第三章-注射成型PPT课件.ppt

1 第3章注射成型 掌握注塑过程 注塑工艺参数 理解注塑过程中物料流动 传热 凝聚态和相形态发展变化 基本会对通常聚合物注塑选取工艺条件 基本会分析各种注塑条件变化对制品结构 表观 性能等的影响 了解注塑原料的选择 了解注塑制品应用领域和特点 了解注塑发展趋势和研究进展 聊城大学材料科学与工程学院 2 3 1概述 什么是注射成型 注射成型是一种注射兼模塑的成型方法 又称注塑成型 它是成型聚合物制品 尤其是塑料制品的一种十分重要的方法 注射成型的重要性 20 30 的通用塑料 70 80 的工程塑料制件是通过注射成型得到的 聊城大学材料科学与工程学院 3 注射成型过程注射成型是将固态聚合物材料 粒料或粉料 加热塑化成熔融状态 在高压作用下 高速注射进入模具中 赋予熔体模腔的形状 经冷却 对于热塑性塑料 加热交联 对于热固性塑料 或热压硫化 对于橡胶 而使聚合物固化 然后开启模具 取出制品 上述步骤为一次注射成型过程 聊城大学材料科学与工程学院 4 注射成型工艺过程 聊城大学材料科学与工程学院 5 合模 注射座前移喷嘴与模具流道接触 在压力的作用下 螺杆推动塑化的物料注射入模具并保压 物料在模具中冷却 开模 顶出制品 注射成型周期 聊城大学材料科学与工程学院 6 3 2注射机 3 2 1注射机的组成及分类注射机的组成注射机的分类 聊城大学材料科学与工程学院 7 注射机的组成 主要包括塑化系统注射系统 塑化系统 合模系统 液压系统 电器控制系统 聊城大学材料科学与工程学院 8 注射机的分类注射机的合模系统与注射系统相对位置划分 卧式注射机 合模系统与注射系统一线水平排列 立式注射机 一线垂直 角式注射机 垂直排列 多模注射机 多工位注射机 聊城大学材料科学与工程学院 9 聊城大学材料科学与工程学院 10 聊城大学材料科学与工程学院 11 3 2 2注射系统 注射系统的主要作用塑化注射保压主要包括柱塞式和螺杆预塑式 聊城大学材料科学与工程学院 12 柱塞式注射系统 柱塞式注射系统由加料装置 料筒 柱塞 分流梭和喷嘴等部件组成 其具体结构如下图所示 聊城大学材料科学与工程学院 13 柱塞式注射系统的不足 1 塑化不均匀 物料靠加热器通过热传导供给热量来进行塑化 导致料筒内物料的温差较大 2 注射压力损耗大 注射压力消耗包括进入模腔的阻力 压实物料 物料的前移 通过分流梭所遇到的阻力上 易造成充模困难 3 注射速度不均匀 必须先把料筒中未塑化的物料压实 然后注射柱塞的移动速度才能与熔体的注射速度达到一致 小型的注射机上才使用柱塞式注射系统 聊城大学材料科学与工程学院 14 螺杆预塑式应用最为广泛的一种形式 由加料装置 料筒 螺杆和喷嘴等部件组成 聊城大学材料科学与工程学院 15 螺杆一线式注射系统的特点是 螺杆既起塑化物料的作用又具有注射物料的柱塞功能 当螺杆转动并后退时 其主要作用是将物料进一步塑化均匀并输送到螺杆端部 当螺杆前移时 就像柱塞一样 快速将熔料经过喷嘴注射入模腔中 注射系统的优点 结构紧凑 塑化物料效率高 塑化均匀 注射压力损失小 对各种物料注射的适应性大 聊城大学材料科学与工程学院 16 注射系统的主要零部件 加料装置 由料斗 加料计量装置及其它辅助装置组成 料筒 柱塞与分流梭 螺杆 喷嘴 加压和驱动装置组成 聊城大学材料科学与工程学院 17 料筒是物料的预热室 又是塑化室柱塞与分流梭分流梭是装在料筒前端内腔中形似鱼雷体的部件 其作用是使料筒内物料分流 加大传热面积 减少物料层的厚度螺杆长径比为15 18 压缩比2 2 5 加料段 压缩段和均化段三段长度约为螺杆全长的50 25 和25 注射螺杆头部一般为尖头 目的是防止物料残存在料筒端部而引起物料降解 螺杆头部装上一个止逆环 从而防止物料回流 聊城大学材料科学与工程学院 18 聊城大学材料科学与工程学院 19 喷嘴喷嘴是连接料筒和模具的过渡部件 主要作用 1 将熔料的压能转变为速度能 使熔料获得高速远射程 2 具有补缩作用 在压力保持阶段 有少量的熔料经喷嘴向模腔补缩 3 使物料受到较大的剪切作用 因而获得进一步的塑化 主要类型 直通式喷嘴 锁闭式喷嘴 特殊用途喷嘴 聊城大学材料科学与工程学院 20 喷嘴口的直径主要根据实践经验确定 对于高粘度熔料 喷嘴口的直径约为螺杆直径的1 10 1 15 对于中低粘度熔料 喷嘴口的直径约为螺杆直径的1 15 1 20 但要比主流道直径略小 约小0 5 1mm 聊城大学材料科学与工程学院 21 加压和驱动装置供给柱塞或螺杆对物料施加的压力 使柱塞或螺杆在注射周期中发生的往复运动进行注射的设施 就是加压装置 它的动力来源有液压力和机械力两种 大多数采用液压力 使注射机螺杆转动而完成对物料预塑化的装置是驱动装置 常用的驱动装置有单速交流电机和液压马达两种 采用电动机驱动可保证转速的稳定性 采用液压马达驱动的优点有 1 传动持性较软 启动惯性小 对螺杆过负载有保护作用 2 易平滑地实现螺杆转速的无级调速 3 传功装置体积小 重量轻 结构简单等 当前的发展趋势是采用液压马达驱动装置 聊城大学材料科学与工程学院 22 3 2 3注射机的合模系统 合模系统是注射机的一个重要组成部分 主要由导柱 又称拉杆 定模板 动模板 调模装置 顶出装置和传动装置等部件组成 主要作用 1 锁紧模具 提供足够的合模力和系统刚度 保证注射时在熔料压力作用下 不致溢料 2 固定模具 有足够的安装模具的面积和开合 取出制品的行程空间 3 启闭模具 开模 先慢后快再慢 合模先快后慢 聊城大学材料科学与工程学院 23 常见的合模系统的基本形式有三大类 即液压式合模系统 液压一机械式合模系统 机械式合模系统 液压合模系统 聊城大学材料科学与工程学院 24 液压机械式合模系统 聊城大学材料科学与工程学院 25 机械式合模系统 聊城大学材料科学与工程学院 26 3 2 4注射模具注射模具的作用在于利用本身的特定形状 赋予聚合物形状和尺寸 给予强度和性能 使其成为有用的制品 模具主要由浇注系统 成型零件和结构零件三部分组成 其中浇注系统和成型零件与聚合物直接接触 是注射模具中最复杂 变化最大 要求光洁度和精度最高的部分 聊城大学材料科学与工程学院 27 浇注系统是指聚合物从喷嘴进入型腔的流道部分 包括主流道 冷料井 分流道和浇口等 成型零件是指构成制品形状的各种零件 包括阳模 阴模 型腔 型芯 成型杆以及排气口等 典型的注射模具结构如下图所示 聊城大学材料科学与工程学院 28 2学时 聊城大学材料科学与工程学院 29 3 2 5注射机的基本参数及其选择注射机的主要性能参数有注射量 注射压力 注射速率 塑化能力 合模力 合模系统的基本尺寸等 这些参数是设计 制造 购置和使用注射机的依据 聊城大学材料科学与工程学院 30 我国注射机标准系统规定注射量 cm3 的规格为30 60 125 250 350 500 1000 2000 3000 4000 6000 8000 12000 16000 24000 32000 48000 64000等18种 聊城大学材料科学与工程学院 31 0 7 0 9 理论注射体积 螺杆外径 螺杆最大注射行程 型腔个数 制品 浇注系统 飞边总体积 制品 浇注系统 飞边总重量 制品密度 聊城大学材料科学与工程学院 32 聊城大学材料科学与工程学院 33 1 注射压力 70MPa 用于加工流动性好的物料 且制品形状简单 壁厚较大 2 注射压力70一100MPa 用于加工物料粘度较低 形状精度要求一般的制品 3 注射压力100 140MPa 用于加工中 高粘度的物料 且制品的形状 精度要求一般 4 注射压力140 180MPa 用于加工较高粘度的物料 且制品壁薄 流程长 制品壁厚不均 精度要求较高 注射压力的选取 聊城大学材料科学与工程学院 34 聊城大学材料科学与工程学院 35 注射速度 cm s 注射速率 cm3 s 注射时间 s 注射时 熔料经喷嘴进入温度较低的模腔内 随着时间的延长 熔料的流动性逐渐减弱为确保熔料充满模腔 就必须缩短注射时间 也就是提高注射速度或注射速率 注射速度 指注射时 螺杆或柱塞移动速度 可用下式表示 注射速度 注射行程 注射时间 聊城大学材料科学与工程学院 36 注射速率 指单位时间内熔料从喷嘴射出的容量 可写为 注射时间 指螺杆或柱塞完成一次注射量所需的时间 注射速率 聊城大学材料科学与工程学院 37 聊城大学材料科学与工程学院 38 合模力 kN 合模力是指注射机合模机构对模具所施加的最大夹紧力 机器在注射时 熔料经料筒 喷嘴 模具的浇注系统后进入模腔 使注射压力一部分损失在喷嘴和模具的浇注系统处 其余即为模腔内熔体压力 常称做模腔压力 若使模具不被模腔压力所产生的胀模力顶开 就必须施加足够的夹紧力 即合模力或称锁模力 聊城大学材料科学与工程学院 39 锁模力 kN 安全系数 1 1 1 2 平均模腔压力 MPa 制品在分型面上的投影面积 m2 实践常采用流长比 制品壁厚来选取P0 流长比为熔料流经自浇注口到制品最边缘的极限流程与制品壁厚之比 其表达式为 聊城大学材料科学与工程学院 40 聊城大学材料科学与工程学院 41 聊城大学材料科学与工程学院 42 合模系统的基本尺寸主要包括模板尺寸 拉杆间距 模板最大开距 动模板行程 模具最大厚度和最小厚度等 聊城大学材料科学与工程学院 43 模板最大开距和行程模板最大开距是动模开启时 动模板与定模板之间的最大距离 聊城大学材料科学与工程学院 44 动模板行程 mm 动模板行程是指动模板能够移动的最大值 为了便于取出制品 一般动模板行程为S 2h h 成型制品的最大高度 模具最大厚度与最小厚度 max min 模具的最大厚度和最小厚度是指动模板闭合后 达到规定合模力时 动模板与定模板之间所达到的最大和最小距离 这两值之差就是调模机构的调模行程 聊城大学材料科学与工程学院 45 聊城大学材料科学与工程学院 46 1学时 聊城大学材料科学与工程学院 47 3 3注射成型过程分析聚合物的注射模塑主要包括 塑化熔融 注射充模 冷却定型三个基本过程 因为这些过程与制品质量 注射成型的生产效率 被注射物料 工艺性能等因素有密切关系 而关于热塑性聚合物 这些过程主要体现在所发生的各种物理变化上 因此 本节着重讨论注射成型过程的物理变化及其影响因素 聊城大学材料科学与工程学院 48 3 3 1塑化过程3 3 1 1物料在料筒内的塑化所谓塑化是指聚合物在料筒内经加热由固态转化为熔融的流动状态并具有良好的可塑性的过程 塑化虽然是预备性的操作 但塑化质量 塑化效率则对随后的操作过程 生产效率以及制品质量有着极重要的影响 对于塑化过程的要求是 使物料完全熔融 获得充分的混合 达到规定的成型温度 而且温度分布均匀 无过热分解现象发生 聊城大学材料科学与工程学院 49 熔体温度均一性程度常常是造成注射制品质量优劣的重要原因 因而它亦是注射装置塑化质量的衡量标准 聚合物平均温度 聚合物初始温度 料筒温度 加热系数该值不应低于0 8 聊城大学材料科学与工程学院 50 3 3 1 2螺杆对物料的塑化的强化作用对于粘流态物料在剪切力作用下 产生大量的热量 单位时间内 单位体积的熔体因剪切产生的热量Q可表示为 简化计算 按牛顿流体处理 剪切热可以用下式计算 聊城大学材料科学与工程学院 51 对于螺杆挤出机 可以看出 聚合物熔体在螺槽内受剪切作用而产生的热量与螺杆直径和转速的平方成正比 而与螺杆深度的平方成反比 而且熔体的粘度越高 在其他条件相同时所生成的热量越大 聊城大学材料科学与工程学院 52 由表3 5看出 为提高熔体温度 增加背压比提高螺杆转速更为有效 但在高背压下塑于螺杆转动时的逆流和漏流流量增大 塑化时间延长 致使塑化效率下降 表3 5HDPE MFR3 5g 10min 在215 塑化时转速 背压 熔体平均温度及塑化时间数据 聊城大学材料科学与工程学院 53 3 3 2注射过程 3 3 2 1物料通过料筒的压力损失1对于柱塞式注射系统 压紧粒料的压力降损失值 pg可用下式作近似计算 聊城大学材料科学与工程学院 54 2当柱塞连续将熔体向喷嘴方向推动时 熔料经过料筒的压力损失值可借用圆管中牛顿流体的体积流率公式进行估算 聊城大学材料科学与工程学院 55 3 3 2 2熔体在喷嘴中的运动 注射速率一定时 R PL受两方面因素影响 1 R 减小 公式中 PL 2 R 剪切速率增大 温度增高 对于假塑性流体 PL 注射速率一定时 喷嘴长度增加 PL 此外 注射压力对温度有很大的影响 间接影响压力损失 喷嘴半径 聊城大学材料科学与工程学院 56 注射压力对温度的影响 图3 26聚苯乙烯在直径1mm长10mm的细孔喷嘴中的温度分布压力 a 73MPab 77 5MPac 100 5MPad 115MPa1 离开喷嘴后2 在喷嘴细孔中3 在喷嘴细孔的入口附近4 9沿喷嘴长度的不同点10料筒头部 料筒 喷嘴 聊城大学材料科学与工程学院 57 3 3 2 3熔体在模腔中的充模流动分析熔体在模具浇注系统内的流动对于热流道和冷流道是不同的 热流道 保温 熔体温度下降很小 压力降与喷嘴基本相同 对于冷流道则形成冷硬壳层 熔体流动半径下降 使得压力降增大 熔体充模流动特点起始阶段过渡阶段主阶段熔体遇到障碍物时的充模流动 聊城大学材料科学与工程学院 58 由图3 27可以看出 随料流前缘运动特点的不同 可将整个充模运动过程相对地分成三个典型阶段 即图中1为起始阶段 相当于熔体流的开始部分 熔体流前缘呈圆弧形 2为过渡阶段 前缘从圆弧形逐渐过渡到直线形 3为主阶段 相当于熔体主流 前缘呈直线移动 直至充满模腔 图3 27充模时熔体前缘变化的各阶段1 开始阶段2 过渡阶段3 主阶段 聊城大学材料科学与工程学院 59 熔体遇到障碍物时的充模流动 图3 31热塑性塑料熔体围绕不同形状的障碍物流动时速度v的变化及熔体的流动情况 a 矩形 b 圆柱形 c 菱形 金属镶嵌件的设计问题 聊城大学材料科学与工程学院 60 充模流动长度充模过程中凝固壳层的形成充模流动长度的影响因素 聊城大学材料科学与工程学院 61 熔体在模具中的流动及凝固 图3 34熔体流的速度分布1 浇口2 熔体前缘3 熔体流中的微元流动方向4 聚合物的凝固层 聊城大学材料科学与工程学院 62 图3 35螺旋线模试验模腔 聊城大学材料科学与工程学院 63 影响充模流动长度的因素料筒温度 T P L 模具温度 模具温度主要影响凝固层厚度 对熔体的充模流动长度影响不大注射压力 P L 注射速度 提高充模时的体积流速 能够增大熔体在模腔内流动的动能 故可增加流动长度 螺线槽横截面尺寸 其它工艺条件一定时 影响较大 螺线槽横截面厚度 宽度 L 聚合物分子结构与性能 M L 聊城大学材料科学与工程学院 64 聊城大学材料科学与工程学院 65 聊城大学材料科学与工程学院 66 3 3 2 5充模过程模腔的压力变化 OA段 聚合物从喷嘴流入模具浇口 柱塞前端及喷嘴处压力迅速上升 A点为充模的开始点 tA一tB为充模时间 此时模腔被充满 tB一tC 模腔充满之后 柱塞或螺杆还要再注入一些熔体 在时间tB一tC内 模内压力升至最高值 充模起点 充模完成 凝封点 脱模点 保压终止点 模腔压力最高点 聊城大学材料科学与工程学院 67 3 3 3保压过程需要维持一段时间 即tC一tD 在这期间柱塞或螺杆对模腔内进行补料 以使由于聚合物充模后温度下降体积收缩而出现的空间能得以继续充满 熔体的这种流动称保压流动 这 过程就是保压过程 它持续到保压终止点D为止 聊城大学材料科学与工程学院 68 实验结果表明 聚苯乙烯注塑件保压时间为5 7秒时制品有缩孔 9 17秒时 制品无缩孔 聊城大学材料科学与工程学院 69 3 3 4倒流与冷却定型过程3 3 4 1熔体的倒流 D点 E点 保压阶段结束后压力撤除 螺杆开始后退预塑 这时模腔中的熔体就要发生倒流 DE阶段表示模腔压力的变化 倒流一直持续到浇口凝封点E为止 聊城大学材料科学与工程学院 70 3 3 4 2熔体的冷却定型从图3 46中曲线上的凝封点E到脱模点F 这就是浇口凝固后的冷却时期 此时不会有熔体进行补料 对于只有可压缩性的粘流态高聚物 其比体积 或密度 1 温度T 用热力学温度K表示 和模腔压力P之间的关系可用修正的范德华方程表示 式中p 聚合物分子吸引力引起的内部压力 聚合物分子的比体积 Mr 聚合物分子结构单元的相对分子质量 R 通用气体常数 其中p Mr是因高聚物不同而不同的常数 聊城大学材料科学与工程学院 71 冷却时 物料熔体的温度和压力都在下降 只有温度降到玻璃化转变温度Tg 或热变形温度 以下 压力下降到与大气压平衡 即模内残余压力PE 0 时 才是制品脱模和抽芯的最佳条件 残余压力为零是冷却过程结束的重要标志 由于聚合物在模腔内 其温度下降不可能低于模具温度T 在制品冷却过程中 残余压力为零若出现在冷却过程的初期 则模腔内聚合物凝固层较薄 无足够强度抵抗随后的内部冷却收缩而使之出现负压 制品表面将出现凹痕 若零压力在冷却过程的中期出现 则内部未凝熔体会在足够厚的外壳层拉应力作用下而产生缩孔 只有在冷却过程后期残余压力为零 制品内外部已凝固 才不致发生上述的缺陷 聊城大学材料科学与工程学院 72 控制残余压力是很重要的 因为如果PE过大 制品在开模后顶出时就会发生应力断裂或表面严重损伤 但如果PE过小 制品在有型芯的情况下 由于冷却收缩 就会在型芯上产生收缩应力 当PE过小 收缩应力过大时 同样会造成脱模时制品断裂或严重刮伤 所以 残余压力在制品服模时也有一个范围要求 由于制品脱模时温度必须低于Tg 而模温又为T 这样脱模温度范围一定是Tg T 之间 这样利用温度一压力关系可以确定开模条件 在图3 48中 PE PE Tg T 围成的方块区域 构成了较佳的脱模条件区域 聊城大学材料科学与工程学院 73 聊城大学材料科学与工程学院 74 3 3 5注射成型过程中聚合物的取向 结晶与内应力1取向取向的形成 高分子链具有几何不对称性 在外力场的作用下 剪切和拉伸应力 高分子链沿外力场方向作有序排列就形成分子链的取向 取向是一种非平衡态 一旦外力场除去 分子热运动将使有序排列的结构自发趋向无序化 这个过程为解取向 高分子的取向分为链段取向和大分子链取向两种 一般来讲 在高弹态仅发生链段取向 在粘流态就会发生大分子链取向 聊城大学材料科学与工程学院 75 聊城大学材料科学与工程学院 76 3 3 5注射成型过程中聚合物的取向 结晶与内应力取向对性能的影响取向导致力学性能的各向异性 沿取向方向强度提高 伸长率下降 而垂直于取向方向的性能与取向方向相反 聊城大学材料科学与工程学院 77 影响制品取向的因素熔体温度 取向度 解取向 模具温度 取向 注射压力 剪切增加 取向度 注射速度 快速充模 制品表面高度取向 内部取向较少 慢速充模表层冻结 中心部位熔体温度因与Tg或Tm的差值减小 导致解取向时间缩短 取向度 总之 随着模具温度 制品厚度 充模时熔料的温度的增加 分子取向有减弱的趋势 增加浇口长度 压力 分子取向程度也随之增加 分子取向程度与浇口设定的位置和形状有很大关系 直浇口比点浇口更容易维持取向效应 聊城大学材料科学与工程学院 78 3 3 5注射成型过程中聚合物的取向 结晶与内应力2注射成型中聚合物的结晶结晶的形成结晶性聚合物在冷却条件下 分子链作有序排列 形成晶体 晶核生长速度和晶粒生长速度 链断的重排能力 温度 晶核生长速度 有利于形成不完整的晶体 温度 链断的重排能力 晶粒生长速度 有利于形成完整的晶体 聊城大学材料科学与工程学院 79 聊城大学材料科学与工程学院 80 3 3 5注射成型过程中聚合物的取向 结晶与内应力2注射成型中聚合物的结晶影响制品结晶的因素温度和过冷度结晶温度范围及原因T Tm 分子难以形成有序排列而无法结晶 而T Tg 大分子链段运动被冻结 不易有序排列 也不容易结晶 所以 结晶的温度范围是在Tg和Tm之间 聊城大学材料科学与工程学院 81 在Tg Tm高温区 接近于Tm 晶核不稳定 单位时间内成核数量少 而在低温区 接近于Tg 自由能低 结晶时间长 结晶速度慢 在Tm与Tg之间存在一个最高的结晶速度和相应的结晶温度 如图3 53所示 聊城大学材料科学与工程学院 82 2注射成型中聚合物的结晶过冷度 T Tm T T 接触模具的聚合物迅速冷却 结晶度低 中心部位结晶度仍较高 易形成 皮芯结构 T很小 容易形成均匀的晶体 T中等 有利于皮层和中心部位的结晶 但在考虑结晶的同时还应该考虑冷却时间的因素和脱模因素 聊城大学材料科学与工程学院 83 2注射成型中聚合物的结晶熔体压力熔体压力提高 剪切作用增强 有利于结晶 原因在于 应力对聚合物结晶有诱导作用 应力会使分子链沿受力方向取向 形成有序区 结晶度提高 结晶度对性能的影响结晶度 密度 力学性能 原因在于晶体类似于交联点的作用 从而限制了聚合物分子链之间的滑移 力学性能 结晶度 耐热性能提高 结晶度 耐化学溶剂性能提高 聊城大学材料科学与工程学院 84 3注射成型制品的内应力内应力的种类 体积温差应力 取向应力 结晶聚合物的内应力 金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力 表层限制其收缩 受到拉应力 受内层的限制压应力 1 体积温差应力表层受到压应力 内层受到拉应力 收缩 聊城大学材料科学与工程学院 85 2 取向应力非晶性聚合物 充模流动和保压过程中 由于应力作用使高分子链取向 自发的解取向受到熔体迅速冷却的阻碍 于是就形成了取向的内应力 部分结晶的聚合物 当聚合物温度高于Tg时 非结晶相的分子链段可以进行运动 取向的分子链段则要自发地回复到无序的卷曲状态 解取向过程受到结晶相分子的限制 阻止拉伸链分子返回 于是也形成了取向应力 聊城大学材料科学与工程学院 86 结晶聚合物产生的内应力聚合物结晶过程是分子链的有序排列过程 结晶的使密度增大 体积减小 因此结晶作用会引起聚合物收缩 如果这种收缩受到限制 就会产生内应力 对结晶性制品还可能产生由于制品各部位结晶结构和结晶度差异 冷却时收缩不均匀而产生的内应力 聊城大学材料科学与工程学院 87 由金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力注射制品中如有金属嵌件 金属与聚合物的热膨胀系数相差较大 制品冷却过程中 金属嵌件的收缩小 聚合物收缩大 至使嵌件受到压力 而包住嵌件部分的聚合物则受到拉伸应力 制品在模腔内顶出时受到弯曲也可能产生内应力 由于不同的原因 形成了各种可能的内应力 其中温度应力和取向应力是最重要的两种 它对制品的物理机械性能的影响最大 聊城大学材料科学与工程学院 88 3 3 5注射成型过程中聚合物的取向 结晶与内应力影响内应力的因素温度应力的影响因素 取向应力的影响因素 注射过程中 保压过程的补料可以使表层材料受到拉应力 使得所受的压应力减小 增大模内压力 延长保压时间是减小温差应力的手段 聊城大学材料科学与工程学院 89 取向应力产生的原因 由于分子解取向受到限制产生阻碍 影响取向应力的因素有 熔体温度 熔体温度高 粘度低 剪切应力降低 分子取向度小 同时 由于熔体温度高会使应力松弛加快 解取向作用加强 取向应力增加 注射压力 保压压力 提高 取向增大 制品厚度 取向应力随注射制品厚度增加而降低 因为厚壁制品冷却缓慢 可以有比较长的解取向时间 模具温度 模具温度提高有利于取向应力减少 聊城大学材料科学与工程学院 90 3 3 5注射成型过程中聚合物的取向 结晶与内应力消除方法对于产生的温差应力 取向应力 通过加工工艺条件改变难以消除 以至于严重妨碍其使用和寿命的制品 在注射成型后都必须而且可能通过热处理方法消除或减小内应力 聊城大学材料科学与工程学院 91 3 4注射成型工艺3 4 1注射用聚合物热塑性塑料聚烯烃 PP PE 苯乙烯类聚合物 PS AS ABS 聚酰胺 PA6 PA66 PA610 PA11 PA12 特种工程塑料 热固性树脂主要是酚醛树脂 脲醛树脂 环氧树脂等 注射用橡胶和热塑性弹性体天然橡胶 顺丁橡胶 丁苯橡胶 聚烯烃热塑性弹性体 PP EPDM SBS等 聊城大学材料科学与工程学院 92 3 4 2热塑性塑料注射成型工艺过程成型前的准备预热和干燥尤其对于工程塑料在空气中吸水量较大 如直接生产产生气泡 影响制品的性能 干燥温度的选用原则 干燥温度高 干燥时间短 温度太高易使聚合物变色甚至降解 料筒清洗 嵌件预热镀锌镀铬件110 130 无镀层150 脱模剂的使用硅油的喷剂效果较好 后处理热处理消除应力 调湿处理 尼龙 少量水分可以增加尼龙的韧性 聊城大学材料科学与工程学院 93 3 4 3热塑性塑料注射成型工艺参数选择和质量控制工艺参数的选择温度料筒温度使物料良好塑化又不降解 即设定在Tf Td之间 从加料段至喷嘴由低到高 喷嘴温度略低于料筒的最高温度 防止 流延 模具温度按照产生的应力最小 生产效率最高的原则选取 实际工作中取制件不变形的最高温度 聊城大学材料科学与工程学院 94 3 4 3热塑性塑料注射成型工艺参数选择和质量控制工艺参数的选择压力背压 塑化压力 提高塑化有利于物料的温度提高 改善混炼效果 注射压力注射压力太低 充模困难 注射压力太大 易产生飞边 保压压力适当提高 制品密实 表面性能好 太高脱模困难 残余应力大 时间注射时间3 5秒 保压时间20 120秒 冷却时间30 120秒 聊城大学材料科学与工程学院 95 3 4 3热塑性塑料注射成型工艺参数选择和质量控制制品质量控制因素的分析制品的质量主要包括外观和内在性能外观包括尺寸精度和表面光洁度内在性能主要是力学性能如拉伸强度 伸长率 冲击强度 模量 熔接强度等 聊城大学材料科学与工程学院 96 3 4 3热塑性塑料注射成型工艺参数选择和质量控制a注射制品的力学性能影响因素注射温度对拉伸强度 冲击强度的影响 达到一定温度后 聚合物拉伸强度随温度提高而下降 主要是由于取向减小造成的 聊城大学材料科学与工程学院 97 聊城大学材料科学与工程学院 98 3 4 3热塑性塑料注射成型工艺参数选择和质量控制注射制品的力学性能影响因素模具温度对力学性能的影响对非晶性聚合物力学性能影响较小 对结晶性材料有较大影响 模具温度高 拉伸强度提高 伸长率降低 注射压力和保压时间注射压力对制品的力学性能影响较小 聊城大学材料科学与工程学院 99 3 4 3热塑性塑料注射成型工艺参数选择和质量控制注射制品性能的各向异性注射制品的熔接强度制品中有孔 嵌件时或采用多于一个的浇口时 就形成熔接缝 熔接缝往往是力学性能薄弱的环节 提高熔接缝强度的措施 提高熔体温度和模具温度 提高注射压力 提高注射速度 增加制品的厚度 聊城大学材料科学与工程学院 100 聊城大学材料科学与工程学院 101 聊城大学材料科学与工程学院 102 b注射制品收缩 三个阶段1在浇口凝封以前的保压阶段2在浇口凝封以后到脱模为止3脱模到使用之前的自由收缩 聊城大学材料科学与工程学院 103 L自由收缩量L1制品脱模30分钟后沿收缩方向的长度 聚合物热膨胀系数T2脱模时制品温度T3工作环境温度 聊城大学材料科学与工程学院 104 C注射制品几种易出现缺陷及消除方法 凹陷 缩孔 气孔 吸湿 模腔排气差 无光泽 泛白 搓痕及皱纹 模具温度低 熔体温度过高 冷却速度过快 翘曲 收缩造成内应力 聊城大学材料科学与工程学院 105 银纹与剥层 分解物产生 银纹现象是聚合物在张应力作用下 在材料的某些薄弱地方出现应力集中而产生局部的塑性变形和取向 以至于在材料表面或内部垂直于应力方向出现长度为100 m 宽度为10 m 厚度为薄1 m的微细凹槽的现象 焦烧 暗纹 暗斑 剪切造成温升过快 聚合物分解 聊城大学材料科学与工程学院 106 3 4 4热固性塑料的注射成型热固性塑料加热后结构的变化 受热或在固化剂的作用下 能发生交联而变成不熔不溶状态的树脂 这种树脂在制造或加工过程中的某些阶段受热可以软化 而一旦固化 加热也不能使其再软化 配方体系 热固性树脂 固化剂 增强材料 填料及各种助剂 性能特点 具有耐热好 刚性大 尺寸稳定性好 电性能优良 耐腐蚀性好 价格低等优点 聊城大学材料科学与工程学院 107 热固性塑料注射成型的特点热固性塑料注射成型过程与热塑性塑料的不同点在于 热固性塑料在注射成型过程中不仅有物理状态的变化 还有化学变化进行 并且这种变化是不可逆的 为使注射过程顺利进行 应控制使物料通过喷嘴时必须达到最好的流动性 物料进入模具型腔后应继续加热 此时物料中的反应基团与加入的固化剂发生交联反应 使线性树脂逐渐变成体型结构 在由低分子变成大分子的反应过程中 会逐渐释放出低分子物 如氨 水等 这些低分子物必须及时排出 才能保证反应顺利进行 聊城大学材料科学与工程学院 108 热固性塑料注射成型工艺要求注射用热固性塑料必须具有良好的流动性注射用热固性塑料必须具有良好的热稳定性 要求料筒内熔融的物料能在较长时间内不发生固化反应 注射用热固性塑料塑化温度范围要大高温下能够快速固化 聊城大学材料科学与工程学院 109 热固性塑料注射成型过程及工艺条件热固性塑料的注射成型过程是 松散的粉状或碎屑状热固性塑料从注射机料斗进入料筒内 通过对料筒外加热及螺杆旋转时对物料的摩擦热 对物料进行加热 使之熔融而具有流动性 借助螺杆或柱塞前移 熔体在螺杆或柱塞的推力作用下经喷嘴以很高的速度注入模具的流道而充满模腔 注射机的模具是处于加热状态的 型腔中的熔体在模具内被加热升温 然后在高温 110 210 和高压 118 235MPa 下发生化学反应 即分子间产生交联 经保压后 固化成型完成 开模取出制品 此外 在交联固化过程中还产生有水汽和低分子气体 这就要求模具有排气动作以释放出模具内的气体 聊城大学材料科学与工程学院 110 聊城大学材料科学与工程学院 111 热固性塑料注射成型应包括塑化 注射充模和固化三个过程塑化过程工艺条件 料筒温度 不使物料交联 又具有良好的流动性 转速与背压 混炼效果和停留时间注射充模过程 注射压力 注射速度 保压时间固化过程 模具温度 固化时间 聊城大学材料科学与工程学院 112 合模装置的特点是 合模装置结构应能满足放气操作的要求 也就是需具有能迅速降低合模力的执行机构 一般是采用增压式油缸来实现快速开模和合模的动作 当增压油缸卸压时 可使合模力突然减小而打开模具 瞬时又使增压油缸充油而闭合模具 同时升压 这样可达到开启小缝放气的目的 聊城大学材料科学与工程学院 113 3 4 5橡胶的注射成型 聊城大学材料科学与工程学院 114 橡胶的注射成型过程包括预热 塑化 注射 硫化 出模过程 胶料的塑化与注射 良好的加工性能又不发生焦烧 胶料的硫化 预热阶段 硫化前的整个升温过程 交联度增加阶段 最佳硫化阶段 过硫阶段 聊城大学材料科学与工程学院 115 橡胶的注射成型工艺条件螺杆转速注射速度注射压力温度 机筒温度 喷嘴温度 模具温度硫化时间胶料门尼粘度 聊城大学材料科学与工程学院 116 3 5注射成型的发展3 5 1反应注射成型3 5 2结构发泡注射成型3 5 3共注射成型3 5 4气体辅助注射成型 聊城大学材料科学与工程学院 117 3 5 1反应注射成型定义 反应注射成型 ReactionInjectionMoulding 简称RIM 它是把两种或两种