注射成型过程分析及产品质量控制074课件

注射成型过程及产品质量分析北京工商大学材料系王澜1注射成型过程及产品质量分析北京工商大学材料系1一.注射成型过程分析1.1.注射充模过程及熔体流动分析1.2、保压过程及分析1.3、倒流与冷却定型过程及分析二、注射成型制品的质量控制2.1.注射成型制品的内应力2.2.制品质量控制因素的分析2.3.注塑成型缺陷及解决方法2一.注射成型过程分析2一.注射成型过程分析3一.注射成型过程分析3聚合物的注射成型主要包括三个基本过程：塑化熔融、注射充模、冷却定型.这些过程与制品质量、生产效率、原料、工艺性能等因素有密切关系。/机筒中的聚合物：机筒加热和螺杆剪切的双重作用固态→熔融状态保压冷却定型制品充模螺杆以高压、高速推动4聚合物的注射成型主要包括三个基本过程：机筒中的聚合物：机筒加1.1.注射充模过程及熔体流动分析注射充模过程----塑化良好的聚合物熔体，在柱塞或螺杆的压力作用下，由料筒经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模腔这一阶段称为注射充模过程。这是一个非连续非等温的体系，要从理论上进行定量分析更为不易，人们更多的是通过实验测定来揭示这一过程的影响因素及其内在的规律性。根据聚合物熔体注射的流动历程，对物料在料筒、喷嘴的流动，物料充模流动作一简要的分析。/

51.1.注射充模过程及熔体流动分析注射充模过程----塑化塑料熔体进入模腔内的流动情况可分为充模、保压、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。②.保压阶段t2～t3

③.倒流阶段t3～t4

④.冻结后的冷却阶段t4～t5

①.充模阶段t0～t2空载期t0～t1充模期t1～t26塑料熔体进入模腔内的流动情况可分为充模、保压、倒流和浇口冻结1.1.1

物料通过料筒的压力损失柱塞式注射机，柱塞向前运动时，先将未熔融的粒子压缩，然后将熔融料注入喷嘴和模腔内，前者的阻力很大，引起很大的压力降，甚至可达料筒总压力降的80％，并且还影响熔体的注射速度。压紧粒料的压力降损失值ΔPg可用下式作近似计算：注射时，熔融物料通过料筒的运动特性，对往模腔内供给熔体和传递压力都有重要影响.柱塞式71.1.1物料通过料筒的压力损失柱塞式注射机，柱塞向前运动式中qv——熔体通过料筒的体积流量cm3/sR——料筒内壁半径cm，η——牛顿流体的粘度L2——熔体流经料筒的长度cm上式表明，高聚物熔体在料筒中的压力损失随料筒内熔体的长度、熔体的粘度和体积流率的增大而增加，随料筒半径的增大而减小。/熔体在料筒中流动的压力损失为：8式中qv——熔体通过料筒的体积流量cm3/s熔体在料筒中流这样，柱塞式注射装置料筒中物料总的压力损失应为前二者之和：螺杆式注射装置由于螺杆在塑化时的旋转，把熔料推向螺杆前方，注射时，螺杆前移，将熔料推向喷嘴。熔料在料筒内的压力损失主要来自熔体的摩擦阻力和喷嘴的阻力，压力损失较少，主要决定于熔体的粘度与流率qv。熔体的流动速度应基本与螺杆平移速度同步进行。/螺杆式9这样，柱塞式注射装置料筒中物料总的压力损失应为前二者之和：螺1.1.2.熔体在喷嘴中的运动首先，熔体通过喷嘴孔时的压力损失值仍可用进行近似计算。由于喷嘴孔直径小，其注射压力损失值应增大，当体积流率qv一定时，通过喷嘴的剪切速率将增大，熔体通过喷嘴时定会发生明显的温升。对于聚合物熔体，大多数属于假塑性流体，在高剪切与温升作用下，其表观粘度必然下降，这可以使压力损失值下降。/可预料：101.1.2.熔体在喷嘴中的运动首先，熔体通过喷嘴孔时的压力损由图看出，主要生热效应发生在喷嘴的入口处。当喷嘴孔直径和注射压力一定时，熔体温升随注射速率增加而增加。为什么热稳定性差的塑料不宜采用细孔喷嘴进行高速注射充模？/图:PS在直径1mm长10mm的细孔喷嘴中温度分布压力：a-73Mpa,b-77MPa，c-100MPa，d-ll5MPa1-离开喷嘴后，2-在喷嘴细孔中，3-在喷嘴细孔入口附近，4～9-沿喷嘴长度的不同点，10-料筒头部11由图看出，主要生热效应发生在喷嘴的入口处。图:PS在直径11.1.3.熔体在模腔中的充模流动分析熔体→主浇道→分浇道→浇口→模腔这一历程很短，但热熔体在其内的流速、温度与压力都产生很复杂的变化。简要说明：熔体充模时流动的一般特性影响充模的各种因素。/121.1.3.熔体在模腔中的充模流动分析熔体→主浇道→分浇道→⑴．熔体在模具浇注系统内的流动正如流过喷嘴一样，熔体流过主浇道、分浇道和浇口时也有温度变化和压力损失，浇注系统的加热状态、熔体的流变性能、浇注系统形状和尺寸.影响13⑴．熔体在模具浇注系统内的流动正如流过喷嘴一样，熔体流过主浇熔体流过冷浇道时，浇道温度远低于熔体温度，紧贴壁的熔体被迅速冷凝而形成不动壳层。因而使熔体能通过的截面积减小，流动阻力增大，使熔体的压力损失增加，降低了充模的模腔压力。/熔体流过热浇道时，温度保持在熔点以上，其温度变化和压力损失的影响因素与经过喷嘴的情况相似。14熔体流过冷浇道时，浇道温度远低于熔体温度，紧贴壁的熔体被迅速影响冷凝壳层厚度的因素：熔体的冷凝速度、聚合物的热物理性能、熔体温度、熔体流动速度、模具温度等。易结晶的聚合物当温度低于熔点时会很快凝固，如尼龙6，降低熔体温度和模具温度都会使壳层加厚。/15影响冷凝壳层厚度的因素：易结晶的聚合物当温度低于熔点时会很快浇口大小压力损失、剪切速率过大的剪切速率会使熔体出现不稳定流动现象浇口越小→压力损失增大→剪切速率提高→熔体温度迅速上升→烧焦和降解现象。当浇口尺寸已定时，提高熔体温度是防止不稳定流动的有效措施，在熔体温度不允许有变化时，可适当降低注射压力以降低注射速度，从而避免不稳定流动发生。/16浇口大小压力损失、剪切速率过大的剪切速率会使熔体出现不稳定流对大多数塑料熔体来说，增大浇口截面积提高熔体充模时的体积流率有一极限值，当浇口截面积超过此值之后，反而会使体积流率下降。在大多数情况下，截面积小的浇口更有利于熔体的快速充模。/17对大多数塑料熔体来说，增大浇口截面积提高熔体充模时的体积流率大多数情况下，减小浇口的截面积，剪切速率因流速的提高而增大，同时高剪切速率下产生的摩擦热会使熔体温度提高，这二者都使通过浇口的熔体粘度下降，而粘度下降又将会导致熔体的体积流率增大。/塑料熔体大多具有假塑性流体的流变特性，其表观粘度与剪切速率之间存在ηa=Kγn-1(n＜1)的关系。解释18大多数情况下，减小浇口的截面积，剪切速率因流速的提高而增大，⑵.熔体在模腔内的流动熔体的充模过程----是从聚合物进入模腔开始到模腔被充满时为止。熔体充模的流动应为层流流动，图：充模时熔体前缘变化的各阶段，l-开始阶段2-过渡阶段3-主阶段起始阶段，熔体流前缘呈圆弧形；过渡阶段，前缘从圆弧形逐渐过渡到直线形；主阶段，熔体主流，前缘呈直线移动，直至充满模腔。/19⑵.熔体在模腔内的流动熔体的充模过程----是从聚合物进入模熔体在典型模腔内的流动方式

20熔体在典型模腔内的流动方式20图3-30沿圆周方向的充模流动

如果对于浇口位于制品中心且轴线垂直于圆片制品的模腔进行充模时，熔体料流则以浇口为中心，用差不多相同的速度向周围方向铺展流动充模。/↑图3-29充填圆片状模腔时熔体前缘前后相继出现的位置

21图3-30沿圆周方向的充模流动如果对于浇口位于制品中心且熔体遇到障碍物时的充模流动：流动方向一般分为两股，绕过障碍物再汇合在一起，在汇合处常有熔接缝形成，熔体流过不同断面形状障碍物时，速度变化与流动情况不同。较好的断面形状是圆柱形，绕过圆柱形障碍的熔体质点其运动速度是逐渐升高和下降的，而且升降幅度最小。形成一个无熔体存在的封闭三角区。/。图3-31塑料熔体围绕不同形状的障碍物流动时速度V的变化a）矩形b）圆柱形c）菱形22熔体遇到障碍物时的充模流动：流动方向一般分为两股，绕过障碍物熔体在模腔内的流动类型

23熔体在模腔内的流动类型23流速过小：延长充模时间，降温引起熔体粘度提高，流动性下降充模不全，出现分层和结合不好的熔接痕。/快速充模：湍流流动易将空气带入成型物内模内空气难于排出制品存在较大的内应力。慢速充模：层流流动可避免以上的缺陷24流速过小：快速充模：湍流流动24⑶、熔体流动的运动机理

熔体在模腔内的运动，主要是料流中心高速运动的熔体不断追上并突破前缘膜，进而转向模壁，被迅速冷却。这种进程交替进行着，充模时的这种流动方式容易使制品表面出现波纹。/25⑶、熔体流动的运动机理熔体在模腔内的运动，主要是料流中心高注射制品表面有时出现小波纹的原因：根据熔体流动的运动机理，只有当熔体的冷却速率很高，而注射压力、注射速度和模具温度偏低时，才容易在制品表面上留下这种波纹。只要适当调节注射成型工艺，使这种波纹在冷却定型之前被随后到来的熔体所传递的压力“熨平”，就不会在制品表面出现了。较高的注射压力、注射速度、模具温度，有利于获得光洁平整表面的制品。/26注射制品表面有时出现小波纹的原因：只要适当调节注射成型工艺，1.2、保压过程及分析熔体充满模腔时，模内压力还较低，图中tβ点的压力值，为达到制品质量要求，柱塞或螺杆将继续前进，再注入一些熔体。使已充满的模腔压力迅速上升，达到了最大值，图中的t2～t3。在这期间柱塞或螺杆将慢慢地对模腔内进行补料，使由于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。这一过程就是保压过程。它持续到浇口凝封为止。/271.2、保压过程及分析熔体充满模腔时，模内压力还较低，图中t当注射成型薄壁或浇口很小的制品时，由于浇口或模腔浇道很快凝封则保压过程不很明显。对于成型厚壁且浇口较大制品时，必须有保压过程进行补料，才能获得形状完整而密实的制品。保压的作用：熔体紧密贴合模腔壁，精确取得模腔型样，完成不同时间、不同流向熔体的相互融合，使成型物增密，补充因冷却而引起的体积收缩。/28当注射成型薄壁或浇口很小的制品时，由于浇口或模腔浇道很快凝封影响保压效果的因素：浇口处的压力——决定模腔所能达到的最大压力。充模结束时熔体的流动性——决定压力向远离浇口处传递的难易。可见：P注射↑、喷嘴及浇道处阻力↓，有利于P浇口↑；T熔体↑T模具↑V注射↑δ模腔↑有利于改善模腔内的压力传递。/29影响保压效果的因素：浇口处的压力可见：P注射↑、喷嘴及浇道处一是模腔充满后，料筒前端仍有一定量的熔体，二是从料筒到模腔的通道允许熔体通过（即浇道系统尚未凝封）。影响保压补料效果的主要因素是模腔内压力（称保压压力或二次注射压力）和保压时间。/实现保压补料的必要条件是：30一是模腔充满后，料筒前端仍有一定量的熔体，实现保压补料的必要保压时间对保压补料效果、凝封压力和冷却定型有较明显的影响。用柱塞式注射机和较大浇口模具成型PS匣形制品，加工温度为254℃，注射压力112MPa，在其它条件不变下，改变保压时间所得制品的质量、收缩率、凝封压力和模腔压力为零时的时间数据如表3－7所示。31保压时间对保压补料效果、凝封压力和冷却定型有较明显的影响。用如果在保压期内补料过量，那么当浇口凝封时，模腔中的残余压力就比较大，以致使脱模困难。此外，制品中的取向程度也随保压时间延长而提高。32如果在保压期内补料过量，那么当浇口凝封时，模腔中的残余压力就1.3、倒流与冷却定型过程及分析1.3.1熔体的倒流

保压阶段结束后，螺杆或柱塞要后退，这时模腔中熔体就要倒流。原因：在浇口冷凝之前，就解除模腔的外压。过程：外压解除——模内压高于外压——倒流——内压下降——流速下降——浇口熔体冷却———凝封。/331.3、倒流与冷却定型过程及分析1.3.1熔体的倒流

保压阶1.3.2．浇口冻结后的冷却曲线2和曲线3的区别在于前者的保压时间为C2D2，后者延长到C2D3。D点时保压期结束,柱塞或螺杆后退，随之出现倒流引起模内压力沿DE下降，E为凝封点。凝封点之后模腔内的物料量不再改变，即比容为定值，故温度和压力沿EF呈直线下降。/曲线1是在模腔压力较低的情况下压实而且浇口凝封发生在柱塞或螺杆后退之前，即外压解除后无熔体倒流。341.3.2．浇口冻结后的冷却曲线2和曲线3的区别在于前者的保由此不难看出，制品的密度在很大程度上由凝封时模腔内的温度和压力决定的。制品的密度或质量一般随凝封时压力的增大而增加。/保压时间短，则聚合物的凝封温度高，凝封的模腔压力就低，所得制品的密度也就小。35由此不难看出，制品的密度在很大程度上由凝封时模腔内的温度和压在冷却过程中，温度降到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：重要标志：pE=0若出现在冷却过程初期，则模腔内凝固层较薄，无足够强度抵抗随后因内部冷却收缩而出现负压，制品表面将出现凹痕；pE=0若在冷却过程中期出现，内部未凝熔体会在足够厚外表壳层拉应力作用下而产生缩孔；pE=0只有在冷却过程后期，制品内外都已凝固，才不致发生上述的缺陷。/幻灯片98

残余压力为零是冷却过程结束。36在冷却过程中，温度降到Tg(或热变形温度)以下，压力下降到与塑料热扩散系数、制品壁厚、熔体温度、模具温度制品取出时所允许最高温度（Tg或热变形温度）等式中：t——最短冷却时间，Sδ——制品厚度，cmα——聚合物热扩散速率，cm2/sT2——制品脱模温度，℃Tφ——模具温度℃T1——模腔内熔体的平均温度，℃/制品在模具中所必须的最短冷却时间在给定模温下，制品在模腔中的冷却时间可用下面公式估算：37塑料热扩散系数、制品壁厚、式中：t——最短冷却时间，S制品在在估算最短冷却时间时，应注意壁很厚的制品并不要求在脱模前内外全部凝固，而只需外部凝固层厚度能保证顶出时有足够的刚度即可。对壁很薄的制品，应注意充模时较高程度的大分子取向对其热变形温度的影响，而熔体的冷凝大部分发生在充模时间内。/38在估算最短冷却时间时，38凝封压力和温度对制品的性能有很大的影响，通常可以用改变保压时间来调节这两个参数，以此来改善制品的性能。//综上所述,39凝封压力和温度对制品的性能有很大的影响，综上所述,39二、注射成型制品的质量控制40二、注射成型制品的质量控制40在注射过程中，由于应力与温度梯度的存在，使制品在冷却时或冷却后，各个局部仍存在不同的应力状态，使制品内部材料分别受到伸缩或剪切作用。在成型后制品内部分子间仍然存在的应力就是内应力。注射制品存在内应力是较普遍的，它影响制品的力学、使用性能，会使制品发生翘曲和在外界环境应力和腐蚀介质作用下开裂。/2.1.注射成型制品的内应力41在注射过程中，由于应力与温度梯度的存在，使制品在冷却时或冷却2.1.1．内应力的产生一是由于温度梯度产生的体积温差应力。二是由于分子解取向受到阻滞而产生的取向应力。三是结晶聚合物产生的内应力。四是由金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力。可见，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，它对制品的物理力学性能的影响最大。/在注射成型过程中，制品内应力的产生可能来自以下几个方面：422.1.1．内应力的产生一是由于温度梯度产生的体积温差应力。2.1.2．影响内应力的因素温度应力产生于充模时熔体与模壁的巨大温差，材料冷凝收缩先后不同，当内层熔料不断冷却时，不能自由收缩，就产生了拉伸应力，而壳层处则相应产生压缩应力。在浇口尚未凝封的保压期间进行补料，可使已凝固的表层受到拉伸，即在其中产生拉伸应力。若拉伸应力能与由温度差产生的压缩应力抵消，则与冷却有关的温度应力有可能消失。/⑴.温度应力的影响因素432.1.2．影响内应力的因素温度应力产生于充模时熔体与模壁的如果模腔内压力较低，或者保压时间较短，上述拉伸应力不足以抵消压缩应力，那么温度应力就会保留在制品内。由此可见，注射过程中，增大模内压力、延长保压时间是有助缓解成型制品的温度应力的。/44如果模腔内压力较低，或者保压时间较短，上述拉伸应力不足以抵消⑵.取向应力的影响因素①熔体温度：熔体温度高、粘度低、剪切应力降低、取向度减小。同时，由于熔体温度高会使应力松弛加快，解取向作用加强。/取向应力产生于分子解取向受到阻碍.由分子链取向形成的.影响取向应力的因素有：45⑵.取向应力的影响因素①熔体温度：取向应力产生于分子解取向受③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；④模具温度：模具温度提高有利于取向应力减少。由于塑料件内的大分子链取向构象主要集中在制品外层和浇口附近，因此，薄壁长流程制品外层和浇口附近将产生较大的取向应力。/②保压时间：延长保压时间可使取向应力不断增大，46③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2.1.3．用热处理方法降低与消除内应力通过热处理可以使高聚物分子由不平衡构象向平衡构象转变，使强迫冻结处于不稳定的高弹形变获得能量而进行热松弛，从而降低或基本上消除内应力。/对于分子链刚性较大、Tg较高的聚合物，对于壁厚不均匀性较大、或带有金属嵌件的制品，对使用温度范围较宽和尺寸精度要求较高的制品等在加工过程中很容易产生内应力又难以消除在注射成型后都必须而且可通过热处理方法消除或减小内应力472.1.3．用热处理方法降低与消除内应力通过热处理可以使高聚48482.2.制品质量控制因素的分析492.2.制品质量控制因素的分析49检验一个合格、优质的注射制品应该包括制品的内部性能和外观质量两个方面。内部性能-----制品的力学性能拉伸强度、冲击强度、模量及制品的熔合强度外观质量------制品的尺寸精度和表面光洁度聚合物的种类、制品形状和机械设备、模具与注塑工艺条件当聚合物与制品已选定，工艺条件与模腔结构就是主要的影响因素。/50检验一个合格、优质的注射制品应该包括制品的内部性能和外观质量2.2.1.注射制品力学性能的影响因素注射制品的拉伸强度、冲击强度。制品的分子结构成型中形成的内应力大小与分布各种工艺因素结晶、晶型结构、取向程度。温度、压力、时间。512.2.1.注射制品力学性能的影响因素注射制品的制品的分子结⑴.注射温度注射温度对拉伸强度的影响从图可看到，非结晶性塑料的拉伸强度随注射温度的提高均趋于降低，因为热塑性塑料的取向度随着注射温度的提高而减小/52⑴.注射温度注射温度对拉伸强度的影响52⑵.模具温度注射非结晶性聚合物时，模具温度对制品的力学性能影响比较小。以PS为例，根据试验。模温从17℃升至75℃时，HIPS的极限拉伸强度变化极小，其冲击强度的变化也不太大；对于结晶性聚合物而言，模温变化对其力学性能则有较大的影响。随着模具温度的升高，拉伸强度和弹性模量增大，断裂伸长率有所下降。/53⑵.模具温度注射非结晶性聚合物时，模具温度对制品的力学性能影图表示了聚甲醛随模温的提高，拉伸强度和弹性模量增大，断裂伸长率则下降。图3-58聚甲醛的弹性模量、断裂时的相对伸长率和极限拉伸强度与模温的关系54图表示了聚甲醛随模温的提高，拉伸强度和弹性模量增大，断裂伸长表3－14中数据显示出随模温提高，聚酰胺的极限拉伸强度和硬度增大，弹性模量提高，断裂伸长率下降。对于聚烯烃，以HDPE为例见表3－15，随着模温升高，HDPE拉伸屈服强度有所上升。/55表3－14中数据显示出随模温提高，聚酰胺的极限拉伸强度和硬度⑶.注射压力和保压时间注射压力对热塑性塑料的力学性能的影响比较小。从图中可看出，温度相同，随注射压力↑，制品的拉伸强度↑，但变化并不太大。56⑶.注射压力和保压时间注射压力对热塑性塑料的力学性能的影响比注射压力对制品的作用主要发生在保压阶段，熔料的补缩使制品密实。除考虑保压压力大小外，还要看保压压力作用的时间长短，因为当浇口凝封后，压力的传递即行停止。因此，如果浇口截面积很小,那么保压压力对制品的拉伸强度就几乎没有影响；若浇口大，保压压力和保压时间就会对制品的拉伸强度有影响。/57注射压力对制品的作用主要发生在保压阶段，熔料的补缩使制品密实结论：如弹性模量、屈服强度和硬度等依赖于制品的结晶度/

对于非结晶性塑料制品，为了获得沿模内流动方向较好的力学性能，必须在注射时造成使取向程度增大的条件，对于结晶性塑料，除了与上面相似的结果外，结晶性塑料的一些力学性能如注射温度低，模温低、模内压力高、保压时间延长、浇口尺寸大、制品应尽可能薄。58结论：如弹性模量、屈服强度和硬度等依赖于制品的结晶度/对于2.2.2．注射制品的熔接强度(a)熔接缝的形成当注射制品有孔、嵌件的结构或厚度不均或采用多于一个浇口的情况下，就形成熔接缝。常见的熔接缝有两种：一种是在充模开始时形成的熔接缝，另一种是在充模终止时形成的熔接缝，如图所示。592.2.2．注射制品的熔接强度(a)熔接缝的形成另一种是在充制品熔接缝处的力学性能较其余部位的力学性能低，其原因可能有如下方面：一是由于熔体料流经过一段路程流动后，温度有所下降，两股料流前缘汇合时不能很好互相融合,二是对结晶性聚合物，在熔接缝的界面上不能形成完全的结晶；三是在熔体流动前缘汇合处，由于排气不良．可能夹杂气体和杂质．使熔合面积减少,导致熔合强度下降./60制品熔接缝处的力学性能较其余部位的力学性能低，其原因可能有如(b)影响熔接缝强度的因素聚合物的类型、熔合缝的形式、注射工艺条件、制品的厚度等。实验表明：影响熔接缝强度的因素很多①、从聚合物的类型来说：在相同工艺条件下，熔接缝的拉伸强度：结晶性聚合物＜半结晶型或无结晶型聚合物，非结晶性聚合物，熔接缝处＜取向方向拉伸强度，但是对于冲击强度，有熔接缝＞无熔接缝的。/61(b)影响熔接缝强度的因素聚合物的类型、熔合缝的形式、注射工对用HIPS注射试样的结果见图，这是因为在熔接缝处分子取向受到破坏，没有发生取向效应，使其冲击强度反而提高。图3—63注射温度不同的抗冲PS试样的冲击强度与试样厚度的关系1、6-220℃2、5-240℃3、4-260℃1、2、3-有熔接缝的试样4、5、6-无熔接缝的试样7-压制试样62对用HIPS注射试样的结果见图，图3—63注射温度不同的抗②从熔接缝的形式比较。图表示两种不同浇口配置,形成不同的熔接缝，其极限拉伸强度的比较。充模终止形成的熔接缝的拉伸强度随注射温度的提高而增大，充模初期形成的熔接缝，其拉伸强度随注射温度的变化而变化不大。图3—64本体法PS的极限拉伸强度与注射温度的关系1-两个浇口沿轴线方向配置在哑铃形试样两端2-两个浇口沿垂直于哑铃形试样轴的方向并排配置63②从熔接缝的形式比较。图3—64本体法PS的极限拉伸63③熔接缝的强度与注射工艺条件有关：熔体温度与模具温度。较高的熔体温度或模具温度使熔接缝的拉伸屈服强度提高，如下图所示。熔接缝拉伸强度与熔体温度的关系

熔体温度=200℃注射速度=中速闭模时间=20s1-退火试样2-未退火试样64③熔接缝的强度与注射工艺条件有关：熔体温度与模具温度。较高的图67LDPE试样的熔接缝的拉伸强度与注射压力的关系1-注射温度=104℃2-注射温度=232℃3-与浇口距离=38mm

4-与浇口距离=75mm5-与浇口距离=125mm注射压力

提高注射压力有助于克服流道阻力，把压力传递到熔体流动前缘，使熔接缝在高压下熔合，增加了熔接缝的接合强度。如图，随注射压力增加，熔接缝的拉伸强度提高，另外离浇口近的熔接缝拉伸强度高，远的则拉伸强度低。/65图67LDPE试样的熔接缝的拉伸强度与注射压力的关系注射压图63注射温度不同的HIPS试样冲击强度与试样厚度的关系1、6—220℃，2、5—240℃，3、4—260℃，1、2、3-有熔接缝的试样，4、5、6-无熔接缝的试样，7-压制试样制品尺寸因素。如制品厚度等。如图所示为熔接缝的抗冲击强度随试样厚度的增加而提高。同时，有熔接缝的试样的冲击强度高于无熔接缝的试样的冲击强度。其它工艺因素

如充模速度提高，可使熔体前缘温度较高，熔体熔合得好而提高熔接缝处的拉伸强度。又如制品成型后进行退火处理，其熔接缝处的拉伸强度也会提高。/66图63注射温度不同的HIPS试样冲击强度与试样厚度的关系制2.2.3.注射制品的收缩-----是指制品尺寸对注射模腔尺寸的绝对减少量或相对减少量。收缩的大小及在各个注射周期之间收缩量的稳定性是决定制品尺寸精度的主要因素。注射成型制品在成型过程中的收缩，按发生收缩的条件和特征的不同可分成三个阶段./672.2.3.注射制品的收缩-----是指制品尺寸对注射模腔尺发生在浇口凝封以前的保压阶段-----制品的收缩很大程度上取决于熔体所能进行的补偿程度。这种熔体的补偿能力主要取决于保压压力的大小和维持保压压力向模腔内传递的时间，这一过程要一直持续到浇口凝封为止，保压压力越大，时间越长，则制品的收缩率就越低。/第一阶段：68发生在浇口凝封以前的保压阶段-----制品的收缩很大程度上取是在浇口处的聚合物凝固之后开始，并延续到开模和制品脱模为止。在这种条件下，非晶态聚合物的收缩是按体积膨胀系数进行收缩的，收缩的大小取决于模温所决定的冷却速度。模温低，冷却速度快，分子被“冻结取向”，来不及松弛，制品有较小的收缩；/第二阶段：69是在浇口处的聚合物凝固之后开始，并延续到开模和制品脱模为止。对结晶性高聚物来说，收缩主要是由其结晶所致，收缩的大小主要决定于模温，模温越高，冷却速度慢，分子有充分的松弛时间，结晶趋于更完善，所以收缩率高，反之，模温低时会降低收缩率。由此，从收缩率角度看，模腔温度对非结晶性和结晶性聚合物的影响是一致的。/70对结晶性高聚物来说，收缩主要是由其结晶所致，收缩的大小主要决当制品不受到约束时，则只发生自由收缩，这时制品体积的缩小取决于制品脱模时的温度与环境介质温度之差，也取决于热膨胀系数。自由收缩量可由下式计算：

式中ΔLα——自由收缩量α——聚合物热膨胀系数T2——脱模时制品温度T3——工作环境(介质)温度L1——制品脱模30min后沿收缩方向长度/第三阶段：是从制品脱模开始到使用阶段的收缩。71当制品不受到约束时，则只发生自由收缩，这时制品体积的缩小取决从下面一些实验测试结果了解影响收缩率的工艺因素：图3—68模腔压力与收缩率的关系①模腔压力对制品收缩率的影响。结晶性塑料（POM、HDPE、PP），非结晶性塑料（PS、PMMA），随着模腔压力的增大，制品收缩率下降。/

72从下面一些实验测试结果了解影响收缩率的工艺因素：图3—68图3—69聚甲醛的收缩率与保压时间的关系试样厚度=3mm模温=100℃注射压力=100MPa②收缩率随保压时间延长而减小，直至某一定值，此后即恒定不变。同时，制品的重量逐渐增加到最大值，对应于收缩率的最小值。/73图3—69聚甲醛的收缩率与保压时间的关系②收缩率随保压时间③料筒温度对制品收缩率的影响热塑性塑料（结晶性和非结晶性）都随料筒温度上升，收缩率下降。图3-70料筒温度和收缩率的关系

74③料筒温度对制品收缩率的影响图3-70料筒温度和收缩率的关图3-71模具温度与收缩率的关系④模具温度升高，制品收缩率增大75图3-71模具温度与收缩率的关系④模具温度升高，制品收缩率2.3.注塑成型缺陷及解决方法762.3.注塑成型缺陷及解决方法762.3.1欠注熔料进入型腔后没有充填完全，导致塑件缺料叫做欠注或短射。发生在制品壁厚较薄的地方或流动路径的末端区域。任何增加塑料流动阻力，或是妨碍足量塑料流入模腔的因素，都可能造成欠注。注射料剂量不足、料斗无料、进料遭异物阻塞等也会造成欠注。/1.含义制品缺料示意图772.3.1欠注熔料进入型腔后没有充填完全，导致塑件缺料叫做欠2．产生原因及排除方法（2）供料不足，加料口底部可能有“架桥”现象可适当增加螺杆注射行程，增加供料量。（3）原料流动性能太差

改善模具浇注系统的滞流缺陷。原料配方中增加适量助剂，改善树脂的流动性能。（4）冷料杂质阻塞流道

应将喷嘴拆卸清理或扩大模具冷料腔和流道的截面。/（l）设备选型不当

注塑机的最大注射量须大于塑件重量。注射总量（塑件、浇道及飞边）不超出注射机塑化量的85％。782．产生原因及排除方法（2）供料不足，加料口底部可能有“架桥浇口或流道小、薄、长，熔料的压力在流动过程中沿程损失太大，流动受阻，容易产生填充不良，如图示流道过细而凝固

（5）浇注系统设计不合理设计浇注系统时，要注意浇口平衡，各型腔内塑件的重量要与浇口大小成正比，使各型腔能同时充满。浇口选择在厚壁部位，也可采用分流道平衡布置。应扩大流道截面和浇口面积，必要时可采用多点进料的方法。/79浇口或流道小、薄、长，熔料的压力在流动过程中沿程损失太大，流在工艺操作方面，可通过提高模具温度，降低注射速度、减小浇注系统流动阻力，减小合模力，加大模具间隙等辅助措施改善排气不良。/（6）模具排气不良对于型腔较深的模具，应在欠注部位增设排气沟槽或排气孔。水分及易挥发物含量超标的原料，也会产生大量气体，导致模具排气不良。应对原料进行干燥及清除易挥发物。困气产生背压阻料80在工艺操作方面，可通过提高模具温度，降低注射速度、减小浇注系（9）喷嘴温度太低在开模时应使喷嘴与模具分离,减少模温对喷嘴温度的影响.（10）注射压力不足

注射压力与充模长度接近于正比例关系。（11）注射速度太慢

注射速度太慢，熔料充模缓慢，熔体很容易冷却./（7）模具温度太低

开机前将模具预热至工艺要求的温度。刚开机时，应适当节制模具内冷却剂的通过量。（8）熔料温度太低在成型范围内，料温与充模长度接近于正比例关系。81（9）喷嘴温度太低在开模时应使喷嘴与模具分离,减少模温对喷塑件厚度与熔料极限充模长度有关。塑件厚度应采用l～3mm，大型塑件为3～6mm，厚度超过8mm或小于0.5mm都对注塑成型不利。制件复杂或流路过长而凝固

（13）塑料塑化不充分

如果不同塑件之间随机地发生欠注,可以检查是否有未融化的塑粒或杂质.//（12）塑件结构设计不合理当塑件厚度与长度不成比例，形体十分复杂且成型面积很大时，熔体易在塑件薄壁入口处流动受阻，使型腔很难充满，如图示。82塑件厚度与熔料极限充模长度有关。塑件厚度应采用l～3mm，大2.3.2.飞边当塑料熔料被迫从分型面挤压出模具型腔,产生薄片时便形成了飞边，薄片过大时叫做披风，如图示。飞边多发生在模具的不连续处，是由于塑料过量充填造成外溢的瑕疵。1.含义制品飞边通常是分模面、排气孔、排气顶针、滑动机构等/832.3.2.飞边当塑料熔料被迫从分型面挤压出模具型腔,产生薄2．产生原因及排除方法注塑机锁模力太低，不足以维持模具的锁紧时，就会发生飞边。应当校核塑件投影面积与成型压力的乘积是否超出了设备的额定合模力。成型压力为模具型腔内的平均压力，常规情况下以40MPa计算，如果机器有足够的锁模力容量，就应调高锁模力；当机器的锁模力不足时，就应提高注塑机规格。在满足注射量的前提下，可降低注射压力或减小注料口截面积，也可缩短保压及增压时间，减小射料杆行程，或考虑减少型腔数。

/（l）锁模力不足842．产生原因及排除方法注塑机锁模力太低，不足以维持模具的锁紧造成熔体粘度太低而在模板之间溢料，应适当降低料筒、喷嘴及模具温度。聚酰胺等粘度较低的熔料，仅靠改变成型条件来解决溢料飞边缺陷是很困难的。应尽量精密加工及研修模具，减小模具间隙。/（2）料温太高85造成熔体粘度太低而在模板之间溢料，应适当降低料筒、喷嘴及模具（3）模具缺陷

模具缺陷是产生溢料飞边的主要原因。确保动模与定模对中，并检查分型面是否贴合，型腔及模具型芯部分的滑动件磨损间隙是否超差，分型面上有无粘附物或落入异物，模板间是否平行，有无弯曲变形，模板的开距有无按模具厚度调节到正确的位置，锁模块表面是否损伤，拉杆有无变形不均，排气槽孔是否太大太深等。/检查模具：86（3）模具缺陷确保动模与定模对中，并检查分型面是否贴合，检注射速度太快，注射时间过长，注射压力在模腔中分布不均，充模速率不均衡，加料量过多，润滑剂使用过量。//（4）工艺条件控制不当例如：都会导致飞边87注射速度太快，（4）工艺条件控制不当例如：都会导致飞边872.3.3.熔接痕在熔融塑料填充型腔时，如果两股或更多的熔料在相遇时，前沿部分己经冷却，使它们不能完全融合，便在汇合处产生线性凹槽，形成熔接痕。1.含义熔接痕形成示意图

882.3.3.熔接痕在熔融塑料填充型腔时，如果两股或更多的熔料可适当提高料筒及喷嘴的温度，或者延长注射周期，促使料温上升。同时，应节制模具内冷却剂的通过量，适当提高模具温度。如果由于特殊需要，必须采用低温成型工艺时，可适当提高注射速度及注射压力，从而改善熔料的汇合性能。也可在原料配方中适当增用少量润滑剂，提高熔料的流动性能。/2．产生原因及排除方法（1）料温太低低温熔料的分流汇合性能较差，容易形成熔接痕。89可适当提高料筒及喷嘴的温度，或者延长注射周期，促使料温上升。在可能的条件下，应选用一个点位进料。为了防止低温塑料注入模腔产生熔接痕，可在提高模具温度的同时，在模具内设置冷料腔。不同浇口位置对熔接痕的影响如图示。（2）模具缺陷尽量采用分流少的浇口形式，合理选择浇口位置，改变浇口位置对熔接痕的影响尽量避免充模速率不一致及充模料流中断。90在可能的条件下，应选用一个点位进料。（2）模具缺陷尽量采用分（4）脱模剂使用不当

在注塑成型中，原则上应尽量减少脱模剂的用量。（6）熔接角度太小

不同塑料都有自己的极限熔接角度。若汇合角度小于极限熔接角度，就会出现熔接痕，若大于极限熔接角度，熔接痕便消失。极限熔接角度值一般在135°左右。/

（3）模具排气不良先检查模具排气孔是否被塑料固化物或其他物体阻塞，浇口处有无异物。在模具汇料点处增加排气孔，也可重新定位浇口，或适当降低合模力，增大排气间隙来加速汇料合流。91（4）脱模剂使用不当（3）模具排气不良先检查模具排气孔是否（8）其他原因

使用的原料水分或易挥发物含量太高，模具中的油渍未清除干净，模腔中有冷料或塑料内的纤维填料分布不良，模具冷却系统设计不合理，熔料硬化太快，嵌件温度太低，喷嘴孔太小，注射机塑化能力不够，柱塞或注射机料筒中压力损失大，（7）塑料的流动性不好提高塑料流动性有助于减小缝合线，所以在塑件性能许可范围内，可以考虑改用流动指数（MI）值较高的塑料。导致不同程度熔接不良//92（8）其他原因（7）塑料的流动性不好提高塑料流动性有助于减2.3.4.翘曲变形由于产品内部收缩不一致,导致内应力不同引起变形，如图所示。1.含义图:制品变形示意图932.3.4.翘曲变形由于产品内部收缩不一致,导致内应力不同引2．产生原因及排除方法热处理的方法是：塑件脱模后将其置于较高温度下保持一定时间再缓冷至室温，即可大量消除塑件内的取向应力。

/（l）分子取向不均衡为了尽量减少由于分子取向差异产生的翘曲变形，应创造条件减少流动取向及缓和取向应力的松弛，最有效的方法是降低塑料温度和模具温度，并与塑件的热处理结合起来，942．产生原因及排除方法热处理的方法是：塑件脱模后将其置于较高设计塑件结构时，各部位的断面厚度应尽量一致。塑件在模具内必须保持足够的冷却定型时间。如果塑件的各个部分冷却不均匀，就会发生向温度高的一侧弯曲的情形，如图1-l3所示。（2）冷却不当产品向高温部分收缩95设计塑件结构时，各部位的断面厚度应尽量一致。（2）冷却不当产对于面积较大的矩形扁平塑件，当采用分子取向及收缩大的树脂原料时，应采用薄膜式浇口或多点式浇口，尽量不要采用侧浇口，对于环型塑件，应采用盘型浇口或轮辐式浇口，尽量不要采用侧浇口或针浇口，对于壳型塑件，应采用直浇口，尽量不要采用侧浇口/（3）模具浇注系统设计不合理在确定浇口位置时，不要使熔料直接冲击型芯，应使型芯两侧受力均匀；96对于面积较大的矩形扁平塑件，当采用分子取向及收缩大的树脂原料在模具设计方面，应合理设计脱模斜度，顶杆位置和数量，提高模具的强度和定位精度，对于中小型模具，可根据翘曲规律来设计和制作反翘模具。在模具操作方面，应适当减慢顶出速度或顶出行程。（5）工艺操作不当

应针对具体情况，分别调整对应的工艺参数。//（4）模具脱模及排气系统设计不合理97在模具设计方面，应合理设计脱模斜度，顶杆位置和数量，提高模具2.3.5.缩痕与气孔缩痕是由于塑料的注射量低于模腔的容积，造成塑件表面局部下陷而产生的。一般发生在塑件的厚壁区，或者是筋、凸毂、内圆角相接的平面上。气孔是塑件内部的真空气泡。发生缩痕和气孔是因为塑件冷却时，塑件壁厚差异太大，在厚壁处局部收缩没有足够的塑料补偿而形成；/1.含义982.3.5.缩痕与气孔缩痕是由于塑料的注射量低于模腔的容积，因散热不均等因素，在与筋或外平面相接的另一侧常常发生凹陷，如图所示。图：改变壁厚减小缩痕

假如表层的刚性足够强，例如：使用工程塑料，则表层凹陷可能被内层的气泡取代。/塑件外侧凝固后，内层开始冷却，塑料收缩导致表层塑料向内拉，因而造成缩痕。幻灯片3599因散热不均等因素，在与筋或外平面相接的另一侧常常发生凹陷，如2．产生原因及排除方法适当提高注射压力及速度，增加熔料的压缩密度；延长注射和保压时间，补偿熔体的收缩；增加注射缓冲量。当缩痕和凹痕发生在浇口附近时，可通过延长保压时间来解决；当缩痕在壁厚处产生时，应适当延长塑件在模内的冷却时间；如果嵌件周围由于熔体局部收缩引起凹陷及缩痕，是由于嵌件的温度太低造成的，应设法提高嵌件的温度；如果由于供料不足引起塑件表面凹陷，应增加供料量/.（1）成型条件控制不当1002．产生原因及排除方法适当提高注射压力及速度，增加熔料的压缩（3）原料不符合成型要求

对于表面要求比较高的塑件，应尽量采用低收缩率的树脂，也可在原料中增加适量润滑剂。含湿气的塑料可能会造成气孔，因此要注意原料的干燥/。（2）模具缺陷适当扩大浇口及流道截面，浇口位置尽量设置在对称处，进料口应设置在塑件厚壁的部位。如果凹陷和缩痕发生在远离浇口处，一般是由于模具结构中某一部位熔料流动不畅，妨碍压力传递。应适当扩大模具浇注系统的结构尺寸。101（3）原料不符合成型要求（2）模具缺陷适当扩大浇口及流道截粗厚件易产生凹痕。修改塑件的设计厚度，使得壁厚的变化最小。添加其他的表面特征以隐藏凹痕，例如在发生凹痕的表面设计一系列的齿状结构，如图所示。（4）塑件结构设计不合理图1-l6肋的设计以消除凹陷和气孔

102粗厚件易产生凹痕。（4）塑件结构设计不合理图1-l6肋的设2.3.6.流痕流痕是塑件在浇口附近形成的涟波状的表面瑕疵。原因：是塑件温度分布不均匀或塑料凝固太快，熔体在浇口附近产生乱流、形成冷塑料或是保压阶段没有补偿足够的塑料所致。成型制品表面的线状痕迹显示了熔体流动的方向。/1.含义1032.3.6.流痕流痕是塑件在浇口附近形成的涟波状的表面瑕疵。造成这些问题的因素包括：熔胶温度太低、模具温度太低、注射速度太低、注射压力太低或者流道和浇口太狭小。/104造成这些问题的因素包括：熔胶温度太低、1042．产生原因及排除方法对于特定的模具和塑料，可以缩短竖浇道的长度：可适当扩大浇口及流道面积，截面最好采用圆形，这种截面能够获得最佳充模。/（l）熔料流动不良导致塑件表面产生以浇口为中心的年轮状流痕可分别采取提高模具及喷嘴温度，提高注射速率和充模速度，增加注射压力及保压和增压时间。1052．产生原因及排除方法对于特定的模具和塑料，可以缩短竖浇道的料温对熔料流动性能影响越大，越要注意冷料井尺寸的大小，使得在充填阶段，熔胶波前的低温塑料不会进到模腔。模具的浇口应设置在厚壁部位，浇口形式最好采用柄式、扇形或膜片式。应改善模具的排气能力。/注料口底部及分流道端部应设置较大的冷料井。一般来说，冷料井的长度等于流道直径。106料温对熔料流动性能影响越大，越要注意冷料井尺寸的大小，使得在可适当降低注射速度或对注射速度采取慢、快、慢分级控制。/（2）熔料在流道中流动不畅导致塑件表面产生螺旋状流痕

当熔料从流道狭小的截面流入较大截面的型腔或模具流道狭窄表面粗糙度很高料流很容易形成湍流导致塑件表面形成螺旋状流痕解决方法：107可适当降低注射速度或对注射速度采取慢、快、慢分级控制。/（2若加工温度较高，树脂及润滑剂产生的挥发性气体会使塑件表面产生云雾状流痕。（3）挥发性气体导致塑件表面产生云雾状流痕适当降低模具及机筒温度，适当扩大浇口截面，降低料温及充模速率，改善模具的排气条件，还应考虑更换润滑剂品种或减少其用量。//解决方法：例如：ABS或其他共聚型树脂108若加工温度较高，树脂及润滑剂产生的挥发性气体会使塑件表面产生2.3.7.迟滞效应

迟滞效应是一种塑件表面的瑕疵，它是熔胶流经薄壁或壁厚突然变化的区域而造成的流动停滞，如图1-25所示。1.定义图1-25停滞流动的熔胶造成迟滞效应1092.3.7.迟滞效应迟滞效应是一种塑件表面的瑕疵，1.定义当熔胶进入厚度变化的模腔时，会朝向壁较厚与阻力较小的区域充填，结果使薄区流动停滞，直到薄区以外部分都完成充填，停滞的熔胶才继续流动。但是，停滞太久的熔胶可能会在停滞处就先行凝固，当凝固的熔胶被推到塑件表面，就会产生迟滞效应。/110当熔胶进入厚度变化的模腔时，会朝向壁较厚与阻力较小的区域充填2．排除方法（1）调整成型条件

提高熔胶温度、增加注射压力或者两者都用。

（2）变更塑件设计

尽量减少塑件壁厚的变化。（3）变更模具设计

浇口位置应该远离壁厚较薄的区域或壁厚突然变化的区域，这样可使迟滞效应延后发生，或在较短时间内结束。/要排除塑件的迟滞现象，必须重新设计塑件与模具；成型条件的微小调整也是可以考虑的方式之一。1112．排除方法（1）调整成型条件要排除塑件的迟滞现象，必须重将浇口远离薄壁区可以降低迟滞效应。图1-26不当的浇口位置所造成的熔胶迟滞流动///112将浇口远离薄壁区可以降低迟滞效应。图1-26不当的浇口位

谢谢113谢谢113注射成型过程及产品质量分析北京工商大学材料系王澜114注射成型过程及产品质量分析北京工商大学材料系1一.注射成型过程分析1.1.注射充模过程及熔体流动分析1.2、保压过程及分析1.3、倒流与冷却定型过程及分析二、注射成型制品的质量控制2.1.注射成型制品的内应力2.2.制品质量控制因素的分析2.3.注塑成型缺陷及解决方法115一.注射成型过程分析2一.注射成型过程分析116一.注射成型过程分析3聚合物的注射成型主要包括三个基本过程：塑化熔融、注射充模、冷却定型.这些过程与制品质量、生产效率、原料、工艺性能等因素有密切关系。/机筒中的聚合物：机筒加热和螺杆剪切的双重作用固态→熔融状态保压冷却定型制品充模螺杆以高压、高速推动117聚合物的注射成型主要包括三个基本过程：机筒中的聚合物：机筒加1.1.注射充模过程及熔体流动分析注射充模过程----塑化良好的聚合物熔体，在柱塞或螺杆的压力作用下，由料筒经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模腔这一阶段称为注射充模过程。这是一个非连续非等温的体系，要从理论上进行定量分析更为不易，人们更多的是通过实验测定来揭示这一过程的影响因素及其内在的规律性。根据聚合物熔体注射的流动历程，对物料在料筒、喷嘴的流动，物料充模流动作一简要的分析。/

1181.1.注射充模过程及熔体流动分析注射充模过程----塑化塑料熔体进入模腔内的流动情况可分为充模、保压、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。②.保压阶段t2～t3

③.倒流阶段t3～t4

④.冻结后的冷却阶段t4～t5

①.充模阶段t0～t2空载期t0～t1充模期t1～t2119塑料熔体进入模腔内的流动情况可分为充模、保压、倒流和浇口冻结1.1.1

物料通过料筒的压力损失柱塞式注射机，柱塞向前运动时，先将未熔融的粒子压缩，然后将熔融料注入喷嘴和模腔内，前者的阻力很大，引起很大的压力降，甚至可达料筒总压力降的80％，并且还影响熔体的注射速度。压紧粒料的压力降损失值ΔPg可用下式作近似计算：注射时，熔融物料通过料筒的运动特性，对往模腔内供给熔体和传递压力都有重要影响.柱塞式1201.1.1物料通过料筒的压力损失柱塞式注射机，柱塞向前运动式中qv——熔体通过料筒的体积流量cm3/sR——料筒内壁半径cm，η——牛顿流体的粘度L2——熔体流经料筒的长度cm上式表明，高聚物熔体在料筒中的压力损失随料筒内熔体的长度、熔体的粘度和体积流率的增大而增加，随料筒半径的增大而减小。/熔体在料筒中流动的压力损失为：121式中qv——熔体通过料筒的体积流量cm3/s熔体在料筒中流这样，柱塞式注射装置料筒中物料总的压力损失应为前二者之和：螺杆式注射装置由于螺杆在塑化时的旋转，把熔料推向螺杆前方，注射时，螺杆前移，将熔料推向喷嘴。熔料在料筒内的压力损失主要来自熔体的摩擦阻力和喷嘴的阻力，压力损失较少，主要决定于熔体的粘度与流率qv。熔体的流动速度应基本与螺杆平移速度同步进行。/螺杆式122这样，柱塞式注射装置料筒中物料总的压力损失应为前二者之和：螺1.1.2.熔体在喷嘴中的运动首先，熔体通过喷嘴孔时的压力损失值仍可用进行近似计算。由于喷嘴孔直径小，其注射压力损失值应增大，当体积流率qv一定时，通过喷嘴的剪切速率将增大，熔体通过喷嘴时定会发生明显的温升。对于聚合物熔体，大多数属于假塑性流体，在高剪切与温升作用下，其表观粘度必然下降，这可以使压力损失值下降。/可预料：1231.1.2.熔体在喷嘴中的运动首先，熔体通过喷嘴孔时的压力损由图看出，主要生热效应发生在喷嘴的入口处。当喷嘴孔直径和注射压力一定时，熔体温升随注射速率增加而增加。为什么热稳定性差的塑料不宜采用细孔喷嘴进行高速注射充模？/图:PS在直径1mm长10mm的细孔喷嘴中温度分布压力：a-73Mpa,b-77MPa，c-100MPa，d-ll5MPa1-离开喷嘴后，2-在喷嘴细孔中，3-在喷嘴细孔入口附近，4～9-沿喷嘴长度的不同点，10-料筒头部124由图看出，主要生热效应发生在喷嘴的入口处。图:PS在直径11.1.3.熔体在模腔中的充模流动分析熔体→主浇道→分浇道→浇口→模腔这一历程很短，但热熔体在其内的流速、温度与压力都产生很复杂的变化。简要说明：熔体充模时流动的一般特性影响充模的各种因素。/1251.1.3.熔体在模腔中的充模流动分析熔体→主浇道→分浇道→⑴．熔体在模具浇注系统内的流动正如流过喷嘴一样，熔体流过主浇道、分浇道和浇口时也有温度变化和压力损失，浇注系统的加热状态、熔体的流变性能、浇注系统形状和尺寸.影响126⑴．熔体在模具浇注系统内的流动正如流过喷嘴一样，熔体流过主浇熔体流过冷浇道时，浇道温度远低于熔体温度，紧贴壁的熔体被迅速冷凝而形成不动壳层。因而使熔体能通过的截面积减小，流动阻力增大，使熔体的压力损失增加，降低了充模的模腔压力。/熔体流过热浇道时，温度保持在熔点以上，其温度变化和压力损失的影响因素与经过喷嘴的情况相似。127熔体流过冷浇道时，浇道温度远低于熔体温度，紧贴壁的熔体被迅速影响冷凝壳层厚度的因素：熔体的冷凝速度、聚合物的热物理性能、熔体温度、熔体流动速度、模具温度等。易结晶的聚合物当温度低于熔点时会很快凝固，如尼龙6，降低熔体温度和模具温度都会使壳层加厚。/128影响冷凝壳层厚度的因素：易结晶的聚合物当温度低于熔点时会很快浇口大小压力损失、剪切速率过大的剪切速率会使熔体出现不稳定流动现象浇口越小→压力损失增大→剪切速率提高→熔体温度迅速上升→烧焦和降解现象。当浇口尺寸已定时，提高熔体温度是防止不稳定流动的有效措施，在熔体温度不允许有变化时，可适当降低注射压力以降低注射速度，从而避免不稳定流动发生。/129浇口大小压力损失、剪切速率过大的剪切速率会使熔体出现不稳定流对大多数塑料熔体来说，增大浇口截面积提高熔体充模时的体积流率有一极限值，当浇口截面积超过此值之后，反而会使体积流率下降。在大多数情况下，截面积小的浇口更有利于熔体的快速充模。/130对大多数塑料熔体来说，增大浇口截面积提高熔体充模时的体积流率大多数情况下，减小浇口的截面积，剪切速率因流速的提高而增大，同时高剪切速率下产生的摩擦热会使熔体温度提高，这二者都使通过浇口的熔体粘度下降，而粘度下降又将会导致熔体的体积流率增大。/塑料熔体大多具有假塑性流体的流变特性，其表观粘度与剪切速率之间存在ηa=Kγn-1(n＜1)的关系。解释131大多数情况下，减小浇口的截面积，剪切速率因流速的提高而增大，⑵.熔体在模腔内的流动熔体的充模过程----是从聚合物进入模腔开始到模腔被充满时为止。熔体充模的流动应为层流流动，图：充模时熔体前缘变化的各阶段，l-开始阶段2-过渡阶段3-主阶段起始阶段，熔体流前缘呈圆弧形；过渡阶段，前缘从圆弧形逐渐过渡到直线形；主阶段，熔体主流，前缘呈直线移动，直至充满模腔。/132⑵.熔体在模腔内的流动熔体的充模过程----是从聚合物进入模熔体在典型模腔内的流动方式

133熔体在典型模腔内的流动方式20图3-30沿圆周方向的充模流动

如果对于浇口位于制品中心且轴线垂直于圆片制品的模腔进行充模时，熔体料流则以浇口为中心，用差不多相同的速度向周围方向铺展流动充模。/↑图3-29充填圆片状模腔时熔体前缘前后相继出现的位置

134图3-30沿圆周方向的充模流动如果对于浇口位于制品中心且熔体遇到障碍物时的充模流动：流动方向一般分为两股，绕过障碍物再汇合在一起，在汇合处常有熔接缝形成，熔体流过不同断面形状障碍物时，速度变化与流动情况不同。较好的断面形状是圆柱形，绕过圆柱形障碍的熔体质点其运动速度是逐渐升高和下降的，而且升降幅度最小。形成一个无熔体存在的封闭三角区。/。图3-31塑料熔体围绕不同形状的障碍物流动时速度V的变化a）矩形b）圆柱形c）菱形135熔体遇到障碍物时的充模流动：流动方向一般分为两股，绕过障碍物熔体在模腔内的流动类型

136熔体在模腔内的流动类型23流速过小：延长充模时间，降温引起熔体粘度提高，流动性下降充模不全，出现分层和结合不好的熔接痕。/快速充模：湍流流动易将空气带入成型物内模内空气难于排出制品存在较大的内应力。慢速充模：层流流动可避免以上的缺陷137流速过小：快速充模：湍流流动24⑶、熔体流动的运动机理

熔体在模腔内的运动，主要是料流中心高速运动的熔体不断追上并突破前缘膜，进而转向模壁，被迅速冷却。这种进程交替进行着，充模时的这种流动方式容易使制品表面出现波纹。/138⑶、熔体流动的运动机理熔体在模腔内的运动，主要是料流中心高注射制品表面有时出现小波纹的原因：根据熔体流动的运动机理，只有当熔体的冷却速率很高，而注射压力、注射速度和模具温度偏低时，才容易在制品表面上留下这种波纹。只要适当调节注射成型工艺，使这种波纹在冷却定型之前被随后到来的熔体所传递的压力“熨平”，就不会在制品表面出现了。较高的注射压力、注射速度、模具温度，有利于获得光洁平整表面的制品。/139注射制品表面有时出现小波纹的原因：只要适当调节注射成型工艺，1.2、保压过程及分析熔体充满模腔时，模内压力还较低，图中tβ点的压力值，为达到制品质量要求，柱塞或螺杆将继续前进，再注入一些熔体。使已充满的模腔压力迅速上升，达到了最大值，图中的t2～t3。在这期间柱塞或螺杆将慢慢地对模腔内进行补料，使由于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。这一过程就是保压过程。它持续到浇口凝封为止。/1401.2、保压过程及分析熔体充满模腔时，模内压力还较低，图中t当注射成型薄壁或浇口很小的制品时，由于浇口或模腔浇道很快凝封则保压过程不很明显。对于成型厚壁且浇口较大制品时，必须有保压过程进行补料，才能获得形状完整而密实的制品。保压的作用：熔体紧密贴合模腔壁，精确取得模腔型样，完成不同时间、不同流向熔体的相互融合，使成型物增密，补充因冷却而引起的体积收缩。/141当注射成型薄壁或浇口很小的制品时，由于浇口或模腔浇道很快凝封影响保压效果的因素：浇口处的压力——决定模腔所能达到的最大压力。充模结束时熔体的流动性——决定压力向远离浇口处传递的难易。可见：P注射↑、喷嘴及浇道处阻力↓，有利于P浇口↑；T熔体↑T模具↑V注射↑δ模腔↑有利于改善模腔内的压力传递。/142影响保压效果的因素：浇口处的压力可见：P注射↑、喷嘴及浇道处一是模腔充满后，料筒前端仍有一定量的熔体，二是从料筒到模腔的通道允许熔体通过（即浇道系统尚未凝封）。影响保压补料效果的主要因素是模腔内压力（称保压压力或二次注射压力）和保压时间。/实现保压补料的必要条件是：143一是模腔充满后，料筒前端仍有一定量的熔体，实现保压补料的必要保压时间对保压补料效果、凝封压力和冷却定型有较明显的影响。用柱塞式注射机和较大浇口模具成型PS匣形制品，加工温度为254℃，注射压力112MPa，在其它条件不变下，改变保压时间所得制品的质量、收缩率、凝封压力和模腔压力为零时的时间数据如表3－7所示。144保压时间对保压补料效果、凝封压力和冷却定型有较明显的影响。用如果在保压期内补料过量，那么当浇口凝封时，模腔中的残余压力就比较大，以致使脱模困难。此外，制品中的取向程度也随保压时间延长而提高。145如果在保压期内补料过量，那么当浇口凝封时，模腔中的残余压力就1.3、倒流与冷却定型过程及分析1.3.1熔体的倒流

保压阶段结束后，螺杆或柱塞要后退，这时模腔中熔体就要倒流。原因：在浇口冷凝之前，就解除模腔的外压。过程：外压解除——模内压高于外压——倒流——内压下降——流速下降——浇口熔体冷却———凝封。/1461.3、倒流与冷却定型过程及分析1.3.1熔体的倒流

保压阶1.3.2．浇口冻结后的冷却曲线2和曲线3的区别在于前者的保压时间为C2D2，后者延长到C2D3。D点时保压期结束,柱塞或螺杆后退，随之出现倒流引起模内压力沿DE下降，E为凝封点。凝封点之后模腔内的物料量不再改变，即比容为定值，故温度和压力沿EF呈直线下降。/曲线1是在模腔压力较低的情况下压实而且浇口凝封发生在柱塞或螺杆后退之前，即外压解除后无熔体倒流。1471.3.2．浇口冻结后的冷却曲线2和曲线3的区别在于前者的保由此不难看出，制品的密度在很大程度上由凝封时模腔内的温度和压力决定的。制品的密度或质量一般随凝封时压力的增大而增加。/保压时间短，则聚合物的凝封温度高，凝封的模腔压力就低，所得制品的密度也就小。148由此不难看出，制品的密度在很大程度上由凝封时模腔内的温度和压在冷却过程中，温度降到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：重要标志：pE=0若出现在冷却过程初期，则模腔内凝固层较薄，无足够强度抵抗随后因内部冷却收缩而出现负压，制品表面将出现凹痕；pE=0若在冷却过程中期出现，内部未凝熔体会在足够厚外表壳层拉应力作用下而产生缩孔；pE=0只有在冷却过程后期，制品内外都已凝固，才不致发生上述的缺陷。/幻灯片98

残余压力为零是冷却过程结束。149在冷却过程中，温度降到Tg(或热变形温度)以下，压力下降到与塑料热扩散系数、制品壁厚、熔体温度、模具温度制品取出时所允许最高温度（Tg或热变形温度）等式中：t——最短冷却时间，Sδ——制品厚度，cmα——聚合物热扩散速率，cm2/sT2——制品脱模温度，℃Tφ——模具温度℃T1——模腔内熔体的平均温度，℃/制品在模具中所必须的最短冷却时间在给定模温下，制品在模腔中的冷却时间可用下面公式估算：150塑料热扩散系数、制品壁厚、式中：t——最短冷却时间，S制品在在估算最短冷却时间时，应注意壁很厚的制品并不要求在脱模前内外全部凝固，而只需外部凝固层厚度能保证顶出时有足够的刚度即可。对壁很薄的制品，应注意充模时较高程度的大分子取向对其热变形温度的影响，而熔体的冷凝大部分发生在充模时间内。/151在估算最短冷却时间时，38凝封压力和温度对制品的性能有很大的影响，通常可以用改变保压时间来调节这两个参数，以此来改善制品的性能。//综上所述,152凝封压力和温度对制品的性能有很大的影响，综上所述,39二、注射成型制品的质量控制153二、注射成型制品的质量控制40在注射过程中，由于应力与温度梯度的存在，使制品在冷却时或冷却后，各个局部仍存在不同的应力状态，使制品内部材料分别受到伸缩或剪切作用。在成型后制品内部分子间仍然存在的应力就是内应力。注射制品存在内应力是较普遍的，它影响制品的力学、使用性能，会使制品发生翘曲和在外界环境应力和腐蚀介质作用下开裂。/2.1.注射成型制品的内应力154在注射过程中，由于应力与温度梯度的存在，使制品在冷却时或冷却2.1.1．内应力的产生一是由于温度梯度产生的体积温差应力。二是由于分子解取向受到阻滞而产生的取向应力。三是结晶聚合物产生的内应力。四是由金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力。可见，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，它对制品的物理力学性能的影响最大。/在注射成型过程中，制品内应力的产生可能来自以下几个方面：1552.1.1．内应力的产生一是由于温度梯度产生的体积温差应力。2.1.2．影响内应力的因素温度应力产生于充模时熔体与模壁的巨大温差，材料冷凝收缩先后不同，当内层熔料不断冷却时，不能自由收缩，就产生了拉伸应力，而壳层处则相应产生压缩应力。在浇口尚未凝封的保压期间进行补料，可使已凝固的表层受到拉伸，即在其中产生拉伸应力。若拉伸应力能与由温度差产生的压缩应力抵消，则与冷却有关的温度应力有可能消失。/⑴.温度应力的影响因素1562.1.2．影响内应力的因素温度应力产生于充模时熔体与模壁的如果模腔内压力较低，或者保压时间较短，上述拉伸应力不足以抵消压缩应力，那么温度应力就会保留在制品内。由此可见，注射过程中，增大模内压力、延长保压时间是有助缓解成型制品的温度应力的。/157如果模腔内压力较低，或者保压时间较短，上述拉伸应力不足以抵消⑵.取向应力的影响因素①熔体温度：熔体温度高、粘度低、剪切应力降低、取向度减小。同时，由于熔体温度高会使应力松弛加快，解取向作用加强。/取向应力产生于分子解取向受到阻碍.由分子链取向形成的.影响取向应力的因素有：158⑵.取向应力的影响因素①熔体温度：取向应力产生于分子解取向受③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；④模具温度：模具温度提高有利于取向应力减少。由于塑料件内的大分子链取向构象主要集中在制品外层和浇口附近，因此，薄壁长流程制品外层和浇口附近将产生较大的取向应力。/②保压时间：延长保压时间可使取向应力不断增大，159③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2.1.3．用热处理方法降低与消除内应力通过热处理可以使高聚物分子由不平衡构象向平衡构象转变，使强迫冻结处于不稳定的高弹形变获得能量而进行热松弛，从而降低或基本上消除内应力。/对于分子链刚性较大、Tg较高的聚合物，对于壁厚不均匀性较大、或带有金属嵌件的制品，对使用温度范围较宽和尺寸精度要求较高的制品等在加工过程中很容易产生内应力又难以消除在注射成型后都必须而且可通过热处理方法消除或减小内应力1602.1.3．用热处理方法降低与消除内应力通过热处理可以使高聚161482.2.制品质量控制因素的分析1622.2.制品质量控制因素的分析49检验一个合格、优质的注射制品应该包括制品的内部性能和外观质量两个方面。内部性能-----制品的力学性能拉伸强度、冲击强度、模量及制品的熔合强度外观质量------制品的尺寸精度和表面光洁度聚合物的种类、制品形状和机械设备、模具与注塑工艺条件当聚合物与制品已选定，工艺条件与模腔结构就是主要的影响因素。/163检验一个合格、优质的注射制品应该包括制品的内部性能和外观质量2.2.1.注射制品力学性能的影响因素注射制品的拉伸强度、冲击强度。制品的分子结构成型中形成的内应力大小与分布各种工艺因素结晶、晶型结构、取向程度。温度、压力、时间。1642.2.1.注射制品力学性能的影响因素注射制品的制品的分子结⑴.注射温度注射温度对拉伸强度的影响从图可看到，非结晶性塑料的拉伸强度随注射温度的提高均趋于降低