热固性素塑料-王楠

1、 热固性塑料的注射模塑热固性塑料的注射模塑 酚醛树脂、环氧树脂酚醛树脂、环氧树脂 专专 业业: 材料工程材料工程内内 容容 简简 介介u 注射成型简介注射成型简介u 热固性塑料注射成型发展史热固性塑料注射成型发展史u 热固性塑料注射成型的特点热固性塑料注射成型的特点u 热固性塑料注射成型原理、原料要求热固性塑料注射成型原理、原料要求u 注射机的特征以及成型工艺及控制注射机的特征以及成型工艺及控制u 举例举例:酚醛树脂、环氧树脂酚醛树脂、环氧树脂注射成型简介：注射成型简介： 注射成型注射成型又称又称注塑成型注塑成型，是热塑性塑料一种，是热塑性塑料一种重要的成型加工方法。由于注射成型具有重要的成型

2、加工方法。由于注射成型具有成型成型周期短周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属嵌件的塑件，对成型各种塑料的有金属嵌件的塑件，对成型各种塑料的适应性适应性强，生产效率高强，生产效率高、易于实现全、易于实现全自动化自动化生产等一生产等一系列优点，因而，注射成型是一种经济而先进系列优点，因而，注射成型是一种经济而先进的成型技术。的成型技术。 注射成型机基本组成：注射成型机基本组成： 典型的注射成型机主要包括注射部分注射部分、合模部分合模部分、机身机身、液压系液压系统统、加料装置制系统加料装置制系统等，如图11所示。注射成型机基本组成注射成型机基本组成u注射部

3、分注射部分主要作用是主要作用是熔融熔融塑料并将其塑料并将其注注射射到模具中，包括塑化装置、注射座、到模具中，包括塑化装置、注射座、注射油缸、移模油缸及液压马达等，其注射油缸、移模油缸及液压马达等，其中塑化装置又包括机筒、螺杆、螺轩头中塑化装置又包括机筒、螺杆、螺轩头以及喷嘴。以及喷嘴。u合模部分合模部分支撑注射模具，起到支撑注射模具，起到合模、央合模、央紧和开模的作用紧和开模的作用。该部分主要零部件有。该部分主要零部件有定模板、动模板、格林柱、央紧装置、定模板、动模板、格林柱、央紧装置、调模装置和顶出装置。调模装置和顶出装置。u液压与控制系统液压与控制系统为注射部分与合模部分为注射部分与合模部

4、分提供动力。提供动力。注射成型工艺流程简介：注射成型工艺流程简介：这种成型方法是一种这种成型方法是一种间歇间歇操作过程操作过程流动状态开启模具注射成型周期的绝大部分时间为注射成型周期的绝大部分时间为冷却固化冷却固化所占用所占用注射成型周期基本流程如下：注射成型周期基本流程如下：u第一步：合模，注射第一步：合模，注射。注射成型机合模并且。注射成型机合模并且注射座前移使得塑化机筒前端的喷嘴顶到模注射座前移使得塑化机筒前端的喷嘴顶到模具的主浇道上。具的主浇道上。u第二步：保压。第二步：保压。当模具完全充满后，螺杆继当模具完全充满后，螺杆继续对前端熔体施加一定的压力，以便熔融塑续对前端熔体施加一定的压

5、力，以便熔融塑料在压力的作用下停留在模具中，这段时间料在压力的作用下停留在模具中，这段时间则称为则称为“保压时间保压时间”。u第三步：塑化。第三步：塑化。当浇口固化后，螺杆开始转当浇口固化后，螺杆开始转动，使得熔融塑料向前输送。当螺杆前端熔动，使得熔融塑料向前输送。当螺杆前端熔融塑料到达一定量之后，螺杆停止转动，塑融塑料到达一定量之后，螺杆停止转动，塑化结束。化结束。u第四步：成型制品顶出。第四步：成型制品顶出。当模具中的塑料充当模具中的塑料充分冷却固化，能够维持其形状不变时。模具分冷却固化，能够维持其形状不变时。模具打开，零件从模具中顶出。打开，零件从模具中顶出。 热固性塑料的简介热固性塑料

6、的简介Company Logo 热固性与热塑性塑料的根本区别：热固性与热塑性塑料的根本区别： 前者在加工过程中发生了前者在加工过程中发生了化学变化化学变化，后者主要，后者主要是一个是一个物理变化物理变化过程。过程。 热固性塑料的一个重要特性：热固性塑料的一个重要特性： 未反应前，呈现未反应前，呈现塑性塑性；完成反应后，就成为一；完成反应后，就成为一个个不溶不熔不溶不熔的的体型大分子体型大分子。 热固性塑料成型加工的关键：热固性塑料成型加工的关键： 在交联、定型之前完成流动过程。在交联、定型之前完成流动过程。热固性塑料注射成型热固性塑料注射成型 热固性塑料的注射成型是靠热固性塑料的注射成型是靠自

7、重自重或或机械机械方法将成型材料加到注射料筒里，经过方法将成型材料加到注射料筒里，经过预热塑化预热塑化，在一定的压力下注射到具有，在一定的压力下注射到具有一定温度的一定温度的热模热模里，经过一定的里，经过一定的保温时保温时间间后成为制品。后成为制品。热固性塑料注射成型的发展大致可分热固性塑料注射成型的发展大致可分四个阶段四个阶段:(一一)1950年以前是探索阶段年以前是探索阶段 热固性塑料成型最早是采用热固性塑料成型最早是采用压制法压制法，1930年初开始采用年初开始采用传传递法递法，后来又采用了，后来又采用了高频予热高频予热，到，到1950年以前，共三种注射年以前，共三种注射方法：方法：变温

8、注射模塑法变温注射模塑法，直注射模塑法直注射模塑法和和迂回注射法迂回注射法。(二二)19601964年是试验和辨论阶段年是试验和辨论阶段 1960年日本两公司造出了热固性塑料年日本两公司造出了热固性塑料螺杆螺杆注射机注射机，1961年年美国制造了第一台热固性塑料美国制造了第一台热固性塑料往复螺杆往复螺杆注射机，注射机，1963年美国年美国制出了全自动的二级螺杆注射机制出了全自动的二级螺杆注射机。(三三)19651970年是推广应用阶段年是推广应用阶段 注射成型设备在设计上进行了更加细致的研究和改进，注射成型设备在设计上进行了更加细致的研究和改进，料筒、螺杆和温度料筒、螺杆和温度控制等的设计控制

9、等的设计基基本上都有了定局。本上都有了定局。七十年七十年代初，注射成型作为一种热固性塑料的成型方法被确定下来代初，注射成型作为一种热固性塑料的成型方法被确定下来。(四四)19711974年是普及提高阶段年是普及提高阶段 生产中的三个环节生产中的三个环节:材料、设备和模具材料、设备和模具设计的技术水平已设计的技术水平已达到了能够经济的，高质量的生产高级制品。达到了能够经济的，高质量的生产高级制品。热固性塑料注射成型的特点热固性塑料注射成型的特点 从两个方面比较其特点：从两个方面比较其特点： (一一)与压制法和传递法相比，注射法的特点；与压制法和传递法相比，注射法的特点； (二二)与热塑性塑料的注

10、射成型相比，热固性塑与热塑性塑料的注射成型相比，热固性塑 料注射成型的特点。料注射成型的特点。 (二二)与热塑性塑料的注射成型相比，热固性塑与热塑性塑料的注射成型相比，热固性塑料注射成型的特点。料注射成型的特点。 (一一)与压制法和传递法相比，注射法有与压制法和传递法相比，注射法有 如下特点如下特点:1、模塑周期短、模塑周期短 2、便于自动化、便于自动化3、生产效率高、生产效率高 4、成本低、成本低5、注射成型品密度均匀，重复性好，、注射成型品密度均匀，重复性好，但收缩率较大但收缩率较大6、减轻劳动强度，改善劳动条件、减轻劳动强度，改善劳动条件(二二)与热塑性塑料的注射成型相比，热与热塑性塑料

11、的注射成型相比，热固性塑料注射成型的特点：固性塑料注射成型的特点： 两者相比：两者相比：成型过程成型过程和和控制因素控制因素大体相大体相同，但热塑性塑料的固化主要是同，但热塑性塑料的固化主要是物理状态物理状态和和相相态态的变化，而热固性塑料的固化不但有物理状的变化，而热固性塑料的固化不但有物理状态的变化，而且更主要的是发生了态的变化，而且更主要的是发生了化学交联反化学交联反应应，因此两者又不完全相同。，因此两者又不完全相同。热固性塑料的注射成型有如下特点：热固性塑料的注射成型有如下特点：1、塑化温度低、塑化温度低2、热固性塑料的料筒一般用、热固性塑料的料筒一般用循环的液体介循环的液体介质质控制

12、温度控制温度;热塑性塑料的料筒一般用热塑性塑料的料筒一般用电加电加热热3、注射压力高、注射压力高4、热固性塑料是在、热固性塑料是在加热加热的模具中固化成型的模具中固化成型;而热塑性塑料一般是在而热塑性塑料一般是在冷冷的模具中固化成型的模具中固化成型 。 因此，因此，能否精确控制物料在成型过程中能否精确控制物料在成型过程中各主要阶段的状态变化和化学反应各主要阶段的状态变化和化学反应，是成，是成功实现热固性塑料注射的关键。功实现热固性塑料注射的关键。10/27/2021 低温的低温的料筒内料筒内预塑化预塑化充模中充模中进一步进一步塑化塑化喷嘴中喷嘴中达到达到最最佳粘度佳粘度高温模高温模腔中继腔中继

13、续加热续加热交联固化交联固化反应反应注射结束脱模注射结束脱模低分子物排出低分子物排出热固性塑料注射成型原理热固性塑料注射成型原理 成型过程： 物料加入料筒中，受热转变为粘流态而成为有一定流动性的熔体，注入加热的模腔中后在一定的温度和时间下，因发生化学反应而使粘度加大，交联硬化为固体。 1）严格控制料筒温度）严格控制料筒温度温度低时，流动性差，但温度稍高又发生硬化，流温度低时，流动性差，但温度稍高又发生硬化，流动性变小。动性变小。温度的均一温度的均一 ，所含的固化物，所含的固化物 。e.g酚醛树脂：酚醛树脂：90熔融，熔融，T100，能观察到交，能观察到交联反应。联反应。料筒高温加热料筒高温加热

14、T在在8595 2 2）螺杆转速）螺杆转速n和背压不宜过高和背压不宜过高强烈剪切易引起强烈剪切易引起T T ，使物料受热不均，部分物料早，使物料受热不均，部分物料早期固化。期固化。 3 3）尽量减少料筒内熔体的停留时间尽量减少料筒内熔体的停留时间1.1. 热固性塑料在料筒内的塑化热固性塑料在料筒内的塑化Company Logo1 1）熔体流过喷嘴和浇道时熔体流过喷嘴和浇道时, ,靠近壁面的熔体以靠近壁面的熔体以湍流形式湍流形式流动流动。近壁面存在很大的近壁面存在很大的速度梯度，速度梯度，提高热壁面提高热壁面向熔体的传热效果；向熔体的传热效果；2 2）充模流速高，）充模流速高，熔体通过喷嘴和浇道

15、时所产生熔体通过喷嘴和浇道时所产生大量大量的的剪切摩擦热，剪切摩擦热，T T ，进一步塑化，粘度显著降低，有良好，进一步塑化，粘度显著降低，有良好的充模能力。的充模能力。技术关键技术关键：采用采用高压高速高压高速充模和尽量充模和尽量缩短缩短浇注系统长度等浇注系统长度等目标目标：在在交联反应交联反应显著进行之前将熔体注满模显著进行之前将熔体注满模2.2.热固性塑料在充模过程中的流动热固性塑料在充模过程中的流动Company Logo 1 1）模具温度模具温度 ，树脂交联反应速率，树脂交联反应速率 ，塑料在模腔中，塑料在模腔中固化时间固化时间 。 2 2）交联产生的热量，促使模腔中物料交联产生的热

16、量，促使模腔中物料升温膨胀升温膨胀，对由交联反应而引起的体积收缩有对由交联反应而引起的体积收缩有补偿补偿作用。作用。 3 3）缩聚反应缩聚反应有低分子物析出，合模部分应满足能有低分子物析出，合模部分应满足能将这些反应副产物及时排出模腔的要求。将这些反应副产物及时排出模腔的要求。 3.3.热固性塑料在模腔内的固化热固性塑料在模腔内的固化Company Logo基本要求：基本要求：在在低温低温料筒内塑化产物能较长时间保持良好流动性料筒内塑化产物能较长时间保持良好流动性在在高温高温的模腔内能快速反应固化的模腔内能快速反应固化 最适宜注射成型技术难度由易到难依次是最适宜注射成型技术难度由易到难依次是：

17、 酚醛树脂，邻苯二烯丙酯（酚醛树脂，邻苯二烯丙酯（PDAPPDAP），不饱和聚酯，三聚氰），不饱和聚酯，三聚氰胺，环氧树脂胺，环氧树脂( (由于由于固化反应对温度很敏感固化反应对温度很敏感，故技术难度，故技术难度 ）注射原料的要求注射原料的要求Company Logo 适于注射的原料，对其适于注射的原料，对其关键关键的要求是：的要求是： 1）较好的流动性和热稳定性。）较好的流动性和热稳定性。 2）在料筒中加热不会过早发生交联固化。）在料筒中加热不会过早发生交联固化。 3）有较高的流动性和稳定的粘度。）有较高的流动性和稳定的粘度。 4）能保持以上状态一定的时间。）能保持以上状态一定的时间。措施：

18、措施： 为达到这个要求，往往在原料中为达到这个要求，往往在原料中添加稳定剂添加稳定剂，在低温下起阻止交联反应的作用。在模具高温状在低温下起阻止交联反应的作用。在模具高温状态下即失去这种作用，充满模腔后能迅速固化。态下即失去这种作用，充满模腔后能迅速固化。Company Logo1 1）螺杆）螺杆L/DL/D和和( (压缩比压缩比) )较小；较小；2 2）螺杆是螺杆是等距等深的无压缩比螺杆；等距等深的无压缩比螺杆；3 3）采用）采用止回环止回环阻止逆流和漏流的螺杆头结构；阻止逆流和漏流的螺杆头结构；4 4）喷嘴常采用敞开式，）喷嘴常采用敞开式，孔径较小，孔径较小，便于拆卸。喷嘴便于拆卸。喷嘴内表

19、面内表面应精加工，以防料流有阻滞而引起硬化；应精加工，以防料流有阻滞而引起硬化；5 5）料筒设计特殊：夹套型筒体采用水或油加热循环）料筒设计特殊：夹套型筒体采用水或油加热循环系统，这使得系统，这使得加热均匀稳定加热均匀稳定，温控精度高温控精度高，其温度，其温度波动控制在波动控制在11； 热固性塑料注射机的结构特征热固性塑料注射机的结构特征Company Logo热固性塑料注射机的结构特征热固性塑料注射机的结构特征6 6）合模机构能快速降低锁模力，满足及时放气要）合模机构能快速降低锁模力，满足及时放气要求，配以求，配以增压油缸增压油缸实现快速开、合模动作的控制；实现快速开、合模动作的控制；7 7

20、）模具结构相对复杂，必须设置）模具结构相对复杂，必须设置加热装置加热装置和和温控温控系统系统，以利于物料在模内化学反应的顺利进行。，以利于物料在模内化学反应的顺利进行。未来发展趋势：未来发展趋势： 1. 1. 解决浇口废料的问题解决浇口废料的问题 2. 2. 采用冷流道（又称温流道）模具采用冷流道（又称温流道）模具 3. 3. 使用无浇口（少浇口）注射成型或细流道成型使用无浇口（少浇口）注射成型或细流道成型Company Logo 注射工艺：注射工艺： 物料进入料筒后，经物料进入料筒后，经预热预热，温度逐渐，温度逐渐 ，粘度逐，粘度逐渐渐 ，积在料筒前端的物料温度并不很高，这一状，积在料筒前端

21、的物料温度并不很高，这一状态中物料主要发生物理变化。态中物料主要发生物理变化。 注射充模后，物料迅速通过喷嘴和浇道，因剪注射充模后，物料迅速通过喷嘴和浇道，因剪切摩擦生热而使料温切摩擦生热而使料温 ，到达浇口时熔体粘度降至，到达浇口时熔体粘度降至最低点，呈现出最佳流动性能，接近固化的最低点，呈现出最佳流动性能，接近固化的“临临近塑性状态近塑性状态”。注射工艺及成型条件注射工艺及成型条件Company Logo 熔体进入模腔后，受到模具的熔体进入模腔后，受到模具的加热加热使其温度到达使其温度到达最高点，最高点，交联反应交联反应开始快速进行，物料粘度很快开始快速进行，物料粘度很快增加，在高温状态下

22、交联反应不断进行，物料粘增加，在高温状态下交联反应不断进行，物料粘度不断度不断 ，固化为制品。，固化为制品。 小结小结： 注射过程包括三大阶段：注射过程包括三大阶段： 塑化过程塑化过程 注射充模过程注射充模过程 固化过程固化过程 注射工艺及成型条件注射工艺及成型条件Company Logo注射工艺及成型条件注射工艺及成型条件u塑化过程的主要工艺条件：塑化过程的主要工艺条件： 料筒温度料筒温度 螺杆转速和螺杆背压螺杆转速和螺杆背压u充模过程的主要工艺条件：充模过程的主要工艺条件： 注射压力注射压力 充模速度和保压时间充模速度和保压时间u固化过程的主要工艺条件：固化过程的主要工艺条件： 模具温度模

23、具温度 固化时间固化时间 1 1）料筒温度）料筒温度 重要性：重要性：对塑料的流动性，硬化速率有重要影响对塑料的流动性，硬化速率有重要影响 料筒温度料筒温度过低过低，物料在螺杆与料筒壁之间将产生，物料在螺杆与料筒壁之间将产生较大的剪切力较大的剪切力，造成近螺槽表面的一层塑料因剧烈，造成近螺槽表面的一层塑料因剧烈摩擦发热而固化，而内部因温度低，流动性差，使摩擦发热而固化，而内部因温度低，流动性差，使得注射困难；得注射困难； 料筒温度料筒温度过高过高，造成过早交联，失去流动性，使，造成过早交联，失去流动性，使得注射不能顺利进行。得注射不能顺利进行。 控制要点：控制要点：逐步升温塑化。逐步升温塑化。

24、 注射工艺及成型条件注射工艺及成型条件Company Logo 2 2）螺杆转速）螺杆转速 螺杆转速螺杆转速高高：适用于：适用于粘度小粘度小的热固性塑料，因为的热固性塑料，因为塑料摩擦力小，螺杆后退时间长。塑料摩擦力小，螺杆后退时间长。 螺杆转速螺杆转速低低：适用于：适用于粘度较大粘度较大的注射料，因为预的注射料，因为预塑时摩擦力大，混炼状态不好。塑时摩擦力大，混炼状态不好。 控制要点控制要点：预塑化工序与热压固化反应工艺同时进：预塑化工序与热压固化反应工艺同时进行，转速不必很高，通常行，转速不必很高，通常303070r/min70r/min。 注射工艺及成型条件注射工艺及成型条件Company Logo 3 3）螺杆背压）螺杆背压定义：定义：是