注塑成型是塑料加工中重要的加工方式，所使用设备是注塑成型机，中国是注塑成型机(简称立式注塑机)的最大生产国，产量占据全球70%以上。同时，市场保有量近年来在迅速增长，2012年中国立式注塑机产量已经超过10万台，市场保有量更有80万台之多。

        由于立式注塑机经常处于连续运转状态，是电能消耗大户，俗称“电老虎”，降低注塑成型机的电耗已经成为今后企业技术发展方向，更是国家与各级政府节能减排工作的重点。

        立式注塑机的电能消耗主要有两个部分:驱动回路和加热回路。以立式注塑机平均吨位250t为例，驱动回路年耗电为75900kWh，加热回路年耗电为22080kWh，年消耗电总计为97980kWh。以中国立式注塑机市场保有量80万台估算，全年总耗电783.840亿kWh，而2012年三峡电站完成发电量782.93亿kWh，即是说中国立式注塑机每年消耗了1个三峡电站的发电量，所以立式注塑机节能降耗的意义重大。

1    立式注塑机节能技术原理

1.1    驱动回路技术

        驱动回路节能技术是通过伺服电机驱动系统，简称电液复合立式注塑机，相比市场传统的定量泵液压系统立式注塑机，具有以下特点:

        1)注塑工艺流程分为锁模—射胶—保压—溶胶—冷却—开模等几个阶段。每个阶段需要不同的压力和流量，即负载不同，目前注塑工厂使用的立式注塑机绝大部分都是定量泵的液压系统，油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量，多余的油压通过溢流阀回流，这个过程称为高压节流。高压节流使油泵马达消耗更多的能量。在保压和冷却到中间取件阶段，立式注塑机处于静止等待状态，对流量和压力的需求几乎为零。若油量马达依然向油路中排油，由于系统底压的存在，将会无谓消耗更多的电量。而使用伺服电机驱动系统立式注塑机时，如海天伺服节能立式注塑机(专利号:ZL02138601.3)，输出功率随负载变化而变化，不存在多余能量的浪费。保压阶段伺服电机降低转速，能耗极低，冷却阶段电机不工作，耗电为0。根据产品不同，伺服节能立式注塑机相比传统立式注塑机节电20%～80%，平均节电超过55%。

        2)因液压油循环减少，热量产生少，不会无功升温，不需额外提供降温用冷却用水，同时，减少高温下油质变差的可能，延长了液压油的使用寿命。

        3)相比传统立式注塑机，噪音可低60%以上。

        4)采用高响应的永磁同步伺服电机和内啮合齿轮泵动力系统，配合编码器和压力传感器，时刻对压力和流量进行反馈，达到了闭环控制，通过改变同步永磁伺服电机的转速和转矩而对流量压力做出响应的调整，确保成型重复精度高，实现节能最大化，提高生产效率。

        5)因其节能效果显著，从而使电网需求容量减少，同样数量的伺服驱动立式注塑机相比传统立式注塑机变配电站建设费用可减少30%以上。按上海地区目前平均综合建造费用计算，建一座300kVA变配电站约需150万元，仅可供应10台120t液压传统液压立式注塑机用电，如果使用海天天隆系列伺服立式注塑机可装机13台，每台可节省变配电站建设费用3.46万元。

        相比市场上的变量泵型立式注塑机和变频式立式注塑机，伺服驱动回路立式注塑机是目前最新的，成熟的，节能率、产品稳定性和生产效率最好，性价比最高的1种机型。

1.2    加热回路技术

        加热回路目前主要的节能技术主要有:纳米节能环、电磁加热和红外加热等，而这些节能技术在可靠性、安全性或寿命等方面存在一些缺陷，致使他们都尚未被大量应用。

        下面对比几种加热方式的优缺点，并介绍的一种双效节能长寿加热圈(已申请国家专利:201120441900.1)。

1.2.1    传统的立式注塑机加热方式

        立式注塑机传统上采用的加热元件是电阻式加热圈，无论是云母式还是陶瓷式，都是通过接触传导方式将热量传递到料筒上。

        电阻丝将电能的一部分转换为热能，并通过加热绝缘介质，然后仅用传导的方式逐一将热能传递给受热物体。由于云母或陶瓷是电绝缘体，但不是热的良导体，热能传导的环节多，热惯性大且热阻大，造成加热的相应速度慢、加热损耗大效率低。同时，电阻丝与机筒的温度梯度大，加热圈表面温度高，容易发生烫伤事故，散热较多，能量损失较大，电阻丝始终处于高温加热状态，加速了电阻丝氧化因此寿命较短，而且导致环境温度上升。

        一般来说，电热丝的寿命与电热丝的耐温和使用温度密切有关的主要原因是电热丝在高温下氧化的问题，由于氧化的不均匀，会使局部变细，从而使该处电阻升高，温度也跟着升高，氧化加快，电阻再升高，电热丝很快就断了，产品寿命也就终结了。

1.2.2    现有的加热节能技术

        1)纳米节能环。如果仅采用普通加热圈+纳米节能环隔热保温措施，可以实现节能效果，由于没增加热传导和辐射，电阻丝与机筒的温度梯度更大，电阻丝温度更高，更加速了电阻丝氧化，因此会缩短普通加热圈寿命;

        2)电磁加热。由于电磁加热的模块自身发热，容易损坏等缺陷，电磁加热在可靠性、安全性及安装方便性方面尚存在缺陷;

        3)普通红外加热圈。由于仅有红外线辐射功能，无热传导功能，电热体与机筒的温度梯度大，电热体温度高，电热体寿命短，加热圈表面温度高。同时，由于结构局限，石英管在运输和安装时容易损坏，加热圈厚度较厚，会与模板、油缸等干涉，不便安装。

1.2.3    远红外加热原理

        红外线是电磁波。电磁波是电场与磁场交互而产生的一种波。太阳从伽马线到电波放射着各种波长的电磁波。其中0.75～1000μm的波长范围称作红外线，4～1000μm波长范围叫做远红外线。把这波长换算成温度则是450～270℃。也就是比较而言低温的放射体所发电磁波就是远红外线。

        远红外线可以给予持有电极特性的分子运动能量，得到远红外线能量的分子会加速与其他分子冲撞，分子冲撞产生强烈的振动、旋转，而振动和旋转使物体温度升高，达到了加热的目的。

1.2.4    双效节能长寿加热圈

        目前红外加热技术已经在立式注塑机上得到应用，以海天立式注塑机正在使用的上海锦珂塑胶科技有限公司产品为例，该产品并非单纯地采用远红外加热技术。

        可见该产品的外壳内有纳米隔热层，可以有效避免热量散失，达到与纳米节能环一样的效果。另外其特殊的热传导结构，不仅为热能的传递提供了传导的途径，又为远红外线辐射增加了反射装置，集红远外线辐射—热传导双效加热于一身，镜面反射加高效纳米隔热层双重隔热与一体。

        该产品已经不是单纯的“远红外加热”产品，称之为“双效节能长寿”更为贴切。与传统同类型加热器相比，该“双效节能长寿加热圈”由于具有远红外线辐照和热传导这两种加热方式，而且增加了镜面反射层和高效隔热层，充分利用能量转换当中的热能和远红外线辐射能，最大限度地确保热量高效迅速地传递至被加热物体，电热体与机筒的温度梯度更小，电阻体温度更低，电热体寿命更长，同时杜绝了热能的外泄。这种加热圈不仅可以实现30%以上的节能，而且在可靠性、安全性和寿命等方面得到了极大的提升，投资回报率高，对环境温度影响小具有广阔的实用前景。该产品在海天MA1600型立式注塑机上进行了全面测试，结果如表1所示。

2    两种节能技术的优势

        采用伺服驱动液压回路和双效节能加热回路具有以下优势:

        1)节省电能。立式注塑机加工过程，依据成型工艺条件的不同，平均节能40%以上。对于双效节能加热圈来讲，因表面温度相对低，对加工环境温湿度要求高的塑料加工企业，减少了夏季高温时开启空调降低加工车间温度的能耗;

        2)节水、节油。伺服驱动液压回路因发热少，减少了降温用冷却水消耗;液压油温低，延长了氧化变质时间，增加了液压油使用寿命。加热回路的双效节能加热圈因热效率高，无功发热少，也减少了冷却水用量;

        3)噪音低、改善制造环境;

        4)成型品质、生产效率、产品合格率提升。对于注塑加工企业提升效率、降低加工成本、提升产品精度和合格率，提升企业的市场竞争力，更新换代意义更明显;

        5)电网负荷需求减少，降低工厂电网装机费用;

        6)高度符合国家与政府倡导节能减排、低碳生产政策，利于环境，可获得政府节能补贴。

3    结论

        注塑加工行业在国民经济中属于重要的加工产业，节能意义重大。节能立式注塑机在驱动回路和加热回路采用成熟的节能技术应用，相比传统定量泵液压立式注塑机平均节能40%。节能技术在立式注塑机上的应用，势必能为社会节省大量能源，为企业降低能耗成本，不失为一条造福于社会、还利于企业的双赢通道。