注射制剂生产前后处理流程优化

为使注射成型生产顺利进行和保证制件的质量，生产前需要进行原材料的预处理、清洗料筒、预热嵌件和选择脱模剂等准备工作。制件从模具中脱模后，按需要还要进行修剪、整形、退火或调湿等后处理。

1.生产准备

生产前对注射成型原材料的处理，主要包括原材料质量检验、着色和预热干燥。有关塑料的着色剂和着色工艺在下面专节陈述。

（1）原料预处理 各种注射制品生产厂的塑料原料来源不同。生产电器电子和汽车等产品注塑件，原料来自合成树脂厂的塑料粒子。只需处理少量的回头料，预处理工作是检验原材料质量。现代的废旧塑料回收与利用行业有很大发展。这里简单介绍废旧塑料的再生，也是注射制品最终处理。

1）检验原材料质量。根据注射成型对物料的工艺规程的要求，检验物料的含水量、外观色泽、颗粒情况和有无杂质。生产中有大量的废料要再用，称为回头料。常见的是注射时成型的浇注系统的凝料和成型时的废品。这类废塑料多按塑料的品种收集分类，污染少而便于处理。这些回头料在去除杂质、分类、洗涤和干燥后，可以由切碎机切成碎片，或由粉碎机将碎片磨切成粉状，再经挤出造粒。回头料只能以20%～25%以下的比例混入新料。高精度的塑料制品不能有回头料混入注射成型。聚合物经过多次加热熔化，相对平均分子量会有下降，影响塑料制品的性能。

为了保证注塑件的精度和质量，保证模具设计和制造质量以及满足注射工艺要求，对原材料的注射成型收缩率进行检测。还要用热塑性塑料进行熔体流动速率试验，了解塑料熔体的流动性。为了明确注射机的加热温度参数，还要测试塑料的热性能。测试和纪录原材料的某些力学性能和物理性能，将来与注射制品的性能逐项比照，用来分析注射工艺的合理性。

2）废旧塑料的回收与利用。在塑料制品使用中产生的废料，是废旧塑料回收的主要来源。日常生活中的鞋类、日用制品和包装物、电器电子产品的机壳、建筑物的门窗和板料管材，农业用的薄膜，它们集中回收后，由专业厂再生利用。

对回收的废旧制品需经分类，要进行鉴别和分离。以外观观察和燃烧的火焰特点可以简易鉴别。分离是将废旧塑料中混有金属、橡胶、织物和泥沙等杂物分开后去除。人工分拣的效率很低，各国都在致力研究各种分离技术，各种物理或化学方法有十多项。例如风力分类法，将粉碎的废旧塑料粉，喷入分类槽，横向送风，利用对气流的重力和阻力的合力之差，进行筛选分离。此方法适用于区分密度大小有明显差别的物料，可将塑料与金属、泡沫塑料分开。

大批量的废旧塑料的再生利用，大致有四个方面：其一是分类清洗后，粉碎造粒，重新成型；其二是改性后再用，经配料充填添加剂，重新着色造粒后再成型，也有加入碳酸钙等无机填料，成型复合再生制品；其三是热分解化学再生，热分解废旧塑料可以生产油品、聚合物单体或化工原料；最后是将残留物掩埋将其降解。

（2）预热干燥 塑料制品吸水后会引起许多性能变化，例如电绝缘性能降低、弹性模量减小、尺寸胀大等。聚合物分子链上含有氧、羟基、酰胺基等亲水基团的塑料，具有明显的吸水倾向。塑料中的某些添加剂，对制件的吸水性也有影响。

吸水性是常温下将塑料试样浸泡在蒸馏水中24h，测得对原始质量的吸水百分率。它是实验室的平衡条件测得吸水率。与塑料的吸水率有关的是塑料原材料的含湿量，取决于运输和贮存过程中，从环境中吸收的水分。温度、空气相对湿度和贮存时间等，决定原材料的含湿量。表3-19所列的塑料的吸水率，下限值取自实验室的吸水性；上限为原材料的可能含湿量。未经干燥或干燥不充分的塑料供给料，成型时会使制品出现银纹丝和气泡，也会使注塑件的力学和电性能下降。应根据注射工艺允许的含水量进行预热干燥，除去物料中过多的水分及挥发物。

表3-19 部分热塑性塑料的吸水率与允许的含水量

①0.15%是聚对苯二甲酸乙二醇酯原材料的可能含湿量。PET薄膜的吸水率小于0.6%。

除了包装良好的聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等不易吸湿物料在成型前不必干燥外，许多品种如ABS、聚酰胺PA、聚碳酸酯PC和聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT等，在成型前必须进行干燥处理。有些品种的干燥要求很高，例如PC和PBT塑料的允许含水量很低。

预热干燥方法很多，下面介绍常见的三种方法。长时间高温受热易氧化的塑料，宜采用真空干燥。

1）空气循环干燥。空气循环干燥用于多品种和小批量注射生产，用红外线和远红外线加热塑料粒子。干燥盘上物料厚度以18～19mm为宜，不超过30mm，以利于空气循环流通。部分热塑性塑料在空气循环干燥箱中的干燥条件，见表3-20。这种干燥方法由于塑料粒子堆砌紧密，粒子表面水分汽化干燥后，粒子内的水分向表面的扩散传递速率很慢；缺少强气流作用，干燥效果差；电能消耗高，占用厂房面积大，劳动强度大。

表3-20 部分热塑性塑料在空气循环干燥箱中的干燥条件

2）沸腾干燥。图3-32所示为卧式沸腾干燥机，用于大批量塑料粒子的干燥。将塑料粒子悬浮在热气流中干燥，颗粒表面均匀地接触热气流，水汽不断被热空气带走，增强了塑料粒子本身传热和水分扩散，增大了粒子表面水分汽化速率。沸腾干燥方法高效节能，而且干燥处理时间短。其干燥条件见表3-21。

图3-32 卧式沸腾干燥机示意图

1—风管 2—沸腾床箱体 3—热风整流筒 4—电加热器 5—离心风机 6—袋式过滤器

表3-21 部分热塑性塑料在沸腾干燥机中的干燥条件

3）料斗式干燥。图3-33所示为料斗式干燥装置，用于中小型注射机，为单机的塑料粒子干燥。干燥器装在注射装置的料斗上。输入的热空气从干燥器底部，穿流贮存的塑料粒子。排出的空气经除湿加热箱，用分子筛除湿，经电加热再泵压入料斗。这样可避免经塑料粒子时重新受湿。料斗的容积和加料量，要与注射机的塑化能力相互协调。另一类料斗式干燥器并无除湿加热箱，风机和加热器吊装在料斗侧旁。部分塑料在料斗式干燥装置中的干燥条件见表3-22。

图3-33 料斗式除湿干燥装置示意图

1—气体分流锥 2—除湿的塑料粒子 3—排气管 4—吸湿的空气 5—干热空气 6—空气管(www.xing528.com)

表3-22 部分塑料在料斗式干燥装置中的干燥条件

（3）清洗料筒 注射加工中需要改变生产的制品、更换塑料的品种、调换塑料的着色或者出现物料的热分解，都应该对注射机的料筒进行清洗。螺杆式注射机通常采用直接换料法清洗料筒。换料清洗料筒常按从下几种方式进行。

1）替换塑料的成型温度高于残留物料的加工温度。应将料筒和喷嘴温度升至替换塑料的最低成型温度，即表3-23所列换料时的清洗温度。加入替换塑料或其回头料，并连续对空注射，直到前期存留物料清洗完毕。

2）替换塑料的成型温度低于残留物料的加工温度。应将料筒和喷嘴温度升至替换塑料的最高成型温度，加入替换塑料并对空注射。切断电源后，调节料筒温度至表3-24所列的换料清洗温度，继续加入替换塑料并连续对空注射，直到前存留物料清洗完毕。

3）替换塑料的成型温度与残留物料的加工温度相差不大。料筒和喷嘴温度不变更或略作调整。先加入替换塑料的回头料，连续对空注射。

4）残留料是热敏性的塑料。对硬聚氯乙烯RPVC和聚甲醛POM等热敏性的塑料，残留料筒中，应用黏度较高品级的聚乙烯和聚苯乙烯，作为过渡换料清洗料筒见表3-25。

5）采用专用料筒清洗剂。适用了成型温度在180～280℃内的各种热塑性塑料，及中小型的注射机。专用料筒清洗剂是相对分子量较高的热塑性弹性体，在100℃以上就呈现高弹态，在使用温度范围内不熔融。无色的粒状清洗剂加入料筒后，如软橡胶物料沿螺旋槽推进，将料筒内残留塑料带出。

表3-23 塑料的成型温度高于残留物料加工温度的料筒清洗

表3-24 塑料的成型温度低于残留物料加工温度的料筒清洗

表3-25 残留热敏性塑料的料筒清洗

（4）预热嵌件 对于有嵌件的注塑件，由于金属嵌件与塑料的热性能和收缩率差别大，导致嵌件周边材料因热应力而出现裂纹，使嵌件与塑料的连接强度很弱。注射成型前对嵌件预热，减小它与塑料熔体的温差，降低嵌件与周围塑料产生的收缩差。

对于柔软的塑料如PE等，对综合力学性能良好的ABS等塑料，且嵌件又较小时，易被熔融的塑料加热，嵌件可不预热。对于分子链刚性大的塑料，例如聚苯乙烯、聚苯醚、聚碳酸酯和聚砜等，一般均需预热嵌件。钢嵌件预热温度为110℃。铝和铜等嵌件的预热温度可提高到150℃。

（5）选择脱模剂 注射制品的顺利脱模取决于正确的模具设计和精良的制造，也与注射工艺有关。但有时为了能顺利脱模，注射生产时可采用脱模剂。喷涂于模具表面的脱模剂，能降低注塑件与模具成型零件表面之间的脱模阻力，改善脱模性能，要求脱模剂有一定的热稳定性，不腐蚀模具的成型表面，而且在模具型腔表面不残留分解物，又不影响塑料制品的表面的光泽，通常将脱模剂喷涂在局部粘模，制件可能有损伤的位置。对外观质量要求高的制件和透明的塑料制品，不宜使用脱模剂。常用的脱模剂和适用塑料制品如下述。

1）硅油。适用于ABS、PS等各种塑料，脱模效果好，有长效功能。

2）硬酯酸锌。适用于聚酰胺之外的各种塑料，多用于高温的模具。

3）液体石蜡。又称白油，适用于聚酰胺等塑料，多用于低温的模具。

4）硬脂酸丁酯。适用于硬质塑料和增强塑料。

5）硅酯类。适用于热固性塑料及PC、POM等塑料。

2.制件后处理

注射成型过程中，塑料熔体不稳定的剪切流动、物料塑化的不均匀和模具内注塑件的快速冷却，制件内存在流动和温差残余应力，存在不均匀结晶、收缩和取向。制件脱模后会引起时效变形，会使制件的力学性能、光学性能及表观质量变坏，严重时还会产生裂纹甚至开裂。这对厚壁和带有金属嵌件的制品更为明显。为了缓解这些质量问题，可对制件进行后处理。常用的后处理有退火和调湿两种。对制品精度要求高、制件的使用环境温度范围变化大时，应该进行后处理。表3-26列有部分热塑性塑料的后处理工艺。

表3-26 部分热塑性塑料的后处理工艺

退火是将塑料制品加热到玻璃化转变温度T_g以上，和黏流温度T_f（T_m）以下的某一温度，进行一定时间保温的热处理过程。制件材料利用退火的热量，强化分子链的松弛过程，从而消除和降低注塑件内的残余应力。对于结晶型注塑件，退火能提高结晶度，加速二次结晶和后期结晶，但过量退火会使晶体粗大。此外，退火对制品有解取向的作用，能提高注塑件的韧性。退火温度一般在制件的使用温度以上10～20℃，至热变形温度以下10～20℃进行。保温时间与塑料品种和制件的厚度有关，也有按每毫米的制件壁厚需要半小时保温来估算。退火的热源或加热介质有红外线灯、鼓风烘箱以及热空气、热水、热油和液体石蜡。退火后的制件，以缓慢冷却为好，以防止产生热应力。

调湿处理是调整制件含水量的后处理工序。主要用于吸湿性很强且又容易氧化的聚酰胺等塑料制品。聚酰胺制品在空气中存放时，容易吸收水分而膨胀，在使用过程中尺寸不稳定。此外，聚酰胺制品在高温下与空气接触还会氧化变色。因此，将刚刚脱模的注塑件放在热水中处理，加快达到吸湿平衡，也隔绝空气防止氧化，同时也起到退火作用。适量水分能对聚酰胺制品起增塑作用。调湿处理的加热介质常为100℃沸水，或80～100℃的醋酸钾水溶液（水与醋酸钾的比例为1/1.25）。保温时间与制件厚度有关，通常有2～9h。