淺析粒料尺寸和形狀均一的重要性

文/Injection Molding Solutions John Bozzelli

淺析粒料尺寸和形狀均一的重要性

文/Injection Molding Solutions John Bozzelli

注塑成型過程中有很多細節(jié)。為獲得優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，對于這些細節(jié)中的每一個我們都應(yīng)該本著“挑剔”的原則。本文以粒料為重點關(guān)注對象，探討了粒料尺寸和形狀的均一性對熔融過程以及最終注塑制品的重要影響。

注塑成型過程有數(shù)百個細節(jié)，在對它們進行評估時，我們應(yīng)該本著“挑剔”的原則，而本文關(guān)注的重點是粒料。不管樹脂的類型或其供應(yīng)商是哪家，對于成型商而言，都要確保粒料在尺寸和形狀上擁有良好的均一性。但事實上，粒料的尺寸和形狀各不相同，回用料更是包含了從較小的料末到較大的塊狀結(jié)構(gòu)。對此，我們要遵循的底線是，要求所有的粒料在適當(dāng)?shù)臏囟认戮鶆虻厝廴凇Ｒ驗槿绻廴诓痪鶆颍瑯渲瑹o法形成均勻度良好或可重復(fù)的部件。

筆者猜測大多數(shù)的成型商沒有在這個問題上思考太多。在排除故障時，這雖然不是筆者要檢查的第一件事，但對其重視程度往往比首先要檢查的內(nèi)容提升幾級。假設(shè)一切狀態(tài)良好，因為當(dāng)清洗機器時，我們看到熔融的聚合物會從噴嘴中流出，部件看上去也很好，但為了深入了解熔融不均勻粒料所產(chǎn)生的問題，我們?nèi)孕枰屑氂^察一下熔融過程。

熔融過程從料斗開始，它負責(zé)將粒料送入進料喉中。料斗應(yīng)擁有可提供塊體流（不是漏斗流）的設(shè)計，以使樹脂被均勻地喂入進料喉。切記，料斗中心一定不能有被稱為漏斗流（或“鼠洞”）的溝流。對此，要進行一個實際的檢查：去車間通過清理窗口看粒料，如果窗口上的粒料沒有滑入進料喉，那么你將要面對一個問題，即在整個運行期間，大約95%的時間里這些粒料會停留在那里。

那么，如何確保塊體流呢？首先要檢查料斗的角度，對于塊體流，它的角度應(yīng)該保持在60度。如果你在其需要樹脂時沒有觀察到粒料的流化（在空氣流中舞動），則單注射料斗運行良好。如果流化在螺桿旋轉(zhuǎn)時發(fā)生，則下一次注射將會產(chǎn)生一個不同的部件，因為流化使一些粒料無法沉降到進料螺桿的螺紋中。這是一個過程變量。如果在單注射料斗中確實有流化，可以在進料喉處通過一種很好的耐高溫硅膠墊片來解決漏氣問題。

一旦已經(jīng)形成塊狀流，要確保進料喉的清潔，不被大的塊料、料末或穗狀流（streamer）堵塞，并且通過PID控制溫度。進料喉中不應(yīng)該存在不穩(wěn)定的水流，這里是過程中最重要的區(qū)域，應(yīng)該以一個比你預(yù)想的要更高的溫度來設(shè)置。

進料喉有兩個工作：喂入樹脂，以及作為一個排氣口使氣體在螺桿進料時被排出。可以將進料喉設(shè)定在55～65 ℃范圍內(nèi)，確保揮發(fā)物可以排出，不會凝聚。

如果碰到壅塞問題，那就要注意壅塞材料的組成。如果單個粒料被卡住，那應(yīng)該是進料喉太燙了。如果出現(xiàn)完全熔融的聚合物，或者造成壅塞的是一個固體塑料球，那么更多的可能是止回閥在泄露，而并非進料喉的溫度問題。

現(xiàn)在讓我們把注意力轉(zhuǎn)向螺桿的進料段。隨著轉(zhuǎn)動，螺桿從進料喉處取走粒料并使其螺旋通過螺桿的加料段。在一根通用螺桿上，進料段長度是螺紋長度的50%。進料段的目的是壓縮粒料，為過渡段（也稱為“壓縮段”）作準(zhǔn)備。值得一提的是，在這里螺桿依靠螺紋取走粒料，粒料的尺寸必須適合螺紋腔（flight chamber）。通常，落入螺紋的粒料是沒有問題的，除非它們的體積過大或過小（料末）。

如果粒料太大，超過螺紋尺寸，那它能否在螺紋和進料喉底部鋒利的邊緣之間被剪切就有了不確定性。這會迫使螺桿退回，使螺紋無法被粒料充分填充。如果螺桿向后旋轉(zhuǎn)，螺桿前段就不能實現(xiàn)一次滿注射。這在采用小直徑螺桿和/或低背壓時很常見。其結(jié)果是，下一次注射會出現(xiàn)放射斑、氣泡、欠注或不熔。

料末是另一種不同類型的問題，因為它們比正常大小的粒料熔融得更快更早，降低了熔融正常粒料所需要的摩擦，因此會在部件中產(chǎn)生不熔和黑白斑點。

當(dāng)粒料通過進料段時，它們開始獲取這個后部區(qū)域的熱量，

并被壓實。這時候墨菲法開始起作用。我們首先要擔(dān)心的是，粒料之間的空氣在粒料壓實時會跑到哪里去。如果熔融過程開始太早，那么空氣會被困住，并被推到噴嘴。當(dāng)空氣在部件中以放射斑出現(xiàn)時，可能會被錯誤地認為是水分引起的。對此，在適當(dāng)?shù)臏囟认逻\行進料喉和后部區(qū)域的重要性得到了凸顯，這能使空氣逸出（排氣）進料口，還可能帶走一些水分和其他揮發(fā)物。如果你不相信水分和揮發(fā)物能通過進料喉排出，可以去咨詢一下。

粒料尺寸和幾何形狀的變化會導(dǎo)致一些物料通過螺桿時沒有熔融

壓實是在一定壓力下實現(xiàn)的，但高壓力（數(shù)千磅）要在過渡區(qū)內(nèi)形成，這里是所有熔融發(fā)生的地方。螺桿過渡段的根端直徑逐漸變小至螺桿的計量直徑，這種遞減使塑料受力于機筒壁，從而被壓縮。在這里，粒料的尺寸和幾何形狀成為了其如何熔融以及何時熔融的驅(qū)動因素。任何幾何形狀或尺寸的變化都會引起不同程度的摩擦，從而導(dǎo)致聚合物熔體的非均勻性。

筆者相信，粒料尺寸和幾何形狀的變化影響了所謂的“固體層破裂”，破壞了壓縮粒料“固體層”均勻轉(zhuǎn)變成螺紋中的熔體池，這是部件中部分熔融粒料的來源，可能你的部件中有近70%存在這個問題。

當(dāng)粒料向下通過螺桿時，不同的摩擦系數(shù)將產(chǎn)生不同的熔融模式。當(dāng)“墨菲法則”發(fā)揮作用時，你可能會在部件中得到完全未熔融的粒料，雖然此問題出現(xiàn)的概率很小，但它確實會發(fā)生。

綜上，粒料尺寸和幾何形狀的不均勻性影響了熔融過程，它是外觀、物理、化學(xué)和性能出現(xiàn)問題的源頭。