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上海国际高端粉体装备与科学仪器展览会

Shanghai international high-end powder equipment and scientific instrument

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一文带你全面了解抽真空、真空泵与其原理和作用
时间:2025-07-11

在塑料造粒过程中,熔融塑料中不可避免地会混入空气、水分和挥发物,这些杂质会对最终颗粒的质量产生负面影响,例如降低机械强度、引发降解和产生异味。抽真空装置通过创造负压环境,有效去除这些杂质,从而显著提升塑料颗粒的品质。


一、抽真空装置的作用


1. 气泡清除——提升颗粒致密性


塑料熔融时,原料中的水分、空气等气体会逸出,若不及时排除,会在颗粒内部形成气泡,降低产品机械强度和表面光洁度。抽真空装置通过高效真空泵(如水环式、旋片式或罗茨真空泵)快速抽离气体,使熔体更加致密,提高颗粒的物理性能。


2. 挥发物脱除——增强材料纯净度


高温加工时,塑料可能分解产生单体、齐聚物、降解产物等低分子挥发物,不仅污染环境,还会降低材料性能。真空装置在负压环境下促使这些挥发物迅速逸出,并通过排气系统排出,确保塑料颗粒的高纯度。


3. 水分控制——维持稳定加工环境


原料中的水分在高温下汽化,可能导致熔体流动不稳定、颗粒表面粗糙。抽真空装置能快速抽离水蒸气,保持挤出机内部干燥,避免水分对塑化过程的干扰。


4. 品质优化——提升产品综合性能


通过多级真空排气和熔体过滤系统,装置能有效减少气泡、杂质及挥发物,使最终颗粒具备更高的透明度、光泽度、机械强度,并改善表面平整度,满足高端应用需求(如食品级、医用级塑料)。

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二、排气系统核心运行机制


真空泵安装位置:通常位于挤出机的排气段(Venting Zone),以最大化气体抽离效果。


真空泵:产生稳定负压,抽离气体及挥发物(常用类型包括水环式、旋片式、罗茨真空泵)。


排气系统:分段式设计,确保气体充分排出。


熔体过滤:结合无网过滤或自动排杂模头,进一步去除固态杂质。


智能调控:根据材料特性(如ABS、PS、PP等)调整真空度,优化脱气效果。


接下来,我们将针对抽真空的原理及其核心设备——真空泵的工作原理和分类进行阐述,方便大家深入理解抽真空的原理、熟知各类相关设备,精准把握其应用范畴与注意事项。


一、抽真空的原理


抽真空,本质上是对气体压强进行人为调控,这一过程紧密关联着气体自身的物理特性以及真空泵的独特工作机制。


01 气体的物理性质剖析


气体由大量分子构成,分子间存在着复杂的相互作用力。处于封闭容器内的气体分子,时刻处于无规则的热运动状态,它们频繁地与容器壁发生碰撞,同时分子彼此之间也不断撞击。这些碰撞行为所产生的宏观表现,即为气体压强。


当采取措施从容器内抽出部分气体时,容器内气体分子的数量减少,分子间以及与容器壁的碰撞频率随之降低,进而致使气体压强下降,逐步达成真空状态。


02 真空泵的工作原理探究


真空泵作为实现抽真空的核心装备,其运行原理涵盖了机械压缩、分子吸附、气体捕集与封存等多元方式。

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机械压缩原理:


以机械泵为例,这类真空泵借助旋转或往复运动的部件,在泵体内部营造出周期性变化的容积空间。当容积扩张时,该区域内气体压力骤减,形成吸力,外部气体顺势被吸入泵内;随后,随着部件运动,气体被移送至高压区域,并被排出泵外,如此循环往复,实现持续抽气。


分子吸附机制:


吸附泵则另辟蹊径,它利用特殊材料表面对气体分子强大的吸附特性来去除气体。泵内装填有具备高比表面积的材料,诸如活性炭或分子筛,这些材料能够凭借分子间作用力,精准捕获并牢牢锁住流经的气体分子,达到降低气体含量的目的。


气体捕集与封存策略:


部分真空泵采用低温冷阱或化学陷阱手段。在低温冷阱中,通过制冷技术将局部环境温度降至极低,使得气体分子动能锐减,进而物理性地聚集并被捕获;化学陷阱则是利用特定化学反应,将气体分子转化为易于留存的物质形式。这种方法在追求极高真空度的高端应用场景中表现卓越,能最大程度地削减残留气体,保障真空环境的高精度需求。


二、抽真空的设备


随着科技发展,多种类型的抽真空设备应运而生,它们依据不同原理设计,以满足各异的应用场景。


01机械泵:普及型抽真空利器


机械泵堪称最为常见的抽真空设备,广泛应用于各类实验室与工业场景。其工作原理基于机械驱动力,常见形式如旋转或往复运动。


泵体内通常配备一个或多个转子,当转子高速旋转时,在泵体特定区域构建出低压环境,该区域如同强大的 “引力场”,吸引容器内气体分子涌入泵体;紧接着,转子又将这些气体携至高压区域,最终排出泵外。


机械泵凭借结构简约、操作便捷的优势,在众多一般性抽真空需求场景中占据主导地位。


02 扩散泵:高真空度追求者


扩散泵运用独特的气体分子扩散原理实现高效抽真空。它主要由加热的扩散室与冷却的收集室构成。在运行过程中,扩散室受热升温,内部气体分子获取能量后活跃度大增,开始向四周空间迅猛扩散。


鉴于扩散室与收集室之间天然存在的压力差,气体分子呈现定向流动趋势,纷纷涌向收集室;在收集室内低温环境作用下,气体分子迅速冷却,凝结成液态或固态,从而实现气体高效移除。


扩散泵在半导体制造、真空镀膜等对真空度要求苛刻的领域大放异彩,助力高精度工艺制程。


03 分子泵:高速与高真空的完美融合


分子泵依托高速旋转的转子施展 “气体搬运魔法”。当转子飞速转动时,在泵体内巧妙构造出一条高速气流通道,凭借气体分子与转子表面间的精妙相互作用,气体分子仿若被一只无形的手牵引,从低压入口区域被快速带至高压出口区域,进而排出泵外。


分子泵以抽速快、极限真空度高的显著优势,在诸如航空航天、高端材料制备等对抽速与真空度双重要求极高的前沿领域独当一面。

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04 冷冻泵:极低温真空缔造者


冷冻泵专为极致真空环境需求而生,它融合低温冷凝与吸附技术。冷却系统全力运作时,泵体内温度急剧下降,常规状态下可降至低于 -100℃。


在如此严寒环境中,绝大多数气体分子动能丧失殆尽,纷纷凝结成固态或液态,随后这些凝聚态气体分子被吸附系统稳稳捕获并留存于泵体内。


冷冻泵在超导材料研发、低温物理实验等超前沿、超精细科研领域发挥着不可替代的作用,为探索极端物质状态提供坚实保障。


三、抽真空的应用与注意事项

抽真空技术凭借其独特优势,已深度渗透至出了塑料共混领域之外的空调、科研实验、医疗设备和工业生产等多个关键领域,成为现代社会发展不可或缺的技术支撑。然而,在实际操作环节,必须严守规范,确保安全、高效达成抽真空目标。


真空泵性能保障:


真空泵作为抽真空操作的核心硬件,其性能稳定与否直接关系到整个抽真空任务的成败。在操作前,务必对真空泵进行全面细致的检查,包括机械部件的完整性、润滑状态、电气系统的稳定性等,确保设备处于最佳工作状态,避免运行过程中突发故障,导致抽真空失败甚至引发安全事故。


方法设备适配性选择:


不同的应用场景对真空度、抽气速率等参数有着各异的要求,因此必须依据实际情况,审慎选择合适的抽真空方法以及配套设备。如在一般性实验室气体置换场景,机械泵或许就能满足需求;但对于超高精度的电子束光刻工艺,则非分子泵或扩散泵莫属。精准适配才能实现最佳效果,避免资源浪费与操作失误。


安全规范严守:


抽真空操作涉及电气设备、高压气体、低温环境等多种潜在危险因素,操作人员必须严格遵循安全操作规程。穿戴好防护装备,熟悉紧急停止按钮位置,在操作过程中密切关注设备运行状态,一旦发现异常,立即采取紧急措施,确保人身安全与设备完好。


文章来源:链塑网,文章仅做分享