注塑成型工艺注射模新技术的应用

第十二章注射模新技术应用热固性塑料注射成型重点掌握注塑成型工艺注射模新技术的应用第1页一、发展概况

③制件含有变形小、耐高压、抗老化、耐燃烧等一系列特点。

热固性塑料优点：①含有大量填料，价格低廉，仅为热塑性塑料1/2～1/3。②制件外观有热塑性塑料制件不能相比光泽。④在水润滑条件下含有较低摩擦因数(0．0l～0．03)。

注塑成型工艺注射模新技术的应用第2页国外热固性塑件加工方法：上世纪60年代前，热固性塑料制件一直是用压缩和压注方法成型，工艺周期长、生产效率低、劳动强度大、模具易损坏、成本较高。60年代后，热固性塑料注射成型得到快速发展，压缩成型工艺在欧、美、日等工业先进国家已逐步被注射工艺所取代。当前，日本85％以上热固性塑料制件都是以注射成型方法取得。注塑成型工艺注射模新技术的应用第3页

我国20世纪70年代开始推广应用热固性塑料注射成型工艺，但当前只有3％～4％热固性塑料制件采取了注射成型方法，主要原因是用于热固性塑料注射成型原料需要含有特殊工艺性能(流动与固化特殊要求)，在这方面国内还存在着一定差距。国内热固性塑料加工方法：

因为热固性塑料只能一次性加热变软而含有流动性，废品和凝料不能回收再次利用，其原料利用率低。为此，热固性塑件成型新技术注塑成型工艺注射模新技术的应用第4页②国外开发成功了热固性塑料注压成型新工艺。注压成型将注射和压缩成型二者优点结合起来，熔体在不闭模时低压注射，充模结束时模具完全闭合，型腔中物料在高压、高温下固化。①国外自20世纪70年代以来已开始研制应用无流道凝料热固性塑料注射成型工艺，并已取得了很好成绩。当前已经有能够快速固化无流道注射成型专用热固性塑料原料出售。③20世纪80年代国外又在注压工艺上深入发展为无流道注压成型工艺。1982年美国Durez塑料企业已取得四项无流道注压工艺专利。注塑成型工艺注射模新技术的应用第5页二、工艺关键点及模具介绍

热固性塑料注射成型特点

需采取专门热固性塑料注射机。成型时将粉状或粒状塑料加入注射机料斗内，在螺杆推进下进入料筒，料筒外通热水或热油进行加热，加热温度在料筒前段为90℃左右，后段为70℃左右。物料经过注射机喷嘴孔喷出时，因为猛烈摩擦，料温可达100～130℃。模具温度通常保持在160～190℃(视塑料品种不一样而异)，物料在此温度下快速固化。注塑成型工艺注射模新技术的应用第6页注射工艺关键点

①注射原料在注射机料筒中应处于黏度最低熔融状态。熔融塑料高速流经截面很小喷嘴和模具流道时，温度从70～90℃瞬间提升到130℃左右，到达临界固化状态，这也是物料流动性最正确状态转化点，此时注射压力在118—235MPa之间，注射速度普通为3～4．5m／s。②热固性塑料中含有40％以上填料，黏度与摩擦阻力较大，注射压力也应对应增大，注射压力二分之一要消耗在浇注系统摩擦阻力上。注塑成型工艺注射模新技术的应用第7页

③原料在固化反应中，产生缩合水和低分子气体，型腔须有良好排气结构，不然在注射制件表面会留下气泡和流痕。经典模具结构如图12—l。

与热塑性塑料注射模类似，包含浇注系统、凹模、型芯、导向、推出机构等，注射机上采取一样安装方法。热固性塑料注射模温度通常需要保持160—190℃高温，模具多采取电加热法。

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热固性塑料注射模设计注意点

①因热固性塑料成型时在料筒内没有加热到足够温度，所以希望使主流道断面积小一些以增加摩擦热，因为凝料不能回收，减小主流道在经济上也有好处。

②热塑性塑料注射模常利用分型面和推杆等配合间隙排气即可，而热固性塑料成型时排出气体多，仅利用配合间隙排气往往不能满足要求，在模具上要开设专门排气槽。

③因为熔融温度比固化温度低，在一定成型条件下熔料流动性很好，能够流入细小缝隙中成为毛边，所以要提升模具分型面合模后接触精度，防止采取推件板式结构，尽可能少用镶拼成型零件。注塑成型工艺注射模新技术的应用第9页

④注射工艺要求模具温度高于注射机料筒温度，轻易造成制件与型芯之间有较大真空吸力，使制件脱模困难，因而要提升模具推出能力。

⑤因填料冲刷作用，要求模具成型部位含有很好耐磨性及较低表面粗糙度。

⑥注射模在高温、高压下工作，应严格控制模具零件尺寸精度，尤其是活动型芯、推杆等一类零件。

⑦必要时应能分别控制动模和定模温度，减小凹模与型芯温差。为了防止散热过多，还应在注射模与注射机之间加设石棉垫板等绝热材料。注塑成型工艺注射模新技术的应用第10页第二节无流道成型什么是无流道？

指在浇注系统中无流道凝料。怎样实现无流道？

在注射模中采取绝热或加热方法，使从注射机喷嘴到型腔入口这一段流道中塑料一直保持熔融状态，从而在开模时只需取出塑件，而无须清理浇道凝料。

无流道模具是注射成型工艺上一次革命，也是注射模具设计一次革新，这类模具在美国、日本等先进国家应用已很普遍，在注射模具中约占总数40％以上。我国现在处于研制推广阶段，它是今后注射模具浇注系统一个主要发展方向。

注塑成型工艺注射模新技术的应用第11页一、无流道成型优缺点和模具设计标准1．无流道成型优点①基本可实现无废料加工，节约原料。②省去除料把、修整塑件、破碎回收料等工序，因而节约人力，简化设备，缩短成型周期，提升了生产率，降低成本。③省去取浇注系统凝料工序，开模取塑件依次循环连续进行生产，尤其是针点浇口模具，能够防止采取三板式模具，防止采取次序分型脱模机构，操作简化，有利于实现生产过程自动化。

④因为浇注系统熔料在生产过程中一直处于熔融状态，浇注系统通畅，压力损失小，能够实现多点浇口、一模多腔和大型模具低压注塑；还有利于压力传递，从而克服因补塑不足所造成制作缩孔、凹陷等缺点，改进应力集中产生翘曲变形，提升了塑件质量。

⑤因为没有浇注系统凝料，而缩短了模具开模行程，提升了设备对深腔塑件适应能力。注塑成型工艺注射模新技术的应用第12页2．无流道成型缺点

①模具设计和维护较难，若没有高水平模具和维护管理，生产中模具易产生各种故障。

②成型准备时间长，模具费用高，小批量生产时效果不大。

③对制件形状和使用塑料有标准。④对于多型腔模具，采取无流道成型技术难度较高。3．无流道成型模具设计标准

①原料：

a．适宜加工范围宽，黏度随温度改变而改变很小，在较低温度下含有很好流动，在高温下含有优良热稳定性。注塑成型工艺注射模新技术的应用第13页b．对压力敏感，不加注射压力时熔料不流动，但施以很低注射压力即可流动。这一点能够在内浇口加弹簧针形阀(即单向阀)控制熔料在停顿注射时不流延。c．热变形温度高，制件在比较高温度下即可快速固化顶出，以缩短成型周期。②流道和模体必须实施热隔离，在确保可靠前提下应尽可能降低模具零件与流道接触面积，隔离方式可视情况选取空气绝热和绝热材料(或熔体本身)绝热，也可二者兼用

③热流道板材料最好选取稳定性好、膨胀系数小材料。④合理选取加热元件，加热元件要经过计算确定，热流道板加热功率要足够。⑤在需要部位配置温度控制系统，方便依据工艺要求，监测和调整工作情况，确保热流道工作在理想状态。⑥热流道模具增加了加热元件和温度控制装置，模具结构复杂，所以发生故障概率也对应增大，所以在设计时应考虑装折检修方便。注塑成型工艺注射模新技术的应用第14页二、无流道模具分类

按保持流道温度方式分为：绝热流道模具和热流道模具。

绝热流道模具在生产停机后流道有凝料把，下次开机生产前需要折开模具清理凝料把，所以普通不采取，通常采取无流道模具是热流道模具。1．热流道模具分类(1)延伸式和井坑式喷嘴热流道单型腔模具，属于延长了注射机喷嘴。图12-2延伸式喷嘴，型腔形成喷嘴变型实例。

图12-3井坑式喷嘴，保持注射机原喷嘴长度不变，而使主流道尽可能缩短，在其井底部形成喷嘴，使在注射机喷嘴尖端与浇口之间空间里积满熔融塑料，熔料外层因为接触到冷模具，即使冷凝，但中心部位仍保持熔融状态，若从注射机喷嘴增加注射压力，则能够冲破冷凝层进行注射。注塑成型工艺注射模新技术的应用第15页井坑式喷嘴设计：

图12-4在注射机喷嘴和模具入口间装置主流道杯，因为杯内物料层较厚，且被喷嘴和每次经过塑料不停地加热，其中心部分保持其流动状态，允许物料经过。因为浇口离热源喷嘴甚远，这种形式仅适合用于成型周期较短(每分钟注射3次或3次以上)模具，主流道杯详细尺寸如图12-5和表12—l。杯内塑料质量应为制件质量1／2以下。

注塑成型工艺注射模新技术的应用第16页(2)热流道热分流道模具(外加热)

多腔热分流道模具共同特点：①在模具内设有加热流道板，主流道和分流道截面多为圆形，其尺寸约Ф5～Ф12mm，均设在热流道板内。②热流道板用加热器加热，保持流道内塑料完全处于熔融状态。③流道板利用绝热材料(石棉水泥板等)或空气间隙层与模具其余部分隔热，④浇口型式有主流道浇口和针点浇口两种。主流道型浇口如图12-6，在浇口部分设计有外加热线圈加热。这一点对流动性差塑料很有好处。注意：

即使是热流道模具，当成型周期过长时，浇口处亦有发生冻结危险。

处理方法：

①塑料黏度高、流动性差，采取在给料喷嘴内部安装棒状加热器(即中心鱼雷体)设计，如图12-7。

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鱼雷体尖端呈针形，延伸到浇口中心处，即使加工周期长和流动性差问题，也得到处理。圆锥形喷嘴头部与型腔之间留有0．5mm绝热层为塑料所充满，加热器尖端从喷嘴前端伸出，深入浇口中部离型腔约0．5mm。

图12-8为该处局部放大图。安装在鱼雷体中心是体积很小(Ф6．25～Ф9．42mm)、功率较大(150～600W)棒式加热器。注塑成型工艺注射模新技术的应用第18页②弹簧阀式浇口，如图12-9和图12-10。这种结构热流道模具对塑料熔体黏度低能够防止熔体流涎。在注射过程中浇口处针形阀不停开启，能降低浇口处冻结，同时还能够准确控制补塑时间。这种针形阀式浇口能够在高温高压下快速封闭浇口，能降低塑件内应力，降低内应力开裂和翘曲变形，增加塑件尺寸稳定性。各种塑料适用热流道浇注系统参考表12-20注塑成型工艺注射模新技术的应用第19页2．热流道板设计

(1)热流道板加热功率计算

注塑成型工艺注射模新技术的应用第20页图12—11为带有四个喷嘴热流道板加热器配置情况。其热流道板加热功率可按下式进行计算(12-1)式中P——所需电功率，kW；θ——热流道板所需温度，℃；设温度基点为0℃；m——热流道板质量，kg；t——升温时间(从0℃上升到θ℃)，h；η——效率，伴随加热器与热流道板密贴程度和绝热情况而改变，普通取0．2—0．3。注塑成型工艺注射模新技术的应用第21页(2)热流道板质量设计

为了降低加热器热容量，在强度允许范围内应尽可能降低热流道尺寸，从而减轻热流道板质量。(3)筒式加热器装配

①加热器越长越易弯曲，所以不得不增加装配间隙。为了取得更高热效率，装配孔与加热器径向间隙最好在0．2mm以下。②为了便于更换，加热器安装孔应该是通孔，因钻头加工孔壁较粗糙，其传热效率低，所以应该再用铰刀加工后使用。

③为取出烧坏加热器而扩大装配孔，不但增大了径向间隙，而且会缩短新更换加热器使用寿命。④因为碳钢传热系数较低，钢制热流道板用筒式加热器功率密度最好限定在20W／cm2以下。注塑成型工艺注射模新技术的应用第22页⑤加热器装在运动着模板上时，应牢牢地夹固引出线。⑥应去除加热器安装孔内油污，这么热传导才完全不受妨碍。

⑦应注意出售加热器容量有±10％误差。为了取得热平衡，必须使用实测热容量相同加热器。(4)使热流道板温度均匀一致

必须把加热器配置得能均匀加热各流道，确保热流道板温度均匀一致，不然即使塑料滞留时间比在注射机料筒内短，局部高温也会使塑料发生分解。详细方法：

热流道板和加热器孔最好与流道轴线对称，加热器孔不要过于靠近流道，加热器数量多些为好。对于热流稳定性差且黏度高塑料，设计热流道板时，必须注意预防产生局部过热现象。注塑成型工艺注射模新技术的应用第23页(5)温度控制

测量温度热电偶安装位置非常主要，测量点尽可能设在较深部位，普通设在距加热器和流道二者都靠近位置上，不要设在压圈和防泄漏环附近，以及靠近热流道外侧等有热损失部分。(6)热流道板绝热和安装绝热：

必须充分考虑注射机模板与模具座板、模具座板与热流道板、热流道板与成型模板之间绝热问题。

注射机模板与模具座板之间隔热普通用6～10mm厚石棉板，而模具座板与热流道板、热流道板与成型模板之间大多数留有3～8mm空气层间隙隔热。通常两平板之间热对流在3mm气隙中大致为零，但热辐射依然存在，为提升绝热效果应预防热辐射。安装：

①紧固螺钉，但数目应尽可能少，且热流道板与成型模板接触面积也应在强度允许情况下尽可能缩小，使用材料最好采取导热系数低不锈钢，当然必须充分复核其抗压强度。

注塑成型工艺注射模新技术的应用第24页②使热流道板与成型模板保持同心，在主流道另一侧应设置同心圆盘，使之在承受注射压力情况下，热流道板与成型模板依然保持同心。③各喷嘴应设有对应浇口套，或者装设能承受作用于喷嘴塑料成型压力承压零件。假如这些承压零件位置及接触状态不均衡，则将使流道板变形，造成熔料泄漏，所以必须绝对预防热流道板变形。

(7)热流道板流道内不允许滞留熔料不论哪一个断面形状流道都必须一直保持熔料畅流无阻，不然滞留熔料将发生过热分解，造成塑料褪色或形成黑色条纹。处理方法：

①绝对防止流道断面发生急剧改变。不论流道怎样长，都必须从一端进