注塑螺桿評價(jià)方法(..06)

1、目 錄1.評價(jià)內(nèi)容與適用范圍12.試驗(yàn)設(shè)備及儀器13.塑化能力的評價(jià)方法24.熔體溫度均勻性的評價(jià)方法45.熔體黏度均勻性的評價(jià)方法76.注塑制品質(zhì)量重復(fù)精度的評價(jià)方法97.塑化系統(tǒng)塑化能耗的評價(jià)方法118.分散能力的評價(jià)方法139.停留時(shí)間分布的評價(jià)方法1510.注射螺桿的綜合性能評價(jià)方法171. 評價(jià)內(nèi)容與適用范圍本方法規(guī)定了注射螺桿性能的評價(jià)方法，包括塑化能力、塑化熔體均勻性（熔體溫度均勻性、熔體黏度均勻性）、注塑制品的質(zhì)量重復(fù)精度、塑化系統(tǒng)塑化能耗、分散能力及停留時(shí)間分布，主要采用試驗(yàn)方法進(jìn)行評價(jià)。本方法適用于各種類型的注射螺桿。2. 試驗(yàn)設(shè)備及儀器(1). 注塑機(jī)：選用與待評價(jià)螺桿相

2、匹配的注塑機(jī)，評價(jià)同一直徑螺桿應(yīng)在同一臺注塑機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)；(2). 模具：尺寸及其他技術(shù)條件應(yīng)符合astm d-256標(biāo)準(zhǔn)；(3). 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀：采用測量精度不低于0.25%的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀；(4). 注塑機(jī)動態(tài)參數(shù)在線采集系統(tǒng)； (5). 溫度傳感器和壓力傳感器：采用測量精度不低于0.25%的溫度傳感器和測量精度不低于0.25%的壓力傳感器；(6). 沖擊試驗(yàn)機(jī)：滿足astm d-256標(biāo)準(zhǔn)要求的izod擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)；(7). 超聲波檢測系統(tǒng)：型號：imi-nrc，加拿大國家研究委員會工業(yè)材料研究所或其它性能類似儀器；(8). 稱重裝置：測量精度不低于0.001g。3. 塑化能力的評價(jià)方法塑

3、化能力是指在保證物料塑化質(zhì)量的前提下，螺桿單位時(shí)間內(nèi)的最大塑化量。以注塑試樣的izod沖擊強(qiáng)度下降30%時(shí)的螺桿產(chǎn)量作為試驗(yàn)螺桿的塑化能力值。 （1）g螺桿的塑化能力，g/sw螺桿在一次塑化過程中塑化的物料質(zhì)量，gtp螺桿完成一次塑化過程所經(jīng)歷的時(shí)間，s3.2 試驗(yàn)條件及要求(1). 試驗(yàn)物料及設(shè)備a) 聚苯乙烯（ps）：生產(chǎn)廠家：臺灣奇美商業(yè)股份有限公司，牌號：pg-33；熔體流動速率：8.0g/10min（200，5 kg），密度為1g/cm3，懸臂梁沖擊強(qiáng)度（izod，astm d-256）為1.7kg-cm/cm（1/8）；b) 模具：尺寸及其他技術(shù)條件應(yīng)符合astm d-256標(biāo)準(zhǔn)；

4、c) 沖擊試驗(yàn)機(jī)：滿足astm d-256標(biāo)準(zhǔn)要求的izod擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)。(2). 工藝條件a) 機(jī)筒溫度設(shè)定：加料段：1502；熔融段：1802；計(jì)量段：1902；噴嘴溫度：1902；b) 注射成型周期：控制在905s。3.3 試驗(yàn)步驟(1). ps于80下烘干3小時(shí)；(2). 機(jī)筒加熱到設(shè)定溫度并保溫30分鐘后開始試驗(yàn)，先預(yù)塑10次，使機(jī)筒溫度達(dá)到動態(tài)平衡后開始正式試驗(yàn)；(3). 螺桿轉(zhuǎn)速從50100 r/min開始試驗(yàn)，每次試驗(yàn)制備5個試樣；肉眼觀察，若塑化質(zhì)量良好，則螺桿轉(zhuǎn)速提高10r/min，繼續(xù)試驗(yàn)并重復(fù)該過程，直至觀察到明顯的塑化不良現(xiàn)象，停止試驗(yàn)；(4). 注射模具的溫度應(yīng)

5、控制在402，注射和保壓時(shí)間30s2s,冷卻30s2s；(5). 采用沖擊試驗(yàn)機(jī)對樣條進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，每組試樣做5次試驗(yàn)，取5個試樣所得數(shù)據(jù)的平均值作為該組試樣的沖擊強(qiáng)度值。3.4 試驗(yàn)螺桿塑化能力的確定將不同螺桿轉(zhuǎn)速下的試樣的沖擊強(qiáng)度數(shù)據(jù)與試驗(yàn)原料（ps pg-33）的懸臂梁沖擊強(qiáng)度的數(shù)值進(jìn)行比較，取沖擊強(qiáng)度值低于原料廠家所提供值的305%時(shí)的試樣所對應(yīng)的螺桿產(chǎn)量作為試驗(yàn)螺桿的塑化能力。3.1.3 試驗(yàn)螺桿塑化能力的等級評定根據(jù)所得到的螺桿塑化能力，判定該螺桿品的塑化能力等級,如下表。g（g/s）111.1螺桿塑化能力等級sgi 級ii級iii級iv級4. 熔體溫度均勻性的評價(jià)方法 溫度均勻性

6、包括軸向溫度均勻性和徑向溫度均勻性兩個方面，該性能作為精密注塑螺桿的重要評價(jià)內(nèi)容。溫度值通過特殊設(shè)計(jì)的測溫裝置及溫度傳感器直接測得。測溫裝置如圖1所示，該裝置代替前機(jī)筒形成儲料室，三個快速響應(yīng)熱電偶如圖所示安置，熱電偶頭部與機(jī)筒內(nèi)壁的距離分別為0d、1/4d、1/2d（機(jī)筒內(nèi)徑為d）。將塑化好的熔體對空注射，同時(shí)在線測量熔體溫度。圖1 溫差測試裝置注塑機(jī)預(yù)塑過程中，已塑化的聚合物熔體在螺桿頭前端形成一個熔料柱，如圖2所示。圖2 熔體溫度測量示意圖軸向平均溫差： （1）徑向平均溫差： （2）4.1 試驗(yàn)條件及要求(1). 試驗(yàn)物料及設(shè)備：a) 聚苯乙烯(ps)粒料：生產(chǎn)廠家：臺灣奇美商業(yè)股份有限

7、公司，牌號：pg-33b) 熱電偶：響應(yīng)速度需達(dá)到10ms以上級別；c) 注塑機(jī)動態(tài)參數(shù)采集系統(tǒng)或其它滿足在線采集要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。(2). 工藝條件：a) 預(yù)塑長度：額定注射行程的70%；b) 預(yù)塑時(shí)噴嘴處于閉鎖狀態(tài)；c) 機(jī)筒溫度設(shè)定：加料段：1502；熔融段：1802；計(jì)量段：1902；噴嘴溫度：1902；d) 螺桿轉(zhuǎn)速：805 r/ min；e) 注射速度：2mm/s；注射壓力：10mpa；f) 螺桿停轉(zhuǎn)時(shí)間與塑化時(shí)間相同，同時(shí)保證其大于5s。4.2 試驗(yàn)步驟(1). ps于80下烘干3小時(shí)；(2). 將注塑機(jī)前機(jī)筒拆下并安裝圖1所示裝置；機(jī)筒加熱到設(shè)定溫度并保溫30分鐘后開始試驗(yàn)，

8、先預(yù)塑10次，使機(jī)筒溫度達(dá)到動態(tài)平衡后開始正式試驗(yàn)；(3). 以10mpa的注射壓力和2mm/s的注射速度將熔體對空注射出，同時(shí)自動參數(shù)采集系統(tǒng)記錄溫度值，每秒采集數(shù)據(jù)10個以上。重復(fù)試驗(yàn)5次，注意每次試驗(yàn)周期保持恒定；(4). 依據(jù)采集到的溫度數(shù)據(jù)，按公式（1）和公式（2）分別計(jì)算出每次試驗(yàn)時(shí)熔體的軸向平均溫差和徑向平均溫差，再分別取五次試驗(yàn)的算術(shù)平均值，得到試驗(yàn)螺桿的熔體軸向平均溫差和徑向平均溫差值，并以作為試驗(yàn)螺桿的熔體溫差評價(jià)值。4.3 試驗(yàn)螺桿熔體溫度均勻性的評價(jià)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后所得到的平均溫差，按照下表確定試驗(yàn)螺桿的熔體溫度均勻性等級。/（）8熔體溫度均勻性等級sti 級ii級i

9、ii級iv級5. 熔體黏度均勻性的評價(jià)方法本方法通過測量注塑機(jī)噴嘴處的壓力波動來反映熔體黏度波動，以評價(jià)聚合物熔體的黏度均勻性。如圖1所示，在噴嘴處安裝一個壓力傳感器，將塑化好的熔體對空注射，同時(shí)在線測量噴嘴處的熔體壓力。圖1 噴嘴壓力傳感器安裝示意圖根據(jù)冪律流體在圓形流道中的流量公式： （1）式中：q 體積流率，m3/sr 口模半徑，m3p 口模兩端壓力降，pa 熔體黏度，pas可以得到： （2）在本試驗(yàn)中，注射速度q和注射噴嘴處的壓力均為常數(shù)，由公式（2）可以看出壓力波動與黏度波動成正比，因此可通過壓力波動來評價(jià)熔體黏度的均勻性。5.1 工藝條件(1). 試驗(yàn)物料及設(shè)備：a) 聚苯乙烯（p

10、s），生產(chǎn)廠家：臺灣奇美商業(yè)股份有限公司，牌號：pg-33；b) 壓力傳感器：kistler 4013a或其他具有相同精度等級和響應(yīng)時(shí)間的傳感器；c) 注塑機(jī)動態(tài)參數(shù)采集系統(tǒng)或其它滿足在線采集要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。(2). 工藝條件：a) 預(yù)塑長度：額定注射行程的70%；b) 預(yù)塑時(shí)注射噴嘴處于閉鎖狀態(tài)；c) 機(jī)筒溫度設(shè)定：加料段：1502； 熔融段：1802； 計(jì)量段：1902; 噴嘴溫度：1902；d) 塑化時(shí)螺桿轉(zhuǎn)速：805 r/ min；e) 注射速度：2mm/s；注射壓力：10mpa；f) 螺桿停轉(zhuǎn)時(shí)間與塑化時(shí)間相同，同時(shí)保證其大于5 s；5.2 試驗(yàn)步驟(1). ps于80c下烘干3

11、小時(shí)；(2). 機(jī)筒加熱到設(shè)定溫度并保溫30分鐘后開始試驗(yàn)，先預(yù)塑10次，使機(jī)筒溫度達(dá)到動態(tài)平衡后開始正式試驗(yàn)；(3). 以10mpa的注射壓力和2mm/s的注射速度將熔體對空注射出，同時(shí)自動參數(shù)采集系統(tǒng)記錄記錄噴嘴處熔體壓力值，每秒采集數(shù)據(jù)10個以上。重復(fù)試驗(yàn)5次，注意每次試驗(yàn)周期保持恒定；(4). 計(jì)算出每次試驗(yàn)的熔體壓力方差，再取五次試驗(yàn)的算術(shù)平均值求得平均壓力方差，作為所測螺桿熔體黏度均勻性的評價(jià)值。5.3 螺桿黏度均勻性等級評定根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后得到的平均壓力方差，按下表來確定螺桿熔體黏度均勻性的等級。/(mpa)0.1 0.10.20.20.5 0.5熔體黏度均勻性等級spi 級i

12、i級iii級iv級6. 注塑制品質(zhì)量重復(fù)精度的評價(jià)方法注塑制品的質(zhì)量重復(fù)精度按公式（1）計(jì)算：100% （1）式中： 制品質(zhì)量重復(fù)精度； 第i個制品質(zhì)量，g； 制品的平均質(zhì)量，g；n 試驗(yàn)制品數(shù)量。6.1 試驗(yàn)條件及要求(1). 試驗(yàn)物料及設(shè)備a) 聚苯乙烯（ps），生產(chǎn)廠家：臺灣奇美商業(yè)股份有限公司，牌號：pg-33；b) 模具：尺寸及其他技術(shù)條件應(yīng)符合astm d-256標(biāo)準(zhǔn)；c) 稱重裝置：測量精度不低于0.001g。(2). 工藝條件a) 機(jī)筒溫度設(shè)定：加料段：1502； 熔融段：1802； 計(jì)量段：1902; 噴嘴溫度：1902；b) 塑化時(shí)螺桿轉(zhuǎn)速：805 r/ min；c) 注射

13、成型周期：905s。6.2 試驗(yàn)步驟： (1). ps于80c下烘干3小時(shí)；(2). 機(jī)筒加熱到設(shè)定溫度并保溫30分鐘后開始試驗(yàn)，先預(yù)塑10次以上，使機(jī)筒溫度達(dá)到動態(tài)平衡，并觀察注塑制品表觀質(zhì)量無缺陷后開始正式試驗(yàn)；(3). 注塑機(jī)正常連續(xù)注射，制得表觀質(zhì)量無缺陷的合格試驗(yàn)制品數(shù)50個；(4). 稱量每個制品的質(zhì)量，求得制品平均質(zhì)量，按公式（1）計(jì)算制品質(zhì)量重復(fù)精度。6.3 注塑制品質(zhì)量重復(fù)精度的等級評定根據(jù)所得到的制品質(zhì)量重復(fù)精度，按照下表判定待測螺桿所得制品的質(zhì)量重復(fù)精度等級。 0.1%注塑制品質(zhì)量重復(fù)精度等級swi 級ii級iii級iv級7. 塑化系統(tǒng)塑化能耗的評價(jià)方法本方法用于評價(jià)注塑

14、機(jī)塑化系統(tǒng)的塑化能耗。塑化系統(tǒng)的能耗由螺桿塑化物料所消耗的能量和機(jī)筒加熱系統(tǒng)消耗的能量兩部分組成，用塑化單位物料質(zhì)量所消耗的能量，即比能耗表示。其中，螺桿塑化物料的比能耗為： （1）式中 ns螺桿塑化物料的比能耗，kwh/kg； p螺桿塑化過程所消耗的平均功率，w； tp塑化時(shí)間，s； w塑化量，g。機(jī)筒加熱系統(tǒng)的比能耗為： （2）式中 nh機(jī)筒加熱系統(tǒng)的比能耗，kwh/kg；ne機(jī)筒電加熱器的能耗，kwh；w塑化量，g注塑機(jī)塑化系統(tǒng)的塑化能耗： （3）7.1 試驗(yàn)條件及要求(1). 試驗(yàn)物料及設(shè)備a) 聚苯乙烯（ps），生產(chǎn)廠家：臺灣奇美商業(yè)股份有限公司，牌號：pg-33；b) 模具：尺寸及

15、其他技術(shù)條件應(yīng)符合astm d-256標(biāo)準(zhǔn)；c) 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀：采用測量精度不低于0.25%的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀；d) 電能表：安裝在注塑機(jī)加熱系統(tǒng)回路中以測量加熱能量，精度0.001kwh e) 稱重裝置：測量精度不低于0.001g。(2). 工藝條件a) 機(jī)筒溫度設(shè)定：加料段：1502； 熔融段：1802； 計(jì)量段：1902; 噴嘴溫度：1902；b) 塑化時(shí)螺桿轉(zhuǎn)速：805 r/ min；c) 注射成型周期：905s。7.2 試驗(yàn)步驟：(1). ps于80c下烘干3小時(shí)；(2). 機(jī)筒加熱到設(shè)定溫度并保溫30分鐘后開始試驗(yàn)，先預(yù)塑10次以上，使機(jī)筒溫度達(dá)到動態(tài)平衡，并觀察注塑制品表觀質(zhì)量無缺陷后開

16、始正式試驗(yàn)；(3). 注塑機(jī)正常連續(xù)注射，制得表觀質(zhì)量無缺陷的合格試驗(yàn)制品數(shù)50個；同時(shí)采集螺桿扭矩和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，保證每一個塑化周期讀取的螺桿扭矩和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)不少于50組；并記錄50次注射全周期過程中機(jī)筒加熱的總能耗值；(4). 根據(jù)所讀取的螺桿轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)計(jì)算出每次塑化過程中的平均功率，并求得50次塑化過程的平均功率；根據(jù)50次注射過程機(jī)筒加熱的總能耗值計(jì)算出每次注射周期的機(jī)筒加熱的能耗值；(5). 對制品進(jìn)行稱量，并求得50個制品的平均質(zhì)量；(6). 根據(jù)公式（1）、（2）和（3），計(jì)算出塑化系統(tǒng)的比能耗n；7.3 塑化系統(tǒng)塑化能耗的等級評定根據(jù)所得到的塑化系統(tǒng)的比能耗值n，按下表判定該螺桿

17、的能耗等級。n/（kwh/kg）0.150.15-0.20.2-0.40.4塑化系統(tǒng)塑化能耗的等級sni 級ii級iii級iv級8. 分散能力的評價(jià)方法本方法采用超聲波在物料中傳播速度的波動來評價(jià)螺桿對物料的分散能力。如圖1所示，將超聲波探頭安裝在注塑機(jī)噴嘴處，采用透射模式進(jìn)行檢測，將塑化好的熔體對空注射，在線測得超聲波在熔體中的傳播速度。圖1 超聲波安裝示意圖8.1 試驗(yàn)條件及要求：(1). 試驗(yàn)物料及設(shè)備a) 聚苯乙烯（ps），生產(chǎn)廠家：臺灣奇美商業(yè)股份有限公司，牌號：pg-33；試驗(yàn)前ps需干燥，溫度80，3小時(shí)；b) 碳酸鈣（caco3）：微米級，撫順市海天精細(xì)化工廠，試驗(yàn)前caco3

18、需干燥，溫度80，8小時(shí)；c) 液體石蠟：化學(xué)純，北京化學(xué)試劑公司；d) 超聲波檢測系統(tǒng)：型號：imi-nrc，加拿大國家研究委員會工業(yè)材料研究所，或其他類似儀器。(2). 工藝條件a) 預(yù)塑長度：額定注射行程的70%；b) 預(yù)塑時(shí)注射噴嘴處于閉鎖狀態(tài)；c) 機(jī)筒溫度設(shè)定：加料段：1502； 熔融段：1802； 計(jì)量段：1902; 噴嘴溫度：1902；d) 塑化時(shí)螺桿轉(zhuǎn)速：805 r/ min；e) 注射速度：2mm/s；注射壓力：10mpa；f) 螺桿停轉(zhuǎn)時(shí)間與塑化時(shí)間相同，同時(shí)保證其大于5s；8.2 試驗(yàn)步驟(1). 制備母料：將ps與caco3及液體石蠟按100:30:1的質(zhì)量比例，在適

19、宜的工藝條件下，用雙螺桿擠出機(jī)混合造粒制成母料；(2). 將制得的母料，與ps純料按質(zhì)量比1:1進(jìn)行機(jī)械預(yù)混；(3). 機(jī)筒加熱到設(shè)定溫度并保溫30分鐘后開始試驗(yàn)，先預(yù)塑10次以上，使機(jī)筒溫度達(dá)到動態(tài)平衡后開始正式實(shí)驗(yàn)；(4). 將塑化好的熔體對空注射，同時(shí)采集注射過程中的超聲波信號，測得超聲波的傳播速度，相同試驗(yàn)進(jìn)行5次；(5). 求得每次試驗(yàn)超聲波在熔體中傳播速度的方差，并求5次試驗(yàn)的算術(shù)平均值，作為待測該螺桿分散能力評價(jià)值。8.3 螺桿分散能力的等級評定根據(jù)數(shù)據(jù)處理后所得的超聲波在熔體中傳播速度的方差，按下表評價(jià)待測螺桿的分散能力等級。/（m/s） 30螺桿分散能力等級svi 級ii級i

20、ii級iv級9. 停留時(shí)間分布的評價(jià)方法本方法采用超聲波檢測的方法，在連續(xù)塑化工作狀態(tài)條件下測試注塑螺桿的在線停留時(shí)間分布。試驗(yàn)中以ps（100phr）/ caco3(30phr)作為示蹤物，以純ps作為試驗(yàn)材料。根據(jù)超聲波對于不同含量caco3的振幅不同，相對衰減系數(shù)按下式計(jì)算： （1）式中：相對衰減系數(shù)a0超聲波對純ps檢測時(shí)所得波形的振幅ai超聲波對不同caco3含量混合體系檢測時(shí)所得波形的振幅根據(jù)累積停留時(shí)間分布的定義，則 （2）試驗(yàn)中示蹤物的質(zhì)量一定，則 為定值，因此可以用相對衰減系數(shù)來表征在線停留時(shí)間分布。3.6.1 試驗(yàn)條件及要求：(1). 試驗(yàn)物料及設(shè)備a) 聚苯乙烯（ps），

21、生產(chǎn)廠家：臺灣奇美商業(yè)股份有限公司，牌號：pg-33；試驗(yàn)前ps需干燥，溫度80，3小時(shí)b) 碳酸鈣（caco3）：微米級，撫順市海天精細(xì)化工廠，試驗(yàn)前caco3需干燥，溫度80，8小時(shí)；c) 液體石蠟：化學(xué)純，北京化學(xué)試劑公司；d) 超聲波檢測系統(tǒng)：型號：imi-nrc，加拿大國家研究委員會工業(yè)材料研究所，或其它類似儀器。(2). 工藝條件：a) 機(jī)筒溫度設(shè)定為：加料段：1502； 熔融段：1802； 計(jì)量段：1902; 噴嘴溫度：1902；b) 塑化時(shí)噴嘴開啟狀態(tài)；c) 塑化時(shí)螺桿轉(zhuǎn)速：805 r/ min；d) 儲料背壓設(shè)為30bar；由于背壓較大，注塑機(jī)螺桿無法后退而連續(xù)儲料。3.6.2 試