CN103921391A - 振动注塑成型机及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动注塑成型机及其用途，其特点是该振动注塑成型机包括液压马达(1)，联轴器(2)，轴承系统Ⅰ(3)，轴承系统Ⅱ(4)，塑化螺杆(5)，料筒(6)，加热圈组(7)，阀门(8)，熔体流动通道(9)，定位套(10)，储料缸(11)，防护罩(12)，支撑架(13)，振动注射系统(14)，机座(15)，加料料斗(16)，注射喷嘴(17)；液压马达(1)和料筒(6)通过支撑架(13)固定在机座(15)上，液压马达(1)通过联轴器(2)与塑化螺杆(5)连接；塑化螺杆(5)由轴承系统Ⅰ(3)和轴承系统Ⅱ(4)支撑；加料漏斗(16)固定在料筒(6)上；料筒(6)，熔体流动通道(9)，储料缸(11)，注射喷嘴(17)外设加热圈组(7)；熔体流动通道(9)上设阀门(8)；熔体流动通道(9)嵌在定位套(10)里，定位套(10)固定在储料缸(11)上部；注射喷嘴(17)固定在储料缸(11)前端。

Description

振动注塑成型机及其用途

技术领域

本发明涉及一种振动注塑成型机及其用途，具体地说是一种在聚合物注塑成型过程中对聚合物熔体施加振动,并由此产生的剪切作用来改善聚合物凝聚态结构和性能的注塑成型机，用于高聚物的加工领域。

背景技术

塑料，从一个世纪前被人类合成出来，就受到了越来越广泛的关注，以其丰富的种类，优异的使用性能和低廉的价格，被广泛地使用在人类的生产和生活中。塑料的加工，一直伴随着塑料的产生而不断的发展。目前，关于塑料加工已经有了很多比较成熟的成型方法，其中包括挤出、注塑、压制、热成型、吹塑成型等。在众多成型方法中，注塑成型能生产款式多样、外形复杂、尺寸精确的塑料制品，是聚合物加工最重要的方法之一。

对于注塑成型，最基础也是最重要的成型设备就是注塑成型机。注塑机又称之为注射成型机或注射机，它是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。注塑机通过料筒外部加热和螺杆剪切的作用使塑料融化，从而使塑料熔体具有一定的流动性，再利用注塑机上的螺杆（或柱塞）对熔融塑料施加压力，使得塑料熔体从注塑机喷嘴射出而充满模具型腔。

普通的注射成型存在一些比较突出的缺点。由于塑料制品的性能是由其凝聚态结构所决定的，而凝聚态结构又强烈的依赖于注射成型过程中塑料熔体所受到的应力场作用。在普通注射成型过程中，塑料熔体“被动”的受到一个相对短暂的剪切作用，因此难以控制制品的凝聚态结构而不能获得性能优良的制品。此外，对于粘度比较高的聚合物或成型薄壁制品时，普通注射成型都存在冲模困难的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种注塑成型机及其用途，其特点在高分子材料注射成型的注射和保压阶段，对模具流道或型腔内的塑料熔体施加振动作用，通过振动作用产生的剪切应力场来调控成型制件的凝聚态结构而获得力学性能优良的制品，或提高复合材料的其他性能（如聚合物/导电粒子复合材料的导电性能），同时剪切作用还可以降低塑料熔体的粘度，提高材料的可模塑性。本发明既可用来生产高性能的自增强制品，也可用来研究高分子材料在外立场中的凝聚态结构和性能变化等高分子物理问题，该注塑机具有性能稳定，操作简单，可控性好的优点。

本发明的目的由以下技术措施实现：

振动注塑成型机包括液压马达，联轴器，轴承系统Ⅰ，轴承系统Ⅱ，塑化螺杆，料筒，加热圈组，阀门，熔体流动通道，定位套，储料缸，防护罩，支撑架，振动注射系统，机座，加料料斗，注射喷嘴；电机和料筒通过支撑架固定在机座上，电机通过联轴器和塑化螺杆尾部连接；塑化螺杆中部由轴承系统Ⅰ和轴承系统Ⅱ支撑；加料漏斗通过螺钉固定在料筒上；料筒，熔体流动通道，储料缸，注射喷嘴外设有加热圈组；熔体流动通道上设有阀门；熔体流动通道嵌在定位套里，定位套固定在储料缸上部；注射喷嘴由螺纹固定在储料缸前端。

振动注射系统包括柱塞，注射推杆，注射活塞，注射油缸，中间隔板，振动活塞，振动油缸；其中柱塞通过螺纹固定在注射推杆上，注射推杆通过螺纹固定在注射活塞上。

塑化螺杆为常规螺杆，通用性强。

注射油缸内通过液压油的进和出，控制注射活塞的前进和后退，带动注射推杆和柱塞前进和后退，实现注射操作；

振动油缸内通过液压油的快速换向，控制振动活塞周期性的来回运动，推动注射活塞周期性的来回运动，从而实现振动注射的操作。

振动注塑成型机用于高聚物的注塑加工领域。

本发明具有如下优点：

1.采用来回振动剪切，优化了聚合物熔体的内部凝聚态结构；提高复合材料的力学性能和导电性能，有更好的工业化前景。

2.操作简单、可控性较好。

附图说明

图1为振动注塑机结构示意图；

图2为振动注射系统内部示意图；

(1)液压马达，(2)联轴器，(3)轴承系统Ⅰ，(4)轴承系统Ⅱ，(5)塑化螺杆，(6)料筒，(7)加热圈组，(8)阀门，(9)熔体流动通道，(10)定位套，(11)储料缸，(12)防护罩，(13)支撑架，(14)振动注射系统，(15)机座，(16)加料料斗，(17)注射喷嘴，(18)柱塞，(19)注射推杆，(20)注射活塞，(21)注射油缸，(22)中间隔板，(23)振动活塞，(24)振动油缸。

图3为低倍偏光显微镜下一半试样的整体观察图:

（a）普通注塑样条（b）振动注塑样条。其中A皮层；B过渡层；C芯层；D形如串晶和柱晶（shish-kebab）的区域。

图4为不同区域（040）晶面衍射的方位角统计图，

a标准试样的芯层和过渡层，b振动试样的芯层，c振动试样的过渡层，d标准试样的皮层，e振动试样的皮层。流动方向为垂直方向。

图5为二维广角衍射图，

a标准试样的皮层，b振动试样的皮层，c标准试样的过渡层，d振动试样的过渡层，e标准试样的芯层，f振动试样的芯层。振动试样加工参数：频率为0.5赫兹,振动压力为75兆帕,熔体温度为230℃。

具体实施方式

实施例

下面通过实施例对本发明进行进一步说明。有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

振动注塑成型机，如图1所示，该振动注塑成型机包括以下部分：液压马达1，联轴器2，轴承系统Ⅰ3，轴承系统Ⅱ4，塑化螺杆5，料筒6，加热圈组7，阀门8，熔体流动通道9，定位套10，储料缸11，防护罩12，支撑架13，振动注射系统14，机座15，加料料斗16，注射喷嘴17；

其中，液压马达1和料筒6通过支撑架13固定在机座15上，液压马达1通过联轴器2与塑化螺杆5尾部连接；塑化螺杆5中部由轴承系统Ⅰ3和轴承系统Ⅱ4支撑；加料漏斗16通过螺钉固定在料筒6上；料筒6，熔体流动通道9，储料缸11，注射喷嘴17外设有加热圈组7；熔体流动通道9上设有阀门8；熔体流动通道9嵌在定位套10里面，定位套10通过螺纹固定在储料缸11上部；注射喷嘴17由螺钉固定在储料缸11前端；振动注射系统14包括柱塞18，注射推杆19，注射活塞20，注射油缸21，中间隔板22，振动活塞23，振动油缸24；其中柱塞18通过螺纹固定在注射推杆19上，注射推杆19通过螺纹固定在注射活塞20上。

塑化螺杆5为常规螺杆，通用性强。

注射油缸21内通过液压油的进和出，控制注射活塞20的前进和后退，带动注射推杆19和柱塞18前进和后退，实现注射操作。

振动油缸24内通过液压油的快速换向，控制振动活塞23周期性的来回运动，推动注射活塞20周期性的来回运动，从而实现振动注射的操作。

本发明是这样实现的：启动电源，液压马达1通过联轴器2与塑化螺杆5连接，驱动塑化螺杆5转动，原料从加料漏斗16进入，塑化螺杆5转动并输送原料，通过料筒6外的加热套7加热和塑化螺杆5剪切的双重作用下，物料融化为熔体，打开阀门8，塑料熔体通过熔体流动通道9进入储料缸11内，当熔体积聚到设定量后，关闭阀门8，开启振动注塑系统14，将熔体通过注射喷嘴17注入到模具型腔内，在振动剪切的作用下，达到优化模具内塑料制品内部凝聚态结构的效果。

应用实例1

将等规聚丙烯分别采用常规注塑成型和振动注塑成型制得样条，对样条沿熔体流动方向超薄切片，制得10微米薄片进行偏光显微镜观察。

测试结果如图3所示，经过比较两组试样内部的形态结构，发现普通等规聚丙烯注塑试样是典型的皮芯结构，芯层厚度较大，且绝大部分是由无规分布的球晶组成；而施加振动剪切后，试样的内部出现了明显的取向结构，生成了丰富的串晶和柱晶结构（shish-kebab），且取向结构所占比例比较大。由此说明，通过振动后，试样内部的晶型发生了变化，由于这些新的晶体结构存在，才使得制品的力学等性能得到了提高。

通过二维广角衍射对聚丙烯试样内部晶型的转变进行更深入的研究发现，如图5所示，施加振动剪切后，使得原来呈现无规取向的高分子链发生了较高的取向，这与通过偏光观察到的结果是一致的。

经过量化分析，结果详见表1所示，施加振动后制品内部的过渡层（或剪切层）和芯层，晶体的取向程度都比较高，这归咎于施加振动剪切后，高分子链沿着振动方向排列，诱导生成晶体，同时，生成的晶体又使得这种取向结构得以保存下来。

表1从2维广角中（040）晶面的衍射图样得到的取向度

应用实例2

将高密度聚乙烯/聚丙烯共混物在不同的熔体温度下施加不同频率的振动剪切，得到振动注塑样条，同时与在同样的熔体温度下通过普通注塑成型得到注塑样条进行比较：

按照ASTM D790[26]标准要求进行拉伸性能测试，拉伸速度为50毫米/分钟，测试温度为室温。

按照ASTM D256-05[27]标准要求进行冲击性能测试，缺口深度为2毫米，测试温度为室温。

测试得到的力学性能详见表2和表3所示。结果表明，施加振动后的试样最大拉伸应力比普通试样都有所提高，并且在低的熔体温度和低的振动频率下，最大拉伸应力值提高得更多。冲击性能在熔体温度较低时得到了较大的提高，在低频振动下增幅甚至达到了120%。当熔体温度较高时，冲击性能提高不大，甚至减少，这与内部形成的β晶体的多少有关。实验得知，熔体在受到来回振动剪切的条件下会诱导生成取向结构和β晶体，这样的结构有利于提高制品的力学性能，在高温下这些结构容易松弛，导致对力学性能的下降。

表2在不同振动频率下的最大拉伸强度及其相应的增量幅度

表3在不同振动频率下的最大冲击强度及其相应的增量幅度

Claims (6)

1.一种振动注塑成型机，其特征在于该振动注塑成型机包括：液压马达(1)，联轴器(2)，轴承系统Ⅰ(3)，轴承系统Ⅱ(4)，塑化螺杆(5)，料筒(6)，加热圈组(7)，阀门(8)，熔体流动通道(9)，定位套(10)，储料缸(11)，防护罩(12)，支撑架(13)，振动注射系统(14)，机座(15)，加料料斗(16)，注射喷嘴(17)；其中，液压马达(1)和料筒(6)通过支撑架(13)固定在机座(15)上，液压马达(1)通过联轴器(2)与塑化螺杆(5)尾部连接；塑化螺杆(5)中部由轴承系统Ⅰ(3)和轴承系统Ⅱ(4)支撑；加料漏斗(16)通过螺钉固定在料筒(6)上；料筒(6)、熔体流动通道(9)、储料缸(11)和注射喷嘴(17)的外部设有加热圈组(7)；熔体流动通道(9)上设有阀门(8)；熔体流动通道(9)嵌在定位套(10)里，定位套(10)通过螺纹固定在储料缸(11)上部；注射喷嘴(17)由螺纹固定在储料缸(11)前端。

2.根据权利要求1所述的振动注塑成型机，其特征在于振动注射系统(14)包括柱塞(18)，注射推杆(19)，注射活塞(20)，注射油缸(21)，中间隔板(22)，振动活塞(23)，振动油缸(24)；其中柱塞(18)通过螺纹固定在注射推杆(19)上，注射推杆(19)通过螺纹固定在注射活塞(20)上。

3.根据权利要求1所述的振动注塑成型机，其特征在于塑化螺杆(5)为常规螺杆，通用性强。

4.根据权利要求1或2所述的振动注塑成型机，其特征在于注射油缸(23)内通过液压油的进和出，控制注射活塞(20)的前进和后退，带动注射推杆(19)和柱塞(18)前进和后退，实现注射操作。

5.根据权利要求1或2所述的振动注塑成型机，其特征在于振动油缸(24)内通过液压油的快速换向，控制振动活塞(23)周期性的来回运动，推动注射活塞(20)周期性的来回运动，从而实现振动注射的操作。

6.根据权利要求1所述的振动注塑成型机的用途，其特征在于该振动注塑成型机用于高聚物的加工领域。