排气注塑成型讲解.docx

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排气注塑成型讲解

排气注塑成型

第一节　概述

许多塑料在出厂时，都会有少量单体、熔剂和其它低分子挥发物，如以尼龙（PA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）等最为突出，不仅含有低分子挥发物，而且与空气接触时，很容易吸附水分。

单体、溶剂、水分在加工温度下会变成气体，给加工带来困难，产生银丝、污痕、云斑、汽泡等，影响外部质量，而且会降低制品机械性能，影响内部质量。

所以普通注塑成型必须进行干燥处理。

至到七十年代，开始发展排气式注塑机，用排气注塑工艺加工带有含亚量大，和挥发物的制品。

近年来，由于提倡节能、环保，排气注塑成型又提高到一个新的水平。

排气注塑成型具有显著的经济效益和社会效益：

首先省去了附设的干燥设备及其所占据的厂房面积，减少用电力加热烘干，节省能耗，而且使制品质量得到提高，外观质量好，尺寸稳定，减少废品率。

某些塑料经存放后，会吸收空气中的大量水分，特别是一些容易吸湿类塑料如PA等更是如此。

如图12-1示出几种材料的吸湿曲线。

对于已经吸湿的材料，在注塑之前必须要干燥后才能注塑，否则就会影响成型制品的内部质量和表观质量，以及制品精度。

进行干燥处理需要专用的干燥设备，会延长生产周期，物料中还有低聚物、残余单体和低佛点的添加剂等物质，单纯用干燥办法是处理不掉的。

它们在注塑过程中，在加热，螺杆预塑和注塑时的强剪切作用下，常变成挥发性气体分布在熔体内，存在于制品内部而降低制品机械强度，抗冲击性、介电性能，若分散在制品外层即形成各种表面缺陷。

并严重影响制品尺寸精度。

特别对注塑一些光学制品就更加困难。

表12-1、12-2分别列出ABS和PMMA中的残留单体对其制品性能的影响。

表12-1　　ABS残留单体对性能影响

单体量，%

冲击强度，kJ/m2

硬度HB

软化点，℃

熔融指数g/10min

－

0.5

1.0

1.0

2.0

13.8

14.3

13.8

13.6

13.9

109

108

107

106

105

120

119

116

114

113

2

2.6

3.1

3.85

4.25

单体量

硬度

变形温度

软化点

流动温度

0.4%

0.75%

1.35%

104HB

103HB

103HB

106.5℃

102.5℃

101℃

119.5℃

118℃

116℃

166℃

165℃

160℃

表12-2　　PMMA残留单体对性能影响

为了解决这种特殊的排气问题，出现了排气式挤塑机和注塑机。

1959～1961年Rohm与HaasGmbH合作对PMMA进行了排气注塑试验。

70年代以后排气式注塑机不断地扩大应用范围，设计配有各种排气式螺杆的注塑机对PMMA、ABS、SAN、PA、PS、PPO、PPS等进排气注塑。

如今已有锁模力125～3000吨排气式注塑机系列，图12-2示出小型排气式注塑机。

图12-2　　排气注塑机塑化装置

在排气式注塑机上，由于物料不需再单独地进行干燥，通过塑化装置的排气作用，制品质量很好。

没有干燥的PMMA在普通注塑机上塑化后对空注射出来的物料，里面充满白色的小气泡；干燥后的PMMA注塑产品中仍存有一些挥发性气体产生的大气泡；而没有经过干燥的PMMA物料直接经排气式注塑机注塑的质量好，物料透明，里面再不含气泡。

第二节　排气注塑原理

排气式注塑机塑化装置如图12-2所示，和普通注塑机塑化装置的区别，主要是塑化部件的区别，排气式注塑装置组成及工作原理如图12-3

（1）所示。

螺杆是往复式排气螺杆，在该螺杆上分成前后两级，第一级有加料段、压缩段及计量段；第二级有减压段、压缩段及计量段。

物料在排气式螺杆里的工作过程是：

塑料熔融、压缩→熔料减压→熔料内气体膨胀→气泡破裂并与熔体分离→排气，排气后物料再度进行剪切均化。

物料从加料口，进入第一阶段螺杆后经过第一级加料段的输送，压缩段的塑化物料已塑化成粘弹状态，然后通过设在一级末端的过度剪切元件使熔料变薄，气体附着在熔料层的表面上，进入二级螺杆的减压段。

由于减压段螺槽突然变深，容积增大，加之在减压段的料筒上开有排气孔，该孔常接入大气或接入真空泵贮罐，在减压段螺槽中的熔体压力骤然降低至零或负压，在高聚物熔体中受到压缩的水蒸汽和各种气化的挥发性物质在气泡破裂，便从熔体中脱出，从排气口排出。

脱除气体的熔料经第二级压缩段和计量段进一步的塑化，使从熔体内部转移到表面上的小气泡容易逸出并放入大气。

（1）

图12-3　排气原理及泼水蒸汽压力分图

（1）排气原理图　

（2）水蒸汽压力与成型温度的关系

在排气塑化装置中所控制的水分量及蒸气压力，与材料种类及初期的含湿量有关。

材料随着成型温度的上升，水分的气压也上升，如表12-3所列。

表123

当PMMA的成型温度在200～240℃时，蒸气压力达0.167~3.4MPa（17~35kgf/cm2），熔体中的水蒸气压力与成型温度有关。

为了解排气螺杆工作机理，各段功能与普通注塑螺杆对比，如表12-4所列。

在排气注塑成型中，熔料在减压段螺槽中所占的横截面积、停留时间、剪切效果都直接与排气效率有关。

横截面积小（充满程度小）、停留时间长、剪切作用大，则排气效率高。

因为这时有较充分的时间、空间使气体从熔体表面释放出来，剪切作用加强可使熔体内的气泡破裂，且容易克服周围介质的阻力而释放。

表12-4　普通螺杆与注塑螺杆功能的比较

第三节　排气式注塑螺杆

1．排气注塑成型对螺杆的要求

（1）螺杆在预塑时必须保证减压段有足够的排气效率；

（2）螺杆在预塑或注射时不允许有熔料从排气口溢出；

（3）经过螺杆第一级末端的熔料必须基本塑化和熔融；

（4）位于第二级减压段的熔料容易进入其压缩段，并能迅速地建压；

（5）保证物料塑化效果，不允许有滞留、堆积或产生降解现象。

2．排气式螺杆的工作条件

（1）预塑过程，为保证熔料不从排气口溢出的条件是螺杆第二级计量段的输送能力必须大于第一级计量段的输送能力。

这是与排气式挤出机螺杆所不同的。

排气挤出螺杆两级计量段的输送能力是相等的。

因为那里塑化时，螺杆是连续旋转，稳定挤出；而排气注塑螺杆是间歇预塑，当预塑后进入注射充模程序时，螺杆在注射压力的作用下，熔料会沿螺槽中反流到减压段，有从排气口溢出的功能；如果使第二级计量段输送能力大于第一级计量段输送能力，那么注射时反流的熔体会存留在第二级计量段的螺槽中。

据上分析，排气螺杆除应安装止逆环外，还应建立不冒料的条件：

（2）建立适当的背压与普通注塑螺杆一样，为提高塑化质量，需要建立一定的背压。

对排气注塑螺杆，当转速一定时，第一级螺杆的流率是一定的，而第二级螺杆的流率则与背压有关，背压增大熔体流率减少，背压一般在35～70rgf/cm2之间。

背压上升，第二级流率就逐渐减小，如果与第一级流率相等时，再提高背压就会熔料从排气口溢出。

（3）二级螺杆减压段的长度要合理。

过长会增加长径比，会造成熔料停留时间；但太短，当螺杆预塑后，排气口会被二级螺杆的计量段封住，终止排气，造成熔料压力升高，也会出观冒料。

减压段螺槽深度要适当。

对高粘度物料，如PMMA类，因要发泡，所以螺槽要深些；对低粘度的如PA类发泡小，螺槽要浅些。

如果对低粘度物料螺槽过深，停留在螺槽根部的熔体无法冲刷，熔料滞留会发生降解，螺槽浅有利于冲刷螺杆根部的余料3而对粘度高的熔料，如果减压螺槽过浅会防碍气体从熔料中逸出，影响排气效果。

如图12-6示出螺杆减压段槽深与熔料粘度间的关系。

3．排气式螺杆的几何尺寸

排气式螺杆应根据排气机理，并经试验来确定较为合理的结构。

排气式螺杆的排气效率，不仅与螺杆长度有关而且与物料充满螺槽的程度有关。

第四节　排气注塑工艺

机筒的温度，第一级螺杆加料段温度要高一些，以便使物料能尽早熔融。

排气段的温度在允许范围内要尽可能低一些。

在操作过程中，防止由于长时间停滞而引起物料降解。

如果生产中断，重新开始生产时，需将料筒清洗几次。

更换物料，将排气口清洗；更换色料时，将螺杆拆下清洗。

表12-6、图12-7列出部分塑料排气注塑工艺参数，供参考。

除温度外，螺杆背压及螺杆转速的调节与普通注塑机相比也有所区别。

排气式螺杆填料率比普通注塑螺杆要低，称饥饿加料，不会引起胃料。

对某些塑料注塑量小于机器额定注塑料是正常的，因为在满注塑量下工作，会产生不稳定性。

如对PA等塑料一般限制在额定注塑量的75％左右，但低于额定注塑量10％。

也应避免，否则会同样造成制品质量的不稳定和能源的浪费。

表12-6　几种典型物料排气注塑温度示意图

表12-7　排气式注塑的排气效果及加工条件

第五节　注塑螺杆使用和设计

排气注塑螺杆设计要比普通螺杆的使用和设计更为复杂些，考虑的因素要更为多些：

诸如物料热物理性能、流变性能、工艺参数（注射压力、螺杆转速、背压、排气口压力、注射速度、塑化时间、注射量等）；必须考虑预塑时，螺杆不仅转动而且还要作轴向移动，注射时要前移，预塑时要后移，注射时熔料充满型腔、流道、浇口后，还有部分熔料，以塑料垫形式留在螺杆前端，如果不用止逆环这部分熔料在保压时令沿螺纹回流欲从排气口溢出。

为此，第四段（排气段）必须有足够的长度，以保证在注射和塑化阶段，即螺杆在前进或后退时，排气口始终在螺杆的排气排内。

排气段螺槽空的容积必须大于熔料填充容积，而且还应考虑，气体逸出的自由面积和从熔料中分高气体所膨胀的空间。

螺杆的设计应保证在注射时，熔料热沿螺槽回流到排气孔前予以吸收。

为减少料垫回流，排气螺杆头部止逆环的工作特性更为重要。

排气螺杆可以视为两根螺杆的串联：

第一根为普通螺杆，由1（加料段）、2（压缩段）、3（计量段）组成。

但必须在加料设长度要考虑，螺杆后退的计量行程或注射行程。

螺杆加料段的供热长度减短；第二根螺杆的排气段，即相当加料段位置。

第六节　排气注塑螺杆应用实例

用排气注塑螺杆加工ABS、PC、PA、PMMA等拜师改善效果非常明显。

对于可电镀的ABS用排气注塑成型，使制件镀层粘结性大为提高。

对于PC，当水分含量小于0.08％时，成型制件不会出现裂纹，但其物理性能既便水分含量小到0.03％也会有所降低，而如果采用排气注塑，物理性能没有明显降低。

近年来，为了节能，减少烘干程序，排气注塑螺杆用来加工PA带水回头料被广泛地应用，