4.2 基于生態(tài)環(huán)境保護(hù)原則的注射機(jī)構(gòu)/結(jié)構(gòu)的新常態(tài)創(chuàng)新驅(qū)動

注射機(jī)構(gòu)的主要功能是實現(xiàn)對塑料原料熔融的塑化及射出，以綠色成型技術(shù)為出發(fā)點進(jìn)行注塑機(jī)構(gòu)的綠色設(shè)計。

基于生態(tài)環(huán)境保護(hù)原則的綠色注射機(jī)構(gòu)的設(shè)計的科學(xué)發(fā)展的研發(fā)重點：

1）VOC排放控制。螺桿塑化剪切性能是VOC排放控制的重點。塑料原料是一種高分子化合物，不同的塑料原料由固體受熱為熔融體的過程中，除了發(fā)生物理變化，還發(fā)生化學(xué)變化，特別是一些受熱易分解的塑料，如PVC、PC、PET等，如熔融熱的不到有效的控制，VOC易分解污染環(huán)境、有害人體健康的氣體。

2)熱污染控制。機(jī)筒加熱的熱污染是整機(jī)熱污染控制的重點。

3）塑料資源節(jié)約型成型。提高回料/廢料的直接回收塑化、注塑能力，提高塑料資源的利用率。高分子材料在線復(fù)合的塑化注射，節(jié)約塑料資源。

4）提高能效，降低能耗。提高塑化、注射的動力傳動/驅(qū)動效率，提高能效。采用高熱效率的加熱系統(tǒng)，節(jié)約能耗。

4.2.1 清潔高效交流伺服電機(jī)直接驅(qū)動塑化注射機(jī)構(gòu)

清潔高效交流伺服電機(jī)驅(qū)動塑化注射機(jī)構(gòu)起源于日本。低速大轉(zhuǎn)矩交流力矩伺服電機(jī)直接驅(qū)動螺桿塑化，省去同步帶等減速機(jī)構(gòu)，提高傳動效率。全電動注塑機(jī)的注射裝置所采用的伺服電機(jī)有兩種結(jié)構(gòu)，一種用同步帶帶動，一種用電機(jī)直接轉(zhuǎn)動。不用皮帶，結(jié)構(gòu)較簡單，但要求電機(jī)轉(zhuǎn)速較低、轉(zhuǎn)動力矩大，而且超載保護(hù)作用較弱。不過總的來說，采用伺服電機(jī)控制螺桿的塑化計量精度較高，轉(zhuǎn)速也較穩(wěn)定，還可以多級調(diào)節(jié)。采用伺服電機(jī)帶動滾珠絲桿驅(qū)動螺桿進(jìn)行注射，由于此時滾珠絲桿負(fù)載大，高速旋轉(zhuǎn)磨損也比較嚴(yán)重。

住友(SHI)德馬格全電動注塑機(jī)驅(qū)動理念是基于創(chuàng)新的直接驅(qū)動技術(shù)。采用直接驅(qū)動技術(shù)的注塑機(jī)和非直接驅(qū)動技術(shù)的注塑機(jī)相比，前者不僅提供了更高的節(jié)能效率，而且由于其具有更靈敏的響應(yīng)速度從而確保了更高的精確度，重復(fù)性以及更短的運行時間。直接驅(qū)動技術(shù) 更好地滿足了生產(chǎn)廠商對于大批量生產(chǎn)的精密注塑件的質(zhì)量要求，提高能源利用率，伺服電機(jī)驅(qū)動所產(chǎn)生的熱量小。

Krauss Maffei公司EX 系列全電動注塑成型機(jī)，塑化和注射的兩個裝置安裝在不帶同步帶傳動裝置的同一軸上的兩臺相聯(lián)直接驅(qū)動器驅(qū)動，每根軸分別由單獨的電機(jī)驅(qū)動，保證了運行方向直接將力傳遞給螺桿，減少了運動鏈和橫向力，伺服電機(jī)直接驅(qū)動滾珠絲桿，提高了傳動精度及傳動效率。威猛巴頓菲爾EcoPower新型全電動注塑機(jī)系列，結(jié)構(gòu)緊湊的無同步帶機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)驅(qū)動注射系統(tǒng)，配有伺服電機(jī)直接驅(qū)動式合模裝置。EcoPower配有專業(yè)設(shè)計的驅(qū)動系統(tǒng)，從而避免通常產(chǎn)生的制動能量消耗，也不需要配備昂貴的專用系統(tǒng)進(jìn)行制動能量回收。

4.2.2  低分解低能耗的塑化螺桿

綠色塑化螺桿的主要特點是實現(xiàn)低溫的勻質(zhì)熔融，螺桿剪切熱被原料塑化全部吸收，減少對機(jī)筒加熱量的需求。低溫塑化性能意味著低分解，低分解意味著低污染。

塑料注塑制品加工過程中及成型制品中VOC超標(biāo)，并不是塑料原料所含的有害物質(zhì)超標(biāo)，而往往是塑料原料成型加工為塑料材料或制品的熔融塑化工程中，由于設(shè)備熔融塑化性能不佳，剪切熱過高，造成塑料原料內(nèi)含某些物質(zhì)過度分解而超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)部的一些有害物質(zhì)在常溫下不對人體健康產(chǎn)生影響，而在超過分解溫度下易分解對人體健康產(chǎn)生影響；一些填充劑，在適宜的塑化剪切熱下，不會分解為有毒物質(zhì)。綠色化塑化技術(shù)使塑料原料在塑化熔融過程中，有效控制剪切熱，達(dá)到低溫塑化，不產(chǎn)生對人體有害物質(zhì)的分解，或?qū)⒂泻ξ镔|(zhì)的分解控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，達(dá)到成型后塑料制品符合安全健康標(biāo)準(zhǔn)。

性能差的螺桿，不但塑化動力驅(qū)動能耗高，而且剪切產(chǎn)生的過多的無效熱能不但降低塑化質(zhì)量，而且不得不采取人為的散熱裝置。對此重要的塑化件，國內(nèi)注塑機(jī)制造商知道其重要性但沒有放在重要的設(shè)計研究上，而一些螺桿制造商即使有所研究但因不涉及自己的切身利益也是膚淺的。

EVOH的成型溫度相對容許范圍較窄，一般高乙烯含量牌號為190°C~220°C，低乙烯含量牌號為210°C~230°C。成型溫度過高的話，伴隨分解反應(yīng)時，會發(fā)生架橋反應(yīng)，由此而產(chǎn)生晶點，進(jìn)一步分解會產(chǎn)生發(fā)泡。螺桿的設(shè)計理念是盡量不帶給EVOH不必要的熱量，推薦L/D=24-30、全螺線型、壓縮比為3.0~3.5的螺桿。

4.2.2.1 專用化低溫熔融性能的綠色塑化螺桿

熱敏性塑料低溫熔融性能的塑化螺桿。熱敏性塑料在螺桿剪切熱突變工況下，極易分解而污染環(huán)境。國內(nèi)對易分解塑料的塑化螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計普遍不合理，不能有效控制塑化剪切熱。PC塑化螺桿，不能有效控制塑化剪切熱，成型加工制品表面發(fā)黃的現(xiàn)象屢見不鮮，同時增大雙酚A的析出率。PVC塑化螺桿，套用PVC塑化擠出螺桿的型式，采用強(qiáng)烈剪切實行塑化，氯乙烯單體分解率得不到控制而析出機(jī)筒，不但嚴(yán)重污染環(huán)境，而且與空氣中水分結(jié)合成鹽酸而腐蝕設(shè)備和周邊金屬件，加速了資源損耗；為了對不合理的塑化螺桿產(chǎn)生的過量剪切熱降溫，塑化機(jī)筒上又設(shè)置冷卻風(fēng)扇，進(jìn)行降溫，這種設(shè)計既增加了能量的消耗，又達(dá)不到有效的質(zhì)量控制。國內(nèi)一些單位缺乏獨立綠色設(shè)計創(chuàng)新能力，抄襲照搬，繆誤變?yōu)檎胬?，?yán)重阻礙了塑化螺桿的綠色設(shè)計的發(fā)展。作者開發(fā)的不需格外風(fēng)扇冷卻、有效控制氯乙烯單體分解率的PVC塑化螺桿，二十多年來生產(chǎn)正常，說明易分解塑料的塑化螺桿的降低環(huán)境污染的綠色設(shè)計大有可為。

PC低溫熔融性能的綠色塑化螺桿設(shè)計。功能化的螺桿在提高塑化質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)節(jié)能化。作者在7800kN合模力的注塑機(jī)上研發(fā)的加工PC的專用螺桿，在溫度240度條件下，達(dá)到良好的塑化注射性能。另一臺7800kN合模力的注塑機(jī)上使用其它公司研發(fā)的同直徑的PC專用螺桿，在溫度240度條件下，根本不能塑化，溫度達(dá)到275度才能塑化，而且注射出的熔料發(fā)黃變質(zhì)，達(dá)不到塑化質(zhì)量要求，從能耗方面來說，前者比后者節(jié)能近13％，而且塑化性能良。這說明了螺桿的塑化節(jié)能性能大有研究可為。

4.2.2.2 生物基塑料低溫熔融性能的塑化螺桿

生物基塑料加工窗口很窄，如PHBV，熔點 154.44℃，但其降解溫度為182.22℃，加工窗口就非常窄。一旦過熱，就會造成凝膠、黑斑或者黃變。注射量達(dá)到機(jī)筒容積的30%~80%。每一次注射都要把所有的樹脂都注射出去。加工螺桿為漸變型、單螺紋螺桿，熔體不會受到過度的剪切。PLA、PHA生物聚合物，推薦使用壓縮比為2.5:1、長徑比為22:1的螺桿，淀粉基生物聚合物注射成型，壓縮比2.2:1、長徑比25:1的螺桿。塑化速度50~150r/min。注射壓力120MPa。熔融溫度180℃左右。

半結(jié)晶塑料，結(jié)晶速度較慢。熱敏性。干燥至0.1%含水量。對模具填充不平衡的敏感性。一個很小的流動不平衡度會導(dǎo)致嚴(yán)重的缺料和溢料，從而顯著增加廢品率。成型周期短。在機(jī)筒中保持較短的停留時間。高溫下停留時間過久，會使分子量由較大的損失，最終導(dǎo)致流血性能下降，機(jī)筒容量和注塑量之比為2:1~4:1. 結(jié)晶速度較慢，允許較長的注射時間。模溫60⁰C。最快結(jié)晶率發(fā)生在60⁰C。在60⁰C以下，不會加快結(jié)晶速度，而冷卻時間大幅增加。耗電量較ABS或PC降低約20%。機(jī)筒加熱溫度反向分布，控制聚合物的熔融和限制分子量的損失。

4.2.2.3  低溫熔融性能的分離型螺桿

分離型螺桿的塑化性能與壓縮比無關(guān)，有利于低溫塑化，提高能效。分離型螺桿在擠出塑化上已得到廣泛應(yīng)用。分離型螺桿在注塑機(jī)上應(yīng)用，雖然以已有二十多年了，但仍未得到推廣，主要原因是制造成本高，設(shè)計方面未掌握扎實的理論基礎(chǔ)及工業(yè)設(shè)計理論，也是一個重要的原因。

節(jié)能性能。分離型螺桿提高了塑化均質(zhì)，同比于普通螺桿相比，塑化背壓可下降30~50%。

4.2.2.4 高速節(jié)能薄壁注射螺桿

高速薄壁注射螺桿，首先要了解高速薄壁注射成形的主要特點。高速注射一般指注射速度大于300mm/s，有的已達(dá)到1000mm/s的注射速度。薄壁件是指制品壁厚小于1.5mm的制品。注射壓力200MPa以上，有的仍至達(dá)到350MPa。適合于制作薄壁塑料件的塑料品種主要有ABS、PC、PMMA、PC/ABS、MPPO等工程塑料。為達(dá)到高速注射，液壓系統(tǒng)都配蓄能器作為高速注射的動力。高速注射的時間很短，一般不超過1秒。高速注射的高分子材料為工程塑料，制品一般為小型的精密制品，所以計量行程短，注射量小。為符合精密制品的要求，要求熔融料塑化均一，計量精確。根據(jù)以上要求，設(shè)計高速薄壁注射螺桿。注射行程最小不能小于0.12D，最大不能超過2D，控制在1D之內(nèi)。蓄能器發(fā)揮高速動能作用的時間僅為5ms，這樣，注射時間一般控制在0.5秒～1秒。為使加料時，空氣不進(jìn)入固體料，要求加料行程短，即注射行程短。注射行程短，有利于減少高速注射時熔體對固體床破壞的影響。注射行程短即塑化量小，這意味著材料在機(jī)筒內(nèi)滯留的時間更短，從而會導(dǎo)致制品性能下降。根據(jù)這一特點，高速薄壁注射螺桿均化段的螺槽深度應(yīng)小于普通螺桿，螺槽容積應(yīng)與注射塑化量匹配。螺桿直徑應(yīng)與塑化量匹配。

    止回環(huán)的導(dǎo)向精度和關(guān)閉靈敏度，必需給予考慮。從螺桿設(shè)計角度來說，要解決高速注射所產(chǎn)生的一系列問題。

    注射行程短和注射時間短是高速薄壁注射的注要特點。注射行程短即塑化行程短有利于達(dá)到熔融料的軸向溫差。

4.2.3 澆口回料直接回收塑化

澆口回料在線直接粉碎后塑化，省卻澆口料清洗、粉碎及擠出造粒的能耗，以及杜絕在此造粒過程中污染的渠道。根據(jù)不同的塑料采用不同的直接回收塑化的綠色設(shè)計。常規(guī)螺桿上增加混煉的設(shè)計，實現(xiàn)非結(jié)晶型澆口料直接回收塑化。結(jié)晶型澆口料直接回收塑化，單一的改變螺桿設(shè)計不能解決問題，應(yīng)從整個塑化部件進(jìn)行整體的綠色設(shè)計。

赫斯基HyPET再生粉碎料（RF）系統(tǒng)，采用食用級再生PET粉碎料生產(chǎn)瓶坯的注塑系統(tǒng)。HyPET^TMRF食品級再生粉碎瓶坯注射系統(tǒng)，經(jīng)過不斷改進(jìn)，由使用50%比例的再生粉碎料提高到100%比例的再生粉碎料，節(jié)約了回料的接觸造粒能耗，大幅降低了生產(chǎn)成本。作為一套經(jīng)過專門優(yōu)化的注塑系統(tǒng)，增加了新的功能，如：在線溶料過濾可防止出現(xiàn)可能影響瓶體質(zhì)量的黑斑和其他污染物；全新的擠出塑化設(shè)計能夠更好地處理顆粒與粉碎料的混合物，從而解決了使用再生PET粉碎料生產(chǎn)PET瓶特定的技術(shù)難題。

4.2.4 本色粒料直接染色塑化

本色粒料直接用染料伴混染色，省卻價格昂貴的色母料，節(jié)約了伴混染色的設(shè)備運行的能耗，降低制品成本。國內(nèi)PP有色日用制品的注塑，都采用本色粒料直接用染料伴混染色塑化，但普遍存在的問題是成品內(nèi)部的顏色分布不均，說明螺桿的混煉性能差，往往在螺桿設(shè)計上增加混煉段，但未能取得實質(zhì)性的改進(jìn)。PP為半結(jié)晶高分子材料，混煉的作用主要增加剪切能力,對剪切不敏感PP的塑化基本不產(chǎn)生作用，唯有增加螺桿的長徑比，從常規(guī)的20增加到23~25，達(dá)到增加PP塑化的逗留的時間，使PP料塑化質(zhì)量均一，染料也達(dá)到均勻分布。

4.2.5 引領(lǐng)塑化加熱低碳排放的加熱系統(tǒng)

塑料制品成型是固態(tài)塑料原料-加熱成熔體-冷卻為固態(tài)的過程，加熱是不可缺少的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)加熱系統(tǒng)設(shè)計，往往僅從加熱性能、成本上考慮，例如，為降低成本采用不銹鋼皮電阻絲加熱圈，為提高熱容量采用陶瓷電阻絲加熱圈，為提高使用壽命采用鑄鋁電阻絲加熱圈。電阻絲類加熱圈，加熱件本體發(fā)熱將熱量傳導(dǎo)給被加熱件，由于被加熱件與加熱圈不可能做到無間隙配合，中間有一層空氣隔熱層，降低了熱效率，同時加熱件本體向周圍環(huán)境散發(fā)熱量，能耗損失大，加熱效率僅為40%～60%，加熱圈外表面的熱能散耗大，熱傳導(dǎo)損失達(dá)30~40%，熱慣性大，外表面溫度高，往往達(dá)到100⁰C以上，不但浪費能量，造成環(huán)境污染，而且惡化周圍工作環(huán)境，極易對操作工人再次燙傷。

長期應(yīng)用表明，傳統(tǒng)的電阻絲加熱裝置和系統(tǒng)在能耗和性能兩方面存在明顯的缺陷。

加熱系統(tǒng)的綠色設(shè)計的研發(fā)重點：加熱系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保，提高電能利用率，實現(xiàn)清潔化塑化加熱生產(chǎn)；應(yīng)用現(xiàn)代節(jié)能綠色化技術(shù)的加熱系統(tǒng)；創(chuàng)新加熱控制理論；開發(fā)實時性控制軟件和系統(tǒng)。

4.2.5.1 清潔低能耗的機(jī)筒加熱裝置

注塑機(jī)筒加熱裝置積極應(yīng)用社會上開發(fā)的機(jī)筒加熱綠色裝置及熱能回收利用技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)能、低污染的塑化加熱。

4.2.5.1.1 電磁感應(yīng)加熱裝置

電磁感應(yīng)加熱是我國的特色。電磁感應(yīng)加熱的工作原理是高頻電磁感應(yīng)原理，交變磁場的磁力線通過金屬材料時產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流，導(dǎo)致金屬材料自行快速發(fā)熱，具有優(yōu)異的節(jié)能、環(huán)保、實時的綠色化性能。

實時性。被加熱的金屬是通過自身發(fā)熱，熱能是由料筒、模頭的金屬整體產(chǎn)生，熱量幾乎瞬時達(dá)到最大值，當(dāng)動力被控制器切斷時，熱量輸入很快降至零；溫度控制實時準(zhǔn)確，內(nèi)外溫度一致，明顯改善了產(chǎn)品的質(zhì)量和提高了生產(chǎn)效率。模頭采用電磁感應(yīng)加熱裝置，加熱速度快，可以縮短60%以上初始加熱時間，提高生產(chǎn)效率；各層分溫區(qū)溫度控制精確、穩(wěn)定，日常的拆卸和維護(hù)工作量小。

環(huán)保性。使用電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)后、表面的溫度在人體完全可以安全觸摸50⁰C以下，如工作環(huán)境溫度10⁰C，鑄鋁加熱圈表面溫140⁰C，感應(yīng)加熱表面溫度50⁰C。避免傳統(tǒng)電阻發(fā)熱圈加熱方式輻射到空氣中的能量，可顯著降低環(huán)境溫度。完全避免傳統(tǒng)加熱方式帶來的因表面高溫而造成的燒傷、燙傷事故發(fā)生；更杜絕了因表面高溫引燃附作物發(fā)生不安全事故。由于表面溫度低，它不會燒焦吸附在它表面的異物：如塑料顆粒、油污、灰塵等，不會產(chǎn)生有害氣體，改善了車間的空氣環(huán)境，保證了設(shè)備及員工的安全。

節(jié)能性。高頻電磁感應(yīng)加熱使機(jī)筒自行高速發(fā)熱，能量轉(zhuǎn)換效率（電能轉(zhuǎn)換成熱能）在98%以上，遠(yuǎn)高于一般加熱產(chǎn)品。溫度控制實時準(zhǔn)確，塑化節(jié)電率可達(dá)40~70%。

經(jīng)濟(jì)性。降低裝載的加熱功率約40%，如4500kN注塑機(jī)的機(jī)筒加熱裝載的鑄鋁加熱圈功率為23.4kW，改用電磁感應(yīng)加熱僅需12kW。機(jī)筒電磁感應(yīng)加熱初裝費用較高，連續(xù)運行一年可收回。第二年開始產(chǎn)生節(jié)能帶來的經(jīng)濟(jì)效益。電磁感應(yīng)加熱使用壽命大大高于電阻絲加熱，明顯降低維修費用。上海物豪塑料有限公司各種規(guī)格的15臺注塑機(jī)，改造為電磁加熱后，供電變壓器功率縮減一半，產(chǎn)量提高10%~15%。

功能性。用絕緣層把模頭與外界隔開，不受外界影響，不存在溫差，整體受熱均勻。消除加熱裝置熱慣性，達(dá)到快速降溫，恒定塑化溫度，有效降低氯乙烯單體的分解率。電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，基本消除加熱的慣性現(xiàn)象，升溫降溫迅速高效，有利于塑化溫度整定，溫差可控制在1%以內(nèi)。為有效控制PVC的塑化溫度，減少氯乙烯單體的分解，一般都采用機(jī)筒加熱+鼓風(fēng)機(jī)冷卻的組合溫控系統(tǒng)，彌補(bǔ)塑化螺桿性能上的缺陷，雖用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻進(jìn)行調(diào)溫，達(dá)不到理想的控溫效果，氯乙烯單體的分解率達(dá)不到理想的水平，環(huán)境污染仍然存在，鼓風(fēng)機(jī)冷卻又消耗了能源。電磁感應(yīng)加熱完全能達(dá)到PVC的塑化溫度精度，而且可去除鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻裝置，節(jié)能可達(dá)30~50%。

創(chuàng)新創(chuàng)造性。電磁感應(yīng)加熱為塑化加熱科學(xué)發(fā)展提供了更廣的發(fā)展空間。中國科學(xué)院自動化所研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三博電磁加熱節(jié)能系統(tǒng)，提供加熱改造、溫度控制的完整解決方案，自帶溫度控制器和相關(guān)的控制算法，實現(xiàn)溫度的精確控制，避免加熱、冷卻等設(shè)備之間的內(nèi)耗，節(jié)能效果更優(yōu)，且不改變原控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖關(guān)系和操作模式；采用全工業(yè)級設(shè)計，包括合理熱設(shè)計和電磁兼容設(shè)計，支持多機(jī)并聯(lián)運行：支持多機(jī)同時加熱一個對象；對要求可靠性特別高的場合，可選用具有冗余功能控制器實現(xiàn)雙機(jī)無擾動切換。

neXtheat采用電磁感應(yīng)加熱技術(shù)，將加熱部分的裝機(jī)功率降低50%左右，通過對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，升溫時間縮短為原來一半，溫度控制精確到±1°，產(chǎn)能提高至少5%，廢品率降低至少在10%以上，對注塑工藝（降低注塑壓力，提高速度，提高熔體質(zhì)量）有很大提升，從而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級。

4.2.5.1.2 石英加熱裝置

石英加熱器是根據(jù)熱能輻射高于傳導(dǎo)的能量利用率原理，提高電能效率。電阻絲穿入石英玻璃管中，制成與普通鑄鋁加熱圈類似的兩個半圓的哈夫型式，徑向外表面用保溫材料制成保溫層，保溫層內(nèi)表面為光反射面。石英管電阻絲產(chǎn)生的熱光能量，直接輻射給被加熱體外表面，并通過反射作用，再輻射給被加熱體的外表面，最大限度地減少熱量損耗。體積小，重量輕，裝卸方便，節(jié)能明顯，成本低。與鑄鋁加熱圈相比，成本相當(dāng)，更加輕便，節(jié)省電能30~50%。

4.2.5.1.3 納米紅外加熱裝置

納米紅外節(jié)能加熱圈采用高分子納米發(fā)熱合金，加熱圈表面經(jīng)高分子遠(yuǎn)紅外材料做特殊處理后，能夠產(chǎn)生特定波長紅外線，傳熱過程熱損耗小，傳熱效率在99%以上，并有效提升加熱速度；加熱圈的表面溫度僅為50-70℃，對環(huán)境溫度影響小，且能有效的降低工作車間的室溫5-10℃。節(jié)能率高達(dá)40%-70%。

納米紅外節(jié)能電熱圈無任何外接設(shè)備，可做到傳統(tǒng)加熱型式一樣、寬度一致、段數(shù)一致、功率一致，直接用于取代傳統(tǒng)的電阻絲加熱型式。

4.2.5.1.4 超聲波加熱裝置

頻率高于20000Hｚ的聲波叫超聲波。

超聲波加熱主要原理：

1）共振原理。當(dāng)超聲波的頻率與組成物質(zhì)的分子固有頻率相同時會引起分子的共振，使分子的振動幅度大大增加，分子振動的幅度的增加又碰撞到與它相近的其它分子，從而使整個物質(zhì)體內(nèi)的大量分子無規(guī)則運動的劇烈程度增加，溫度快速升高。

2）熱力學(xué)原理。溫度的本質(zhì)就是恒量物質(zhì)內(nèi)的大量分子的無規(guī)則運動的劇烈程度的物理量，只是在表面現(xiàn)象上顯現(xiàn)為冷熱程度。當(dāng)然分子運動越劇烈溫度越高了。

物質(zhì)的分子由振動而獲得了能量，其能量除了與分子的質(zhì)量有關(guān)外，還與分子的振動速度的平方成正比，而振動速度又與分子振動的頻率有關(guān)，所以聲波的頻率越高，也就是物質(zhì)分子得到的能量越高。

    超聲波加熱塑化的綠色化性能：

    1）提高塑化質(zhì)量，降低塑化劑注射能耗。超聲波和振動波在一定的條件下對高聚物的塑化可以起積極的作用，一定頻率的超聲波對聚烯烴的結(jié)晶起著積極的作用，能減小聚合物熔體的分子量，使結(jié)晶溫度升高，也能降低熔體表觀粘度，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度下降，使聚合物的塑化起到良好的效果。微磨的高剪切作用可以使高聚物原料中難以熔融的“疵點”能很好地塑化，必將使超聲塑化微注射成型技術(shù)成為微注射成型的重要發(fā)展方向。在共混物塑化過程中，超聲波能使混合粒子尺寸減小，分布更為均勻，改善共混物的機(jī)械性能，也能影響晶核生長行為，增加結(jié)晶溫度和結(jié)晶度，同時還能明顯降低共混物的射出壓力和熔體表觀粘度，改善流動性能，降低射出壓力。

    2）改進(jìn)分子排列，提高制品力學(xué)性能。 超聲振動有利于晶片增厚，改變了晶片的扭曲、堆砌方式，改善聚合物的結(jié)晶形態(tài)，結(jié)晶形態(tài)隨超聲頻率的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性變化；振動剪切取向和振動誘導(dǎo)結(jié)晶能使制品的宏觀力學(xué)性能更好。振動及超聲波在聚合物的結(jié)晶過程中可能使其結(jié)晶形態(tài)改變從而提高制品的物理性能。

4.2.5.2  機(jī)筒自適應(yīng)補(bǔ)償加熱節(jié)能系統(tǒng)

    圖7為機(jī)筒自適應(yīng)加熱補(bǔ)償節(jié)能系統(tǒng)。機(jī)筒加熱圈仍采用常規(guī)的電阻絲加熱圈，加熱圈外側(cè)包覆智能補(bǔ)償加熱節(jié)能罩。自適應(yīng)加熱補(bǔ)償裝置的節(jié)能罩由高溫絕緣罩、散熱罩、中空纖維儲能隔熱棉、鈦合金編織層、熱激發(fā)自生熱層等組成?？刂蒲b置由熱激發(fā)定時器、熱激發(fā)附件、熱激發(fā)轉(zhuǎn)換器等組成。

熱激發(fā)自生熱層采用航天熱激發(fā)材料。航天熱激發(fā)材料由四十多種稀有金屬和稀土組成，在高負(fù)壓狀態(tài)、超高溫、超音頻磁力線穿透等條件同時具備的條件下可改變自身特性，可使混合物在自然環(huán)境下當(dāng)溫度超過121⁰ C時在超音頻磁場作用下自身發(fā)熱，其自身溫度和環(huán)境溫度的差保持在10⁰C~30⁰C之間。

當(dāng)機(jī)筒加熱圈工作溫度超過121⁰ C時，在超音頻磁場的作用下，熱激發(fā)材料自身發(fā)熱，其自身溫度隨料筒設(shè)定溫度的高低而變化。當(dāng)產(chǎn)生多余熱量時會被鈦合金中空纖維儲能隔熱棉吸收，當(dāng)環(huán)境溫度低于鈦合金中空纖維儲能隔熱棉時，它會釋放多余的熱量，從而達(dá)到為加熱圈補(bǔ)熱的功效。實踐證明：采用本技術(shù)，發(fā)熱效率高，節(jié)能40%-80%；降低環(huán)境溫度；少用降溫設(shè)備，二次節(jié)電；熱能得到充分利用，減少預(yù)熱時間，提高工作效率；可使加熱圈工作時間減少一半，明顯延長加熱圈的使用壽命，減少維修費用，降低產(chǎn)品成本。

4.2.5.3 高能效的機(jī)筒熱能回收利用系統(tǒng)^[4]

深圳市百年業(yè)工貿(mào)有限公司開發(fā)的注塑機(jī)熱能回收利用的干燥系統(tǒng)，凸顯了節(jié)電和環(huán)保的綠色技術(shù)，為注塑機(jī)進(jìn)一步節(jié)能開辟了一條新的途徑。

把塑化機(jī)筒的電阻絲加熱圈輻射散發(fā)的熱量收集起來，送入干燥加料斗，轉(zhuǎn)為烘料熱量使用，節(jié)省干燥料斗原需電加熱供給的烘料熱能。整個系統(tǒng)為氣體循環(huán)的封閉系統(tǒng)，采用獨立式的雙重過濾進(jìn)氣系統(tǒng)，機(jī)筒風(fēng)罩具有空氣過濾功能，保證了能量交換媒體的熱風(fēng)空氣的清潔度。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的干燥溫度及收集的散發(fā)熱量進(jìn)行分析對比，智能控制冷、熱氣體量的混合比，以及原料的干燥度。機(jī)筒和干燥機(jī)的總體節(jié)電40~70%，相對干燥機(jī)本身節(jié)電80%以上。圖8為注塑機(jī)節(jié)電干燥裝置由熱能回收系統(tǒng)原理圖。廣東某塑料廠安裝了深圳市百年業(yè)工貿(mào)有限公司開發(fā)的注塑機(jī)熱能回收利用的干燥裝置系統(tǒng)^[8]，節(jié)能效果顯著。該企業(yè)有30多臺注塑機(jī)，機(jī)筒加熱功率5kW，耗電5kW•h/h，每天工作16小時，每月26工作日，月耗電：30臺×5×16×26=62400 kW·h；減去恒溫消耗功率，以負(fù)載功率75%計，月耗電46800 kW·h(其實恒溫工作時也耗電)，每度電0.80元，年電費45萬元。

節(jié)能環(huán)保。由于阻止了加熱圈熱能外傳，達(dá)到降低生產(chǎn)車間溫度、改善周邊環(huán)境的效果；在收集熱能的同時也可以對剛開啟的機(jī)筒達(dá)到保溫的作用，縮短注塑機(jī)的開機(jī)的機(jī)筒預(yù)熱時間；減少企業(yè)內(nèi)部電力系統(tǒng)的負(fù)載容量，減少電損，緩解變壓器的負(fù)荷。