成型流程介绍.ppt

1、塑胶成型基础,2020/7/9,2,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,目 录 第一章:射出成型原理探讨 第二章:成型参数的设定 第三章:低压成型技术概述,2020/7/9,3,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,1.前言 热塑性塑胶加热熔解后在成型过程中及完了后又渐渐冷却至定形, 这几乎是所有塑胶成型加工法的必要程序.受热熔解 ,冷却固化, 意味着塑胶分子链团的被解开与再集合, 但射出成型加工的过程,绝非如此而已,它必需在模腔被充满后,为补偿冷却后的容积收缩,而在塑料尚在高温时,

2、适时适量地补充注入. 一定容积的模腔,要挤入较多的塑料, 必定对熔融的塑料形成压缩, 压缩使塑料产生抵抗(模腔內压), 在抵抗仍然存在的時間內适當的保持压力的对抗(避免模腔內塑料逆流)是不可避免的.模腔的充填速度如果太慢 , 则因塑料温度的降低(流动阻抗增加), 有可能使充填无法完全(短射), 或充满后的压缩变成困难, 但充填速度太快,則又容易形成外观上不良的等问题.综上所述,温度, 压力, 速度, 时间和量等五大参数, 对射出成型工程的影响是我们所必需探讨的.,2020/7/9,4,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,2.压力-比容积温

3、度 (1)塑料的热举动 观察因溫度变化,塑料的状态及比容积的变化,热可塑性塑胶可分为 两大类-不定形(amorphous)及结晶性塑胶.(partially crystalline) 结晶性塑胶在低温形成的紧密而规则的分子链缠集结构(结晶区域), 必需被加温到熔解温度(TM)以上,分了链缠才会散开如同下定形塑胶,这时 它才发生熔融而能流动,射出成型的充填和压缩也必需在这个状态下完成 不可.,部分結晶,玻璃态,橡胶态,温度-比容关系图,Tg Tm 温度,比容积(v),2020/7/9,5,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,(2)受热下的热

4、举动 射出成型过程中,塑料的比容积除因温度变化而随着改变外,也会因受 到压缩而改变,它们之间的关系如图:,0 50 100 150 200 250,1.2,1.1,1.0,0.9,0,300,600,800,1000,温度(),比容积,0 50 100 150 200 250,1.1,1.0,0.9,0.8,0,300,600,900,1200,温度(),比容积,1.2,1500,压力,压力,不定形塑胶p-v-t示意图,结晶性塑胶p-v-t示意图,2020/7/9,6,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,检查p-v-t图,必需要加以注目的

5、就是,无论不定形塑胶或结晶性塑胶,其软化或熔解的温度都会因受压程度愈大而形成愈高,因此,加工温度的设定不能只考虑塑料在加热筒內的熔融而已,必需也要将在模腔內被压缩的因素也一并考量. 尤其,结晶性塑胶的温度一降到Tm以下时,就会由熔融状态再度形成结晶的结构,使得流动阻抗大幅的上升,甚至不能流动. 在熔融状态下的塑料,具有相当大的可被压缩性,以大部份射出成型机的能力而言,强制地将过剩的塑料压挤入模腔內，并非难事,在同样条件下,成型品将会残留相当大的內部应力下被冷却固化,当然如此一來,成型品的性能将受到影响,如受一些外力或受化学药品的作用,容易受到破坏,甚至在开模离型的瞬间就会发生破裂.,2020/

6、7/9,7,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,(3).射出工程的p-v-t关系 在射出成型整个过程,塑料的压缩程度(內压),温度的变化和其比容积的发迹是一直互动的,我们可以用下述的过程来说明: 充填(Filling) 熔融的塑料开始被注射,直到模腔刚被充满的阶段. 这一阶段,熔融塑料因流路阻抗而 轻微受压缩,內压缩慢上升,一般而言 较低的料温.较低模温,较长流路,较薄 的肉厚的以及较慢的填充,都会使流路 阻抗较大,而使內压的上升较快.同时, 这一阶段由于热料不断的涌入,所以在 模穴的同一位置,其料溫可视为不变, 塑料的比容积因內压的轻微

7、上升也缓 慢的增加.,压缩结束,充填开始,最后进入模穴的塑胶,最先进入模穴的塑胶,时间,料温,2020/7/9,8,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,压缩(Packing) 充填结束,模穴內塑料比容积仍高,(密度低),所以必需再继续压挤追注的过程. 压缩阶段在一定容积的模腔里,塑胶被不段的压挤,所以內压急剧的上升,其上升的程度主要由压补塑料的量来决定,压缩的量不仅影响內压的上升,也影响成型品的尺寸及性能. 在这一阶段,热料仍继续进入模腔,如果其时间不是太长,则模穴同一位置的料温也仅轻微下降,塑料的比容积主要是因內压的急剧上升而大幅上扬。

8、,2020/7/9,9,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,保持(Holding) 当模穴內塑料被适当压缩后,应立即将注射的压力降低,以防过量,但如降得太低,则会因模穴內塑料沿处于高温高压状态,将发生逆流,所以必需以适当的压力加以对抗,直到入浇口冷凝封住的过程。 在保持的过程,热料不再(或极微量)进入模穴,所以料温较快的冷却,模穴內压可依据下式所代表的原理,逐步下降低: (P+A)(V-W)=RT 式中P:表模穴內压. V:表塑料比容积. T:表塑料温度. A,W及R:是和塑料分子结构有关的系数,2020/7/9,10,Flextroni

9、cs Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,在保持的,塑料的比容积已因被压缩,仅因自然的冷 却收缩而幅度减少,模穴內压主要是随料降低而下降,也 就是说取决于模具的冷却状况。 由于模穴內压随着冷却逐渐下降,所以保持也应该相 对地渐渐降低，否则将形成再压缩的现象,而且当入浇 口已冷凝封住(即使模穴內塑料仍是较高的温度),继续 的施以保持压力,将成为无效。,2020/7/9,11,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,t1,t2,t3,t4,靜压损失,P=Pa,t1,t2,t3,t4,动压损失,流动距离,模穴內压,熔

10、胶推进和模穴內压的形成,P=0,Pa,Pb,2020/7/9,12,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,压力(p),Gate sealing适当温度,1 2充填 2 3壓縮 3 4保壓 5 開模 6 收縮至常溫,1,2,3,4,5,6,温度(T),比容积,时间,內压,1,2,3,4,1,2,3,4,5,6,时间,温度,射出工程中熔融体P-v-T关系示意图,2020/7/9,13,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,A,B,C,V,Ps,A,B,C,PD,PD,Ps,1.充填完了 2

11、.压缩后,1,2,A,A,B,B,C,C,內压,距离,A,B,C,PD: A点和C点间,在充填结束时 的动压损失 PS: A点和C点间,在压缩后的靜 压损失.,2020/7/9,14,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,3.成型收缩解析 (1).成型收缩与后收缩. 控DIN16901的定义,在成型后的24168小时內,并于23 2度的环境下,测量成型品对其模型尺寸差异量的百分比, 称为成型收缩率.,Vs= *100%,Mw-Mf,Mw,Mw: 模型的尺寸 M f: 成形品的尺寸,在168小时以后,成型品的寸如再继续发生变化,这时就 称为后

12、收缩,一般以Ns表示.后收缩的发生,尤其以结晶性塑 胶更为显著(也称为后结晶),后收缩是因为很多复杂原因出 现,但一般可以较高的模温,或是成形后加以适当的热处理來 减少.,2020/7/9,15,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,(2).比容积和收缩的关系. 在成形品的某一特定位置,其成形过程及成型后的p-v-t关 系假设如图,则在该位置的体积收缩率可如下:,压力(p),Gate sealing适当温度,温度(T),目标收缩率,期望比容积,Sv,Vm,Sv(体积收缩率)= = =1-,Vm-Vf,Vm,m(v M-v F),m v M,

13、v F,V M,2020/7/9,16,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,在开模瞬间,成型品的容积可视为约等于模型的容积 ,所以VM(模型的容积)等于成形品的重量m乘以开模当时的比容积v m. 当成形品经完全冷却收缩,其比容积由v M降低到VF(密度增加),可是其重仍然是不变的,所以收缩后的成型品容积V F就等于m乘以V F. 而V F是塑料在常温安定时的比容积,可视为一定,所以体积收缩率就成为是由V M的大小来决定的,开模时,成型品的比容积愈大,则其体积收缩就愈大. 由前面的知识我们可知在开模的瞬间,成型品的不同位置有不同的比容积,所

14、以各位置的收缩率当然也各自不同,一般而言,离浇口愈近,开模时的比容积愈小,所以其收缩率也愈小. 成型品的不同位置,收缩率不相等的现象,也是使成形品容易变形的主要原因之一,所以如何让成形品各位置比容积的差异减小,是成形技术探讨的很重要课题. 事实上,使成形品不同位置有不同的收缩,也不只是比容积分布的差异而已,其它如射出后的塑料分子配向,模温的分布(影响冷却的快慢),成型品的形状等等也都影响收缩的率。,2020/7/9,17,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,(3).比容积变化的原因分折 开模时比容积的大小,决定成型收缩率已如前述,因此为正

15、确地设定成 型工程参数,必需先探讨其影响原因: 保压切换时机 太迟-产生很高內压,如锁模力足够,则发生过度的充填,收缩减少,尺寸增大. 太迟-如锁模力不足,模具将被顶 开,內压因而降低,也不致使成型品有 太小的比容积,但成型品分离面将会 有溢料毛边. 太早-在没有足够的压缩,就切换 成保压，则因保持压较低以及螺杆 前进速度也已减缓,而使模穴內压无 法再上升，形成比容积较高。,1,2,3,P,V,VA,T,VA:期望比容积(开模时) 1.切換保压太迟,过饱和. 2.切換保压太迟,溢料. 3.太早切換保压,压缩不足,2020/7/9,18,Flextronics Corporate Present

16、ation,第一章：成型原理控讨,保持压力和保持时间 无论保持压力太低或保持时间不足,都会使模穴內塑料发生逆流,而形成比容积比期望值高. 如果保持压力太大则会造成过饱和,而保持时间太长则为无意义的浪费.,VA:期望比容积(开 模时) 1.保持压力不足. 2.保持时间不足.,P,V,VA,1,2,2020/7/9,19,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,冷却速度 模溫如果设定太低,将使进入模穴的塑料冷却太快,其影响说明如下: 1.在充填压缩阶段 因流动阻抗的增加,容易发生短射,接合线明显、脆弱、流紋、表面失去光泽，等等不良现象. 同时,也

17、可能使塑料提早发生收缩或结晶,由于收缩使分子链结合力提高,对抗充填或压缩压力的结果,使产生较高的应力残留.,P,V,VA,1,2,VA:期望比容积(开模时) 1.急速冷却,阻碍了正常的收缩. 2.后收缩.,T,2020/7/9,20,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,2.在保持及冷却阶段 较快速的冷却,阻碍了塑料正常的收缩或结晶,也就是说得到的成形品的比容积将比正常的稍高(密度不足),所以尺寸较大,但由于其结构的不稳定,日后或接触较高温度后,将再发生后收缩. 以低模温盛开的产品,除容易发生立可峥的外观不良外,其充填应力的残留或收缩的不全

18、,是使成型品发生裂纹,变形,弯曲及性能低劣的最重要原因。,2020/7/9,21,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,4.不均勻对策 成型品的形状,模温分布,成形品的总体分子配向以及成型品各位置的比容积分布是使成型品无法均勻收缩的主要原因,后者之对收缩的影响已如前述,现仅就前三者对收缩说明如下: (1)成型品形状的影响 肉厚-肉厚增加,则收缩也相对加大. 端部,边沿,薄肉部-在仍受压缩之阶段,就已先行固化,收缩率较小. 流路长度离浇口愈远,压力损失愈大,所以收缩也愈大. (2)模温分布的影响 一般而言,模温较高部位,由于较慢收缩,所以收缩

19、会较大,但如因而改善压力的传达者,相反地收缩率会减小,尤以离浇口较远部位更为显著. (3)分子配向的影响 塑料的分子链在流动场中,受流动切割力的影响,会形成沿流动方向的排列,这样的排列会在受压结束后,发生松弛. 因为受分子配向及松弛的结果,使得沿流动方向的收缩率会大于垂直方向,但如果塑料加有无机纖维,则因无机质收缩较小之故,视其添加量的多寡,有可能形成的状况.,2020/7/9,22,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,因此容积分布引起的收缩不 均,当其对策方法应由减小比容积 差异来着手,其方法和原则大对有 以下二者: (1)改善模穴內压

20、的传达 提高充填速度模温或加 大浇口,都可使塑料在模穴的流 动或压缩,其压力损失,因而使模 穴各部位的內压布较一致.(比容 积分布也较一致) 惟模温及浇口的提高或加 大,势必延长保压及冷却的时间, 而较快的充填速度,也需 避免 引起外观或结构上的不良(如毛 边,流痕,喷痕等),大浇口或高模温,小浇口或低模温,充填速度,P,C,C,A,T1,T2,P,V,V1,V2,2020/7/9,23,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,(2).逐步降低保压法,1,2,3,时间,P1,P1,P1,P2,P2,P3,P4,P2,射出压力,P,A,C,3,

21、2,1,V,Temp,Vc,VA3,VA2,VA1,1.成型品不同位置密度差异大. 2.保压逐步下降,可使不同位置的密度差异减少. 3.保压时间大幅降低,可使不同位置的密度差异减 少,但浇口附近部位因材料逆流而发生凹陷不足.,保压设定对比容积变化的影响,2020/7/9,24,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,当压缩切換至保压后,模穴內 压将随着料温的降低而渐渐降低, 如保压一直保持一定(如上图之1), 则势必使塑料继续压入模穴,这时 因为离浇口部位已渐冷却固化,多 余的塑料大体均挤在离浇口较近 部位,因而使比容积的差异更加扩 大. 為

22、避免多余塑料的继续压入, 如果将保压时间缩短(如上图之3), 虽可减少比容积分布的差异,但因 浇口附近的逆流,将使该部位发生 凹陷或尺寸不足. 收缩不均勻所导致的尺寸差 异,可以由模具的祉正加以解決(如 能正确掌握其差异量,并能保持安 定的话),但因而形成的凹陷,变形, 弯曲却不是简单可以解决的.,加工条件,效 果,收 缩,提高熔融温度,1.增加材料的膨胀 2.改善压力的传达,(1) (2),提高模温 1.表面硬化较慢 2.改善压力的传达,(1) (2),提高充填速度 改善压力的传达,提高保持压力 较充份补充收缩的容积,延长保持时间 1.在浇口冷却封住前 2.在浇口冷却封住后,浇口加大 减少压

23、力损失,2020/7/9,25,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,4.熔融体的流动 1.非牛顿粘性和分子配向 有理论说,高分子熔融体的粘度和它的分子链缠绕程度相关,当温度降低或受到压缩,熔融体的自由体积减少,分子链缠绕增加,所以粘度提高. 聚合物熔融体和一般流体不一样的,就是在流动场中它的分子链缠绕也受延伸力或剪切力的作用减少,所以粘度也会降低,此称为非牛顿粘性现象. 在流动场中,剪切力不仅使聚合物熔融体的粘度降低也使分子链沿流动方向排列此称为分子配向. 分子配向使成形品产生在不同方向会有性质及收缩上的差异.,牛顿流体,非牛顿流体,剪切

24、速率,粘度,2020/7/9,26,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,延伸,剪切,熔融体的流速分布,流动场中分子链受剪切力的作用,2020/7/9,27,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,2.粘弹性及分子配向的松弛 高分子化合物由于分子链的结构,使得它不仅具有粘性也兼帶弹性,粘性存在,使得受力流动会有能量的损失,而弹性的存在,使得它受力时也会将部份能量储存,伺机再释出而发生所谓的回復. 在射出成形的过程,融体受力延伸,受剪切力发生分子配向或受压缩密度提高,這些现象都会在外力消失时

25、,因弹性回復而松弛.,分子配向的松弛,分子配向,松弛,2020/7/9,28,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,所谓松弛(Relaxation),事实上就是所受的应力再释出回其最安定 的原状,可是如果射出压力的时间较,长或因熔融体温度的降低,则松弛 是无法完全的,而成为有应力残留及有方向性的成形品. 这种受压制时间较长,而失去松弛能力的现象,也称为“记忆消退”, 记忆消退愈严重,则成形品的体配向及应力残留也就愈严重,而射出时间 较长,模温低,流路长,肉厚较薄及塑料粘度高者会增长这种情形.,2020/7/9,29,Flextronics

26、Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,3.充填和流动速度 射出机的螺杆,将熔融的塑料,经喷嘴注射簢模穴的速度称为充填速 (screw advance speed ,cm /sec),在机器上所能设定的射出速度即是. 当塑胶进入模穴,其波前(Melt front)推进的速度则称为流动速度(Melt front velocity, cm/sec),如果充填速度保持固定,则流动速度和波前所含盖的截面积(Melt front Area)成反比.,3,V1,V2,A1,A2,Q,Q(cm /sec)=V(cm/sec)*A =V1 A1 =V2 A2,3,在模穴內的流坳速度

27、和其波前截面积 息息相关,所以当熔胶通过浇口或狹窄 的流,路必需充填速度,以避免熔胶高速 的射出,反之通过宽广的通路，则必需提 升充填速度,以避免熔胶的流动太过于缓 慢,基本上射出速度即应以此原理来设定.,2020/7/9,30,Flextronics Corporate Presentation,第一章：成型原理控讨,4.射出压力和充填速度的关系 在进行充填及压缩的过程,大量的熔胶经由喷嘴,流道而一路被注射模腔 ,这时如沒有足夠的充填压力(一般称为一次压力或射出压力),则熔胶将因流阻 的增加,而使充填速度急剧下降. 熔胶的充填能夠依据所设定的充填速度,称为机控流动(Machine-control Folw),而因压力不足,使得流坳受到阻抗所左右,则称为模控流动 (Mold control f