LED灯管罩挤塑成型工艺分析响

陶永亮

(重庆川仪工程塑料有限公司，重庆 400712)

LED日光灯成为进入室内的LED灯具之一，它相对于普通荧光灯具有发光效率高、节电节能、使用寿命长、使用36 V安全电压、不含汞无污染、无紫外线辐射、非玻璃制品不易破损等优点[1]被人们所接受，走进了家庭，车辆，企业及办公场所的照明灯行列。LED日光灯外壳由铝合金外壳、PC外罩和灯头等原件组成。外壳起承载内部器件、防水防尘、散热、便于安装等作用。PC外罩（以下简称灯管）采用乳白色灯管的主要作用是使光线更柔和、更均匀的向空间发散，而不会产生刺眼的状况，保护眼睛，也使灯具更符合其使用功能。且其透光率必须在一定范围内，不能使光能在罩内浪费太多，也要能够使光线经过膜层散射到每个空间，既看不到灯管内部的灯珠，也使光线大限度的发散出。其中LED日光灯管采用工程塑料聚碳酸酯（PC）制作的，根据灯管的加工特点，采用挤塑成型加工。本文将介绍灯管在挤塑成型中的工艺注意事项及要点等，可以借鉴于做为类似同类产品加工。

1 产品介绍

灯管产品截面积尺寸及灯管与铝合金外壳组合如图1所示，厚度均匀1+0.10，灯管长度为500.5±0.2 mm。采用PC制作，灯管是一般采用光学级原料，环保达标，抗UV紫外线，长时间使用不变黄不爆裂，耐候性高温180℃，低温-20℃。灯管透光率达88%，且透光均匀，整体尺寸误差小，壁厚均匀，外观光滑平整。灯管与铝合金外壳配合好，耐候性、耐水性、耐稀酸性、耐氧化性、耐热性和耐寒性，还具有自熄、阻燃、无毒，抗UV，有良好的冲击强度和尺寸稳定性，表面无拉纹、节纹、划伤、黑点、气泡等缺陷，光线更稳定柔和，有效减轻眼睛疲劳。

图1 灯管截面积尺寸及灯管与铝合金外壳组合示意图

2 制作工艺

2.1 烘料准备

采用三菱公司的PC，等级S-2000UR，色号5313的透明PC，在烘料前将所需要颜色及添加剂的按比例搅拌后一起干燥。其中颜料添加剂加入保证灯管透光率达88%，有必要做出样件在雾度仪测定正确后生产。PC在室温下会吸收一定的水分，若直接用于成型会严重影响制品的质量。因此在PC挤塑之前均需要烘干处理。一般烘干温度为110～120℃左右，干燥时间通常为6～8 h[2]。为了干燥的稳定性，选用固定在挤塑机上热风斗式干燥机，并对干燥机进行扩展，在干燥机顶部加一个真空吸料机，减轻员工的劳动强度，减少在加料中不必污染，在干燥机空气入口处安装加热循环过滤器，防止外来灰尘进入干燥机内，对热风净化，保温起到了节能的作用。相当于一个热风式循环空气干燥机，干燥效果比较好。使用大容量（约200 kg）的斗式干燥机，便于连续生产需要。PC是否干燥合格可用两片载玻璃在270℃的热板上加热1～2 min，将3～4粒烘干的料粒夹在两片载玻璃之间，并轻缓加压，使粒子扁平，如熔料无气泡为合格[3]。如图2所示。

图2 改进后的料斗式干燥机

2.2 挤塑机工艺设定

选用联信塑料机械有限公司的LED灯管灯罩专用挤出机，属于单螺杆挤塑机类型，螺杆直径45 mm。以保证挤塑的连续性。挤塑机上料筒温度对挤塑成型有着重要的作用，根据挤塑机选用PC专用螺杆，结合挤塑机的六段料筒温度设置1～6段温度为230、290、284、250、215、211℃±10℃，这温度设置经过实践能满足挤塑生产需要。设置温度时应考虑螺杆对物料的剪切和物料间摩擦所产生的热量。

2.3 挤塑工艺流程

在满足烘料要求后，挤塑机料筒温度达到要求时，可以进行挤塑操作。挤塑时，熔融的PC料是从经过在机头前面的口模出来的。口模设计的要求保证了灯管的基本成型形状提供熔融料，而灯管所需的形状和尺寸由定型冷却模所决定的。定型冷却模设计根据灯管的形状及尺寸，按一定的收缩率进行设计，冷却模的长度要保证熔融材料PC离开冷却模已经成型灯管的要求，冷却模由上下两模组成，都有充分冷却水道，保证灯管的冷却成型，经定型冷却模出口处水温在50±10℃，PC冷却快了易产生内应力。当出来的料经过冷却模后，将料引入牵引机里，其牵引的目的有帮助挤出物及时离开模孔，避免在模孔造成堵塞与停留，不破坏挤出的连续性；调整灯管截面尺寸和性能。挤出物离开模孔有热收缩与离模膨胀的双重效应，截面并不一致，通过牵引得到修正。牵引机的牵引大小决定根据灯管要求，材料性能等因素所定的，保证在牵引拉动不拉断，不变形灯管几何尺寸，可以用牵引速度或者牵引力，牵引速度稍大于挤出速度。本案选用了牵引速度1.2 m/min，牵引机出来产品不能有变形，因此牵引机上的腹带形状应满足成型的要求。每次开机时，都要经过调整，测量产品，各项要求符合技术要求后才能正常挤塑生产。图3所示口模、定型冷却模和牵引机示意图。

2.4 灯管表面保护

由于挤塑生产和运输过程中，灯管表面经常有划伤，碰伤等痕迹，影响灯管的表面质量，造成较多的浪费。为了避免划伤，碰伤等痕迹出现，采用贴膜方式，贴真空膜，利用成型时还没有完全释放的热量进行贴膜，使贴膜黏附在灯管表面上。贴膜工序设置在出冷却模到牵引机的之间完成。做了一个简易的装置，将裁剪好尺寸的贴膜放支架上，利用灯管牵引移动效果，将膜一起“黏接”灯管而一定，完成贴膜工序。如图4所示。

图3 口模、定型冷却和牵引机模示意图

图4 贴膜工序示意图

2.5 灯管切割

挤塑出来灯管产品是很长的，长度不加控制的话，可以无限长，而使用的灯管是有尺寸的，为了达到灯管所需的长度尺寸，就需要做切割工作。在挤塑经过牵引机后的灯管产品就可以进行切割的，一般现在流水线上切割一定长度的尺寸，这个长度可在生产线上调节。如图5所示。图5(a)上有一个挡片，挡片上有传感器装置，当灯管的端头触动到挡片后，图5(b）切割刀接到指令立即进行切割断灯管，切割断灯管随之掉到盛接产品箱里，等待一起取出。灯管长度为500.5±0.2 mm必须要进行第二次切割，第二次切割是人工控制切割的。人工切割机图5(c)所示，中间有一把切割刀，切割刀用锯片铣刀有一个动力源带动，一端有调节尺寸的挡块，灯管靠着挡块，移动工作台，完成第二次切割，达到需要的尺寸。可以一片或者十多片一次切割，要注意安全操作。

图5 灯管切割示意图

3 结束语

LED日光灯管的挤塑属于一种常见的产品挤塑，由于灯管表面的要求较高，使得技术难度得到提高。

保证灯管透光率达88%是通过大量的实验得到的配方比例，通过样件在雾度仪上进行测量较准确地雾度值，稳定色料、添加剂和PC供货，对有异常情况就得进行实验测试；选定专用PC螺杆，根据PC特点，选用渐变性螺杆[4]，螺杆L/D针对其热稳定性好、黏度大的特性，尽量选取大的长径比，熔融温度范围较宽，加料段长，均化段短，压缩比适中，否则挤塑出来的产品缺陷很多，是无法解决的；针对表面划伤等缺陷增加灯管表面在挤塑过程中黏贴了保护膜，避免了在加工、运输中的划伤，碰伤等，提高了灯管的合格率，通过这些改进后，灯管产品质量得到提升，得到用户的称赞。

[1] LED日光灯的优点[EB/OL]. [2010-12-13]. https://wenku.baidu.com/view/08a2c9620b1c59eef8c7b495.html.

[2] 崔继耀，谭丽娟.注塑成型技术难题解答[M].北京：国防工业出版社，2007.6:13～14.

[3] 陶永亮，田雅萍.挡风玻璃板注塑注塑工艺优化[J].工程塑料应用，2014.42(7):46～49.

[4] 周达飞，唐颂超.高分子材料成型加工（第2版）[M].北京：中国轻工业出版社，2007.8:222～223.