塑料成型工艺学第六章__注射成型.ppt

1、第六章 注射成型,主要内容： 6.1 概述 6.2 塑料注射成型设备 6.3 塑料注射成型工艺过程及控制因素 6.4 注射成型工艺条件的分析讨论 6.5 几种注射常用塑料的注射成型特点 6.6 热固性塑料的注射成型及传递模塑 6.7 反应注射成型 6.8 注射成型的最新发展 本章重点： 1.工艺过程及控制因素 2.工艺条件分析讨论,6.1 概述,1. 注射模塑 将粉状或粒状塑料从注射机料斗加入料筒中加热熔融塑化，在螺杆的旋转挤压作用下，物料被压缩并向前移动，通过料筒前端的喷嘴以一定的速度注射入温度较低的闭合模具内，经一定时间冷却定型后开启模具即得制品。 2注射成型在塑料成型加工工业中的地位 （

2、1）注射制品应用广泛； （2）注射制品约占塑料制品总产量的30%，注射机产量约占成型设备总产量的50% ；,3注射成型的特点 所占比例大：注射成型是一种重要的聚合物成型方法，30左右的塑料制品采用此方法来生产 适用范围广：几乎所有的塑料以及形状复杂的制品都可以采用此方法来成型加工 操作简单方便、生产效率高：成型周期从几秒到几分钟不等，一旦参数设定，可连续地自动化地生产相同规格的制品 4塑料成型加工工业发展趋势 （1）大型化、精密化、自动化、微型化； （2）研究开发新的注射成型技术； （3）设计新型注塑制品，扩大应用领域。,6.2 塑料注射成型设备,注射成型机的规格型号 注射成型机的分类 注射成

3、型机的基本结构,6.2.1 注射成型机规格和型号 公称注射量 在对空注射情况下，注射螺杆（柱塞）作一次最大注射行程时，所能达到的最大注射量。 重量法: 以PS为标准，以注射的重量表示（g）。 容量法: 以PS为标准，以注射的容量表示（cm3）。 规格 30、60、125、250、500、1000、2000、3000、4000、8000、32000（cm3）等。 规格型号的表示 XS-ZY-x（500）: 表示公称注射量为500(x) cm3的螺杆式（y）塑料（s）注射（z）成型（x）机。,注射机的分类 柱塞式注射机(教材图6-1) 主要构造：注射系统（柱塞、料筒、分流梭等）、锁模装置等。（电气

4、控制、油路控制等） 特征：.结构简单，制造方便。 .混合、塑化效果不良。(搅拌、剪切作用小)。 .传热不良。 适用性：.适用于小型注射机。（60克以下） .对热敏性塑料，大、中型注射机不适用。 原因：存料量多，一般为注射量的48倍，停留时间长。,柱塞式注塑机结构示意 1-机座 2-电动机及油泵 3-注射油缸 4-加料调节装置 5-注射料筒柱塞 6-加料筒柱塞 7-料斗 8-料筒 9-分流梭 10-定模板 11-模具 12-动模板 13-锁模机构 14-锁模(副)油缸 15-喷嘴 16-加热器 17-油缸,主要构造：注射系统、锁模系统、模具。 特点： .螺杆塑化、注射合二为一，结构简化，制造方便

5、，应用广泛。 .混合均匀，传热、塑化良好，模塑质量高。 适用性：流动性差、热敏性塑料；大、中、小型制品均可。（流动性好、热稳定性塑料） 根据外形还可以分为立式、卧式和角式的。, 移动螺杆式注射机,卧式螺杆注塑机结构示意 1-机座 2-电动机及油泵 3-注射油缸 4-齿轮箱 5-齿轮传动电动机6-料斗 7-螺杆 8-加热器 9-料筒 10-喷嘴 11-定模板 12-模具 13-动模板14-锁模机构 15-锁模(副)油缸 16-螺杆传动齿轮 17-螺杆花键槽 18-油箱,根据排列方式不同分类：卧式、立式、角式,注射机的基本结构 注射系统： 主要作用：塑料的输送、混合、压实、熔融、塑化、注射和保压等

6、。 主要部件：料斗、料筒、螺杆、柱塞、分流梭、喷嘴等。 .料斗：一般呈锥形，有的还要带加热除湿和自动加料装置（包括向螺杆喂料和向料斗喂料装置） .料筒：为塑料加热加压的容器，其耐压、耐热、抗腐蚀、传热性好，其容积不能过大和过小，一般料筒有多个加热段 .柱塞：表面硬度高，坚实光滑金属杆。 其作用是将油压传递给熔体，注射入模腔，保压。,.分流梭：装在料筒前端形状如鱼雷体的金属部件（见下图） 。 作用： A. 使物料分流，料层变薄。 B. 缩短传热导程，提高热传导和塑化质量。 C. 减少了料筒壁处物料的分解。 D. 因流道横截面，剪切速率，摩擦热，使 表观粘度降低，有利于传热和注射 。,分流梭的结构

7、示意,. 螺杆 其作用是对塑料进行输送、压实、塑化和施压。 其工作过程是：首先将从料斗过来的物料卷入料筒，通过 螺杆的转动将其向前推送、压实、排气、和塑化，这样熔 体就被不断的被推送到螺杆顶端和喷嘴之间，而螺杆本身 受熔体的压力和液压的作用而后退，当熔体达到一定的注 射量时，螺杆停止转动，注射开始时，螺杆传递液压或机 械压力使熔体充模。虽然注射机和单螺杆挤出机的基本结 构类似，单其有如下特点： 其在转动时有轴向位移，因此其有效长度是变化的 注射螺杆的长径比和压缩比比较小，因为它不需要 提供稳定的压力，塑化中所需要的压力是通过调整背压来 实现的 为提高生产率，注射机螺杆的螺槽深度比较深 由于轴向

8、位移，加料段的长度比较长 螺杆头部也需要根据物料的不同进行设计不同 形状（见下页）,主要作用是防止出现熔融塑料积存、回流现象。 一般大的塑料，用锥行尖头；小的塑料，必须装止逆环以防回流。,根据其结构，大致可分为如下几种形式： 直通式： 特点：颈短呈管状，不用单独加热；压力损失小；不易分解、滞料；补料易；剪切作用小，易流涎，射程近。 适用性：粘度高、热敏性塑料，厚壁制品。,. 喷嘴： 是连接模具和料筒的过渡部分，熔体在螺杆或柱塞压力的推动下通过喷嘴注入模具，其作用有三： a. 引导熔体从料筒进入模具。 b. 使物料进一步混合、塑化。 (孔径小，剪切速率大) c调节料流速度。, 延伸式： 特点：颈

9、长，需单独加热；压力损失较小；射程较远；补缩作用较大；有流涎现象。 适用性：大、易分解塑料等。如ABS、PC、POM等。, 自锁式： 自锁作用：依靠弹簧的弹力作用压合喷嘴体内的阀芯，以实现流涎和回缩。 特点：自锁效果好，防止“流涎”；但结构复杂，压力损失大，射程近，补缩作用小，其形式有弹簧式和针阀式两种。 适用性：聚酰胺、PET等低粘度塑料。, 杠杆针阀式：,6.2.2 锁模系统：,在注射机上实现锁合模具、起闭模具和顶出制品的机构总称为锁模系统，作用：锁合模具，开、闭模具，顶出制品。由于在注射过程中有很大的压力损失，所以模腔压力约为注射压力P的（0.40.7）倍, 机械式， 优点：结构简单，制

10、造 容易，维修方便； 缺点：启动频繁，负荷 大，噪音大，易磨损，行程短； 适用性：小型机械；, 液压式： 其特点是模板行程大，运行平稳、可靠、易紧急刹车、易安装、易调模。, 液压机械组合式： 其是通过液压操纵连杆或曲轴撑杆来达到起闭和锁合模具的目的。 优点：有自身增力作用（联杆式曲肘） 。 伸直时有自锁作用。 缺点：易机械磨损，调模麻烦。 适用性：多用于中、小型注射机。,曲臂锁模机构闭模(a)和开模(b)工作原理示意图,6.2.3 注塑模具,1、模样：人的长相或装束打扮。,4、模子：制物的型器。西游记第七一回：“他的鈴兒怎麽與我的鈴兒就一般無二！縱然是一個模子鑄的，好道打磨不到，也有多個瘢兒，

11、少個蒂兒，却怎麽這等一毫不差？”红楼梦第三五回：“原來是個小匣子，裏面裝着四副銀模子。” 巴金 利娜上篇：“最讨厌的是那种机械的训练：一举一动，说话走路，都象是从同一副模子里铸出来的。”,3、模具：生产上使用的各种模型；,2、模范：1.制造器物的模型。 汉 王充 论衡物势：“今夫陶冶者初埏埴作器，必模範爲形，故作之也。” 宋 沈括 梦溪笔谈异事：“褭蹏作團餅，四邊無模範跡，似於平物上滴成。”金史食货志三：“不若弛限錢之禁，許民自採銅鐵錢，而官製模範，薄惡不如法者，令民不得用。”2.引申为规则，法度。 宋 王谠 唐语林栖逸：“ 方 （ 方干 ）詩在模範中爾，奇意精識者亦然之。” 清 平步青 霞外

12、攟屑掌故顾吴羹通副：“翰林以記載文誥爲職，苟少知文之模範，行己無大過失。”3.榜样，表率。 汉 扬雄 法言学行：“師者，人之模範也。”,模具的历史：早期的石质的模具所谓石范。在青铜器时代，古人制作青铜器，不是拿一个铜块烧红敲打，而是将几种金属按照一定比例，先烧熔化混和，再把熔化的液体倒入固定的模具（石范）内，冷却后再把模具打开，一件青铜器基本做好了。,现代模具的起源：1943年，位于葡马立尼亚.格兰特市（Marinha Grande）一家小型玻璃模具厂股东阿尼巴尔（AnbalH.Abrantes）萌发了生产注塑模具的构想。由于未能获得其他股东的支持，阿尼巴尔不得不出售自己拥有的公司股份以筹集资

13、金，并开始专注于注塑模具的研发和制造。2年后，他成功地制造了第一只注塑模具。此后，在马立尼亚.格兰特市和奥利维拉.德.阿泽麦伊斯市(oliveiradeAzemis)（葡萄牙另一传统玻璃工业区）逐步出现其它注塑模具企业。随着国外先进技术的引进，葡国的模具工艺水平不断提高，并于1955年首次实现模具出口，产品销往英国。至1980年，葡模具产品已远销50多个国家，当时仅马立尼亚.格兰特市就有54家模具企业，从业人数达2000人。,塑料模具：利用本身特定形状，使塑料成型为具有一定形状和尺寸的制品的工具。 塑料模具的主要结构： 主流道：连接喷嘴至分流道或浇口的通道。 作用：引导熔体进入分流道或浇口。

14、特点：多为圆锥形，直径向内扩大，呈26，便于除去赘物，为减少回收料，应尽量短。 分流道：多腔模中连接主流道与浇口的通道，在设计时要求对称分布，等距，均称。 冷料穴：主流道末端的空穴。其作用是捕集喷嘴端部相邻两次注射间的冷料（防止分流道、浇口阻塞）。,浇口：连接主流道（分流道）与型腔的通道。 其作用有：.控制料流速度。 .防止倒流。（截面小，冷凝快，早凝） .提高料温，提高流动性。 .便于制品脱离。 型腔：构成制品几何形状的部分。 凹模（阴模）：构成制品外形的部分。 凸模（阳模）：构成制品内部形状的部分。 分型面：分开模具，取出制品的平面。 排气口：常设在分型面上或模腔端部。 一般深度为0.03

15、0.2mm, 宽为6mm左右的浅槽。 防止气体卷入熔体中，而使制品产生气泡，甚至充模不满。 结构零件：导向、脱模、抽芯以及分型的各个零件。 加热和冷却装置：应该根据塑料的热性能（结晶性能），制品的形状结构来考虑冷却通道和冷却介质的选择。,典型注射模具结构图 1-定位环 2-主流道衬套 3-定模底板 4-定模板 5-动模板 6-动模垫板 7-模座 8-顶出板 9-顶出底板 10-回程杆 11-顶出杆 12-导向柱 13-凸模 14-凹模 15-冷却水通道,常见模具结构及其运动示意图(见动画),6.3 热塑性塑料注射模塑工艺过程,准备阶段 注射成型工艺过程 后处理过程 工艺条件分析 几种常用塑料的

16、注射特点,6.3.1 成型前的准备 原料性能的了解 热性能： 热扩散系数：=k/Cp（10-4，cm2/秒） 衡量原料热传导难易的重要参数。 式中：k为导热系数，Cp为恒压热容，为密度。 Tg，Tf，Tm，Td：决定了成型温度范围，一般为Tf（Tm） Td。在保证物料具有良好的加工流动性的同时使 物料不发生分解。,流变性能： 剪切速率、温度和压力等对熔体粘度的影响规律。 A聚碳酸酯等，粘度对温度敏感。 B聚乙烯等，粘度对剪切速率敏感。 熔体流动速率(流动指数 MI) ： 有些聚合物的MI较高，如PE、PP，MI一般应为2-9克/10分钟。,压缩率： PA66 在100MPa时，4% ； PS

17、在100MPa时， 7%； PP 在100MPa时， 8.5%。 压缩率越大，制品收缩率越大，为防止凹陷和缩孔，相应要提高注射+保压压力。 其它工艺性能： 吸湿性、细度和均匀度等。,原料的预处理 原料的干燥： 对PC和PA等，一定要进行干燥，使吸水率分别小于0.03%和0.3%以下。否则，轻则制品表面出现银纹、斑纹和起泡，重则会分解，变色，使制品的表面和内在质量均降低。 着色： 干法着色：（一般加助染剂，如白油） 糊状着色剂着色。 色粒着色。 色母料着色。,嵌件预热： 作用: 减小塑料和金属间的温差,使塑料冷却收缩均匀,有利于热料补缩,防止产生过大的内应力。 原因：因两者间热性能、收缩率差别大

18、，嵌件附近易出现裂纹，导致强度下降。 预热温度： A.镀锌和镀铬嵌件：110130。 B.无镀层嵌件： 150 左右。,脱模剂的选择：为使制品易从模具中脱出而敷于模具内的一种助剂。 . 硬脂酸锌：不适用于PA。 . 白油：对PA效果好，还可防止空隙。 . 硅油：虽效果好，但价格高，使用麻烦。 料筒的清洗：在更换原料、调换颜色或发现正在加工中的塑料有一定降解现象出现时，就需要对料筒进行清洗。 对于螺杆式的注射机，一般采用直接换料清洗。对塑料的热稳定性、成型温度范围和各种塑料的相容性要有较深入地了解。,注射成型工艺过程示意图,6.3.2 注射成型过程,合模： 在锁模系统作用下，使动、定模严密闭合。

19、 塑化： 塑料在料筒中加热，由固体粒子转变为熔体，使物料具有良好的流动性。 影响塑化质量的主要因素： 温度：使塑料得以形变、熔融和塑化的必要条件。 剪切作用： A . 强化了混合和塑化过程。 B . 温度分布、物料组成、分子形态发生变化，均匀。 C . 摩擦热促进了塑料内部的塑化。 对塑化的总体要求： 充分塑化，达到规定的成型温度且均匀一致。 热分解物含量达到最小值。 提供足够的熔融塑料。,注射(充模)：在柱塞或螺杆的强力推动下，将汇集于料筒前端的熔体以很高的速度注入到温度较低的模具中。熔体在进入型腔之后可分为充模、压实、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段，在此四个阶段中，熔体温度不断下降，压力也

20、不断发生变化（见教材6-16）。 充模时间：从高聚物熔体进入模具起至模腔被充满为止的一段时间（t0t1） 。一般为210秒钟。 压力变化：熔体充模前，模内无压力，随充模进行直到充满模腔，压力增至最大Po。 温度变化：随充模进行，物料和模具温度稍有升高。 原因：由于高速流动，摩擦升热而引起。,充模流动分析 熔体以层流规律流动 料流初进入模腔时，熔体前端呈圆弧形。 原因：模内两壁温度低，中心处粘度小，流动阻力小，流速大。,模腔两壁充满后，逐渐由前端圆弧形过渡为直线形。 原因：由于料流前端与空气接触，界面上熔体冷却，前端的弧形成为粘度较高的熔体膜，流速减小，直至过渡到所有点流速都基本相等。 作为熔体

21、主流，前端呈直线形向前流动，直至充满模腔。,充模过程中的射流（喷射） 当浇口深度比制品厚度小的多时，如点浇口，容易出现熔体在模腔内的一股单独的连续射流; 射流使制品产生表面缺陷，质量降低(充模不足等); 降低注射速度，提高熔体和模具温度，可防止射流。,保压：模具中熔体冷却收缩时，继续保持施压状态的柱塞或螺杆，迫使浇口或喷嘴附近的熔体不断补充入模中（补缩），使模腔中塑料能形成形状完整而致密的制品。 保压时间：自熔体充满模腔起至螺杆开始后退为止的一段时间。 t1t2，20120秒，也有15分钟的。 主要作用： A压实塑料（提高密度，提高强度）; B使塑料紧密贴模，制品尺寸精确;,C热料补缩; 原因

22、：温度，熔体冷却时产生收缩，易出现缩孔，凹陷等缺陷。在压力作用下，使熔体不断充模，进行补料。表面凹陷和内部缩孔等。 D防止熔体倒流（模内压力高于外部压力时）。 分子取向： 是形成分子取向的主要阶段。 原因：由于保压期间熔体仍在流动，而温度不断降低，分子流动取向易被冻结。保压时间越长，分子取向程度越大。（浇口冻结除外）,倒流：自螺杆后退起，至浇口被冻结为止（t2t3）。 压力变化：由Po降至PS; 物料由模腔向外流动; 该阶段分子取向程度小（倒流波及的范围很小）; 倒流易使制品产生缩孔、凹陷、收缩、尺寸不稳定。 减小倒流的主要措施： A采用小浇口（点浇口、扁平浇口）; B延长保压时间（保证在保压

23、时间内，使浇口冻结）;,浇口冻结后冷却阶段：指浇口处塑料完全冻结至制品取出为止。t3t4，一般为30120秒。 主要作用：使制品冷却定型，防止脱模时扭曲变形。,压力变化：由 PS降至Pr，主要是由于冷却收缩所至。 残余压力： 模内压力与外界压力之差称为残余压力，常用Pr表示。 APr0时，模内压力为正数，会造成脱模困难。 原因：制品冷却收缩，必然对芯模有压力作用，因此脱模时制品易挂伤，变形。 BPr=0时，内外压力平衡，脱模顺利，制品质量高； CPr0时，制品易偏离模具，变形，表面出现裂纹等。,6.3.3 制品的后处理 热处理 热处理的原因： A. 注射制品结构复杂，壁厚不均； B. 成型时流

24、动行为复杂，有不同的取向、结晶； C. 制品各部分冷却不一致； D. 制品中可能带有嵌件； F. 塑化质量不均等。 这些因素会使制品产生复杂内应力，轻者在使用和贮存中产生裂纹，重者在脱模时就发生破坏。,热处理的主要作用（本质）： A 强迫冻结的分子链得到松弛，从而消除这部分内应力； B 提高制品结晶度，完善结晶结构；从而提高弹性模量、拉伸强度等，但降低伸长率。 热处理处理方法： 将制品放在一定温度的加热介质（热水、热油等）或热空气循环箱中静止一段时间，然后缓慢冷至室温。 热处理工艺条件（温度、时间等）： 要根据具体的情况来选择热处理条件，如分子链刚性大，二次结晶程度大等材料热处理时间可以长些。

25、,调湿处理： 主要作用： 避免氧化变色（放入热水中，隔绝氧，如PVC） ； 加快得到吸湿平衡，稳定制品尺寸； 适量水分对PA等有增塑作用。可以改善柔性、韧性、拉伸强度等性能。 处理方法： 将刚出模的热制品在一定温度的热水中放置一段时间。 调试处理的工艺条件（温度和时间） 其它： 机械加工; 修饰等。,6.3.4 注射模塑工艺条件的分析讨论 温度 料筒温度（喷嘴温度） 模具温度 压力 预塑压力 注射压力 保压压力 时间（成型周期）,.一般为前高后低； .水份含量高的塑料，后段温度可适当提高； 原因：有利于水分排出，否则制品易出现银纹、 气泡、斑纹等缺陷。 .料筒前端温度可低于中段温度。 原因：剪

26、切摩擦热有利于塑化； 防止塑料的过热分解。,温度： 料筒温度： 料筒温度的分布：,.料筒温度一般应控制在Tf（Tm）Td范围。 温度太低: 物料不能流动或流动困难; 制品表面无光，出现波纹等; 熔结强度太低，出现冷块。 温度太高: 分解、交联等，强度下降; 制品出现溢边，凹陷; 起泡、黑点、条纹、银纹、斑纹。,2确定料筒温度应考虑的因素(原则）, 塑料性能和组成,非晶高聚物，成型温度应比Tg高100150C; 塑料 Tg（） 料筒温度 Td（ ） PS 100 170250 310 PVC 87 170190 170 PC 150 250300 380 结晶高聚物，料筒温度至少应比Tm高525

27、 ; 塑料 Tm（ ） 料筒温度 Td（ ） PP 166 200300 350 POM 181 195220 242 PA-6 225 230290 360,.热敏性塑料，应严格控制料温。 如PVC，料温范围为170190，POM为195220， 只有1020 。否则，塑料极易发生降解等老化现象。,PVC停留时间与温度关系,A. 分子量高，分子量分布窄，熔体粘度高，料温应高； B. 分子量低，分子量分布宽，熔体粘度低，料温应低； 如注射用PS=720万，PC=35万。 C. 通常用MI表示分子量大小，MI大，Mn小，料温应低，反之，则应高。 如PP，MI=29克/10分钟。,. 分子量及其分

28、布,.加有增塑剂和润滑剂时，料筒温度可适当降低 原因：因为两者的加入可降低熔体粘度，使流动性提高。 如LPVC（热塑性聚氯乙稀）：料筒温度为140170，HPVC （硬聚氯乙稀）：料筒温度一般为170190 。 .加有填料或增强材料时，料温一般应提高 原因：填料一般会使物料流动性降低。,PP/PET纤维复合材料的转矩和时间的关系,薄壁和长流程制品，应适当提高料筒温度。 原因：模腔窄狭，流道长，熔体流入时冷却快， 压力损失大，易使流动性降低。如PP：薄制 品：280300；厚制品：200230 。 厚壁和短流程制品，应适当降低料筒温度。 原因：模腔宽大，流道短，流动阻力小，压力损失 小，冷却慢，

29、对流动性影响小。 形状复杂，流程曲折多，带嵌件制品，料筒温度应高。,制品和模具结构：,注射机类型：其它一定时，柱塞式应比螺杆式高1020。 原因：柱塞式传热、混合和塑化效果差，流动压力损失大。 HPVC、POM用柱塞式注射机成型困难。 模温高、注射压力高，料筒温度可低些。,料筒温度对结晶和取向的影响： 料温高，取向度一般较低。 原因：因分子松弛过程易进行，解取向倾向大。 料温影响熔体中的晶坯数，从而影响结晶度。 POM晶坯数与温度和停留时间 的关系 温度 停留时间 晶坯数（个/cm3） 190 10 181106 190 60 115106 220 10 5106,料温对某些成型性能的影响 。

30、,料温对某些成型性能及制品物性的影响,弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移称为挠 度，用 y表示。简言之就是指梁等受弯构件在荷载作用下的最大变形，通常指竖向方向 的,就是构件的竖向变形。,挠（曲）度的概念及意义,挠度与荷载大小、构件截面尺寸以及构件的内部结构有关。,挠曲线如图，平面弯曲时，梁的轴线将变为一条在梁的纵对称面内的平面曲线，该曲线称为梁的挠曲线。,喷嘴温度 最好能单独加热，其温度可比料筒最高温度稍低。 原因：摩擦生热可使温度升高，防止温度高高产生流涎。 喷嘴温度控制不当造成的危害： （1）温度过低时，增加，流动性降低 有时不能正常加工。如PC，早凝，喷嘴堵死； 表面起泡，内应

31、力大，质量降低。 （2）温度过高时，产生流涎现象，溢料，分解。,模具温度 常用的控制方法： 自然升温法； 通入冷却介质（水等）； 通入加热介质，电加热等。 模温的确定原则： 根据材料：对于非结晶塑料，模温应比Tg低2030；如PC, Tg=150 ,模温可为90120 。 根据模具型腔结构复杂程度。,模温低时 冷却速率升高 ，冷却时间减少 ，生产效率高； 熔体温度下降快，增大，流动困难，压力损失大，有效充模压力降低，易出现充模不足； 熔体在模内流动取向易冻结，取向度高，各向异性大，内应力大； 易出现早凝，热料补缩差，密度小，缩孔。,模温高时: 物料流动性增加，充模压力下降，表面光洁度增强； 分

32、子松弛过程快，易解取向，取向度下降； 收缩率增加； 生产率下降。,对结晶性高聚物，模温应低于热变形温度。 若T=T熔-T模，显然T模越低，T越大，冷却速率越大，反之，冷却速率越小。 T模高时,T小,V冷小缓冷 结晶速度快,结晶度大, 球晶大,取向度小,内应力可能小。 制品刚度和硬度高,尺寸稳定性好，热性能好等;但其脆性大,冲击强度低,透明性差,容易扭曲变形,生产效率低。仅适用于结晶能力很小的塑料,如PET等。, T模低时, T模远低于Tg, T大, V冷大急冷 结晶速度和结晶度小,球晶小,取向度较大,内应力大。 透明性好,但强度,刚度,硬度,热性能较差,生产率。力学性能和尺寸形状不稳定(玻璃化

33、温度低时)., T模Tg，冷却速率中等 结晶度、球晶尺寸、取向度等均适中，结晶完善，结构稳定, 制品综合性能好(用的较多) 。,熔体粘度大，模温高, 熔体粘度小，模温低。 PC90120，聚苯醚110130，聚砜130150 。PS常水冷，PE、 PA 40100，PP7090 。 制品厚度大，模温应适当高。 充满模腔，冷却时间长，如模温低，易形成缩孔，内应力。 应考虑模温对取向、结晶、内应力等的影响。 其它工艺条件： 如注射压力高、料温高，模温可低些。, 模温对成型性能影响： 模温升高，流动性增加， 制品光洁度增加，冷却时间增加， 制品密度和结晶度增加，模塑收 缩率增加，制品挠曲度增加。 模

34、温升高，充模压力下降， 注射机生产率下降，制品内应力减小。,模温对塑料某些成型性能的影响,压力： 塑化压力（背压） 螺杆顶部的熔体在螺杆旋转倒退时所受到的压力。 1背压的调节： 配合螺杆旋转调速机构，调整料筒内塑料的压实程度和塑化效率。,背压对性能的影响： 背压增大，温度均匀性增加，混合、混色、塑化效果提高，有利排气。 背压过高时 塑化效率降低（原因：延长了塑化时间） ； 流动阻力增大，料筒前端压力增大，倒流增加，漏流增加，流涎增加，再生料增加； 物料易降解、交联，制品性能下降。 背压过低时，螺杆后退快，带入空气多，注射时因排气而压力损失大。如转速不高，则类似柱塞，塑化效果降低。,确定背压的主

35、要原则： 热稳定性好的塑料，背压可适当提高,如PE、PP、ABS等。 原因：提高了熔体均匀性，塑化效果好，但塑化效率下降。 热敏性塑料，背压要尽量小。如PVC，POM等。 原因：背压增加，T升高，受热时间增加，易分解、烧焦。 熔体粘度小的塑料，背压要小。如PA等。 原因：背压增加，漏流增加，倒流增加，流涎严重，使注射量控制困难。,熔体粘度高的塑料，背压也不能太高。如PC、聚砜、聚苯醚等。 原因：易动力过载，损害设备。 加有填料、着色剂等助剂时，背压要适当高。 原因：易混合、混色，提高熔体均匀性。 在满足制品质量的前提下，背压应越低越好。, 注射压力： 指注射充模时，柱塞或螺杆顶部单位横截面积上

36、对塑料熔体所施加的应力。 1注射压力的计算： P注=(Do/D)2Po 式中：Do为注射油缸活塞直径；D为螺杆直径；Po为显示压力。 2注射压力的确定原则： 设备： 其它条件相同时，P柱P螺。 原因：在柱塞式注射机中流动阻力大，压力损失大。,注射压力与机台规格无关。,但一般来说，同一模具，大机台上比小机台上质量好 A大机台容量大，受热时间长，塑化充分，色料分散好。 B大机台锁模力大，可将注射压力调的较高而又不飞边。可以压力偏高而获得质量高的制品。如表面光滑，光泽好，无收缩凹陷，尺寸准确。, 塑料熔体粘度高，摩擦系数大，Tg高，注射压力应高。 PC（100140MPa），聚砜、聚苯醚（140-1

37、70MPa), 高精度制品（230-250 MPa）的注射压力大； 但也应根据其流变性能的不同而采取不同措施。 如ABS的高，但它不像PC的对温度敏感，则应采取较高注射压力。 PP、PE等一旦达到Tm，粘度适宜，应取低压注射（35-55 MPa）。,成型大制品，形状复杂、薄壁长流程、带嵌件制品，注射压力应高。 原因：冷却快，料流方向变化大，流道截面小，流动阻力大，压力损失大。 加填料和增强材料时，压力应高。 加增塑剂和润滑剂时，压力应低。 料温和模温高时，注射压力应低。, 注射压力对性能的影响： 注射压力提高 塑料流动性、充模速度、 熔结强度、密度提高，取向度、 结晶度等也有提高。 注射压力过

38、高时 脱模困难，光洁度下降， 内应力增加，飞边增加，机器磨 损大。,注射压力对塑料某些成型性能的影响, 保压压力：保压阶段，柱塞或螺杆前端的熔体所受到的压力，一般比注射压力低0.6-0.8MPa,或不变。 1作用：（1）压实；（2）紧密贴模；（3）防止倒流；（4）热料补缩。 2对结构与性能的影响： 提高保压压力，压实补缩作用大，尺寸稳定性好，收缩率小，取向度高，结晶度增大，强度高，断裂伸长率增加。 保压压力太高时，脱模困难，内应力增大，制品变形、翘曲并开（龟）裂，产生冷料亮斑。 降低保压压力，压实补缩作用小，出现缩孔，凹陷，收缩率增大，取向度下降，结晶度下降，强度下降，尺寸稳定性差。, 确定保

39、压压力的主要原则： 厚制品保压压力高，薄制品保压压力低。 大制品保压压力高， 塑料压缩率大，保压压力应高。 P保(柱) P保(螺),时间（成型周期） 充模时间（柱塞或螺杆前移时间） 注射+保压时间 保压时间（柱塞或螺杆停留在前进位置时间） 成型周期 闭模冷却时间： 螺杆旋转后退 其它时间：开模，闭模，涂脱模剂，安装嵌件等。, 注射+保压时间 注射时间 保压时间（20120秒）： . 对性能影响 缩短保压时间，凝封压力低，制品易出现凹陷、气泡、收缩，尺寸稳定性差，取向度，内在性能。 延长保压时间，凝封压力，取向度提高，内在性能和表面性能提高。 保压时间过长，内应力，制品收缩过小而脱模困难。,保压

40、时间的确定（制品尺寸、形状，塑料性能，料温，模温，主流道，浇口等） 厚制品保压时间长，薄制品保压时间短; 料温和模温高，保压时间长; 塑料收缩率高，保压时间长; 主流道、分流道、浇口等截面尺寸大，保压时间长。, 注射速度和注射速率 注射速度：注射时，单位时间内柱塞或螺杆向前移动的距离： V注=S/t注 （mm/sec） 注射速率：注射时，单位时间内向模腔内注射的熔体容量： Q=Q注/t注 （cm3/sec） 注射速度对成型性能有显著的影响 (实际注射成型时，要分多段注射，注射机上一般都有多段速率设置功能),注射速率与制品质量的关系 低速注射时，熔体以层流形式注入模腔内，排气顺利，质量均匀，尺寸

41、稳定，波动小。因剪切速率降低，所以内应力小且分布均匀，有助于克服凹陷和缩孔。 注射速率太小时,注射时间延长,先进入模内的熔体温度,后进入的熔体则受到较大阻力,因此需要压力高,否则易出现出模不满; 因压力高，剪切速率大,分子取向,各向异性大,尺寸稳定性差，而易出现分层和熔结痕,内在性能和表面性能降低。,高速注射时,物料在浇注系统、模腔内流速增加。由于物料受到强烈的剪切作用，T，流程，熔结强度，光泽，减小了熔结痕和分层现象，收缩凹陷减小，颜色均匀一致。 充模过快时，易出现湍流（射流），将大量空气带入模内；由于模底先被熔体充满，排气口被堵死，这种高温、高压气体会使塑料烧伤、分解，制品内应力增大，表面

42、有裂纹，脱模困难，浇口附近出现云雾斑纹，透明制品会变得不透明。,慢速注射(a)和高速注射(b)时熔体充模时的两种极端情况示意,注射速度（注射速率）对某些成型性能的影响 注射速度，熔体流动长度,充模压力,熔结强度； 注射速度，表面质量，内应力。 注射速度的确定原则 熔体粘度高，Tg高的塑料，注射速度应高； 薄壁长流程制品，注射速度应高； 流道长，浇口小，制品形状复杂，高速高压注射。,注射速度对某些性能的影响,第五节 注射制品主要缺陷及解决措施 5.1 表面凹陷和内部缩孔 5.2 制品充模不足和飞边 5.3 翘曲变形 5.4 熔接痕,5.1 表面凹陷和内部缩孔：,1形成原因 由于熔体冷却，密度，体

43、积收缩，如相应的收缩部分没有熔体充填，即形成凹陷或缩孔。 缩孔：如表面冷却凝固变硬，内部还在继续冷却收缩，则冷却收缩的拉应力使内层半熔态物料向表层靠近而形成泡形空间； 凹陷：冷却收缩的拉应力使尚未硬固的表层凹陷。,2主要（原因）克服措施 （1）设备和模具： 模具： 壁厚均匀，冷却均匀； 浇注系统设计要合理（浇口大小、数量） ； 排气顺利。,设备： 喷嘴孔径大小要合适（不能太大或太小） ； 锁模要可靠； 料筒与柱塞或螺杆磨损严重应更换（漏流，充模压力，料量） 。,（2）工艺条件： 提高注射+保压压力； 延长注射+保压时间； 提高料温（有利于充模、补缩）；降低料温（收缩率减小）； 提高模温（有利于

44、补缩,减小缩孔）；降低模温，加速表层固化定型减小凹陷出现几率 ； 增大加料量（可以发挥保压作用）。,5.2 射胶不足和飞边及解决方案 1射胶不足及解决方案 （1）调节适当的料量（缺料，料多）。 （2）工艺条件： 提高注射压力； 提高注射速度； 延长注射+保压时间； 提高料温和模温。 （3）提高物料流动性。 （4）模具设计： 筒化模具结构(太复杂，转折多)； 合理确定浇口数目和形式； 加大制品厚度；排气要顺利。,2飞边及解决方案： （1）适当减少料量。 （2）工艺条件： 降低注射压力和注射速度； 缩短注射+保压时间； 降低料温和模温。 （3）降低物料流动性。 （4）模具与设备： 提高模具分型面精

45、度； 模具设计和入料配置要合理，排气顺 利，芯模位置不偏； 适当加大锁模力。,5.3 、翘曲变形及解决方案,1模具 使制品厚度、质量分布均匀; 使冷却均匀; 使充模顺利; 扁平制品应设多个浇口。,2工艺： 料温适当提高（强行充模，分子取向） ; 控制冷却时间（出模后温度高，受外力或自由冷却作用而变形）; 调整好适当模温（浇口对面T应低，偏远处，薄壁处T应高，减小温度偏差，减小变形） ; 有些制品要进行后（热）处理。,5.4 熔接痕,1产生熔接痕的原因 注塑充模时,流动熔体产生料流分支,然后汇合,是形成熔接痕的必要条件。产生料流分支的条件，主要有以下两个方面： （1）一是由制品本身的功能结构决定

46、的，如制品上的各类孔、槽、嵌件以及壁厚不均等结构,熔体充模时必产生分支流动,由此将形成熔接痕。由于各类孔、槽的成形需由模具型芯来完成，熔体充模流动时因受型芯的阻碍，料流绕过型芯必产生分支流动，汇合后便形成熔接痕； （2）二是由模具设计决定的,模具的浇口数量、位置、冷却系统及排气等设不当。,2减小熔接痕产生几率的方法 （1）注射成型工艺 （2）模具设计 （3）运用数值模拟优化加工参数及注射件几何形状尺 寸，将融合缝的危害降至最低。 （4）熔体形成融合缝过程中，引入机械振动，改变融合缝形态结构，提高融合缝强度。 （5） 设计新型模具，改变熔体在融合缝处的流动， 从而影响融合缝形态结构，提高融合缝强

47、度。,第六节 热固性塑料的注射模塑和传递模塑,热固性塑料的传统成型方法是压缩模塑，但是它有如下几个缺点：不能加工结构复杂、壁厚变化的制品；不宜加工带嵌件的制品；制品的尺寸精度差；成型周期长，为了克服以上缺点， 热固性塑料的注射成型和传递模塑方法出现了.,6.1 热固性塑料注射模塑 1特点： 成型时必须严格控制温度； 恒温水控温，温差1C。 温度低，流动性很差；温度高，发生硬化（交联），流动性降低。 模内有交联反应，析出小分子，设备应能满足排气操作要求； 料筒内不能停留时间过长，否则易交联硬化； 注射压力和锁模力比热塑性塑料大。,2对原料的要求： 流动性要高； 在8095 ，保持流动状态大于10

48、分钟； 在7580 ，保持流动状态大于1小时。,3注射机的特征： 长径比1420 （偏大些好） ； 压缩比较小：0.81.4,否则易在料筒内硬化； 螺槽较深，原因：剪切作用 ，摩擦热 ，防止过早硬化； 螺杆头部为锥形（减少剩料）； 螺杆中心应有通水冷却孔； 要小，减少漏流； 螺杆光洁度要高（大于10）； 直通式喷嘴，孔口直径较小（便于清理） ； 模具型腔淬火后的硬度能达到HRC50以上。,4成型工艺： 温度控制是关键。 酚醛塑料：3070；7595 ；喷嘴85100 ；通过喷嘴100130 。 螺杆转速和背压要小，n50转/分 背压，硬化，不利于充模。,模温很重要 模温低时，硬化时间长，效率，

49、物理机械性能； 模温高时，硬化快，情况与（ ）相反； 但也不能太高，否则硬化太快，小分子不易排出，制品疏松，起泡，颜色发暗；,注射压力：100170MPa。 注射速度： 注射速度快，硬化时间 ，效率 。 注射速度过快，卷入空气，气孔，质量。 一般注射时间2-10秒，保压时间5-20秒，硬化时间15-100秒， 成型周期45-120秒。,5主要优点： 成型周期短，生产过程简化，效率提高10-20倍； 制品后加工少，劳动条件改善； 自动化程度高； 质量稳定，可大批生产。,6.2 传递模塑 定义:将预热过的热固性塑料锭放在加热室内加热，然后在压力下使其通过浇口、分流道等而进入加热的闭合模内，经硬化后

50、脱模即得制品。 主要方法： 活板式 罐式 柱塞式,优点： 制品废料少，减少后加工量； 能模塑带有精细或易碎嵌件和穿孔制品，能保持嵌件与孔眼位置正确； 性能均匀，尺寸准确，质量； 塑模磨损小。 缺点： 塑模成本比压制模高； 塑料损耗增多； 压制纤维状填料时，各向异性大； 嵌件周围而熔接不牢而强度降低； 一般温度偏低，压力要求较高，1380MPa。,第七节 反应注射成型,将两种高化学活性的低分子量的液体原料，在高压（1420MPa）下撞击混合，然后注入密闭的模具内，通过聚合、交联、固化等化学反应并形成制品的一个过程。,3.反应注射成型的设备,对设备要求：精确控制各组分的流量和配比； 能够快速加热或

51、冷却；两组分能够在混合头内 得到充分混合，并在注入模腔后具有自动清理 功能；保证两组分同时进入模腔，不允许某一 成分超前或滞后；保证料流以层流的方式流动； 注入后要保证较快的固化速率。,工作原理：通过两组分的比例控制，使之均匀 混合及注入模腔。,设备的主要组成：储料系统、液压系统和混合 系统,1.特点 原料黏度低、流动性好、易于输送、混合均匀、 原料配方灵活、充模压力低仅为常规注射成型的 1/5或1/10。调整组分比可得到不同性能的制品； 反应速度快、生产周期短；需要模具及夹具数量少， 设备投资少，适宜生产大型及形状复杂的制品。,2.工艺流程,3.工艺控制要点,为了防止在成型前发生化学反应，两

52、种原料应独立贮存；,撞击混合的质量和与雷诺数（Re）密切相关，当Re200,液体黏度为1Pas以下时，可使高反应体系达到混合要求；,要实现高速充模，熔体黏度不能太高也不能太低；,第七节 其它注射成型,7.1排气式注射成型 7.2 结构发泡注射成型 7.3 流动注射成型 7.4无分流道赘物注射成型 7.5 共注射成型 7.6 气（水）体辅助注射成型 7.7 动态保压注射成型,7.1排气式注射成型,为解决吸湿性材料注射成型过程可能导致的质量 问题，在常规注射机上的机筒上增设排气孔和真空装 置，这样排气注射机就形成了。它有如下特点：机 筒中部开设有排气孔，并与真空系统相连；由于注 射机的螺杆不仅要转

53、动而且要轴向运动，因此它的排 气段的长度要比挤出机里的排气段要长。,7.2 结构发泡注射成型,结构发泡材料是指密度在1060kg/m3之间的发泡 材料。结构发泡注塑制品的表面呈封闭致密的表层，而 芯层呈微孔泡沫结构，例如和馒头结构非常相似。适于 结构发泡注射的材料很多，如PP、PE、PA、PC等，其 发泡方式多采用化学发泡，即使用化学发泡剂。其成型 过程如下：发泡剂和热塑性塑料一起在料筒内塑化混合， 在温度和剪切的作用下，发泡剂分解并释放出的气体渗透 到塑料熔体中，并建立较高的熔体压力。注射时发泡剂 释放的气体在型腔里使熔体迅速膨胀，并把物料迅速充 满型腔，经固化定型而形成制品； 发泡注射成型

54、又有新的进展，如微孔发泡注射成型。,超临界流体辅助微孔注射成型,微孔注塑是一种近几年才成功诞生的高新技术，其注射压力可比传统注塑的降低48%, 锁模力降低高达80%，并可缩短成型周期。微孔注塑制件具有优良的冲击性能和绝热性能、高的强度/质量比和尺寸精度以及低的翘曲等。目前，微孔注塑尚存在着很多难题需要解决，相关的关键技术都被国外公司专利保护或严格保密。,经过几年的技术攻关，国内也研制成功超临界流体辅助微孔注塑成套设备。其创新性在于把超临界流体计量和输送装置与混炼型自锁式喷嘴组件相结合，使超临界流体均匀地注入聚合物熔体。,Microcellular Injection Molding Machine,微孔注塑制品流动方向上的泡孔形态 (PS),熔体温度对泡孔形态的影响 (PS),熔体温度： 165 170 175,熔体温度： 180 190 200,注射速度对泡孔形态的影响 (PS),注射速度： 35% 55%,芯部,整体,注射速度的提高使熔体经过喷嘴时的压力降和压力降速率得到了提高，增加了熔体的成核速率，最终提高了制品的泡孔密度，降低了泡孔直径。,气体含量对泡孔形态的影响 (PS),165,175,气体含量： 0.6 mL 1