节能注射成型技术的分析研究

作者：宁波海航塑料机械制造有限公司 张友根

欢迎访问e展厅 展厅 1 注塑机展厅 注塑机, 立式注塑机, 二手注塑机, 真空成型机, 发泡注塑机, ... 注塑机的节能首先是节能注射成型技术的创新,即根据节能注射成型的要求开发节能注塑机。节能注射成型技术在专用注塑机的开发上首先得到应用,并取得了良好的节能效果。本文例举并分析了具有代表性的几种节能注射成型技术，以供有关人士参考。 低压高速节能注射成型 超大型注塑机主要用于特定大型塑料制品的注射成型,降低能耗是降低制品成本的主要措施。降低能耗的最有效的措施是降低整机的装载功率,而不像中、小型注塑机那样,从提高驱动系统的效率方面着手。降低整机的装载功率,必须降低执行机构的所需功率。而降低执行机构的所需功率,必须依赖于节能的加工大型制品的注射成型工艺。 塑料托盘作为典型的大型塑料制品，需求量很大。不过，由于托盘的注射成型需要在2500t以上的大型注塑机上进行,这样对于托盘生产厂家来说,不但设备投资的成本大,而且会因加工的能耗大导致制品的成本高,从而最终缺乏市场竞争能力。更有甚者，有的厂家在购买了50 000g的加工托盘的通用注塑机后,因动力及能耗太大而束之高阁。基于此，国内外的注塑机厂家针对托盘制品的性能要求及结构特征,从使用创新的托盘注射成型工艺的角度出发,降低托盘的注射成型能耗,并根据注射成型的工艺要求,开发出具有创新性的节能系统和机构的超大型托盘注塑机。 宁波海航塑料机械制造有限公司根据低压高速的节能注塑成型原理，研发的40 000g节能超大型注塑机，其液压动力系统装载功率仅为37kW，是同规格普通卧式注塑机的1/7～1/6,整机装载功率仅为196kW，能加工废旧塑料的1500mm×1200mm的托盘；采用了宁波海航运用热流道注射原理所研发的模外多点（34点）热流道注射技术，从而达到低压注射，大大降低了注射压力和锁模力，降低了制品的内应力；塑化机构由于运用了挤出连续塑化和中空机存储缸的原理和特点，使之与注射塑化有机地结合起来，从而减小了塑化螺杆的直径（40 000g塑化螺杆的直径仅为110mm，相当于普通注塑机4 000g的塑化螺杆），并大幅降低了塑化的驱动力（塑化电动机功率仅为45kW）。使用该机加工一个1 200mm×100mm托盘，注射压力80MPa,成型周期4.5min，能耗仅为普通卧式注塑机的50%，可以说从根本上解决了超大型机的注射成型节能问题。 德国REMANPLAN公司应用注射-压缩的节能注射成型原理,降低成型制品所需的合模力, 开发出的托盘注射成型设备，也同样达到了节能的效果。该机使用回料，合模力为1 000t,利用蓄能器实现高速注射。其特殊的挤出-塑化装置能在塑化过程中混合填充玻璃纤维,以此可提高回料塑料托盘的强度与刚度。 微发泡节能注射成型 微发泡注塑技术是一项很有发展前途的高端节能注射成型技术，因为对于相同类型的制品，可以大大降低成型所需的合模力，即采用较低的合模力可成型较大的制品,从而使模具成本更低，并大大降低成型能耗。同时注塑制品的下脚料比例也会降低。与常规的模塑制品相比，微发泡注塑循环周期可减少50%，微发泡模塑制品的平均成本可降低16%～20%。微孔发泡技术的实质是利用惰性气体（CO2、N2），在高压和玻璃化温度以下将惰性气体充入饱和聚合物，然后再利用升高温度、减小压力等措施，产生均匀分布的泡孔以形成泡核。随着泡核增长，成型出密度减少20%～40%的微孔制品。微发泡制品由于微孔的存在，在减小密度的情况下，不仅不会降低材料强度，反而会使原有裂纹尖峰钝化，阻止应力沿裂纹继续扩张，吸收冲击能量增加5～7倍，从而大大提高了冲击强度、韧性、耐疲劳寿命、隔热、隔音及吸震等能力。微发泡技术在汽车、飞机、运输等领域有着特殊的用途，例如，用于注塑成型生产汽车进气歧管、保险盒、发动机罩、电器模块、薄壁制件及内部装饰。2000年，美国Trexel公司在NPE上首次推出微发泡注塑成型机的商业产品。微发泡注塑成型制品的主要特点是在基本保持制品原有力学性能的基础上减轻了重量。同时，由于制品内部几乎没有任何残余应力，因此制品的翘曲和变形可以得到很好的抑制。而且，由于能有效地防止收缩痕，因此对制品壁厚均匀度的要求大大降低，从而为制品设计提供了更大的空间。从理论上说，几乎目前所有的非结构性塑料制品和一部分结构性塑料制品都可以采用微发泡工艺制备进行注塑成型。 群腔热流道节能注射成型 热流道对低压节能注射成型非常重要,可达到大幅度降低注射成型能耗的目的。注射成型大型制品,应用群腔热流道,可降低成型的流长比,使注射成型制品所需的合模力及注射压力大幅度降低,从而降低制品成型的能耗。因此应用低压注射成型,必须联合使用热流道技术，只有这样才会取得事半功倍的效果。荷兰的AVK塑料公司是一家生产塑料托盘的公司,应用9点群腔热流道技术实现低注射压力及低合模力的注射成型，应用螺杆塑化挤出与柱塞注射的复合机构达到32 000g的塑化注射量。使用该注塑系统加工一个1 000mm×1 200mm规格的托盘，所需锁模力仅为800t，熔体注入22℃模具内的注射压力最大为40MPa，注射总时间约为18s，以此大幅度降低了制品成本。现在AVK公司每年为Q-Pall公司生产7～8万只托盘。如采用普通的成型工艺，加工一个1000mm×1 200mm规格的托盘，所需锁模力应不小于2 500t，注射压力不小于150MPa。这样，前者的能耗为32 000t·MPa,后者的能耗为375 000t·MPa,通过比较，充分表明了采用热流道技术实现低压注射具有显著的节能效果。同时,该工艺降低了对于注塑机的合模力要求，虽成型这样一个大的制品却不需要很高的合模力,以此可为加工商大幅降低购置设备的成本。 振动成型节能技术 近年来，把振动技术引入注塑和挤出成型在国外已有不少例子，国内最著名的例子是电磁动态挤出机，其本质是高聚物振动机理在挤出成型中的运用，螺杆的振动源就是电磁振动。振动成型技术的实质是利用聚合物吸收振动能量，以达到提高加工性能和制品质量、缩短成型周期、节能和节约原料消耗等效果。带有振动功能的塑化装置及设备有利于提高聚合物的塑化质量和熔体平均流动速率，降低能耗，提高产量。聚合物在振动场的作用下所产生的效应，主要是流变的非线型性效应、壁滑移效应、振动触变效应和振动分解效应。 介质辅助节能技术 介质辅助技术目前多用在注塑成型中，其技术实质是将介质（氮气或水）快速注入带有缺料注射高聚物熔体的模腔中，利用介质压力打通介质通道，推动熔体前沿充满型腔。与此同时，介质由通道内部向四周均衡传递压力，使熔体充实到型腔各壁面，并进行压力保持、冷却定型，最终形成带有部分中空的制品。介质的存在有效地防止了制件的收缩，减少了应力变形，提高了制品的外部质量，并可成型具有特殊形状的制品。 介质辅助技术的节能实质在于两个方面：一是在加工中，用介质推动前沿熔体流动，极大地减小了高聚物传递中的能量耗散，缩短了熔体传递时间及其成型周期，并降低了模腔压力及锁模力，从而减少了加工中的能量消耗；另一方面是缺料定型并保持气道的存在，形成了中空制品，从而节约了原料，使成本降低20%~40%。由于上述原因，介质辅助成型技术广泛用于注塑汽车、家电用大型制品，例如汽车仪表板、方向盘、电器外壳以及大型家具等。 结语 注塑机的节能技术是为降低注射成型制品成本及提高注射成型制品性能服务的,所以节能技术必须满足制品的注射成型要求,而不是让制品的注射成型适应于注塑机的节能性能。注塑机的节能技术有很多种,但每一种都有其应用的局限性。只有把节能技术与注射成型两者结合起来，作为一项综合的新技术，才能发挥节能技术在注塑机中应用的优势。那种单纯把节能技术作为一项纯粹的节能手段来推广的做法，是没有出路的。总之，加工商一定要根据注射成型的要求，来选用其最为合适的节能技术。

文章内容仅供参考 (投稿) (10/28/2008)