塑料注塑机注射螺杆的设计方法及原则研究.docVIP

塑料注塑机注射螺杆的设计方法及原则研究 2009-02-21 下午 09:30 ??? 随着人们对高分子化合物认识的不断深化，塑料注塑机注射螺杆有了很大发展。由于塑料注塑机注射螺杆的技术性能是实现优良注射塑化性能的关键，因此对于注射螺杆的合理设计显得尤为重要。本文分析了塑料注塑机注射螺杆主要技术参数及主要结构与技术性能之间的关系，提出了注射螺杆主要技术参数确定的原则，做了比较详细的分析与研究。 ??? 塑料注塑机注射螺杆长径比 ??? 塑料注塑机注射螺杆长径比是螺杆的一个十分重要的参数,对于常用的通用螺杆而言，尤为重要。通用螺杆的长径比由13~14，提高到18，现已提高到20~22，甚至达到26。 1、塑料注塑机注射螺杆长径比与注射行程 ???? 塑料注塑机注射行程表达了注射量的大小，是一个重要的技术参数。注射过程中螺杆填充的物料量基本上是一个很不确定的因素。注射时，螺杆轴向前移，物料流入螺槽，但不能充满螺槽，因为注射时间不足以满足完全填满螺杆沟槽所需的时间。由于物料填充稀疏，空气易被吸入，此时空气若不能及时排出，会使塑化品质降低。通常，计量行程的大小是决定空气能否进入储料缸的主要因素。多种物料的研究表明，计量行程若大于3D，止回环后面会有夹气产生。此时如果螺杆长径比小于18（满足3D的计量行程的螺杆长径比），即加料段固体开始熔融的长度太短，则会使固体向压缩段熔体转变时残留在熔体中的固体大量增加，在严重的情况下，甚至可造成输送停止。因此要想获得超过3D的计量行程，必须增加螺杆的有效长度，使固体料在加料过程中能够有足够的熔融路径进行熔融，以减少熔体中固体含量，使熔体体积的组成与压缩段的体积流组成相匹配，从而实现计量所要求的熔融体积大于螺杆螺槽中的熔融体积。一般情况下，螺杆长径比达到20~25，可满足计量行程大于3D的要求。另外为了能够解决由于螺杆长径比的增加而引起的加料夹气问题，在螺杆设计上必须满足塑化时固体塞的速度大于固体床的速度。现在，随着螺杆设计及加工的进步，一般塑料注塑机的注射行程由3D增加到4.5D~5D，有的甚至达到6.5D，螺杆的长径比也由18增加到20~25，甚至更大，从而提高了塑化机构的经济性。例如DEMAG公司的Ergotech系列，标准螺杆的注射行程为4.5D左右，螺杆塑化的有效长度为20D~24D，特殊螺杆的长径比达到25，螺距与螺棱外径之比为1：1。 2、塑料注塑机注射螺杆长径比与物料熔融特性 ??? 半结晶塑料的比热焓比无定形塑料约高1.3~1.5倍，因此无定形塑料比半结晶塑料更易熔融，例如，ABS经过7D路径达到熔融，PS经过10D路径达到熔融，PE经过14D路径达到熔融，而PP 经过23D路径后熔融过程仍未结束。从上述现象中可以看出，不同的塑料由于其熔融特性不同，对螺杆的长径比的要求也不同。例如用长径比为18的普通塑料注塑机注射螺杆塑化PP，塑化的质量肯定不理想，以至于在模制品中会有未熔融的粒料，而用来塑化PE，却能达到良好的熔融质量。 ??? 现在随着制品性能的提高，为克服通用螺杆性能的不足，专用螺杆应运而生，例如：PET螺杆、PC螺杆、PVC螺杆、热固性塑料螺杆、EVA螺杆、PEEK螺杆等等。专用螺杆为适应特定对象的塑化，其长径比基本上各不相同，螺杆的具体结构及技术参数也具有各自的特点。例如注射PET瓶坯的专用螺杆，为适应PET料的性能及提高瓶坯的质量，螺杆的长径比达到23D~26D。 3、塑料注塑机注射螺杆长径比与制品质量特性 ??? 制品质量要求不同，对螺杆长径比的要求也不同。例如，一般的PC制品，螺杆的长径比为20即能满足塑化要求，而加工PC光导板，理想的塑料注塑机注射螺杆长径比应为23，以提高熔融品质及计量精度；精密注射螺杆则要比通用螺杆的长径比更大一些。 4、塑料注塑机注射螺杆长径比与剪切混炼组件 ??? 螺杆长径比与剪切混炼组件虽各有各的功能，但在一定情况下，可以相互之间弥补不足。对剪切不敏感的塑料如PP的塑化，在螺杆长径比不足的情况下，可以通过增加剪切/混炼组件提高熔融率，如使用多头螺纹螺杆及屏障型螺杆。多头螺纹螺杆及屏障型螺杆同单头螺纹螺杆相比，优点是机筒壁与固体床之间形成的熔体层不那么厚，因此增加了机筒到固体物的热传递，从而有效地利用了能量。此外，屏障型螺杆表面还能把固体与熔体分开，且物料通过屏障螺纹受到一定的剪切，使热输入更有效。 ??? 对于对剪切敏感的高热焓塑料的塑化，剪切/混炼组件不能代替螺杆长径比的功能，必须使用足够大的长径比的螺杆，使物料具有较长的滞留时间，以吸收足够的热量，这样才能得到足够均化的熔体；加入较长纤维的塑料因纤维在塑化过程中往往受到集中剪切而破坏，所以也不能增加剪切/混炼组件。为达到较好的分散性和捏和性，应