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混料喷嘴优化注塑加工生产
作者:Rolf Heusser
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混料喷嘴 - 众所周知,色纹是注塑加工极易出现的问题,采用静态混料机,也就是混料喷嘴,则可有效避免该类问题的发生。而鲜为人知的是,除了提高稳定性和减少生产成本,混料喷嘴还能够解决诸多其他品质问题。

在过去几年间,注塑设备的螺杆结构和电子控制已经历经改良,从而保障既高效又迅速地完成塑化以及色母粒与其他添加剂的混合。但是由于注塑是不连续过程,在不同时间段内,熔体仍会留存于料筒中。为了实现尽可能快的熔体加工,就需要借助高温从外部加热料筒。

上述两种方法会造成熔体在其横截面和注塑冲程中出现温差,随之会导致黏度和流动速率的差异。在这种情况下混料喷嘴就有了用武之地(见图1)。将静态混合器整合到注塑喷嘴,可保证在整个注塑周期中温度、黏度和流动速率的均质化(见图2)。

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注塑生产中出现的许多质量问题都直接与温度、黏度和流动速率的差异变化相关。通过优化温度和流动速率分布,可显著缩小尺寸偏差,并避免表面瑕疵,如暗点和亮点。这方面的缺陷是由流痕引起的,采用上述方法能够极大减少缺陷的发生,如样本所示的笔芯弹出滑道(见图3)。事实强有力地证明,使用混料喷嘴(制造商:瑞士温特图尔Promix解决方案有限公司),可有效避免上述缺陷,并提升元件在该点的强度。

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节约色母粒成本和提升能效

静态混合器已被广泛认可,它能够提升混料水平,有效避免色纹问题的出现。生产瓶盖时采用混料喷嘴,的确可显著减少注入点出现的色纹数量(见图4),这点已在实践中获得证实。应对生产中的问题,静态混合器的优势还不止如此,其广阔的加工应用空间,使其可进一步优化注塑工艺,并且在很多情况下可大幅降低生产成本。

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越来越多的加工设备如今转变为使用色母料或液体着色剂直接着色,从而节约原材料成本,并使生产更加弹性灵活。然而,由于加工条件例如温度、背压和螺杆速度对颜色深浅的影响,并且加工过程必须保证着色剂计量的稳定一致,因而采用直接着色并不能保证着色加工品质的始终如一。色母粒精确计量与混料喷嘴的结合,可成为这种问题的有效解决方案。混料喷嘴可保证完全一致的着色品质,而无须考虑注塑设备的类型及其运行模式。该工艺可高效打散彩色颜料团聚物,并使其均质分布,根据特定着色剂和要求的不同,可额外减少母料和液体着色剂的使用量达15-25%。

通过对零件和材料进行更加均衡的温度控制,熔体温度往往可降低10℃。该优势很大程度上提升了能源效率,并额外缩短冷却时间,而冷却时间在很多情况下往往决定了生产周期时长。有家领先公司已经采用该工艺降低熔体温度,在2.5kg PP容器的生产中,可将生产周期时长从120s缩短至100s。

混合螺杆VS静态混合器

在有些情况下,增加背压和色母粒数量可缓解色纹问题,但该方法会带来更高的色母粒成本,并且由于聚合物类型的影响,会导致塑化螺杆的服务寿命缩短,不消说,这并不是经济的明智之选。混合螺杆难道不能解决颜色混合问题吗?虽然答案是积极肯定的,但是与配置得当的静态混合器相比,混合螺杆还是存在相当大的缺陷。

通过调整螺杆速度和背压,混合品质确实有所提升。但色彩团聚物在混合螺杆中只能够打散到有限的程度,这是因为,尽管在某个特定点的剪切力很高,分布却不均一,因此与静态混合器相比效率较低。不止如此,螺杆混合区域往往会降低塑化区域的长度,而后者恰恰是螺杆的主要功能。最后这点也很重要,相比用混合螺杆来替代标准塑化螺杆,安装混料喷嘴并整合静态混合器更加方便快捷,且成本更低廉。

但静态混合器自身也存在一定的局限性,只能在有限的程度内补偿颜色深浅的计量不均。并且在任何情况下,采用的混合机必须根据要求的特定用途而进行精准调整。影响因素不仅包括注塑设备的尺寸和合模力,还涉及到成型制品及采用的塑料材质。配置安装不当的静态混合器,要么只能解决部分问题,要么干脆什么也解决不了。而上述错误,会引起压力损耗的显著增加,并导致聚合物分解。正确安装的混料喷嘴所导致的额外压力损耗不会超过注入塑压力的10-15%。

混合器的几何形状也会影响加工结果,而且混合机只有在很短的安装长度上保证在整个横截面进行高速运转,加工结果才会令人满意。在许多情况下,不匹配的混合机结构或不当的配置安装会导致不合格的加工,而诸如此类加工失误往往会被归咎于静态混合器技术的功能性问题。在实际应用中的关键标准是最小的压力损耗和高效自我清洁。

便捷的自我清洁和材料品质

静态混合器往往被认为容易堆积材料沉淀并且难以彻底清洁,这样的误解由来已久。而事实恰恰相反,有些问题是由于混合器结构造成,另一些则是由于外罩偏差或外罩的安装连接方式造成的。静态混合器无须拆卸便可彻底清洁。在理想状态下,混合器可采用多余的聚合物进行在线净化清洁。这里记录的一项清洁试验,采用Promix混料喷嘴,试验结果显示,3倍于混合机体积的清洁熔体量便足够彻底清洁混合器(见图5)。这个数量远远低于清洁空管道或塑化螺杆的使用量。

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在注塑加工中,静态混合器所承担的机械负荷是巨大的。在注塑阶段,混合器必须持续承受高达几百bar的交替负荷,这还是在材料、结构和配置规划都是完美协调的情况下。因此,严谨、持续的质量保证至关重要。采用高品质混合器以及正确布局规划、准确操作运行的情况下,无需额外准备配件。事实证明,即便加工腐蚀性填充物,混合器的服务寿命仍长数年之久。

综述

静态混合器解决方案可提升注塑加工的稳定可靠性,减少色母粒使用量,从整体上优化注塑工艺。诸多产品品质问题可在此得到简易便捷且经济的解决。唯一的要求仅仅是依据特定应用而进行正确合理的布局规划、混合器结构选择和混料喷嘴配置而已。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (7/25/2014)
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