射胶螺杆简介以及影响塑化质量的主要因素

摘要：射胶螺杆的功能，影响塑化质量的主要因素。

　　射胶螺杆之功能：

　　加料、输送、压缩、熔化、排气、均化

　　螺杆之重要几何尺寸：

　　螺杆直径、进料段、压缩段、计量段、进料牙深、计量牙深

　　螺杆直径(D)

　　·与所要求之射出容积相关射出容积 = 1/4π·D2·(射出行程)·0.85

　　·一般而言，D2与最高射出压力成反比

　　·D愈大，押出率愈大;Q ≒ 1.29D2HmNr·60/1000 (kg/ Hr)

　　入料段

　　·负责塑料的输送、推挤与预热

　　·应保证入料段结束时开始熔融，预热到熔点。

　　·固态比热↑、熔点↑、潜热↑，加热到熔点需热多，入料段应长固态热传导系数↓，传热慢、塑料中心温升慢，入料段应长预热↑， 入料段可短。

　　·结晶性料最长(如：POM、PA);非晶性料次之(如：PS、PU);热敏性最短(如：PVC)。

　　压缩段

　　·负责塑料的混链、压缩与加压排气，通过这一段的原料应该已经几乎全部熔解，但是不一定会均匀混合。

　　·在此区域，塑料逐渐熔融，螺槽体积必须相应下降，否则料压不实、传热慢、排气不良。

　　·对非晶性塑料，压缩段应长一些，否则若螺槽体积下降快，料体积未减少，会产生堵塞。

　　·结晶型塑料实际上非全部结晶(如 PE：40～90%结晶度，LDPE： 65%结晶度)，因此目前压缩段有加长的趋势。

　　·一般占25%螺杆工作长度。

　　·尼龙(结晶性料)2~3圈，约占15%螺杆的工作长度。

　　·高黏度、耐火性、低传导性、高添加物，占40%~50%螺杆的工作长度。

　　·PVC可利用占100%螺杆的工作长度，以避免激烈的剪切热。

　　计量段

　　·理论上到计量段之开始点，料应全部熔融，但至少要计量段 = 4D，以确保温度均匀、混链均匀。

　　·计量段长，则混链效果佳;计量段太长则易使熔体停留过久，而产生热分解;太短则易使温度不均匀。

　　·一般占20~25%螺杆工作长度。

　　·PVC热敏性，不宜停留过长，以免热分解(可不要计量段)。

　　进料牙深、计量牙深

　　·进料牙深愈深，在进料区之输送量愈大，但需考虑螺杆强度。

　　·计量牙深愈浅，塑化之发热、混合性能指数愈高，但需防范塑料烧焦，(计量牙深太浅，则剪切热↑，自生热↑，温升太高，尤其不利于热敏性塑料。)

　　·计量牙深 = KD = (0.03～0.07)D- D ↑，K 选小; D↓，细长比 ↑，热稳定性差之塑料，K 选大

　　影响塑化质量之主要因素：

　　细长比、压缩比、背压、螺杆转速、电热温度设定。

　　细长比

　　·细长比=螺杆工作长度/螺杆直径。

　　·细长比大，则吃料易均匀，但容易过火。

　　·热稳定性较佳之塑料可用较长之螺杆，以提高混链性而不虑烧焦;热稳定性较差之塑料，可用较短之螺杆或螺杆尾端无螺纹。

　　·以塑料特性考量，一般细长比如下:

　　塑 料 特 性细长比

　　热固性14～16

　　硬质PVC、高黏度PU等热敏性17～18

　　一般塑料18～22

　　PC、POM等高温稳定性塑料22～24

　　·以混色能力考量，一般细长比如下

　　细长比混色能力

　　12～16以染好颜色之胶粒成型为宜，避免色差发生。

　　16～18以色母在料管内混链、染色、成型质量均匀，色差不良较小。

　　20～24用色料在料管内混链染色、分散性均匀，对成品物性有较佳的保护作用。

　　压缩比

　　·压缩比=进料牙深/计量牙深

　　·考虑料的压缩性、装填程度、回流、制品要密实、传热与排气。

　　·适当的压缩比，可增加塑料之密度，使分子与分子之间结合更加紧密，有助于减少空气的吸入，降低因压力而产生之温升，而影响输出量的差异，而不适当之压缩比将会破坏塑料的物性。

　　·压缩比值越高，对塑料在料管内塑化过程中产生的温升越高，对胶化中的塑料产生较佳的混链均匀度，相对的出料量大为减少。

　　·高压缩比适于不易熔塑料，特别具低熔化黏度、热安定性塑料。

　　·低压缩比适于易熔塑料，特别具高熔化黏度性，热敏性塑料。

　　背压

　　·增加背压可增加螺杆对熔融树脂所做的功、消除未熔的塑料颗粒、增加料管内原料密度及其均匀程度、减少射出收压和翘曲等问题。

　　·背压被运用来提高料管温度，其效果最为显著。

　　·背压过大，对热敏性较高的塑料易分解;对低黏度的塑料可能会产生"流鼻"现象。

　　·背压太小，射出的成品可能会有气泡。

　　螺杆转速

　　·螺杆的转动速度直接影响塑料在螺旋槽内的切变。

　　·小型螺杆槽深较浅，吸收热源快速，足够促使塑料在压缩段时软化，螺杆与料管璧间的磨擦热能较低，适宜高速旋转，增加塑化能力。

　　·大型螺杆则不易快速旋转，以免塑化不均及造成过度摩擦热。

　　·对热敏性较高的塑料，射胶螺丝转速过大的话，塑料便会很容易被分解。

　　·通常各尺寸之螺杆有一定之转速范围，一般转速 100～150 rpm太低，则无法熔化塑料;太高，则将塑料烧焦。

　　·目前最大表面速度1m/sec为限，对剪切敏感材料，低于0.5m/sec。

　　电热温度设定

　　·使滞留于料管及螺杆内之冷硬树脂熔融以利螺杆之转动，提供树脂获得熔融所需的一部份热量。

　　·设定比熔胶温度低5～10℃(部份由摩擦热能提供)

　　·喷嘴温度的调整也可用来控制流涕、凝固(塞头)、牵丝等问题。

　　·结晶性塑料一般温度控制：

　　塑料种类料管温度℃喷出料管温度℃射出压力Kg/cm2

　　HDPE210℃后降温呈180℃操作200~220500~1,500

　　PP200~270210~280400~1,000

　　PA6225~280240~280700~1,000

　　PA6/6260~280270~310600~1,500

　　DELRIN180~200190~220800~1,100

　　鸠拉康220~270230~280400~1,000

　　·非结晶塑料：

　　塑料种类料管温度℃喷出料管温度℃射出压力Kg/cm2

　　PS180~240190~260400~1,300

　　ABS200~230200~240800~1,500

　　PMMA180~220200~230700~1,500

　　PC260~310280~320800~1,500

　　变性PPO240~280250~300850~1,400

　　硬质PVC165~185175~1951,000~1,500

　　注一：以上均是以不添加玻璃纤维的非强化塑料为标准。

　　注二：管内之熔胶温度通常高于管外控制的温度，从喷嘴出料温示之。

　　一般塑料性质与成型作业之关系

　　PE料

　　属流动性良好、热安定性佳的塑料，但分子配性强容易变形，高密度PE料有明显的结晶化温度，最好增大射出速度。对厚肉制品而言，增快射出速度尤为重要：可改良制品的表面光泽、防止翘曲、减少成型收缩率等。因此，螺杆设计及止逆配备尤需精密，若有损耗及伤痕，加料时会产生渐慢现象。(因塑料逆流而产生射入模具的量减少，熔料倒回于计量部，使进料段的新料滞留，造成新陈代谢失效，因而形成成型品质量不坚实，缩水度强，不良率高的现象。)

　　PP料

　　属流动性良好塑料，近似PE料。PP料从280℃附近会开始劣化，所以加热温度宜在270℃以下操作，其分子配向性很强，在低温成型时，易因分子配向而翘曲及扭曲，宜注意。

　　PA料

　　俗称尼龙料，其黏度对加热温度敏感性高，亦是吸湿性大的塑料，所以射出温度及干燥温度须高。塑料在未达干燥程度绝对不可放入熔胶筒内，因带水份很强而易于卡住在加料段的杆槽里，形成入料困难的现象。成形时，在射嘴处最易冷却，倘在冷却时增大射出压力操作，易致使止逆阀破裂，所以射嘴处之温度控制必须适当。为防止塑料因加料溢入模具，宜用有控制性的射嘴。在换用其它塑料进行射出时，应注意原尼龙加热温度是270℃以上，而一般料加热温度只在200℃左右即行运作，因此必须加热融胶筒至尼龙加热温度后再行运作，否则易使螺杆之止逆阀与分胶头折断。因尼龙料属高温时流动性佳的塑料，本身不易熔解，熔解后又易冷却凝固，必须注意成型方法方能产生良好效果。

　　POM料

　　俗称塑料钢，易起热分解，宜注意成型时的温度管理，POM料不可在熔胶筒内滞留过长时间，否则易过火、黄色化。熔化后的气体很浓，射嘴及法兰的各部接触点最易腐蚀，宜用好的材质。

　　PBT料

　　和PET同属饱和性聚酯类，具熔融度高、成型性良好、结晶性迅速、固化速度快的特性。熔胶筒温度宜控制在230℃~270℃，模温宜设定在40℃~90℃。欲得光泽良好的表面时，宜升温，必要时需进行充分的预备干燥。所需射出压力约在500~1300kg/m2。

　　PS、AS、ABS一般料

　　属乙烯类，乃一般普通料，这些料较易成型。唯ABS常用于镀金品，其注意事项如下：(1) 熔胶管温度宜高，约220℃~250℃;(2) 射出温度宜慢(用二次加压法)、射出压力宜低;(3) 不可用离模剂;(4) 不可有收缩下陷及熔接线之流痕;(5) 成品表面不可有创痕。

　　PC料

　　此料熔融黏度高，射出压力大，管内温度过高或滞留时间久时，易起热分解、变色及降低物性，须注意模温以85℃~120℃为准。对厚的成品尤其不易成型，因成品易生残留应力，会造成日后破裂，因此宜用粉末状的矽利康作离模剂，勿用液状离模剂。

　　PMMA料

　　俗称压克力料，此料特性是韧性强、料流不良，宜在低温成型。转速宜慢，使管内不起温升。设计模具时宜加大浇道、应加大射嘴孔。压克力成型属技术性加工成型，操作时须闢净室以隔离灰尘、漏斗宜清洁、取模宜轻巧、带白手套等以保持干净。

　　硬质PVC料

　　此料最易烧焦、产生酸性气体，所以管内温度宜取170℃-l90℃加热，应避免 200℃以上高温加热，模温取50 ℃-60 ℃。塑料滞留时间宜短，以最慢转加料法使管内不升温度，以慢射出法使气体可排出于模体。模具排气孔宜大，螺杆需加电镀、不必用止逆装置、射嘴孔应加大、每次需射到底，使不含滞料在管内。停止操作时，须把温度慢慢降低，一直操作至不良成品时促使内部滞料全部射出。

　　含玻璃纤维的塑料

　　含玻纤塑料的流动性低于非强化树酯，所以常增加熔胶筒加热温度与模温及射出压力等以方便成形。同时模具的浇口、横浇道、浇口等的尺寸，也须大于一般塑料。成型收缩率甚小于非强化树酯，呈方向性的流动，所以浇口方向宜设法减少配向所致的不良影响。成型品的结合线强度常低于其它部份，在设计制品模具时需加注意，宜于熔接处增设排气孔，使不致包风。模具各部份(特别是浇口部)或螺杆组件，熔胶管等磨耗很快，宜注意材质及表面的硬度处理。