树脂干燥知识中心——基础1：了解塑料中的水分

塑料的含水率和干燥

关键的第一步

了解为什么了解塑料颗粒的初始水分和拥有可自动调整干燥参数以实现高效加工的设备至关重要。我们有时候可能没有意识到，许多塑料颗粒在加工前都是湿的。有些颗粒只有表面水分，而其他颗粒则可以在分子水平上吸收水分，并在颗粒深处含有水分。即使塑料颗粒外表看似干燥，其内部也可能充满水分。

树脂水分的类型

聚合物/塑料树脂主要有两大类：吸湿性和非吸湿性。

吸湿性树脂具有很强的亲和力，当暴露于大气中的环境空气中时，会吸收水分并将其吸收到分子结构中。这种吸收会导致颗粒内部或颗粒内水分深入颗粒内部，必须在加工前进行适当干燥，以实现质量和稳定的生产。颗粒内的水分不能仅靠热空气去除。在大多数情况下，可以通过在真空除湿空气下或在氮气等干燥气体流下加热颗粒来去除材料中的水分。

吸湿聚合物包括尼龙、ABS、丙烯酸、PET、PBT、聚氨酯、聚碳酸酯等。

用于制造塑料产品的非吸湿性（疏水性）树脂对水分没有亲和力。收集到的任何水分都不会被颗粒内部吸收，而是以表面水分的形式留在颗粒上，热风干燥机可以去除这些水分。非吸湿性聚合物包括 PVC、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯等。

该图表列出了用于制造塑料产品的常见吸湿性和非吸湿性聚合物

重要的是要记住，吸湿性材料会吸收水分，而非吸湿性（疏水）材料则不会从环境中吸收水分。了解要加工的树脂的分类可以为如何储存和干燥树脂提供重要信息。

水分如何进入树脂

许多树脂会吸引和吸收大气中水分中的水分子，因此必须在加工前进行干燥，以防止产品表面/外观和结构缺陷。树脂吸收的水分量取决于许多因素，包括树脂类型、环境温度、季节变化、包装和运输问题、制造不一致等。

特定树脂的水分问题 

尼龙比其他塑料树脂更易受潮，吸湿和饱和能力强。尼龙是一种吸湿性材料，对吸收大气中的水分有很强的亲和力。如果直接暴露在水中，它也会吸收水分。饱和状态下，它可以吸收 2-8% 以上的重量水分，这比大多数其他树脂的吸湿性要高得多。

当水被吸收到尼龙颗粒中时，它会与聚合物结合。尼龙的这些特性使得干燥变得具有挑战性，并且防止干燥后水分重新恢复。然而，尼龙因其高拉伸强度、冲击韧性、耐磨性和耐高温性以及化学兼容性而被广泛使用。

保护尼龙材料免受潮湿并了解起始湿度对于成功干燥尼龙至关重要。假设尼龙的水分容量超过 5,000 百万分率 (PPM)。在这种情况下，干燥和保持所有聚合物特性可能很困难。在过多和过少的水分之间找到适当的平衡至关重要。如果尼龙成型时太湿，它会流涎、溢料或起泡，并可能导致注塑机或挤出机的压力下降。如果在尼龙太干的情况下加工尼龙，最终产品可能会变脆并因应力而破裂。

为了防止敏感树脂（尤其是尼龙）受潮，在加工 Gaylord 时应盖上盖子，并尽可能将其存放在气候受控的区域。使用闭环输送（调节空气），并尽量减少机器喉口上方的材料量。此外，还要注意材料周围的环境；相对湿度越高，尼龙吸收水分的速度就越快。

水分对塑料产品的影响

如果塑料树脂在加工过程中水分过多，则会导致产品缺陷。树脂干燥不足时常见的缺陷有凹痕或空洞、混浊、散落、条纹、产品表面气泡、收缩或不规则形状的效果。

以下是常见的塑料产品缺陷，通常是由于加工过程中树脂中的水分过多造成的。图片来源：Novatec

这些产品变黄通常表明用于生产产品的树脂干燥过度，损害了产品的外观和完整性。照片来源：Novatec

初始含水量的重要性

即使在密封的盒子和袋子中，树脂的内部湿度水平也会因环境条件、储存、包装等因素而有很大差异。

同一天从同一供应商收到的两批 Gaylord 材料的含水量可能会有很大差异。然而，树脂供应商对干燥时间和温度的建议却是相同的。这可能会导致一批 Gaylord 材料干燥过度，而另一批 Gaylord 材料干燥不足。

通过在开始加工树脂之前了解和理解树脂的初始或起始水分含量，然后将树脂正确干燥至树脂制造商推荐的干燥程度，您将保持树脂的预期性能特征并在尽可能短的时间内生产出高质量、经济高效的零件。

水分含量与基于时间的干燥 

多年来，标准做法一直是塑料树脂的时间平均干燥。树脂供应商根据所提供的技术数据中树脂的假定初始水分含量水平推荐干燥材料的干燥时间和温度。因此，干燥树脂所需的时间是在不考虑树脂实际湿度的情况下确定的。

使用时间平均干燥法时，材料有时会干燥不足，有时会过度干燥，这通常会导致一系列产品外观和质量问题。如果在提供时间平均干燥建议时，加工材料的湿度低于材料供应商的假设，那么在可以开始生产时进行干燥会浪费宝贵的注塑机或挤出机时间和能源。您还会面临材料过度干燥的风险，从而导致外观问题（如发黄）和产品强度问题（如脆性）。假设您正在加工的材料比材料供应商在推荐覆盖时间和温度时假设的湿度高。在这种情况下，您可能会因材料干燥不足而导致产品问题（如气泡、散布和尺寸扭曲），从而浪费昂贵的树脂、时间和能源来解决问题并重新启动流程。

在开始干燥之前，了解颗粒的起始水分含量是成功干燥的关键。如果您在开始干燥过程之前了解颗粒的水分含量，并根据该信息对干燥机进行调整，则可以可靠地确定最终产品的适当干燥水平，从而消除了材料过度干燥和干燥不足的许多担忧，并最终节省了加工商的时间和金钱。

塑料加工商可以购买多种颗粒水分分析产品。离线实验室和在线装置在工艺结束时检测水分已经存在多年。最近，出现了在干燥过程开始前测量颗粒水分的产品。

树脂水分测量设备的类型

水分分析对于了解树脂是否干燥至关重要。树脂制造商建议其客户将材料干燥至最高水分水平，以实现稳定的工艺并生产出具有理想机械性能的美观纯净的部件。在开始加工之前和加工过程中监测树脂的水分含量是制造高质量塑料部件、减少浪费和提高效率的关键。

选择湿度测量设备时，了解它们的工作原理及其差异至关重要。所有湿度分析仪都会测量树脂中的水分百分比。

实验室/离线设备

实验室设备可以测量水分含量，甚至提供完整的化学分析，这可能耗时、费力且成本高昂。

失重分析仪测量树脂样品在特定温度下加热时材料的总重量变化。随着聚合物加热，它会燃烧掉水分和挥发物，当重量稳定时，它会记录重量差异。但是，挥发物燃烧会导致水分结果不准确。在挥发物相当多的情况下，水分读数将高于实际水分，这会导致过度干燥。这些设备的制造商通常会提供至少部分解释差异的配方。卡尔费休滴定法是塑料行业中一种著名的失重实验室设备，在其他类型的设备出现之前，多年来一直是水分分析仪的黄金标准。

水分专用分析仪采用化学过程，仅检测水分含量，而不检测挥发物。这些分析仪价格昂贵，需要在实验室环境中离线使用；但它们可靠且可重复。建议塑料加工商配备其中一种设备来确认其树脂的水分含量。

在线设备

在线设备是实验室/离线设备的替代品。在线设备通常比实验室设备更便宜且更易于使用。

电容式传感器水分分析仪通过测量介电常数变化引起的电容变化来工作。与塑料的低介电常数相比，水的介电常数非常高，因此传感器可以可靠地检测水分的存在。这些装置相对便宜，在车间使用简单。当安装在料斗后时，料斗中的隧道可能会使整体水分含量不准确。

微波水分分析仪的工作原理是水的介电常数比大多数其他材料高得多。由于水分子的偶极效应，微波谐振器的谐振频率会随着水分含量的变化而变化。这些变化由传感器电子元件检测，并通过校准过程进行缩放，以提供当前水分的精确读数。

近红外 (NIR) 水分分析仪 通过使光束从采样的树脂上反射并测量波长范围内的光吸收量来激发水分子。该测量结果可提供树脂的水分含量，也可用于测量残留油或溶剂，如果未检测到并清除，则可能导致污染问题。该设备可以是手持式、台式、在线或在线式。这些设备价格昂贵，并且依靠少量样本来获取整体水分读数，而这并不能代表产品的总水分含量。

预干燥装置

预干燥水分分析仪 是市场上的新产品。它们包括一个正在申请专利的水分分析仪，该分析仪由电容传感器、加速度计和陀螺仪组成，位于材料拾取枪底部附近，可提供可靠的在线采样。在将材料吸入干燥机进行进一步加工之前，会以百万分之一 (PPM) 的精度从枪腔中测量水分。

电容传感器测量塑料的介电常数。由于水分的介电常数比塑料的低介电常数大，因此可以准确可靠地检测水分的存在。塑料颗粒的初始和持续水分含量不断传送到干燥机控制器，干燥参数（如鼓风机速度、温度和干燥时间）会自动微调，以将树脂干燥至制造商规定的干燥水平。

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