（化学工程专业论文）聚丙烯注射成型工艺的研究.pdf

摘要 为了做好注塑级新产品开发及售后服务工作，本课题对聚丙烯注射成型 工艺及注塑计算机辅助工程技术的应用进行了研究。 本课题选择了燕化公司生产的六个聚丙烯牌号p p 1 # - p p 矿作为研究对 象，通过熔体流动速率、凝胶渗透色谱、扭矩流变和p v t 性能测试，对材料 的加工性能进行了分析。结果显示，六种聚丙烯具有适宜的相对分子质量及 其分布，材料具有良好的流动性。通过热失重、差示扫描量热法分析，测试 材料的热降解温度、熔点、结晶温度、顶出温度和玻璃化转变温度，确定了 聚丙烯的加工温度范围应在1 7 0 3 2 5 之间，模具温度范围应在3 0 1 1 0 之 间，上限顶出温度在1 1 3 1 2 8 左右。通过测试螺旋流动长度来考察加工工 艺参数对材料流动性的影响，随着熔体温度、注射压力和注射速度的提高， 样片的螺旋流动长度都有不同程度的提高。利用偏光显微镜分析加工工艺参 数对产品形态结构的影响，结果表明，随着熔体温度和模具温度的提高，皮 层变薄，改变注射压力对样品的皮层厚度影响不大。采用不同的工艺注射样 品，然后进行机械性能的测试，分析工艺参数对产品性能的影响，在保证产 品充模顺利的情况下，应尽可能采用较低的熔体温度；提高保压压力有助于 提高产品的拉伸屈服强度和冲击强度，降低产品的收缩率；提高注射速度可 以降低产品的收缩率；提高模具温度可提高产品的弯曲强度和拉伸强度，但 随着模具温度的提高，产品的收缩率也有所增大。用正交分析方法得出影响 聚丙烯注射制品性能的工艺参数的主次顺序，可指导用户根据自己产品的性 能要求，对影响产品性能的主要加工工艺参数进行优先设定。通过注塑计算 机辅助工程模拟分析，对文具盒的成型工艺条件进行了优化，结果表明可行 的成型工艺参数为：注射时间为1 - - - 4 s ，注射压力为4 4 3 4 6 i m p a ，保压时间 为2 1 4s ，保压压力为3 6 o m p a ，冷却水温度2 5 ，流速1 0 l r a i n 。 关键词：聚丙烯注射成型工艺参数产品性能c a e 技术 a b s t r a c t i no r d e rt od e v e l o p m e n to fn e wp r o d u c t sa n do f f e rt e c h n o l o g ys u p p o r tf o r c u s t o m e r s ，i n j e c t i o nm o l d i n gp r o c e s sa n dc a et e c h n o l o g ya p p l i c a t i o nw a s s t u d i e di nt h i st h e s i s s i xk i n d so fp o l y p r o p y l e n e ，w h i c hw e r ep r o d u c e db yy a n s a np e t r o c h e m i c a l c o r p o r a t i o n ，w g r eu s e di nt h i st h e s i s t h ep r o c e s s i n gp r o p e r t i e so fp o l y p r o p y l e n e w e r es t u d i e db ym e t h o d so f m e l tf l o wr a t e ，g e lp e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p h y ( g p c ) ， b r a b e n d e rt o r q u er h e o m e t e ra n dp v t - 10 0a n a l y z e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e s e p o l y p r o p y l e n es a m p l e sp r e s e n t e df e a s i b l e r e l a t i v em o l e c u l a rm a s s ，s u i t a b l e d i s t r i b u t i o n sa n dg o o df l u i d p r o p e r t i e s t h ea n a l y s i so ft h e r m o g r a v i t ya n d d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( d s c ) w e r eu s e dt oa n a l y z et h et h e r m a l d e g r a d a t i o nt e m p e r a t u r e ，m e l t i n gp o i n t ，c r y s t a l l i z a t i o nt e m p e r a t u r e ，e j e c t i o n t e m p e r a t u r ea n dg l a s s - t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r eo fp o l y p r o p y l e n e a c c o r d i n gt ot h e r e s u l t s , t h ef e a s i b l er a n g eo fp r o c e s s i n gt e m p e r a t u r ea n dm o l dt e m p e r a t u r ew e r e 1 7 5 - 3 2 5 ca n d3 睢1 i o 。cr e s p e c t i v e l y t h eu p p e rl i m i te j e c t i o nt e m p e r a t u r ew a s a b o u t1 1 3 1 2 8 c t h ee f f e c to f p r o c e s sp a r a m e t e r so nf l u i dp r o p e r t yw a ss t u d i e d b ya n a l y s i so fs p i r a ll e n g t h so fp ps a m p l e s i tw a ss h o w nt h a tt h es p i r a ll e n g t h s i n c r e a s e di nd i f f e r e n td e g r e ew i t ha ni n c r e a s ei nm e l tt e m p e r a t u r e ，i n j e c t i o n p r e s s u r ea n di n j e c t i o nr a t e p o l a r i z e do p t i c a lm i c r o s c o p y ( p o m ) w a su s e dt o a n a l y z et h ee f f e c to fi n j e c t i o nm o l d i n gp r o c e s sp a r a m e t e r so nm o r p h o l o g i e so f p o l y p r o p y l e n e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h et h i c k n e s so fs k i nl a y e ri n c r e a s e dw i t h a ni n c r e a s ei nm e l ta n dm o l dt e m p e r a t u r e ，o nt h eo t h e rh a n d ，t h et h i c k n e s so fs k i n l a y e ra p p e a r e dt ob ea l m o s tu n a f f e c t e db yc h a n g i n gi n j e c t i o np r e s s u r e w i t h d i f f e r e n tp r o c e s s ，t h ep o l y p r o p y l e n es a m p l e sw e r e m o l d e dt oa n a l y z et h e i n f l u e n c eo fp r o c e s sp a r a m e t e r so nt h ep r o p e r t yo ft h ep r o d u c t i o n o nc o n d i t i o n t h a tt h em o l dc a v i t yw a sf i l l e d ，l o w e rm e l tt e m p e r a t u r es h o u l db ea d o p t e dt o i m p r o v et h ep r o p e r t yo ft h ep r o d u c t i o n e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h e i n c r e a s i n go fh o l d i n gp r e s s u r ec o u l di m p r o v et e n s i l ey i e l ds t r e n g t ha n di m p a c t s t r e n g t h t h es h r i n k a g ed e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n go fh o l dp r e s s u r ea n di n j e c t i o n r a t e t h em o l dt e m p e r a t u r ec o u l dp r o m o t et h eb e n d i n gs t r e n g t ha n dt e n s i l e s t r e n g t h , b u ts h r i n k a g ea l s oi n c r e a s e d t h ee f f e c ts e q u e n c eo ft h ep r o c e s s p a r a m e t e r sw a sg o t t e nb yo r t h o g o n a ld e s i g nm e t h o d ，w h i c hc o u l d d i r e c t c u s t o m e r st od e t e r m i n et h ei m p o r t a n tp a r a m e t e r sf i r s t l ya c c o r d i n gt ot h e i rs p e c i f i c d e m a n d s t h r o u g hi n j e e t i o nm o l d i n gc o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g ( c a e ) a n a l y s i s ， t h ei n j e c t i o nm o l d i n gc o n d i t i o no f w r i t i n gc a s ew a so p t i m i z e d i th a db e e np r o v e d t h a tav i a b l ep r o c e s sc o n d i t i o nw a s i n j e c t i o nt i m e1 - 4 s ，i n j e e t i o np r e s s u r e “3 4 6 1 m p a , h o l d i n gt i m e2 1 4s h o l d i n gp r e s s u r e3 6 0 m p a , t e m p e r a t u r eo f c o o l i n gw a t e r2 5 a n df l o wr a t eo f c o o l i n gw a t e r1 0 l r a i n k e y w o r d s ：p o l y p r o p y l e n ei n j e c t i o nm o l d i n g ；p r o c e s sp a r a m e t e rc o m p u t e r a i d e de n g i n e e r i n gt e c h n o l o g y 独创性声明 我郑重声明：本人恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文， 是本人在导师的指导下，独立进行的研究工作和取得的研究成果。除了文中 明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何他人已经发表或撰写过的内容。 论文为本人亲自撰写，并对所写内容负责。 学位论文作者签名杏德率 签字日期：知毋年，月f 夕日 学位论文使用授权说明 本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅。同意学校向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 学位论文作者签名馐肇 签字日期： o 乡年，二月彦日 导师躲琴库 签字日期：a t z 年 ，月弘日 第一章前言 第一章前言 聚丙烯( p p ) 因其具有良好的机械性能和加工性，目前已广泛应用于生 产汽车、家电工业的各种零部件。主要有汽车保险杠、挡泥板( 轮罩壳) 、侧 防撞条、后导流板、灯壳等、仪表板、门内板、后背箱盖板、转向盘、空滤 器外壳、风扇叶；洗衣机桶、外箱体、工作台、电钮板、底座，脱水桶、涡 轮、平衡环；家电外壳、电冰箱内衬、保鲜筐、接水盘等。 注射成型是一个复杂的工艺过程，整个工艺周期往往是一到几分钟，其 中最关键的充模过程则般只有几十秒钟。然而就是在这非常短促的工艺周 期中，塑料却经历了非常复杂的热历史和流变史。注塑件的好坏既与被加工 塑料本身的性能( 如材料的流动性、相对分子质量及其分布、分子链的柔顺 性、结晶性等) 有关，也与工艺条件( 如熔体温度、注射压力、注射时间、 模具温度、注射速度等) 有关。因此，探讨注塑成型工艺条件对材料加工性、 制品形态结构及样品性能的影响，对做好新样品开发及技术服务工作具有重 要的指导意义。 随着时代的进步，塑料制品在档次、花色品种、更新换代速度上要求日 益提高。过去凭经验设计和制造模具、调整注射工艺的方法已制约了注射成 型的发展。采用计算机辅助工程( c a e ) 技术，在短时间内反复评估和验证， 寻找最佳设计方案和成型工艺参数，已成为塑料产品开发、模具设计及成型 加工环节的最有效的途径。c a e 技术在注塑成型中得到了广泛应用，并给传 统注射成型带来了深刻的变革。因此，本文对c a e 技术在聚丙烯注塑上的应 用进行了研究。 第二章文献综述 第二章文献综述 2 1 聚丙烯树脂的发展及消费结构 2 1 1 世界聚丙烯的发展 p p 的工业化生产已有5 0 多年的历史，几十年来，世界范围内的p p 消费 持续稳定增长。目前其产量在五大合成树脂中排列第二位，并广泛应用于纺 织袋、纺丝行业；b o p p 薄膜、c p p 膜等塑料软包装行业；挤出片材、中空 板材行业；汽车制造业；家用电器行业；建材行业；另外在高速公路建设中 也得到广泛应用。 1 9 9 5 - 2 0 0 0 年，世界p p 经历了快速发展时期，生产能力平均增幅达到了 8 2 2 1 。2 0 0 0 1 年全球p p 生产能力达到3 71 3 2 k t t 3 1 ，2 0 0 3 年达到4 05 4 0 k t 4 1 ， 预计2 0 1 0 年p p 生产能力将达到5 61 0 0 k t 。详细情况见表2 1 。 表2 12 0 0 1 - 2 0 1 0 世界聚丙烯供需现状 t a b 2 - ls i t u a t i o no f s u p p l ya n dd e m a n do f p pi nt h ew o r l d f r o m2 0 0 lt o2 0 1 0 2 0 0 3 年西欧保持稳定，为9 3 m t a ；北美增长1 ，为8 9 2 m t a ；东北亚 增长5 ，达到1 1 1 5 m t a ；东南亚产能稳定在3 6 4 m t a ；中东产能增长3 ， 达到1 5 5 m t a ；印度次大陆增长6 ，达到1 5 8 m t a ；中南美增长8 ，达到 2 m t a ；中欧产能增长1 5 ，为9 4 0 k t a ；俄罗斯p p 产能为6 2 3 k t a ，比2 0 0 2 年增长2 4 【5 l 。近年来，为了突出核心产业、降低成本，世界大型石化企业 一直进行兼并、联合和重组，以此增强企业的市场竞争力。表2 - 2 是2 0 0 3 年 第二章文献综述 世界较大的p p 生产公司及其生产能力。 表2 - 2 世界主要聚丙烯生产商及生产能力 k t a t a b 2 - 2m a j o rp pm a n u f a c t u r e r sa n dt h e i rp r o d u c t i o nc a p a c i t yi nt h ew o r l dk t a 公司名称2 0 0 3 年生产能力 b a s e u ( 巴塞尔) s i n o p e c ( 中国石化) t 0 t a l f i m e l f ( 菲纳公司) b p e x x o nm o b i l ( 埃克森美孚) b o r c a l i s ( 北欧化工) s a b i c ( 沙特) f o r m o s ap l a s t i c s ( 台塑) d o wc h e m i c a l ( 道化学) r e l i a n c ei n d u s t r i e s ( 印度) 6 4 3 1 27 5 6 12 9 6 19 8 1 18 8 6 15 0 5 16 8 5 14 7 0 l2 0 2 11 1 0 2 1 2 世界聚丙烯的消费结构 在发达国家，注塑制品是p p 的一个主要市场。1 9 9 6 年北美注塑制品消 耗约3 9 9 的p p 树脂，1 9 9 7 年注塑制品占p p 用量的4 1 3 。2 0 0 1 年增至 4 2 3 嘲；1 9 9 1 年西欧注塑制品消耗约4 3 的p p 树脂，1 9 9 7 年注塑产品占 4 5 ，2 0 0 0 年注塑产品比例为4 5 ；1 9 9 5 日本注塑制品占p p 消耗量的5 5 9 ，1 9 9 7 年为5 6 6 ，2 0 0 0 年注塑产品的比例为5 6 2 7 1 。2 0 0 3 年世界p p 的消费结构的详细情况见表2 3 。 表2 32 0 0 3 年世界聚丙烯的消费结构 t a b 2 3 c o n s u m p t i o ns t r u c t u r eo f p pi nt h ew o r di n2 0 0 3 应用领域可鞲疆弱者塑兰至两瓦万万1 黍延鑫啬至亟鼢 注塑 1 15 1 43 3 01 7 1 9 93 3 0 纤维 1 02 0 92 8 5 1 6 2 2 13 0 1 薄膜 6 2 9 01 7 59 6 2 31 6 5 吹塑 9 6 62 6l4 8 12 5 其他64 5 4 1 8 4 9 1 6 1 1 7 8 合计 3 54 3 31 0 0 05 36 8 61 0 0 0 由表2 3 可以看出，注射制品在p p 消费应用中占据首位，世界平均比例 第二章文献综述 达到3 3 0 0 , 6 ，2 0 0 3 年世界注塑用p p 的消费量为1 15 1 4 k t ，预计2 0 1 0 年注塑 用p p 的需求量将达到1 71 9 9 k t 。主要用来生产货物周转箱、工业零部件；由 于聚丙烯其密度低，具有良好的机械性能，大量用于制造汽车配件；另外聚 丙烯在纤维和薄膜方面所占的比例也较大。 2 1 3 国内聚丙烯的发展 我国p p 工业始于2 0 世纪7 0 年代初，经过3 0 多年的生产建设，1 9 9 5 年 聚丙烯产量突破1 0 0 0 k t 大关，到2 0 0 3 年产量已达4 4 0 0 k t ，年增长率达到 1 9 6 。聚丙烯的消费量也逐年增长，1 9 9 7 年的消费量为3 1 1 5 k t ，2 0 0 3 年已 经达到7 1 3 4 k t 。我国从1 9 9 7 年到2 0 0 3 年聚丙烯的产量、消费量和进口量的 情况见图2 1 。 图2 11 9 9 7 - 2 0 0 3 我国聚丙烯供需情况 f i g 2 - 1s i t u a t i o no f s u p p l ya n dd e m a n do f p pi nc h i n af r o m1 9 9 7t o2 0 0 3 目前国内已基本开成了溶剂法、液相本体气相法、间歇式液相本体法、 气相法等多种生产工艺并举、大中小型生产规模共存的生产格局。其中，中 国石化、中国石油分别占总生产能力的6 8 2 和2 3 5 ，地方企业占8 3 。 第二章文献综述 表2 - 4 我国聚丙烯主要生产企业及产量k t t a b 2 - 4 m a j o rp pm a n u f a c t u r e r sa n dt h e i rp r o d u c t i o nc a p a c i t yi nc h i n a 2 0 0 6 年之前，国内聚丙烯市场仍将保持高速增长态势，需求的综合增长 率约为9 1 0 。在此期间，我国将兴建多套聚丙烯生产装置，再加上一些 老装置的扩能改造，预计今年我国聚丙烯的生产能力将超过57 0 0 k t ，聚丙烯 产量在52 0 0 55 0 0 k t 之间，而消费总量将达到8 4 0 0 k t ，缺口高达3 0 0 0 k t 。 2 1 4 国内聚丙烯的消费结构 由图2 - 2 要见，编织制品是我国聚丙烯消费的最大市场，主要用于粮食、 化肥及水泥等的包装，2 0 0 3 纺织制品占p p 消费总量的4 8 4 。聚丙烯的第 二大市场是注塑制品，2 0 0 3 年注塑料制品消耗掉1 7 3 的p p 树脂。薄膜料 主要是b o p p 和c p p ，由于具有质轻、防潮、搞抗冲强度等优点，被广泛应 用于食品、医药、服装、香烟等包装材料领域，2 0 0 3 年消费比例为1 6 5 。 聚丙烯纤维主要应用在装饰、服装领域，2 0 0 3 年占f p 消费总量的1 0 5 。 聚丙烯管材是我国近年来开发应用的新型塑料管道产品，具有强度高、韧性 好、耐冲击、耐高温及使用寿命长等优点，正逐步替代传统铸铁管和镀锌钢 管应用于现代建筑管道系统和工业用管道设施，2 0 0 3 年所占的比例为4 6 ， 随着应用范围不断的扩大，今后的管材料的比例还会有所增加。 第二章文献综述 图2 22 0 0 3 年聚丙烯消费结构 f i g 2 - 2c o n s u m p t i o ns t r u c t u r eo f p pi nc h i n ai n2 0 0 3 图2 32 0 0 0 年国内外聚丙烯消费结构对比 f i g 2 3a n a l y s i so f t h ec o n s u m p t i o ns t r u c t u r eo f p pa th o m ea n da b r o a d i n 2 0 0 0 由图2 3 可知，在西欧、北美、日本等发达国家及地区注塑产品消费的 p p 占主要份额，而在我国p p 消费结构中，编织制品的消费量最大，占消费 总的5 5 。和国外发达国家相比，注射料所占比重偏低。这说明我国p p 消 费市场还不成熟，预计未来十年，我国p p 的应用结构将逐渐接近发达国家 第二章文献综述 的水平，用于工业、汽车、家电制品的注塑级p p 将有明显增长。 2 1 5 我国注射用聚丙烯的发展 我国p p 注塑制品在p p 消耗中占居第二位，是今后p p 需求潜力最大的 领域之一。主要用于硬包装( 如容器、周转箱、托盘、瓶盖等) 、汽车工业( 如 汽车内装饰、保险杠、蓄电池、油箱等) 、电子和家用电器领域( 如洗衣机内 桶、脱水桶、家电外壳，电冰箱内衬、保鲜筐、接水盘等) 。p p 注塑料品种 多、质量档次差别较大，有均聚物、嵌段共聚物、无规共聚物，p p 合金等， 用来满足各种不同性能的制品的需求。 2 0 0 2 年我国注射制品消耗p p 树脂为10 8 0 k t ，2 0 0 3 年注塑用p p 消费量 为l2 2 0 k t ，预计2 0 1 0 年将达到27 9 3 k t 嗍。1 9 9 8 2 0 1 0 年我国注塑制品p p 消费量以及注塑p p 消费比例的详细情况见图2 4 。 1 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 , 0 0 22 0 0 3 2 0 1 0 ( 预测) 年份 1 注塑p p 消费量+ 注塑p p 消费比例 图2 41 9 9 8 - 2 0 1 0 年我国注塑p p 消费量及注塑p p 消费比例 f i g 2 - 4c o n s u m p t i o no f p p f o ri n j e c t i o nm o l d i n ga n dc o n s u m p t i o np r o p o r t i o no f p pf o ri n j e c t i o nm o l d i n gi nc h i n af r o m1 9 9 8t o2 0 1 0 由表2 - 4 可以看出，从1 9 9 8 年到2 0 0 3 年，我国用于生产注塑产品所消 费的p p 量，每年都稳定增加，而且注塑用p p 的消费比例也呈上升趋势，2 0 0 3 年注塑产品占p p 消费问题的1 7 5 ，预计2 0 1 0 年将达到2 2 2 。今后我国 将会加大对注塑级p p 新产品的开发。 在汽车领域，2 0 0 2 - - 2 0 0 3 年我国汽车需求量连续两年保持了3 0 的高增 一零一器筮瓤孵山也剁燃 o o o o 纸 她 住 他 如 们o 享；筋己侣们9 重删躯孵正也剽燃 第二章文献综述 长率，2 0 0 3 年我国汽车需求量为4 4 5 万辆左右，保有量为2 0 0 0 万辆左右。 2 0 0 4 年我国汽车产销分别为5 0 7 0 5 万辆和5 0 7 1 1 万辆。比上年分别增长 1 4 1 1 和1 5 5 0 。2 0 0 4 年我国汽车保有量达2 7 4 2 万辆。预计2 0 0 5 年我国 汽车总需求量为5 6 0 万辆，比2 0 0 4 年增长1 2 。 聚丙烯在汽车上主要应用于：外装饰件，包括汽车保险杠、挡泥板( 轮 罩壳) 、侧防撞条、后导流板、灯壳等；内饰件：仪表板、门内板、杂物盒、 门手柄、后背箱盖板等；功能件：转向盘、空滤器外壳、风扇叶等。在车用 塑料消耗中，聚丙烯所占比例最大，占2 l 左右，2 0 0 4 年我国汽车生产消耗 p p1 0 1 4 k t 。预计2 0 0 5 年我国汽车消耗p p 约1 1 2 k t 。 p p 汽车零配件市场潜力巨大，p p 作为汽车用塑料的主要品种，需求也 将随之迅速增加。近年来，为满足国内汽车行业快速发展对合成树脂的需求， 国内各石化企业在汽车专用料开发和生产上加大投入，开发出一系列汽车专 用聚丙烯牌号，北京燕山石化开发了k 8 3 0 3 、1 3 4 0 、k 9 0 2 0 和k 9 0 3 5 、k 7 7 6 0 等系列汽车用聚丙烯牌号；扬子石化用于汽车行业的共聚牌号有k 8 0 0 3 、 k 9 0 2 0 、k 9 0 2 7 、k 9 9 2 7 、k 9 9 4 0 ，k 9 0 1 5 等；齐鲁石化开发了汽车保险杠专 用料s p l 7 9 ；天津石化乙烯厂的t j p p 2 0 2 7 和t j p p 2 0 2 8 ：上海赛科的k 7 9 3 0 ； 盘锦的j 3 4 0 、j 6 4 0 等。 由于国产汽车专用聚丙烯牌号比较少，生产数量和产品性能还不能完全 满足汽车工业的需要，目前我国汽车用聚丙烯还以进口料为主。主要进口牌 号有新加坡t p c 公司的a w l 9 l 、7 0 3 3 n 、8 8 9 2 3 0 、a y 5 6 4 、a w 5 6 4 、a h 5 6 1 ； 韩国晓星公司的j 7 4 2 s 、三星公司b j 7 3 0 、大韩油化的9 4 3 0 、s k 公司3 8 7 0 ： e x x o nm o b i l 公司的3 7 0 8 ；美国d u p o n t 公司的3 7 4 5 等。 在洗衣机领域，2 0 0 4 年洗衣机产量创历史最高，根据国家统计局公布的 数字，2 0 0 4 年全国洗衣机产量为2 3 1 0 1 3 万台，与2 0 0 3 年相比增长1 8 9 9 。 洗衣机是聚丙烯用量最集中的家电产品，其内桶、外桶、外箱体、工作 台、电钮板、底座、脱水桶、涡轮、平衡环等部件均采用聚丙烯生产。用聚 丙烯生产洗衣机外箱体替代金属部件已经成为一种发展趋势，其中洗衣机外 箱体用量约5 公斤台，工作台、电钮板用量约3 公斤台，今后聚丙烯在洗衣 机中的用量还会增加。不同类型洗衣机对聚丙烯树脂的用量不同，其中双桶 洗衣机每台用量为1 2 1 4 公斤：全自动洗衣机每台用量为6 1 0 公斤。2 0 0 4 年全国洗衣机产量为2 3 1 0 1 3 万台，扣除滚筒洗衣机1 0 产量，每台洗衣机 第二章文献综述 p p 平均用量约1 0 公斤，2 0 0 4 年全国洗衣机p p 用量在2 0 万吨左右。 在洗衣机用聚丙烯方面，1 9 9 7 年以前是进口料的天下，1 9 9 9 年北京燕山 石化公司在液相本体法4 0 k t a 聚丙烯装置上开发出洗衣机专用聚丙烯树脂 p p l 6 4 7 、p p l 7 4 7 、p p l 8 4 7 、p p l 9 4 7 、p p l 9 4 7 h ，2 0 0 0 年又在气相法2 0 0 k t a 聚丙烯装置上成功开发出k 7 7 2 6 和k 7 7 3 5 洗衣机专用树脂。2 0 0 4 年燕化公 司洗衣机类专用料产销量为9 5 l 【t 。九十年代，扬子石化公司开发了j 6 4 0 、j 7 4 0 洗衣机专用牌号，盘锦石化生产了j 7 4 6 专用料，广东茂名石化开发了h h p 3 洗衣机专用树脂等。 2 0 0 4 年因原材料涨价，进口原料价平均高于国产原料，因此国产原料占 到洗衣机专用聚丙烯消费量的6 0 ，达1 2 0 k t 。其他的8 0 k t 左右聚丙烯专用 料依靠进口。国外生产洗衣机专用聚丙烯树脂的厂家较多，产品牌号也比较 丰富，产品性能稳定【9 j 。进口原料主要牌号有：新加坡t p c 公司a p 0 3 b 、 a z 5 6 4 、a r 5 6 4 、a z 5 6 4 ：南韩现代公司m 1 6 0 0 、南韩三星公司b j 7 3 0 、日本 三菱b c 0 3 b 、美国e x x o n 公司的7 6 7 5 k 等牌号。 在其他家电产品中，除洗衣机外其它家电部件也有采用共聚p p 制作， 部件及用量分别为： 电冰箱：电冰箱中聚丙烯制件主要有结构件、内外饰件，如外装饰条， 抽屉、托盘等部件，由于各品牌型号不同其用量不等，每台冰箱用p p 约1 3 k g 。 2 0 0 4 年我国共生产电冰箱3 0 3 3 3 8 万台，所以p p 用量为5 0 l ( t 左右。 空调器：空调器用聚丙烯多数为改性共聚p p ，主要用于全塑室外壳、室 外机配件、柜机外壳等部件，各品牌型号不同其用量不等，按2 0 0 4 年空调器 产量7 0 4 6 6 5 万台，每台空调器用共聚p p 在2 - 4 k g ，p p 用量为1 0 0 k t 左右。 此外，注塑的p p 应用非常广泛，在家具、机器零部件、仪表零部件、 餐具、玩具、体育用品、文化用品、医疗用品等领域有着广大的市场。 2 2 注射成型技术进展 注射成型技术已经历了大约1 2 5 年的发展过程，由于各种各样的工艺方 法及技术的引入、改进和提高，这种成型技术显得更趋全面、成熟、适应性 强、更具有经济性，其成型加工设备及成型加工理论都取得了重大进展1 1 0 1 。 目前全世界9 0 以上还是常规注射成型，但随着新技术在注射成型中的应用， 以及新的注射领域对注射成成型更加专业化的需求，注射成型技术出现了一 第二章文献综述 些新的发展。 2 2 1 注射成型机的发展 总体而言，塑料机械继续朝着快速、高效、节能、精密、占地面积小、 环保，以及低成本的方向发展。 2 2 1 1 电动注射成型机 1 9 8 3 年，日精树脂工业公司率先开发成功电动式注射成型机【1 1 】，由于当 时受到伺服电机的限制，再加之主要考虑节能，电动式注射成型机被限制在 3 0 0 t 以下的小机型范围内，有人甚至认为电动式注射成型机仅适宜于小型机， 用途也只限于成型各种棱镜，但是最近这一限制已被突破，u b em a c h i n e r y 公司臼前开发了世界最大的电动式注射成型机，其锁模力高达1 5 5 0 t ，共采用 了7 台伺服电机。可以说，电动式注塑机正在掀起一股旋风，在1 9 9 9 年日本 国际塑料展览会和第2 3 届国际塑料展( n p e 2 0 0 0 ) 上展出的电动式注射成型 机数量超过了普通的注射成型机1 1 2 】。目前世界上生产电动式注塑机的主要厂 家有：日本n i s s e i 公司、t o s h i b am a c h i n e 公司、三菱注射成型机械公司( m m ) s u m i t o m o p l a s t i c s - m a c h i n e r y 、n i i g a t a e n g i n e e r i n g 、u b e m a c h i n e r y 公司、s o d i c k 公司；美国d i g i t a lt e e h 、m e i k ia m e r i c a 、o l u c o 、f o r t u n e 国际公司；欧洲 f e r r o m a t i k m i l a c r o c n ；奥地利e n g d 公司；德国的d e m a g 、a r b u r g 公司；意 大利的s a n d r e t t o 公司、瑞士n e t s t a l 公司等。图2 5 为e n g e l 公司生产的全 电动注射机。 图2 - 5e n g e l 公司全电动注射机 f i g 2 5e n g e l sa l l e l e c t r i c - m o t i o ni n j e c f i o nm o l d i n gm a c h i n e 第二章文献综述 电动注射成型机有全电动注射成型机、电动注射机械锁模电动注射成型 机和液压注射电动锁模电动注射成型机等。电动式注射成型机之所以受到广 泛关注是由于它具有如下的优点：( 1 ) 节能：电动式注射成型机的电力消耗 仅为液压式注射成型机的1 3 左右，；( 2 ) 易于控制：电动式注射成型机的可 控好，所以稳定性高，即控制精度高；( 3 ) 成型周期短：各动作相对独立， 可以利用伺服电机进行最佳化的开闭模控制，缩短了成型周期；( 4 ) 无污染， 可以保持工作场地的清洁。电动式注射成型机随着各种新技术的开发以及对 这些技术的评价和再评价，终于获得了世界的承认，电动式注射成型机将成 为注射成型机重要的发展方向之。 据有关资料【1 3 1 ，日本1 9 9 9 年生产1 2 万台注射成型机，其中35 0 0 台是 电动式注射成型机，2 0 0 0 年更达到48 0 0 台。在美国、日本几乎有l ，2 加工 厂家选择采用电动式注射成型机，相对而言，欧洲使用电动式注射成型机较 少，目前还是以液压式为主，但是，相信这种情况正在很快发生变化，相信 电动式注射成型机还会以更快的速度进一步发展。据d e l p h i 预测，2 0 1 0 年全 电动注射机将占到2 8 ，电动液压复合式3 8 ，全液压式仅为3 4 t 1 4 j 。 2 2 1 2 无拉杆注射成型机 无拉杆注射成型机是一种无动定模板间拉杆的注射成型机，由奥地利 e n g e l 公司首先开发成功。无拉杆注射成型机由于可以有效利用模板面积、 便于更换模具和安装模具辅助部件，如用于管件生产时可以方便地安装抽芯 油缸等，在市场开拓方面取得了进展，已经从中型注射成型机向着大吨位机 型发展，在n p e 2 0 0 0 上，e n g e i 公司展出了6 6 0 t 的无拉杆注射成型机，美国 h p m 公司展出了8 0 0 t 和1 3 7 5 t 无拉杆注射机。 无拉杆注射成型机也用于薄壁注射成型机、多成分注射成型机以及电动 式注射成型机等，展现了无拉杆注射成型机的发展前景。e n g e l 公司n p e 2 0 0 0 展出了全电动无拉杆注射机，也是唯一展出全电动无拉杆机型的公司，该公 司在该领域保持技术领先地位。图2 - 6 为e n g e l 公司生产的型号为v i c t o r y 8 0 ，2 8u s 的无拉杆注射机。 第二章文献综述 图2 - 6e n g e l 公司无拉杆注射机 f i g 2 6e n g d st i e b a r l e s si n j e c t i o nm o l d i n gm a c h i n e 2 2 1 3 微型注射成型机 微注射成型技术，始于2 0 世纪8 0 年代末，是一门新兴先进制造技术， 同传统的、常规的注射成型技术相比，其对成型材料、成型工艺及成型设备 等方面都提出了不同要求 1 5 , 1 ”。 与传统注射成型技术相比，微注射成型技术对生产设备有许多特殊要求， 主要表现为以下几个方面：( 1 ) 高注射速率：微注射成型零件质量、体积微 小，注射过程要求在短时间内完成，因此成型时要求注射速度高。传统的液 压驱动式注射成型机的注射速度为2 0 0 m m s ，电气伺服马达驱动式注射成型 机的注射速度为6 0 0 m m s ，而微注射成型工艺通常要求聚合物熔体的注射速 度达到9 0 0 m r a s 以上【l7 。，利用聚合物熔体的剪切变稀原理，以高注射速度降 低熔体的粘度，使其顺利充填微尺度型腔。( 2 ) 精密注射量计量：微注射成型 零件的质量仅以毫克计量，因此微注射成型机需要具备精密计量注射过程中 一次注射的控制单元，其质量控制精度要求达到毫克级，螺杆行程精度要达 到微米级。( 3 ) 快速反应能力：微注射成型过程中注射量相当微小，相应注 射设备的螺杆柱塞的移动行程也相当微小，因此要求微注射成型机的驱动单 元必须具备相当快的反应速度。 按驱动方式分类，可分为液压，气压式驱动、全电式驱动和电液复合式驱 动。按塑化和注射单元的机构设计分类，可分为螺杆式、柱塞式、螺杆柱塞 混合式及其他特殊形式。 第二章文献综述 2 0 世纪9 0 年代，欧洲、日本和美国的一些公司与科研机构合作开发了 各类型专用微注射成型机( 通常锁模力 1 5 0 ，目前国外主要设备供应厂商包 括：德国d r b o y 公司、b a t t e n f e l d ；西班牙c r o n o p l a s t 公司：英国m c p 公司； 日本n i s s e i 、t o s h i b a 、s o d i c k 公司；美国m e d i c a lm u r r a y 公司等【1 8 】。图2 7 是德国d r b o y 公司在2 0 0 5 年中国国际塑料橡胶展览会上展示了该公司新开 发的微型注射机，型号为b o y5 5a 。 图2 - 7d r b o y 公司生产的微型注射机 f i g 2 7 d r b o y sm i c r oi 脚e c f i o nm o l d i n gm a c h i n e 2 2 1 4 立式注射成型机 由于近年来计算机、自动控制、家甩电器、通讯、音像设备等行业迅猛 发展，这些行业使用的多品种、多款式插头线的生产方式改造，需要大量立 式注射机供应。在k 9 8 上欧洲有三家油压式机型展出，日本有一家展出全电 动型。但在n p e 2 0 0 0 上，欧洲有四家，美国有三家展出油压式机型，日本则 有三家展出全电动机型，说明立式注射机发展势头明显【1 9 】。图2 8 为e n g e l 公司生产的立式注射机，型号为e l a s t4 5 0 0 4 0 0v 。 第二章文献综述 图2 - 8e n g d 公司生产的立式注射机 f i g 2 8e n g e l sv e r t i c a li n j e c t i o nm o l d i n gm a c h i n e 目前世界上生产电动式注塑机的主要厂家有：日本n i s s e i ( 日精树脂工 业) 公司、j s w ( 日本制钢所) 、东洋机械金属公司；美国m i l a c r o n 、h p m 、 v a n d o m 公司；奥地利e n g d 公司；德国的k r a s 8m a f f e i ( 克劳斯玛菲) 、 b a t t e n f d d ( 巴顿菲尔德) a r b u r g ( 阿伯格) 公司等。 2 2 2 注射成型技术新进展 2 2 2 1 复合化注射成型技术 复合化技术实际上是多种工序或