热固性塑料的注塑特性

1、热固性塑料的注塑特性 热塑性聚合物在成型中基本上是一种形态转化的物理过程。而热固性聚合物在成型中不仅有物理状态的变化，还有化学变化，并且是不可逆的。热固性聚合物在未交联前与热塑性聚合物相似，都是线型聚合物。但热固性聚合物在TodayHot分子链中带有反应基团或反应活点，成型时分子链通过自带的反应基团的作用或反应活点与交联剂（硬化剂）的作用而发生交联，使线型变成体型结构。对于热固性聚合物的这种交联反应，粘度反映了它的固化程度。一影响粘度的因素1热固性塑料的粘度与热固化时间的关系： 在极值之前的一段时间内，聚合物的热固化反应不占优势，由松驰的结晶，粘度随时间的增加而减小。在极值之后，交联固化反应占

2、优势，聚合物相对分子量增大很快，而使粘度增大。2热固性塑料的粘度对成型温度的关系：当成型温度在极值之前时，粘度主要取决于材料的物理变化，即随着温度的升高而减小，在极值之后，粘度因交联固化反应占优势而快速升高。对于热固性塑料的注射正是利用这一点：在低于极值点的温度下，材料在注射机料筒内达到流动态（粘度低），以便注模；在大于极值点的温度下，材料可在模腔内固化成型。3随着剪切速率的增加，物料的粘度会降低，但由于物料的磨擦生热而使交联反应的活化能降低，从而加速了交联固化反应速率，又使物料的粘度迅速增加。二成型工艺1温度塑料从料斗进入料筒后，一定要逐步受热塑化，温度分布不宜过分激烈。HotTag因为温度

3、的突变，会引起熔料粘度的变化。见图所示热固性塑料在注塑过程中温度对粘度的变化。注射时，塑料在喷嘴处流速很高，这样因磨擦生热而使塑料温升很快。对射击熔料的温度最好控制在120130，因为这时熔料呈现出最好的流动性，并接近于硬化的“临界塑性”的状态。所以，模具温度一般控制在150-220，而且动模比定模温度高10-15。2压力一般情况下，注射压力应高一些，压力越高，收缩率越小，其制品的机械强度和电性能都较好。压力越高，流速就越快，产生的磨擦热越多，固化时间就可缩短。但是，注射压力高会引起制品内应力的增加，飞边增多和脱模困难。注射速度与注射压力正比。它会直接影响充模时熔体的流态，从而影响到制品的质量

4、。保压压力通常比注射压力要低一些。3固化时间随模温的增加而减少，与制品的壁厚成正比，形状复杂的制品需适当延长固化时间。4注塑调校工艺 模具温度 170 双数:影响度大 单数:影响度小固化时间 60s 1为效果大 2为有效果保压时间 20s 3为有此倾向 0为几乎影响5在注塑时，由于热固性塑料是通过缩聚反应或加聚反应等化学方法来实现交联，反应时需放出低分子物，所以需考滤排气的问题。热固性塑料的注射技术的改进不仅仅与材料和工艺有关，而且要与注射机、注塑模等联系起来，综合考滤热固性注塑的“料、艺、模、机”四方面。热固性塑料注塑利用一螺杆或一柱塞把聚合物经一加热过的机筒（120260F）以降低粘度，随

5、后注入一加热过的模具中（300450F）。一旦物料充满模具，即对其保压。此时产生化学交联，使聚合物变硬。硬的（即固化的）制品趁热即可自模具中顶出，它不能再成型或再熔融。 注塑成型设备有带一用以闭合模具的液压驱动合模装置和一能输送物料的注射装置。多数热固性塑料都是在颗粒态或片状下使用的，可由重力料斗送入螺杆注射装置。当加工聚酯整体模塑料（BMC）时，它有如“面包团”，采用一供料活塞将物料压入螺纹槽中。 采用这种工艺方法的加工聚合物是（依其用量大小排列）；酚醛塑料、聚酯整体模塑料、三聚氰胺、环氧树脂、脲醛塑料、乙烯基酯聚合物和邻苯二甲酸二烯丙酯（DAP）。 多数热固性塑料都含有大量的填充剂（达 7

6、0重量份），以降低成本或提高其低收缩性能，增加强度或特殊性能。常用填充剂包括玻璃纤维、矿物纤维、陶土、木纤维和炭黑。这些填充物可能十分有磨损性，并产生高粘度，它们必须为加工设备所克服。 工艺过程 热塑性塑料和热固性塑料在加热时都将降低粘度。然而，热固性塑料的粘度却随时间和温度而增加，这是因为发生了化学交联反应。这些作用的综合结果是粘度随时间和温度而呈U型曲线。在最低粘度区域完成充填模具的操作这是热固性注射模塑的目的，因为此时物料成型为模具形状所需压力是最低的。这也有助于对聚合物中的纤维损害最低。 注射模塑工艺过程利用一螺杆使物料流经加热过的机筒，机筒则以水或油循环于机筒四周的夹套中。螺杆可按每

7、种材料的不同类型加以设计，稍加压缩以脱除空气并加热物料获得低粘度。大多数热固性物料在此处的流动都是相当好的。 使物料进入模具的操作是中止螺杆转动和用液压把螺杆高速推向前，使被塑化的低粘度物料压入模具中。这种快速流动要求在05秒的时间里填满模腔，压力需达到193MPa。一旦填满膜腔时物料的高速流动产生更大的摩察热以加速化学反应。模腔一旦被填满，注射压力就将降到保压压力 34.568.9MPa。这种保压压力维持在物料上510秒，随后卸压，然后开始下一个周期塑化阶段。 这种物料被保持在热的模具中，直至变硬，然后打开合模装置，顶出制品。制品刚顶出时可以是轻度未固化和有点柔软，在取出后1分钟或2分钟内利

8、用制品内部保留的热量完成最终固化。热固性制品的整个生产周期为10120秒钟，这取决于制品厚度和原材料的类别。 为改进制品的质量和重现性采用了许多不同的和专门的技术。鉴于有一些热固性聚合物在加热时产生气体，在模具被部分充满后往往有一个放气操作。在这一步骤中，模具微微开启，以便让气体逸出，然后迅即关闭，把余下物料再注人。 注压模塑提供了较高的强度、较好的尺寸控制，并改进了表面状态（外观），这是因为采用了带有伸缩式膜腔与膜芯的模具而得到的，注射过程中模具可以开启 18l2 in，并随后迅速压紧，似模具关闭那样。 由玻璃纤维、填充料和聚酯不饱和树脂制成的整体模塑料可以在机器上装上另外的专门设备来完成注

9、射模塑。将一活塞式供料机连接于机筒上，以强制供料，随后可以用两种不同的方式进行作业。一种带有传统的往复式螺杆，螺杆将物料推向前方，同时混炼和加热。这需要螺杆末端有一止过阀。防止物料返流回螺杆螺纹上，因为物料的粘度很低。另外一种方式是利用柱塞或活塞将物料压入模具模腔中，柱塞往往用于含玻璃纤维重量超过 22的物料，因为这对纤维的损害较小，亦可得到较高的强度。 最早应用于热固性塑料成型的另一种工艺方法是压塑法（compression moulding）和压铸法（transfer Moulding）与它们相比，注塑法（Injection Moulding）的优缺点如下： 注塑法比压塑法优越处是：较快的

10、成型周期（23倍）过程自动化；制品变化较少；较低的人工费；高的生产能力。 注塑法相对于压塑法的缺点是：较高的设备和模具投资；压塑法可以得到较高的制品强度和较好的表面光洁度。 压铸法的优点一般介于注塑法和压塑法之间。设备 选择热固性塑料注塑用设备的重要因素包括：合模装置能力和注塑能力；控制系统和机筒温度。 闭合压力以吨计的合模装置，其选择应根据制品和流道的确定投影成型面积。所需吨位可由 1.55tin2，这取决于模塑制品的复杂程度和所用的原材料。设备大小在303 000t间，大多数常见设备在100600t之间。钢板的厚度和机器的刚性至为重要。使注料时尽可能少产生弯曲变形，导致溢料去除困难。 机器

11、的注射能力，需要根据充填模具所需最大注射压力和模腔与流道体系内物料体积进行分析。所需注射压力由聚酯整体模塑料所需的96.5MPa直到一些特种酚醛塑料所需的207MPa。机器的注射能力往往是以理论体积量来标志（螺杆或活塞注射的面积乘以其冲程）。 一般情况下，设备的能力按该设备所能生产的制品体积的85确定。当设备以聚苯乙烯生产能力来标志时，在确定制件重量计之生产能力时必须考虑到它和热固性塑料密度上的差异。 目前流行的控制系统是计算机控制，可选择注射速度、合模装置的负荷。工艺操作的程序、侧模芯至移入模具中的运动、顶出装置的工作周期以及机筒和模具温度的控制。一个特定模具和特定原料依次加料的调定和记录的

12、方法是极有价值的。因为在工艺过程中有大量的变量。 机筒温度的控制是通过流经包覆机筒之夹套的热水进行的。模具温度控制最普遍的是利用插入式加热器进行，但也可以采用蒸汽或循环热油进行。 高度可控的模具温度是获取均匀制品最重要的。 常用设备的选择包括：整体模塑料所用的供料器、快速更换模具系统、为快速注射用的液压流体储料缸、模具滑动用的连接于液压系统上的侧模芯、机械手式取件系统以及空气喷气装置（去除每成型周期中产生的溢料）。 由于聚合物的低粘度，它流入分模线上形成一层薄的膜状物，因此，热固性塑料成品常常需修整去除飞边。模塑制品的飞边去除往往是通过将制品进行滚光或将它们通过一台设备，在这台设备中，高速状态

13、的塑料粒敲掉了脆的飞边层。 应用 注射模塑法生产出的热固性材料的主要市场包括： 汽车工业：发动机部件、头灯反射镜和制动用制品。 电气工业：断路器、开关壳体和线圈架。 家用电器：面包烘箱板、煮咖啡器的底座、电动机整流子、电动机外壳和垃圾处理机外壳。 其它：电动工具壳、灯具外壳、气体流量计和餐具。 商业技术信息 美国酚醛塑料注射模塑生产在过去的五年里取得了重大进展，约 55的模塑酚醛塑料制品是采用注射模塑法生产出来的。聚酯整体模塑料采用注射模塑法者约占其应用之 35。 为了获取高质量均匀制品，目前需要增加设备控制和机器操作的精确性。机器价格按合模装置能力每吨计为5001000美元，这取决于大小和附

14、属设备。例如，一台注射能力 30 in3的 200 t合模装置售价约 190 000美元。热固性塑料注塑利用一螺杆或一柱塞把聚合物经一加热过的机筒（120260F）以降低粘度，随后注入一加热过的模具中（300450F）。一旦物料充满模具，即对其保压。此时产生化学交联，使聚合物变硬。硬的（即固化的）制品趁热即可自模具中顶出，它不能再成型或再熔融。采用这种工艺方法的加工聚合物是（依其用量大小排列）；酚醛塑料、聚酯整体模塑料、三聚氰胺、环氧树脂、脲醛塑料、乙烯基酯聚合物和邻苯二甲酸二烯丙酯（DAP）。 多数热固性塑料都含有大量的填充剂（达 70重量份），以降低成本或提高其低收缩性能，增加强度或特殊性

15、能。常用填充剂包括玻璃纤维、矿物纤维、陶土、木纤维和炭黑。这些填充物可能十分有磨损性，并产生高粘度，它们必须为加工设备所克服。 工艺过程 热塑性塑料和热固性塑料在加热时都将降低粘度。然而，热固性塑料的粘度却随时间和温度而增加，这是因为发生了化学交联反应。这些作用的综合结果是粘度随时间和温度而呈U型曲线。在最低粘度区域完成充填模具的操作这是热固性注射模塑的目的，因为此时物料成型为模具形状所需压力是最低的。这也有助于对聚合物中的纤维损害最低。 注射模塑工艺过程利用一螺杆使物料流经加热过的机筒，机筒则以水或油循环于机筒四周的夹套中。螺杆可按每种材料的不同类型加以设计，稍加压缩以脱除空气并加热物料获得

16、低粘度。大多数热固性物料在此处的流动都是相当好的。 使物料进入模具的操作是中止螺杆转动和用液压把螺杆高速推向前，使被塑化的低粘度物料压入模具中。这种快速流动要求在05秒的时间里填满模腔，压力需达到193MPa。一旦填满膜腔时物料的高速流动产生更大的摩察热以加速化学反应。模腔一旦被填满，注射压力就将降到保压压力 34.568.9MPa。这种保压压力维持在物料上510秒，随后卸压，然后开始下一个周期塑化阶段。 这种物料被保持在热的模具中，直至变硬，然后打开合模装置，顶出制品。制品刚顶出时可以是轻度未固化和有点柔软，在取出后1分钟或2分钟内利用制品内部保留的热量完成最终固化。热固性制品的整个生产周期

17、为10120秒钟，这取决于制品厚度和原材料的类别。 为改进制品的质量和重现性采用了许多不同的和专门的技术。鉴于有一些热固性聚合物在加热时产生气体，在模具被部分充满后往往有一个放气操作。在这一步骤中，模具微微开启，以便让气体逸出，然后迅即关闭，把余下物料再注人。 注压模塑提供了较高的强度、较好的尺寸控制，并改进了表面状态（外观），这是因为采用了带有伸缩式膜腔与膜芯的模具而得到的，注射过程中模具可以开启 18l2 in，并随后迅速压紧，似模具关闭那样。 由玻璃纤维、填充料和聚酯不饱和树脂制成的整体模塑料可以在机器上装上另外的专门设备来完成注射模塑。将一活塞式供料机连接于机筒上，以强制供料，随后可以

18、用两种不同的方式进行作业。一种带有传统的往复式螺杆，螺杆将物料推向前方，同时混炼和加热。这需要螺杆末端有一止过阀。防止物料返流回螺杆螺纹上，因为物料的粘度很低。另外一种方式是利用柱塞或活塞将物料压入模具模腔中，柱塞往往用于含玻璃纤维重量超过 22的物料，因为这对纤维的损害较小，亦可得到较高的强度。 最早应用于热固性塑料成型的另一种工艺方法是压塑法（compression moulding）和压铸法（transfer Moulding）与它们相比，注塑法（Injection Moulding）的优缺点如下： 注塑法比压塑法优越处是：较快的成型周期（23倍）过程自动化；制品变化较少；较低的人工费；

19、高的生产能力。 注塑法相对于压塑法的缺点是：较高的设备和模具投资；压塑法可以得到较高的制品强度和较好的表面光洁度。 压铸法的优点一般介于注塑法和压塑法之间。设备 选择热固性塑料注塑用设备的重要因素包括：合模装置能力和注塑能力；控制系统和机筒温度。 闭合压力以吨计的合模装置，其选择应根据制品和流道的确定投影成型面积。所需吨位可由 1.55tin2，这取决于模塑制品的复杂程度和所用的原材料。设备大小在303 000t间，大多数常见设备在100600t之间。钢板的厚度和机器的刚性至为重要。使注料时尽可能少产生弯曲变形，导致溢料去除困难。 机器的注射能力，需要根据充填模具所需最大注射压力和模腔与流道体

20、系内物料体积进行分析。所需注射压力由聚酯整体模塑料所需的96.5MPa直到一些特种酚醛塑料所需的207MPa。机器的注射能力往往是以理论体积量来标志（螺杆或活塞注射的面积乘以其冲程）。 一般情况下，设备的能力按该设备所能生产的制品体积的85确定。当设备以聚苯乙烯生产能力来标志时，在确定制件重量计之生产能力时必须考虑到它和热固性塑料密度上的差异。 目前流行的控制系统是计算机控制，可选择注射速度、合模装置的负荷。工艺操作的程序、侧模芯至移入模具中的运动、顶出装置的工作周期以及机筒和模具温度的控制。一个特定模具和特定原料依次加料的调定和记录的方法是极有价值的。因为在工艺过程中有大量的变量。 机筒温度

21、的控制是通过流经包覆机筒之夹套的热水进行的。模具温度控制最普遍的是利用插入式加热器进行，但也可以采用蒸汽或循环热油进行。 高度可控的模具温度是获取均匀制品最重要的。 常用设备的选择包括：整体模塑料所用的供料器、快速更换模具系统、为快速注射用的液压流体储料缸、模具滑动用的连接于液压系统上的侧模芯、机械手式取件系统以及空气喷气装置（去除每成型周期中产生的溢料）。 由于聚合物的低粘度，它流入分模线上形成一层薄的膜状物，因此，热固性塑料成品常常需修整去除飞边。模塑制品的飞边去除往往是通过将制品进行滚光或将它们通过一台设备，在这台设备中，高速状态的塑料粒敲掉了脆的飞边层。 应用 注射模塑法生产出的热固性

22、材料的主要市场包括： 汽车工业：发动机部件、头灯反射镜和制动用制品。 电气工业：断路器、开关壳体和线圈架。 家用电器：面包烘箱板、煮咖啡器的底座、电动机整流子、电动机外壳和垃圾处理机外壳。 其它：电动工具壳、灯具外壳、气体流量计和餐具。 商业技术信息 美国酚醛塑料注射模塑生产在过去的五年里取得了重大进展，约 55的模塑酚醛塑料制品是采用注射模塑法生产出来的。聚酯整体模塑料采用注射模塑法者约占其应用之 35。 为了获取高质量均匀制品，目前需要增加设备控制和机器操作的精确性。机器价格按合模装置能力每吨计为5001000美元，这取决于大小和附属设备。例如，一台注射能力 30 in3的 200 t合模

23、装置售价约 190 000美元。 注射成型技术对所用热固性塑料成型工艺性的基本要求是：在低温料筒内塑化产物能较长时间保持良好流动性，而在高温的模腔内能快速反应固化。热固性成型物料在机筒内软化，注射入约177的热模具中进行固化。整个过程要着重防止机筒内早期固化。这可以通过用水夹套控温、合理设计螺杆及模具来满足成型工艺。 热固性塑料的注射成型过程可分为：a) 塑化阶段：将线型的树脂在固化温度以下加热，使之转化成为可以流动的流体。b) 成型阶段：塑化的流体在一定的压力下充满型腔。c) 固化阶段：已经成型的热固性树脂继续升温一段时间，分子链上的反应基团或者是活性点吸收大量热后，开始活化，并在固化剂的参

24、与下，发生大分子交联反应。热固性塑料的成型过程，像热塑性塑料一样，要经历塑化、造型和定型3个大的阶段，在注射机的成型动作、成型步骤和操作方式等方面，均与热塑性塑料的注射成型相似，但在工艺控制上有较大的差别。热固性塑料注射成型工艺条件控制要求较高，热固性注射料在成型工艺经过塑化、注射充模和固化3个过程，为了保证注射成型工艺在生产中顺利进行，必须选择最佳成型条件。各种热固性塑料注射成型条件见表1。表1几种环氧树脂的技术指标名称模具温度/料筒温度/注射压力/MPa螺杆转速/（r.min-1）固化时间/S背压/MPa喷嘴温度/注射时间/S保压时间/S前后酚醛环氧树脂邻苯二甲酸二烯丙酯不饱和聚酯聚酰亚胺三聚氰胺尿甲醛160-169150-170160-175170-190170-200150-190140-16075-10080-9080-9070-80100-13080-10570-9