塑料成型原理与工艺

1、.第第2章章 塑料成型原理与工艺塑料成型原理与工艺 塑料成型是指将各种形态的塑料（粉料、粒料、溶液）制成所需要形状的塑件或坯件的过程。成型的种类很多，有注射成型，压缩成型，压注成型，挤出成型，气动与液压成型，泡沫塑料的成型等，其中前四种方法最为常用。.2.1 注射成型原理与工艺注射成型原理与工艺2.1.1 注射成型原理和特点注射成型原理和特点1.注射成型的特点注射成型的特点注射成型又称注塑成型，是热塑性塑料成型的一种重要方法，到目前为止，除氟塑料外，几乎所有热塑性塑料都可用此种方法成型。近年来，某些热固性塑料也可以采用注射成型。.其特点：（1）成型周期短、生产率高；（2）能一次成型外形复杂、尺

2、寸精确，带有金属或非金属嵌件的塑件；（3）易于实现自动化生产，生产适应性强，广泛用于各种塑件的生产，其产量约占塑料制品总量的30%。（4）注射成型所需设备昂贵；（5）模具结构也比较复杂，且制造成本高。因此注射成型特别适合大批量生产。 .2.注射成型原理注射成型原理（1）螺杆式注射机注射成型原理 如图2-1所示，螺杆式注射成型原理是将颗粒状或粉状塑料从注射机的料斗送入加热的料筒，塑料受到料筒的传热和螺杆对塑料的剪切摩擦热作用而逐渐熔融塑化，并不断被螺杆压实而推向料筒前端，产生一定压力，使螺杆在转动的同时，缓慢地向后移动。当螺杆退到预定位置，触及限位开关时，螺杆即停止转动并后退，然后注射活塞带动螺

3、杆按一定的压力和速度，将积存于料筒端部的塑料熔体经喷嘴注入模具型腔，充满模腔的熔料在受压情况下，冷却成型，获得模腔赋于的型状，开模分型取出塑件，即完成一个工作循环。.（2）柱塞式注射机注射成型原理 如图2-2所示，塑料从料斗加入加热料筒，受料筒的传热，经活塞在高压、高速中推进，使塑料塑化并经喷嘴注入模具型腔中，经保压、冷却、开模，取得塑件，完成一个工作循环。.与螺杆式注射机成型相比，其控制温度和压力比较困难，且注射速度和塑料质量不均匀。就目前工厂中所使用的注射机而言，广泛使用的是螺杆式注射机。但还有不少是柱塞式注射机。一般在60克以下的小型塑件多用柱塞式，而对热敏性塑料，流动性较差的各种塑料，

4、中型及大型注射机则多用螺杆式。.2.1.2 注射成型工艺过程注射成型工艺过程完整的注射成型过程包括：成型前准备，注射过程和塑件的后处理。1.成型前准备成型前准备为确保注射过程顺利进行和保证质量，应对所用设备和塑料进行以下准备工作：（1）成型前对原料的预处理 （2）料筒的清洗 （3）嵌件的预热 （4）脱模剂的使用 .2. 注射过程注射过程注射过程是塑料转变为塑件的主要阶段。它包括加料、塑化、加压、注射、保压、冷却定型和脱模等步骤。（1）加料 （2）塑化 （3）加压注射 （4）保压 （5）冷却定型 （6）脱模 .3. 塑件的后处理塑件的后处理塑件经注射成型后，除去浇口凝料，修饰浇口处余料及飞边毛刺

5、外，常需要进行适当的后处理，借以改善和提高塑件的性能，塑件的后处理主要指退火和调湿处理。（1）退火处理 退火处理是使塑件在定温的加热液体介质或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却的过程。其目的在于减少由于塑件在料筒内塑化不均匀或在型腔内冷却速度不一致，而使塑件内部存在内应力。一般退火温度控制在塑件使用温度以上1020，或低于塑料的热变形温度1020。退火处理的时间取决于塑件品种、加热介质、温度、塑件的形状和成型条件。退火时间到达后，塑件应缓慢冷却至室温，冷却太快，有可能重新产生内引力。 .2调湿处理 将刚脱模的塑件放在热水中进行处理，以隔绝空气，防止塑件氧化而变色，同时，加快达到吸湿平衡

6、的一种处理方法。通过处理，使塑件的颜色、性能和尺寸达到稳定。通常聚酰胺类塑件需进行调湿处理，处理的时间随塑料的品种，塑件的形状、厚度及结晶度大小而异。.2.1.3 注射成型工艺条件选择注射成型工艺条件选择影响注射塑件质量的因素较多，一般情况下，当提出一种新塑件的使用性能和其它有关要求后，首先应在经济合理和技术可行的原则下，选择最合适的材料、生产形式、注射设备及模具结构。当这些条件确定之后，工艺条件的选择和控制就是主要考虑的因素。注射成型工艺条件中最主要的因素为温度、压力和时间。.1. 温度温度注射成型过程需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等，其中前两种温度主要是影响塑料的塑化和流动，

7、而后一种温度主要是影响塑料的流动与冷却。（1）料筒温度 料筒温度的选择与塑料的特性有关，每种塑料具有不同的流动温度Tf (对结晶型塑料则为熔点Tm ) 为了使塑料能正常流动，一般料筒温度必须高于Tf 或Tm ，但还须低于塑料的分解温度Td 。.（2）喷嘴温度 为防止熔体在直通式喷嘴中可能产生“流涎现象”，通常喷嘴温度要比料筒最高温度略低。由喷嘴低温产生的不利影响可以从塑料注射时所产生的摩擦热中得到一定的补偿。但喷嘴温度不易过低，否则会造成熔体的早凝而将喷嘴堵死，或使冷料流进模腔而影响塑件质量。.（3）模具温度 模具温度对塑件的内在性能及外观质量有很大影响，模具温度的高低取决于塑料结晶性的有无、

8、塑件尺寸与结构、性能的要求，以及其它工艺条件 （熔料温度，注射速率及注射压力，成型周期）。.2. 压力压力注射成型工艺过程中的压力，包括塑化压力和注射压力两种，它们直接影响塑料的塑化和塑件的质量。（1）塑化压力 采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化压力，也称背压。注射过程中，塑化压力的大小随螺杆不同、塑件质量和塑料的种类不同而异的，如果这些情况和螺杆转速都不变，则增加塑化压力时会提高熔体温度，减小塑化速率，同时还会延长成型周期，导致塑料降解的可能性。因此在一般操作中，塑化压力的选择应在保证塑件质量优良的前提下越低越好。.（2）注射压力 注射机的注射压力指柱塞或螺

9、杆头部对塑料熔体所施加的压力，其作用是克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔体一定的充模速率以及对熔体压实等。注射压力的大小决定于塑料品种、注射机类型、塑件壁厚、流程及及工艺条件等，关系十分复杂，其具体数值很难明确预定，在实际生产中根椐有关经验资料，从较低的注射压力开始注射成型，再根椐塑件质量，然后酌量增减，最后确定合理的注射压力。.3. 时间时间 （成型周期）（成型周期）完成一次注射过程所需的时间称为成型周期，它包括以下各部分： （1）注射时间 （充模时间 和保压时间）（2）模具冷却时间 （柱塞或螺杆后退时间包括在内） （3）辅助时间（开模、脱模、涂脱模剂、安放嵌件、合模等时间） .作

10、业：思考题作业：思考题13.22 压缩成型原理与工艺压缩成型原理与工艺 2.2.1压缩成型原理和特点压缩成型原理和特点 压缩成型（又称压缩成型（又称压塑成型、压制成型、模压塑成型、压制成型、模压成型或压缩模塑压成型或压缩模塑）是塑料加工工业中出现较）是塑料加工工业中出现较早，并一直得到广泛应用的成型方法。目前主早，并一直得到广泛应用的成型方法。目前主要用于要用于热固性热固性塑料制品的生产，同时作为热塑塑料制品的生产，同时作为热塑性塑料注射成型工艺的补充，在某些热塑性塑性塑料注射成型工艺的补充，在某些热塑性塑料及制品如料及制品如聚四氟乙烯、聚氯乙烯硬板及增强聚四氟乙烯、聚氯乙烯硬板及增强塑料塑料

11、的成型加工上也得到广泛使用。的成型加工上也得到广泛使用。 .压缩成型的原理如图压缩成型的原理如图2-3所示。所示。 1凸模固定板凸模固定板 2上凸模上凸模 3凹模凹模 4下凸模下凸模 5凸模固定板凸模固定板 6垫板垫板 .压缩成型与注射成型相比的优点是：压缩成型与注射成型相比的优点是：（1 1）无浇注系统，耗料少；无浇注系统，耗料少；（2 2）设备使用及模具较简单；设备使用及模具较简单；（3 3）易于成型流动性较差如以纤维为填料的塑料；易于成型流动性较差如以纤维为填料的塑料；（4 4）制品收缩率小，变形小，各向性能比较均匀；制品收缩率小，变形小，各向性能比较均匀；（5 5）能成型面积大、厚度又

12、比较小的大型扁平制品。能成型面积大、厚度又比较小的大型扁平制品。.缺点是：缺点是：（1 1）生产周期长，效率低；生产周期长，效率低；（2 2）不易成型尺寸精度要求较高、形状复杂、壁厚相不易成型尺寸精度要求较高、形状复杂、壁厚相差较大及带有精细易断嵌件的制品；差较大及带有精细易断嵌件的制品；（3 3）劳动强度大，难以实现自动化，劳动条件较差；劳动强度大，难以实现自动化，劳动条件较差；（4 4）模具寿命较短。模具寿命较短。 .222 压缩成型工艺过程压缩成型工艺过程 压缩成型工艺过程主要包括预压、预热和压缩成型工艺过程主要包括预压、预热和干燥、嵌件的安放、加料、闭模、排气、固化、干燥、嵌件的安放、

13、加料、闭模、排气、固化、脱模、清理模具、制品后处理等。脱模、清理模具、制品后处理等。 1.压缩成型前的准备工作（1）预压 在压缩成型前，将松散的粉状或纤维状的在压缩成型前，将松散的粉状或纤维状的热固性塑料在室温下预先用冷压法（即模具不热固性塑料在室温下预先用冷压法（即模具不加热）压成重量一定、形状一致的密实体的过加热）压成重量一定、形状一致的密实体的过程称为预压，所得到的物体称为预压物（或压程称为预压，所得到的物体称为预压物（或压锭、型坯、压片）。锭、型坯、压片）。 .预压的作用主要有：预压的作用主要有：（1）加料快而准确。避免加料过多或不足而造成加料快而准确。避免加料过多或不足而造成的残次品

14、。的残次品。（2）减小模具的加料室，降低模具制造成本。减小模具的加料室，降低模具制造成本。（3）减少物料中的空气含量，加快物料中的热传减少物料中的空气含量，加快物料中的热传导速度，提高了预压物的预热温度，缩短预热和导速度，提高了预压物的预热温度，缩短预热和固化时间，减少制品中的气泡含量，提高制品质固化时间，减少制品中的气泡含量，提高制品质量。量。（4）采用与制品相似的预压物有利于模压较大的采用与制品相似的预压物有利于模压较大的制品。制品。（5）避免压缩粉的飞扬，改善了劳动条件。避免压缩粉的飞扬，改善了劳动条件。 .（2）预热和干燥预热和干燥 采用预热的热固性塑料进行模压有以下优点：采用预热的热

15、固性塑料进行模压有以下优点：1）缩短了模塑周期，提高了生产率。缩短了模塑周期，提高了生产率。2）增进了制品固化的均匀性，进而提高了制品的增进了制品固化的均匀性，进而提高了制品的物理机械性能。物理机械性能。 3）提高了塑料的流动性，减小了制品的塑料损耗、提高了塑料的流动性，减小了制品的塑料损耗、收缩率和内应力，提高了制品的稳定性、表面光收缩率和内应力，提高了制品的稳定性、表面光洁度及成品率。洁度及成品率。4）降低了成型压力，提高了设备利用率（用小吨降低了成型压力，提高了设备利用率（用小吨位的压机模压较大的制品）。位的压机模压较大的制品）。 .2. 压缩成型过程压缩成型过程（1）嵌件的安放嵌件的安

16、放 嵌件通常是作为制品中导电部分或使制品与嵌件通常是作为制品中导电部分或使制品与其它物体结合用的，常用的嵌件有轴套、轴帽、其它物体结合用的，常用的嵌件有轴套、轴帽、螺钉和接线柱等。螺钉和接线柱等。 （2）加料加料 在模具内加入模压制品所需分量塑料的操作在模具内加入模压制品所需分量塑料的操作为加料。加料前应仔细检查型腔，清除异物和污为加料。加料前应仔细检查型腔，清除异物和污渍，加料时应根据型腔的形状对塑料流动阻力大渍，加料时应根据型腔的形状对塑料流动阻力大的部位多加些料，对嵌件周围的粉料应预先压紧，的部位多加些料，对嵌件周围的粉料应预先压紧，防止塑料受压流动时冲击嵌件。防止塑料受压流动时冲击嵌件

17、。 加料准确。加料准确。.（3）闭模）闭模 加料完毕后即进行闭模，当模具没完全闭合加料完毕后即进行闭模，当模具没完全闭合前，合模的速度应尽可能快，目的是缩短模塑周前，合模的速度应尽可能快，目的是缩短模塑周期和避免塑料过早固化或过多降解。当凸模触及期和避免塑料过早固化或过多降解。当凸模触及到塑料后，合模速度即行放慢（当然速度也不应到塑料后，合模速度即行放慢（当然速度也不应过慢），目的一是避免模具中嵌件、各种成型杆过慢），目的一是避免模具中嵌件、各种成型杆或型腔遭到损坏，二是可使模内的气体得到充分或型腔遭到损坏，二是可使模内的气体得到充分的排除。闭模所需的时间自几秒至数十秒不等。的排除。闭模所需的

18、时间自几秒至数十秒不等。.（4）排气排气 成型热固性塑料时，由于化学交联反应的发生，成型热固性塑料时，由于化学交联反应的发生，常有水分和低分子物放出，因此在模具闭合后，待常有水分和低分子物放出，因此在模具闭合后，待化学交联反应进行到适当时间时还需要将模具化学交联反应进行到适当时间时还需要将模具松动松动片刻片刻，以排除以上气体，该工序称为排气。，以排除以上气体，该工序称为排气。 （5）固化固化 热塑性塑料的固化是将模具冷却，以使制品获热塑性塑料的固化是将模具冷却，以使制品获得相当强度而不致在脱模时发生变形即可。热固性得相当强度而不致在脱模时发生变形即可。热固性塑料的固化是在规定模温下保持一段时间

19、，使其性塑料的固化是在规定模温下保持一段时间，使其性能达到最佳为度。能达到最佳为度。 .（6）脱模脱模 固化后制品与模具分开的工序称为脱模。固化后制品与模具分开的工序称为脱模。3. 压后处理压后处理（1）清理模具清理模具 脱模后，须用脱模后，须用铜刷（或铜签）铜刷（或铜签）刮出留在模刮出留在模具内的塑料，然后再用压缩空气吹净凸模和凹具内的塑料，然后再用压缩空气吹净凸模和凹模，当上述方法不能将模具清理干净时，需用模，当上述方法不能将模具清理干净时，需用抛光剂拭刷。抛光剂拭刷。（2 2）制品后处理）制品后处理 后处理的温度为高于成型温度的后处理的温度为高于成型温度的10105050。 .223 压

20、缩成型工艺条件的选择压缩成型工艺条件的选择 压缩成型的工艺条件主要是成型（模压）压压缩成型的工艺条件主要是成型（模压）压力、成型（模压）温度和成型（模压）时间。而力、成型（模压）温度和成型（模压）时间。而其中成型温度和成型时间又有着密切的关系其中成型温度和成型时间又有着密切的关系 .1压缩成型压力压缩成型压力 成型压力是指压缩成型时为迫使塑料充满型成型压力是指压缩成型时为迫使塑料充满型腔和进行固化而由压力机通过模具对塑料所施加腔和进行固化而由压力机通过模具对塑料所施加的压力。其小于等于压力机的最大公称压力。的压力。其小于等于压力机的最大公称压力。 其选取原则：其选取原则：（1 1）塑料的流动性

21、越小、硬化速度越快、压缩率大，所塑料的流动性越小、硬化速度越快、压缩率大，所需要的成型压力也越大；需要的成型压力也越大；（2 2）制品形状复杂、深度大、薄壁和面积大时，所需要制品形状复杂、深度大、薄壁和面积大时，所需要的成型压力也越大；的成型压力也越大；（3 3）当压制带有布片、石棉纤维填料类的制品时，所需当压制带有布片、石棉纤维填料类的制品时，所需的成型压力也越大。的成型压力也越大。 .2压缩成型温度压缩成型温度 成型温度是指压缩成型时所规定的模具温度。成型温度是指压缩成型时所规定的模具温度。成型温度并不等于模具型腔内塑料熔体的温度成型温度并不等于模具型腔内塑料熔体的温度 热固性塑料在压缩成型时，模具温度是影响热固性塑料在压缩成型时，模具温度是影响其其塑化流动塑化流动及及固化成型固化成型的主要因素，它决定着成的主要因素，它决定着成型过程中型过程中交联反应交联反应的速度，并影响塑料的的速度，并影响塑料的充模过充模过程程及制品的及制品的最终性能最终性能。 . 成型过程中模具温度的选择要成型过程中模具温度的选择要适度适度，过高虽，过高虽会加快硬化速度，缩短固