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详细介绍在一体化净水设备上的低压发泡技术
作者:正源环保   更新时间:2016/10/13 14:06:24  浏览次数:

 大家都知道一体化净水设备一般为塑料制品,存在着很多问题,比如环保水箱重量大、壁厚厚。采用常规高压注塑工艺加工,由于注塑压力大、保压时间长,产量低、能耗高;产品内应力大,变形严重,产品易开裂,装配存在问题。根据国外经验,厚壁塑料产品应该采用低压发泡注塑技术加工。下面小编就为大家详细介绍一下在一体化净水设备上的低压发泡技术。
一体化净水设备低压发泡技术的介绍
  开发背景:高压注塑技术是国内常见的塑料制品加工技术,应用经验丰富,注塑机为普通高压注塑机。高压注塑技术即热塑性塑料经注塑机加热成热熔胶,被注塑机推料螺杆以较高压力注射进模具腔内,再经冷却、保压、成型的加工技术。高压注塑产品的开发过程包括产品造型、模具开发、试模、加工参数确定和量产。由于注胶、冷却和保压过程压力高,产品被模腔高压包裹,产品造型需要充分考虑拔模斜度,以便于拔模,影响产品功能;注塑材料存在收缩性,模具应根据材料收缩率放大来确保产品整体尺寸符合要求,但加强筋位置缩水不能改善。经验表明采用高压注塑技术加工薄壁小型产品是可行的。
  但采用高压注塑技术加工壁厚大于6mm的HDPE环保水箱产品,由于材料收缩率大,产品变形严重;模具抽芯距离长,拔模斜度大,产品壁厚不均;产品内应力大,容易开裂,无法获得满意的产品。 寻求合适的注塑加工技术是厚壁HDPE水处理产品的关键。
  国外采用发泡技术注塑加工厚壁塑料取得成功,产品尺寸和形状饱满、内应力小、缩水消除、变形小、重量降低、强度增加。
  发泡技术有低压化学发泡注塑技术、多通道注塑发泡注塑技术和物理发泡注塑技术等。低压化学发泡注塑技术,即热塑性塑料中添加AC或小苏打化学发泡剂,低压注胶成型技术;为缩短注射距离,降低注塑机尺寸,开发多通道低压注塑机注塑加工发泡产品;物理发泡技术,注塑机采用专用螺杆,添加超临界气体,注塑加工发泡产品,该技术在国外得到迅速推广,逐渐取代化学发泡技术。
  由于发泡注塑工业规模小,进口低压注塑机和多通道注塑机价格昂贵,物理发泡技术专利费用高昂,相关技术研发难度大,我国发泡注塑技术发展极为缓慢。国内采用普通单通道高压注塑机,塑料添加发泡剂,螺杆以低压力注胶,注胶结束及时回撤螺杆或安装针阀或锁闭式喷嘴,截断螺杆至模具腔内的压力传递,低背压注塑加工发泡产品。但发泡注塑案例很少,更没有建立完善的应用标准和指导。
  根据国内注塑机类型和技术水平,大型厚壁HDPE水处理产品采用低压发泡注塑技术加工,其产品造型设计、模具设计、发泡剂选择,以及工艺控制是产品开发的重点。
  开发过程:大型厚壁HDPE水处理产品开发的目的在于采用低压发泡注塑技术,降低产品收缩率,提高产品尺寸和形状规格,减小变形量,减轻产品重量,并加快产品加工效率。
  模具设计和应用确保能够实现低压发泡注塑和产品快速成型的要求。
  1、产品设计:
 开发背景:高压注塑技术是国内常见的塑料制品加工技术,应用经验丰富,注塑机为普通高压注塑机。高压注塑技术即热塑性塑料经注塑机加热成热熔胶,被注塑机推料螺杆以较高压力注射进模具腔内,再经冷却、保压、成型的加工技术。高压注塑产品的开发过程包括产品造型、模具开发、试模、加工参数确定和量产。由于注胶、冷却和保压过程压力高,产品被模腔高压包裹,产品造型需要充分考虑拔模斜度,以便于拔模,影响产品功能;注塑材料存在收缩性,模具应根据材料收缩率放大来确保产品整体尺寸符合要求,但加强筋位置缩水不能改善。经验表明采用高压注塑技术加工薄壁小型产品是可行的。
  但采用高压注塑技术加工壁厚大于6mm的HDPE环保水箱产品,由于材料收缩率大,产品变形严重;模具抽芯距离长,拔模斜度大,产品壁厚不均;产品内应力大,容易开裂,无法获得满意的产品。 寻求合适的注塑加工技术是厚壁HDPE水处理产品的关键。
  国外采用发泡技术注塑加工厚壁塑料取得成功,产品尺寸和形状饱满、内应力小、缩水消除、变形小、重量降低、强度增加。
  发泡技术有低压化学发泡注塑技术、多通道注塑发泡注塑技术和物理发泡注塑技术等。低压化学发泡注塑技术,即热塑性塑料中添加AC或小苏打化学发泡剂,低压注胶成型技术;为缩短注射距离,降低注塑机尺寸,开发多通道低压注塑机注塑加工发泡产品;物理发泡技术,注塑机采用专用螺杆,添加超临界气体,注塑加工发泡产品,该技术在国外得到迅速推广,逐渐取代化学发泡技术。
  由于发泡注塑工业规模小,进口低压注塑机和多通道注塑机价格昂贵,物理发泡技术专利费用高昂,相关技术研发难度大,我国发泡注塑技术发展极为缓慢。国内采用普通单通道高压注塑机,塑料添加发泡剂,螺杆以低压力注胶,注胶结束及时回撤螺杆或安装针阀或锁闭式喷嘴,截断螺杆至模具腔内的压力传递,低背压注塑加工发泡产品。但发泡注塑案例很少,更没有建立完善的应用标准和指导。
  根据国内注塑机类型和技术水平,大型厚壁HDPE水处理产品采用低压发泡注塑技术加工,其产品造型设计、模具设计、发泡剂选择,以及工艺控制是产品开发的重点。
  开发过程:大型厚壁HDPE水处理产品开发的目的在于采用低压发泡注塑技术,降低产品收缩率,提高产品尺寸和形状规格,减小变形量,减轻产品重量,并加快产品加工效率。
  模具设计和应用确保能够实现低压发泡注塑和产品快速成型的要求。
  1、产品设计
  产品的壁厚大于6.0mm,其造型应确保热熔胶在模腔内快速流动和各部位壁厚均匀。如图1,壁厚变化部位平滑过渡,热熔胶流动途径部位产品各R角半径最好大于产品的平均厚度;采用低压注塑,不考虑拔模斜度,整体产品壁厚均匀。
  2、模具设计
  2.1 收缩率
  HDPE材料添加发泡剂,采用低压发泡注塑进行实验,结果显示产品收缩率小于0.5%,则模具设计放大0.5%或不放大。
  2.2 模具安装针阀式热流道及胶口设计
  厚壁HDPE环保水箱理论重量11.8Kg,平均壁厚大于6.0mm,产品设计尺寸为1000 x300x300mm,热熔胶在模具模腔内的平均流动距离设计为小于400mm,模具共安装8根针阀式热流道,如图2,顶部安装六根单胶口热流道,两侧各安装1根多胶口热流道,各注胶胶口设计为大水口,口径大于10mm。
  2.3 冷却
  注胶结束,发泡产品在模腔内应快速冷却,随着温度降低,发泡剂停止分解,产品定型,内应力消除。冷却方式设计为冰水冷却,冷却水管径为12mm。通水冷却时间通过电磁阀控制。
  2.4 排气
  低压发泡模具相对于传统高压模具,排气槽应适当加宽。分析热熔胶流动的阻力状态,并根据试模结果在恰当位置设置扎包。
  3、发泡剂及添加比例
  根据HDPE材料特性选择合适的AC发泡剂或小苏打发泡剂。AC发泡剂学名为偶氮二甲酰胺,分解温度范围为180°C至210°C,可添加适量氧化锌活性剂,降低AC发泡剂的分解温度,建议添加比例1%-2%。
  小苏打发泡剂分解温度为210°C至230°C,建议添加比例为2%-4%。
  采用小型厚壁产品模具进行实验,实验材料配制如表1。
  发泡剂与HDPE塑料颗粒按比例加入混料机中充分搅拌10分钟以上至混合均匀,备用。
  采用1200吨普通单注射螺杆注塑机实验,注胶压力设定为30bar,通过比较比较各组分低压发泡产品的泡孔分布状态确定AC发泡剂添加比例不小于1.5%,小苏打发泡剂添加比例不小于2%。
  4、工艺控制
  4.1 注胶螺杆温度设定
  注胶螺杆温度设定为抛物线状,即炮筒温度中间高,两端低。加料段、压缩段和计量段温度设定为195°C、215°C和195°C,混有发泡剂的HDPE塑料颗粒在加料段开始熔化,压缩段进一步熔化,流动性增强,高温使得发泡剂分解产生气体,均匀分布于塑料熔胶中;计量段温度降低,静态压力增加,气泡被有效保存在熔胶中。
  4.2 炮筒压力设定
  加料段、压缩段和计量段实验压力设定为50bar、80bar和40bar至55bar,保证快速注胶。试模过程,螺杆计量段压力由高至低测试,实验确定计量段注胶压力位48bar。
  4.3 注胶速度
  设定为最大,总计进料时间小于12秒。
  4.4 顺序进料
  控制各点热流道的进料顺序和进胶量是确保产品发泡均匀、产品饱满的保障。如图2,水箱产品顶部6点注胶口由中间向两端距注塑机注胶口距离越远,如不加以控制,热熔胶将会由中间向两端推进,阻力越来越大,模腔内压力分布不均。试模实验表明,通过控制针阀,两端胶口先进料,中间胶口最后进料,能够快速注胶,降低注胶阻力,提高模腔内压力分布均匀性。
  4.5 模温控制
  产通过快速冷却,发泡剂停止分解发泡,产品快速定型,内应力消除,同时可提高生产效率。但冷却时间过长,HDPE材料表面完全固化,将增加材料与模具之间摩擦力,不利于拔模动作。
  4.6 保压  注胶结束,通过时间控制热流道针阀关闭,隔离注塑机螺杆对模具模腔的压力传递,模腔背压消除,模腔内压力迅速降低,热熔胶中高压气体析出,气泡体积增大,形成均匀分布的微米级微气泡。区别于高压注塑工艺,不进行保压是低压发泡注塑工艺的重要特点。
  5、结论
  通过对HDPE环保水箱尺寸测量、变形状况分析、泡孔结构和分布状况观察、产品减重测算,综合评论。
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