张友根 教授级高级工程师。1994年起享受国务院政府特殊津贴。

张友根教授级高级工程师。

1994年起享受国务院政府特殊津贴。

1982年毕业于上海交通大学。

获得上海市科技进步二等奖三项，机电部科技进步三等奖二项，上海市优秀新产品二等奖四项及三等奖二项。

在国际国内有关专业学术会议及专业学术刊物上发表了中/英文150多篇论文。

功能化的挤注复合系统（下）张友根摘要：挤出和注射相结合的挤注复合系统，是一种新型的塑化注射系统，提高了塑化注射的功能和性能。

分析了不同形式的挤注复合系统的工作原理，论述了各自不同的成形加工的能力，研究了开发设计方面的要点，提出了进一步创新的建议，介绍了塑化注射量50000g的高效、高速、节能的大型挤注复合系统，为自主创新注射装置拓展了思路。

关键词：塑料成形机械；挤注复合系统；自主创新；应用研究1 功能化的挤注复合系统的分析研究及其在注射成形上的应用研究1.1 大注塑挤注复合系统1.2 在线配混的挤注复合系统1.2.1 异轴在线配混挤注复合系统1.2.2 同轴在线配混挤注复合系统[2]1.3 多级计量型的挤注复合系统1.3.1 二级计量的挤注复合系统1.3.2 三级计量的挤注复合系统（上述内容已在上期本刊中刊登）1.4 高压复合注射的挤注复合系统图7为复合高压注射的挤注复合系统。

这种挤注复合系统的性能的目的主要是要达到增大塑化量，注射又需要高压，主要在普通注塑机上增大注射容量。

塑化机构与柱塞储料机构，都有储料及注射功能，塑化注射机构基本上同普通注塑机的结构。

塑化注射总容量为辅助储料腔和注射螺杆储料腔的总容积，柱塞注射为一级注射压力，螺杆注射为二级注射、三级注射、······、保压的压力。

相当于在普通塑化注射的储料基础上增加了一个储料腔，起到不增加螺杆直径和塑化行程，达到增加塑化注射量，又能根据注射成形的特点达到高压注射的目的。

1融料流道；2 辅助储料缸；3 注射柱塞；4 储料装置箱体；5 辅助柱塞注射油缸；6 加料斗；7 注射后板；8 塑化油马达；9 注射油缸；10 注射前板；11 塑化注射部件；12 储料缸支架；13 喷嘴座；14 喷嘴。

图7 高压复合注射的挤注复合系统工作原理：融料流道开关打开，经螺杆塑化的融料进入柱塞注射缸，到设定量后，塑化螺杆同普通注塑机的螺杆塑化一样，螺杆后退，达到设定量后，塑化完成。

注射时，柱塞低压注射，达到设定后，融料流道开关闭合，注射螺杆进行高压注射及保压。

主要特点是：普通的往复是塑化注射螺杆结构与柱塞储料注射结构两者组合而成的机构，相当于在普通注塑机标准配置的注射机筒上增加一个辅助储料筒，达到塑化注射量的要求。

壁厚较厚的制品的注射成形，注射前端只需大容量的低压注射，后端进行中、高压的注射及保压，能满足成形加工的要求。

注射成形加工的制品，重量超过普通注塑机标准配备的5~6倍，用增大螺杆直径、加大塑化行程达不到制品所需的塑化量，低压注射又达不到制品的质量要求，可应用这种挤注复合装置，加大塑化量，达到制品的质量要求。

1.5 保压型的挤注复合系统图8 和图9是两种保压型挤注复合系统。

这种挤注复合系统，基本结构类同于复合高压注射的挤注复合系统，不同于高压复合注射的挤注复合装置。

普通塑化注射系统，注射结束转入保压，由注射螺杆执行保压功能，保压结束后，注射螺杆执行塑化，保压时间占用了成形周期的时间，降低了生产率，特别是保压时间较长的大型制品，把压时间对成形周期的影响更为明显。

保压型挤注复合系统，注射结束，保压由柱塞保压缸执行，注射螺杆在注射结束后立即转入塑化，保压时间不影响成形周期，是高速化注射成形发展的塑化注射系统。

1 喷嘴；2 喷嘴座；3 熔融料流道；4 补料储料腔；5 补料柱塞；6 箱体；7 保压加压油缸；11 加料斗；9 注射前板；10 注射后板；11 油马达；12 注射油缸；13 塑化注射部件；13 注射螺杆部件；14 熔融料液压方向阀。

图8 保压型双缸注射的挤注复合系统1 熔融料流道；2 补料储料腔；3 补料柱塞；4 箱体；5 加料斗；6 箱体；7 注射油缸；8 油马达；9 螺杆；10 机筒；11 熔融流道开关；12 喷嘴座；13 喷嘴。

图9 保压型单缸注射的挤注复合系统工作原理：熔融料方向阀的流道在熔融融料道与注射机筒连通情况下，注射螺杆部件塑化开始，，熔融料进入补料储料腔，补料储料计量至设定量，注射塑化储料开始，计量结束，熔融料方向阀的流道连通喷嘴与注射机筒内腔，开始高压注射，注射计量至设定量，熔融料方向阀的流道连通熔融料流道与喷嘴，进行补料保压，同时进入下一轮的塑化注射。

保压加压缸的动力驱动可用蓄能器，达到节能和提高保压性能。

主要特点：储料缸的容积小，为把保压和塑化挤出隔离，在熔融料流道中设置流道开关。

这种形式有利于缩短成形周期达到提高生产效率。

单缸还是双缸，视具体结构而定。

蓄能器保压动力驱动，以达到保压压力不受系统压力的干扰。

HUSKY公司、宁波海达塑料机械有限公司在PET瓶坯注塑机上开发保压型单缸注射塑化的挤注复合装置，补料保压时间不干扰成形周期，注射结束即进行塑化，提高了瓶坯的生产效率。

1.6 双柱塞的挤注复合系统这是一种特殊的挤注复合系统。

图10为双柱塞的挤注复合系统。

上组柱塞单元完成塑化挤出计量，下组柱塞单元完成计量注射和高压注射。

由于二组都为柱塞单元，混炼效果较差，塑化质量不高，对于微量塑化的质量影响不大。

上组柱塞单元将粒状或粉状的塑料向前推送，进行塑化，达到计量后，下组柱塞单元推动熔融料绕经鱼雷状分流梭，经由喷嘴注入模腔，分流梭的功能是将塑料分散于喷嘴内腔的内表层，提高塑化质量，主要用于单色微型制品的注射成形。

柱塞塑化的优点可以进行微量塑化挤出，螺杆加工由于受到加工的限制，直径不可能达到柱塞那样的微小直径，所以双柱塞的挤注复合系统在超微注射成形是有发展前途的。

双柱塞的挤注复合系统，其代表机型有西班牙Cronoplast公司的Babyplast6/10、英国MCP公司的Rabbit2/3和美国Medical Murray公司的Sesame。

1 熔融料流道体；2 加料装置；3 塑化挤出柱塞；4 上箱体；5 下箱体；6 注射柱塞；7 喷嘴座；8 熔融料流道开关；9 分流梳；10 喷嘴。

图10 双柱塞的挤注复合系统1.7 氮气发泡挤注复合系统图 11为物理发泡挤注复合系统。

加压氮气和聚合物分别不断进入正在运转的挤出机筒内，两者在螺杆的运转剪切下，得到均化混合，并通过熔融流道被输送到注射储料缸，注射柱塞在背压控制下后退，达到计量行程，熔融料流道开关关闭，熔融混合体被柱塞高速射入模腔。

由于挤出机中的计量压力是稳定的，氮气可以在稳定的控制压力下加入，保证了制品的质量。

驱动柱塞注射的动力为蓄能器，以达到高速注射的性能要求。

压力控制装置控制熔融混合体机头压力。

氮气发泡挤注复合系统也可用于其它物理发泡注射成形。

物理发泡注射成形为高速注射成形，如果同异轴在线配混挤注复合系统那样，设置熔融混合体挤出储料缸，交流变频电机驱动熔融混合体塑化挤出，则熔融混合体塑化挤出可为连续运行，熔融混合体可以做到“先进先出”，逗留时间基本一样有利于提高制品质量，同时挤出螺杆直径可减小，降低驱动功率，有利于节能。

1 喷嘴；2 喷嘴座；3 箱体；4 柱塞注射缸；5 油马达；6 熔融料流道开关；7 压力控制装置。

图11 物理发泡挤注复合系统2 创新的柱塞注射机构和挤出塑化机构及其在挤注复合系统上的应用研究挤注复合系统中的挤出塑化机构和注射机构，根据注射成形复合材料及制品科技进步的要求，不断发展，提高塑料制品的性能，扩大其应用范围，推动相关行业的科技进步。

2.1 二级注射的柱塞注射机构在常规的大注塑的挤注复合系统中，注射压力的设计受到结构、机构、液压系统等的设计上的约束，注射压力为低压。

常规的大注塑的挤注复合系统成形厚壁制品，制品内部易产生真空气泡，注射压力及保压压力低是产生原因之一。

如何使大注塑的柱塞注射更能提高厚壁制品的质量，是一个研发的重点。

大注塑挤注复合系统与普通注射塑化系统在注射性能上的主要不同是，注射压力不一样，前者低，后者高。

大注塑的厚壁制品，前段注射不需高压，后段为消除制品内部可能出现的真空气泡，宜用高压注射，相应提高保压压力，达到提高成形的质量。

根据这种成形的工艺，构思出二级注射的柱塞注射油缸，即机构本身具有高压和低压的两种注射压力。

图12 二级注射的柱塞注射机构。

主要结构特点：二级注射的柱塞注射油缸与一级注射的柱塞注射油缸的主要不同点是，配置了一套高压注射及保压的二级注射缸。

一级注射柱塞为低压注射，二级注射柱塞在一级柱塞的内腔，高压注射及保压。

二级注射压力可由油缸受压面积的设计而定。

为适于结构设计，常规的低压注射为双缸。

1 喷嘴；2 喷嘴座；3 支撑座；4 联结推力板；5 柱塞注射油缸；6 一级注射柱塞；7 二级注射柱塞。

图12 二级注射的柱塞注射机构主要工作原理：塑化挤出的熔融料进入注射储料腔，达到设定的计量，塑化挤出停止，一级柱塞低压注射到设定位置，转入二级高压注射，二级注射柱塞在高压油推动下，进入喷嘴座内腔，达到设定位置后，转入保压。

二级注射高压及保压有利于消除厚壁制品内部真空气泡，提高制品密实度。

二级注射的柱塞注射油缸应用于挤注复合系统中，更能发挥挤注复合系统的性能。

2.2 双阶配混塑化挤出机构双阶配混塑化挤出机构为同向平行双螺杆和单螺杆两者互相结合的塑化配混挤出系统，主要用于热敏性和剪切敏感性物料的配混塑化挤出。

双阶式结构和加工段的积木式结构适用于多种物料的加工，如: PVC、XLPE电缆料、软PVC 、医用料、TPE（热塑性弹性体）、硬PVC、EVA 发泡鞋底料、PE 低烟无卤阻燃料等。

不仅用废料可直接塑化挤出，亦可回收发泡PS、PE、EVA等产品。

两机联接处设置抽真空装置，能有效排除物料的挥发气体。

上阶是同向平行双螺杆完成高效塑化混炼，输送，整个加工过程处于无机头背压状态，避免了强剪切过热，混合高速运转获得较好的混合和较高的产出。

上阶混炼挤出自由落至下阶。

下阶是较大直径单螺杆以较低的螺杆转速避免过剪切力现象，螺杆内部冷却系统能避免过热和强烈的热交换能力，完成已塑化分散均匀物料的降温、高压、低速挤出。

两者功能性分离，性能优势互补，允许操作者进行更灵活并且可预知的混料过程和温度控制，将工艺过程功能分解，增加了独立操作变量，有利于各工艺过程的分步优化。

可把标准的双阶配混挤出机组，改变机头的联结型式，通过熔融料流道体和柱塞注射装置连成一体，复合成为在线配混挤注复合系统。

2.3 往复式单螺杆配混挤出机构往复式单螺杆配混挤出机构是一种新型的塑料配混机构，广泛应用于各种塑料的填充、共混、改性、交联、接枝、色母粒、功能母料、阻燃母料、导电材料、降解母料及增强、增韧等塑料专用料的生产，混料、混炼、塑化、分散、剪切、拉伸、脱气、造粒，具有剪切均匀、高分散、高填充、拉伸熔体等特点。