排氣效率，不僅與螺桿長度有關(guān)而且與物 料充滿螺槽的程度有關(guān)。第四節(jié)排氣注塑工藝機(jī)筒的溫度，第一級(jí)螺桿加料段溫度要高一些，以便使 物料能盡早熔融。排氣段的溫度在允許范圍內(nèi)要盡可能低一 些。在操作過程中，防止由于

13、長時(shí)間停滯而引起物料降解。 如果生產(chǎn)中斷，重新開始生產(chǎn)時(shí)，需將料筒清洗幾次。更換 物料，將排氣口清洗；更換色料時(shí)，將螺桿拆下清洗。表12-6、 圖12-7列出部分塑料排氣注塑工藝參數(shù)，供參考。除溫度外，螺桿背壓及螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與普通注塑機(jī)相 比也有所區(qū)別。排氣式螺桿填料率比普通注塑螺桿要低，稱 饑餓加料，不會(huì)引起胃料。對(duì)某些塑料注塑量小于機(jī)器額定 注塑料是正常的，因?yàn)樵跐M注塑量下工作，會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定性。如對(duì)PA等塑料一般限制在額定注塑量的 75%左右，但低于 額定注塑量10%。也應(yīng)避免，否則會(huì)同樣造成制品質(zhì)量的不 穩(wěn)定和能源的浪費(fèi)。表12-6幾種典型物料排氣注塑溫度示意圖毎癢追度攙制a度兀 23

14、4聊邈度控制眼5 6230245230230302302J5225240ABS2602702 &5265250255235250ABS/PC210-2202102102102102IG215225Cellulose esters220-2452702 S023021Q230220230PAfiF毗關(guān)X2曲254?&0230250250PA66 250250245245210240250235250PBTP300加028020290310PC240-2352刖240ZiQ劉023022024QPM?,J A2ao3io2&Q290290290275Z90290PPO2502652502602G0

15、25523550SAM表 12-7排氣式注塑的排氣效果及加工條件物料1 PAiPCfTMT聚貝PMA1APIMAABSFC駅新含塩度，壞3:Q.IS0.170 軸0.5Q.64.5781116178J1KS7B549(kfjf/cm1)(000)（托血（J650）(800)(165&)(HOO)伽）5D0)蝶甘宜槿mm32523$5?453N9&頒97110nJ44542背氐應(yīng)22242100沛Z機(jī)倚溫度，P132023H220300O儷18D邸0?3102352303502101G0200：7033003002503021031ft704300310330冊(cè)210250210275槪啣溫度，

16、它2S03J0230話Q19525G2L0280注射行程小山37】&67292544値&1C3注財(cái)時(shí)間代0.40,545S51in擁捋壓力,20800220130伽P505 SO630拎劉時(shí)聞e10.51930it)SO価IB妨成型周期朋18.529SJ37咼2汕3070注片扌赴用23.524J 53.621.Z60hE；T54S421皿制品址大號(hào)用fEE333216IS2.53卿金的溫度含盤，歸050.015tKQ40.019.0105(J.050.01第五節(jié)注塑螺桿使用和設(shè)計(jì)排氣注塑螺桿設(shè)計(jì)要比普通螺桿的使用和設(shè)計(jì)更為復(fù) 雜些，考慮的因素要更為多些：諸如物料熱物理性能、流變 性能、工藝參數(shù)

17、（注射壓力、螺桿轉(zhuǎn)速、背壓、排氣口壓力、 注射速度、塑化時(shí)間、注射量等）；必須考慮預(yù)塑時(shí)，螺桿 不僅轉(zhuǎn)動(dòng)而且還要作軸向移動(dòng)，注射時(shí)要前移，預(yù)塑時(shí)要后 移，注射時(shí)熔料充滿型腔、流道、澆口后，還有部分熔料， 以塑料墊形式留在螺桿前端，如果不用止逆環(huán)這部分熔料在 保壓時(shí)令沿螺紋回流欲從排氣口溢出。為此，第四段（排氣 段）必須有足夠的長度，以保證在注射和塑化階段，即螺桿 在前進(jìn)或后退時(shí)，排氣口始終在螺桿的排氣排內(nèi)。排氣段螺 槽空的容積必須大于熔料填充容積，而且還應(yīng)考慮，氣體逸 出的自由面積和從熔料中分高氣體所膨脹的空間。螺桿的設(shè) 計(jì)應(yīng)保證在注射時(shí)，熔料熱沿螺槽回流到排氣孔前予以吸 收。為減少料墊回流，排氣螺桿頭部止逆環(huán)的工作特性更為 重要。排氣螺桿可以視為兩根螺桿的串聯(lián)：第一根為普通螺 桿，由1 （加料段）、2 （壓縮段）、3 （計(jì)量