第5章 注射模塑.ppt

1、第5章 注射模塑,青岛大学,第一节概述,注射模塑简称注塑，用注塑成型的制品站塑料制品的30%左右。几乎能加工所有的热塑性塑料和部分热固性塑料。 一、用注塑成型的制品的特点 制品形状复杂，尺寸精确，生产率高，成形周期短，成本低，制品可带有金属嵌件。,二、注塑成形的产品 有冰箱、洗衣机、空调器、汽车等外壳,三、注塑成型过程 冷却 合模注射 预塑化开模顶出制品 保压 四、注塑成形所用的注射机 (图61)为柱塞式。(图62)为单螺杆定位预塑式。(图61)为往复螺杆式。 目前，往复螺杆式注射机用的最广。 注塑成型过程,图5-2 单螺杆定位预塑注射机结构示意图 1单向阀 2单螺杆定位预塑料筒 3注射塑筒,

2、第二节 注射模塑设备,注射模塑过程所用设备有三大部分组成。 一、注射系统（插图） 1.组成：加料装置，料筒，螺杆或柱塞，分流梭，喷嘴，驱动装置 2.作用：塑化物料、压实物料、并将定量的熔体以足够的压力和速度注入到模腔。 3.要求：良好的塑化，精确的计量，足够的注射压力，极快的注射速度。 观看动画,图 5-3 注射系统示意图,1用作推顶脱模板的孔 2脱模板 3脱模杆 4承压柱 5后夹模板 6后扣模板 7回顶杆 8导合钉 9前夹模板 10阳模 11阴模 12分流道 13主流道衬套 14冷料穴 15浇口 16型腔 17冷却剂通道 18前扣模板 19塑模分界面 20后扣模板 21承压板 22制品 23

3、分流道嶅物 24冷料,二、锁模系统（图5-12） 1.组成：定模板，动模板，拉杆，合模机构，顶出装置，调节装置等。 开合模具的形式有：机械式、液压式、液压机械式。 2.作用：开合磨具、封闭型强、顶出制品。 3.要求：足够的锁模力（防止模具脱开）。动作灵敏，安全可靠。 合模时：快慢，开模时：慢块慢。 三、注塑模具 1.组成:浇注系统，成塑零件，结构零件三大部分组成。 2.作用：确定塑料制品的形状与尺寸。 3.要求：结构合理，尺寸精确，流道无死角，易于补缩，良好的排气等。,（一）浇注系统 1.主流道 从喷嘴口到分流道入口处的一段通道。 作用：将料筒提供的熔体输送到模腔。 设计要点： （1）主流道的

4、轴线应与喷嘴的轴线要同心。 （2）口径应比喷嘴口径大1mm。 （3）入口处的圆弧半径应比喷嘴的圆弧半径大1mm。 （4）主流道应呈锥形，锥度3050,便于脱模。,2.分流道 从主流道末端到浇口之间的一段流道。 （1）作用：将主流道来的熔体分别送到各个浇口，起分流、转向作用。主要用于多型腔或大型制品的多浇口。 （2）分流道的截面形状（插图和事物） 圆形，梯形，U形，半圆形，矩形，方形。 （3）分流道的布局 平衡式 从主流道到各个型腔的距离、尺寸、形状都相等。 特点：进料均匀，塑件的物理参数相等，但加工麻烦,非平衡式 从主流道到各个型腔的距离、尺寸、形状都不相等。 特点：在多型腔时，可缩短流道的总

5、长度，但供料不均匀，存在以下问题： 1）当分流道截面尺寸较大时，熔体先充满远离主流道型腔，而后压力增高才充满近腔。 2）当分流道截面尺寸较小并较长时，熔体先充满近离主流道型腔。 所以，在设计模具时，要经常修正流道，达到平衡为止。,（4） 分流道的设计要点： 表面不必很光滑，粗糙能使熔体冷却皮层固定，有利于保温。 尽量减小流道长度。 多腔时应保证同时进料。 当流道过长时应设冷料井。 3.冷料井（穴） （1）作用：储存前锋冷料，防止冷料堵塞浇口。 （2）位置：设在主、分流道的末端。,（3）设计要点： 直径和深度应根据主、分流道的尺寸来定。 主流道末端，常采用圆锥形和Z形，主要是为了拔料。 4.浇口

6、 浇口是浇注系统截面尺寸最小部分。 （1）作用：控制料流速度，熔体加速充模，产生强烈剪切，提高流动性。充模后先补缩后凝结，封闭型腔，防止倒流。成型后便于与塑件分开。 （2）设计要点：浇口的断面尺寸的大小对熔体流动速度影响很大，而且复杂，一般采用小浇口。（浇口的类型有十种各自的特点在模具中讲）,（二） 成型零件 1.组成：成型零件有型腔和型芯组成，并行成模腔，确定了制品的形状和尺寸。 2.作用：将注入的熔体冷却、固化，并将制品的形状和尺寸稳定下来。 3.设计要点：表面光洁、美观，易于脱模，足够的强度、刚度、硬度和耐磨、耐蚀，便于加工制造。 （三） 结构零件 1.组成：定模板，动模板，支持板，导向

7、杆，顶出杆，回程杆，连接零件等。 2.作用：支持，定位，导向，连接等。 （四） 其它系统 1.加热和冷却系统 作用：控制模具的温度。 2.排气孔 作用：排除模腔中的气体，避免困气。 注意问题：排气要充分，避免溢料或堵塞，排气孔不能对着操作者和有危险处。,注射工艺过程分为三个阶段：成形前的准备工作，注射过程，制品的后处理。 一、成形前的准备 物料在成形前，由于物料中的水份、易挥发物，配制物料的分散程度，设备的调整与清理等。存在这些问题会给加工带来影响，所以，物料在加工前要做好充分的准备工作。 1.对原料进行预处理,第三节 注射模塑工艺过程及控制因素,（1） 干燥 对于有些塑料原料和填料，大分子上

8、含有亲水基团，容易吸水，在成型中，这些水份受热后生成气体混入熔体中，给制品带来缺陷。所以，对有些原料在加工前必须进行干燥。干燥后的物料含水量应小于0.02。 干燥的目的：除去物料中的水份和易挥发物。 对常用的工程塑料一般都要进行干燥，例：PC、PA、ABS、PMMA、POM等。 对加填料的改性物料一般也要干燥。,（2）干燥所用设备 对小批量生产时用热风循环烘箱等。 对大比量生产时用沸腾床干燥或气流干燥。 最长用的干燥设备时斗式通风干燥。干燥的时间424小时，温度控制在80度左右。 （3）预热 预热的目的：物料在进入成型设备前提前受热，进入设备后马上熔化，提高塑化质量。 提示：当设备出现塑化不良

9、时，可采取预热，不但能提高塑化质量，而且还可提高产量。 （4）混合造粒提高混合物料的分散性,2.料筒的清洗 以下情况需要清洗料筒： （1）对初次用的注射机，由于料筒有杂物和油污。 （2）更换物料 （3）改变颜色的物料 清洗料筒应注意的问题： （1）注意节约原料。 （2）更换的物料比料筒内的物料熔体粘度低时采用高温对空注射。 （3）更换的物料比料筒内的物料熔体粘度高时采用低温对空注射。 （4）对热敏性塑料，为了防止高温分解，可先用PS等塑料做过渡还料。,3.嵌件的预热 （1）目的：将嵌件预热到接近熔体温度，减小温差，使嵌件周围的熔体冷却速度较慢，收缩比较均匀，减小嵌件周围的内应力。 （2）预热温

10、度一般在1101500C之间。 4.脱模剂的选择 （1）加脱模剂的目的 便于塑件从模腔中脱出，避免顶出力过大，使制品变形或断裂。 （2）常用的脱模剂 硬脂酸锌，液体石蜡，甲级硅油，硅油润滑效果好，但价格高。 （3）脱模剂用量不易过大，否则会出现毛斑或表面混浊现象。,二、注射过程 注射过程包括计量、加料、塑化、注射充模、保压、补缩、冷却、脱模等步骤。 1.塑化 一个良好的塑化系统是将物料熔化后熔体温度均匀而且各组分均一，并能按规定的时间内提供足够的熔体。所以，提高塑化能力和塑化质量是塑化的核心问题。 （1） 提高塑化质量的主要措施： 对物料进行预热； 加大背压，但成形周期长； 提高料筒温度，但要

11、注意收缩率； 采用关式喷嘴，加大对物料的剪切效果； 采用小浇口。,（2）注意问题 各段温度应严格控制，熔体粘度影响收缩率，对热敏性塑料注意分解； 背压过大影响成型周期； 塑化好的物料不能久压，积料应控制在制品重量的1.54倍，最多应小于10倍。,2.流动与冷却 流动与冷却是指用柱塞或螺杆推动熔体进入模腔，经保压冷却，制品定型后从模腔内脱出为止的过程。虽然时间较短，但熔体发生的变化对制品的质量有较大影响。 熔体充模遇到的流动阻力：熔体与料筒、喷嘴、主流道、分流道、浇口、模腔壁等。对于柱塞式注射机还要克服分流梭的阻力等，压力损失高达80。 当熔体进入模腔后马上变成半固态，摩擦阻力很大，所以，熔体流

12、动是在一系列阻力下进行的。,熔体进入模腔的四个阶段： （1） 充模阶段 时间从0-t1,从图看出，充模开始阶段，模腔内无压力，当模腔充满是，料流压力迅速上升到p。模塑压力与充模时间有关，充模时间越长、前锋冷料越多、阻力越大、充模压力就越大。 充模时间对制品质量的影响： 充模时间越长，模壁内侧冷凝层形成后，熔体受到高的剪切，大分子定向程度越大，制品冷却后产生较大的内应力，会产生翘曲、变形，严重时会出现裂纹。而且，制品也会出现熔接痕。,充模时间越短（高速充模），熔体产生强烈摩擦会使料温升高，在瞬间，大分子不易取向，分子定向程度小，内应力小。但易产生烧伤，冲击力过大会产生溢边，而且排气不及时易产生气

13、蚀。所以，一般充模时间控制在110秒钟之间。,（2）压实阶段 压实阶段指熔体充满模腔时到柱塞或螺杆后退时为止的一段时间（t1t2）。 在该时间内，熔体冷却收缩，需要补充熔体，此时，螺杆仍然处于压力，把熔体不断的补充因收缩而缺少的物料。 当螺杆停止在原位不动时，压力曲线略有衰减，由po降到ps，补料不充分。 当螺杆随着熔体如模的同时向前做少许移动，压力维持不变，补缩充分，可提高制品的密实程度。 补料过程中，由于制品外层已冷却，后来补入的熔体分子定向严重，所以，在浇口处，制品内应力大。,（3）倒流阶段 倒流阶段是从螺杆或柱塞后退开始（t2t3）内，模腔内的压力高于流道，产生熔体倒流，使模腔内的压力

14、迅速下降，由p0ps，直到浇口冻结为止。 如果柱塞或螺杆后退前浇口处的熔体已经冻结，就不存在倒流现象。所以螺杆在后退前必须要等浇口冻结后才能进行，也就是要求一定的保压和冷却时间。 通常保压和冷却时间比注射时间长的多，特别是对于大型制品，成型周期较长。,（4）冻结后的冷却阶段 该阶段是指浇口的熔体完全冻结时到制品从型腔中脱出为止，时间从t3t4。此时型腔的压力迅速从pspr。模腔内的熔体变为固态后还要继续冷却，保证制品强度足够，防止顶出变形。 该阶段虽然在浇口处无料进入，但模腔内未固化的熔体随温度和压力的变化还可能有少量的流动状态，依然存在分子取向。 在脱模时，模内仍有一定的压力，这个压力为残余

15、应力。残余应力的大小与压实阶段和保压时间长短有关：, 当残余应力为正值时，脱模困难，制品容易被刮伤，包模严重时会破裂，对深腔的制品更易出现。解决办法：减小注射压力，减小背压，加脱模剂。 当残余应力为负值时，腔内有真空泡，制品表面有陷痕。解决办法：排气要及时，增大背压，提高注射压力。 总之：注射过程影响因素很多，后面要详细介绍。影响较明显的是温度不均，当冷却不均时，产生收缩率不均，制品内应力大。对熔体本身而言，从粘流态突然变为玻璃态，分子的构象不均衡也会引起内应力。 所以，制品变形的主要是内应力引起的，而产生内应力的因素主要有大分子定向和冷却速度不均导致收缩率不均以及大分子构象不均衡和结晶区不均

16、匀等。制品出现内应力可采用热处理方法来解决。,三、制品的后处理 制品的后处理的目的：提高制品的尺寸稳定性，改善制品的使用性能。 1.退火处理 （1）退火处理的实质 强迫冻结的大分子连得到松弛，使凝固的大分子连段转向无轨位置，消除内应力。 提高结晶度，稳定结晶区，提高弹性模量和硬度。 （2）退火的目的 减小因塑化不均和冷却不均产生结晶不均和大分子定向所产生的内应力，防止制品翘曲、变形、开裂，提高产品的使用性能。,（3）退火的方法 用液体介质如水、由、乙二醇、液体石蜡或热空气等循环加热，保持一段时间，缓慢冷却到室温。 对分子量大的，形状复杂的厚制品，带有嵌件的制品，退火时间略长些，反而短。一般在1

17、4小时。,（4）退火的温度 控制在热变形温度以下的1020度为宜。 （5）退火的时间 2.调湿处理 （1）调湿处理的目的 对聚酰胺类的塑料起增塑作用，达到吸湿平衡，改善制品的柔软性。聚酰胺类塑料制品在高温下与空气接触会变色和吸湿膨胀，需要很长时间后尺寸才能稳定下来，所以应预先调湿处理。 （2）调湿处理的方法 将刚脱模的制品方入热水中，达到吸湿平衡。,第四节 注射模塑工艺条件的分析讨论,注射工艺掌握的程度会直接影响到制品的质量、产量和设备的利用率及成本的高低，其中影响工艺条件的主要因素有：温度、压力、注射速度。又称注塑工艺三要素。,一、温度 注塑过程中需要控制温度的有料筒、喷嘴、模具等。 1.料

18、筒温度 料筒温度主要根据所加工的物料来确定，一般控制在粘流温度与分解温度之间。温度的选择原则： （1）温度越高，熔体粘度越小，流动性越好，充模越容易。但易分解，而且收缩率大。所以在保证塑化质量的前提下，温度控制的越低越好。 （2）对结晶型塑料，温度控制的高些。对热敏性的非结晶塑料温度取低，而且还要控制熔体在料筒内的停留时间。,（3）同一种塑料，分子量分布窄的，熔体粘度高，温度取高，反而取低。 （4）物料中增加增强填充物时，影响熔体的流动性，所以温度取高些。 （5）对柱塞式注射机，塑化效果差，温度取高些。 （6）对薄壁制品而且形状复杂的温度取高些。 （7）温度分布从加料口开始到喷嘴前，逐步升高。

19、 注意：加料段的包杆现象要避免。,2.喷嘴温度 喷嘴温度选择要合适，温度过高，易产生“流涎现象”。温度过低易凝结或堵塞，一般控制在物料熔点以上的几度和几十度。 3.模具温度 模具温度控制的高低会直接影响制品的质量与性能，例如：结晶性、收缩率、冷却速度、成型周期、内应力等，还会影响注射速度、压力等。,（1）模温对结晶性的影响 模温越高，冷却时间越长，结晶度越高，硬度、强度均高。模具温度过低，熔体的流动与结晶同时进行，结晶时间短，结晶度低，会出现后结晶，引起制品变形。 （2）对分子定向的影响 模温越高，模壁处冷凝层越薄，大分子取向越小，而且还有利于大分子的松弛，制品的内应力小。,（3）模温对流动性

20、的影响 模温越高，熔体粘度低，流动阻力小，注射压力小，前锋的冷料少，可减小熔接痕。 （4）模具温度的控制 模具温度通常根据成形物料的品种来确定。 对质量要求高的制品，为了提高强度和硬度，减少内应力，模温控制的高些， 对无定型聚合物模温控制的高些，结晶型的控制的低些。 对聚烯烃类聚合物模温控制在80左右，对工程塑料模温控制在90130。 （5）模具温度的控制方法 通常通入定温的冷却循环水来控制模温，在保证制品质量的前提下，模温低有利于提高产量。,二、压力 压力是保证熔体充模的基本条件，也影响到塑化质量等，通常压力包括塑化压力和注射压力。 1.塑化压力（背压） 背压：在螺杆式注射机中，螺杆顶部熔体

21、在螺杆转动时受到的压力称背压（塑化压力）。工作原理解释。 （1）背压的大小对塑化质量的影响。 背压，螺杆后退压力，螺杆旋转所产生的摩擦力，产生的摩擦热，剪切热，物料在高压、高摩擦、高剪切的作用下塑化质量。,（2）背压的大小对成型周期的影响。 背压螺杆后退慢，同时增加驱动功率。 （3）背压的大小对分散性的影响。 背压，逆流，漏流，提高物料的分散性。 （4）背压的选择。 在保持塑化质量的前提下，背压越低越好。 （5）注意问题：背压高，剪切力大，摩擦力大，对热敏性塑料要注分解，通常对ABS，POM，PVC，PA等加工要注意背压的选择。,2.注射压力 注射压力是在注射时柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力

22、。 （1）作用：克服熔体从料咀和浇注系统进入模腔的流动阻力，并将物料压实。 （2）注射压力的确定。 对粘度高，流动性差的，形状复杂的制品，取大值，反之取小值。 薄形制品取小值，形状简单的厚制品取小值。,例：对LDPE P70Mpa HDPE,PS P=70-100Mpa PP,PC P=100-140Mpa POM,PMMA P=140-180Mpa PSF,PPO P=180-250Mpa P制品越密实，但内应力大，脱模越困难，耗功率大，所以，在保证产品质量的前提下，注射压力越低越好。,三、注射时间（成型周期） 完成一次注射过程所需要的时间称成型周期。 保压 冷却 涂抹脱模剂 合模注射 开模

23、顶出制品 合模 补塑 预塑化 安放嵌件等 成型周期直接影响生产率和设备的利用率，所以在保证产品质量的恰那体下，尽量缩短成型周期。 一个成型周期的长短，主要是根据塑料制品的大小与形状来定，一般在几十秒到几分钟，制件越大，周期越长。整个成型周期，冷却和保压同时进行，占的时间最长，而充模时间较短，只有几秒钟，通常2-20秒。 注意： 如果冷却时间不够，制品脱模易变形，通常用冷却水来保持模具温度。,第五节 几种常用塑料的注射模型特点,一、聚苯乙烯塑料 1.原料性能分析 PS吸水率很小，加工之前一般不需要干燥，如果有特殊要求可在7080下干燥24小时。 PS为无定型塑料，粘度适中，流动性好，热稳定性好，

24、易注射。 2.注射压力的确定 由于PS流动性好可用较低的注射压力，根据PS血汗品形状和大小，取注射压力为100Mpa左右。,3.成型温度的确定 主要根据物料的熔点和分解温度来定，料筒温度可控制在140260之间，喷咀温度为170190，模具温度通入冷却水控制。 4. 注射时间 PS热稳定性好，注射速度可较快，充模时间根据塑件大小一般取5S左右。 5.背压的确定 PS为无定性聚合物，背压可取小一些，对小工件可不加背压。,6.保压与冷却 PS收缩率小，保压时间可短些，冷却时间可短些。 7.制件的后处理 PS分子链刚而硬，易产生分子定向产生内应力，可将制件放入65-80的水中浸1-3小时后，缓慢冷却

25、到室温。 8.PS硬而脆，机械强度差，热膨胀系数大，制品不宜带有嵌件，否则容易产生应力分裂。,二、聚丙稀塑料,1.原料的性能分析 PP吸水率较小，加工前一般不干燥，特殊要求时可在80-100下干燥3-4小时。 PP是典型的结晶型塑料，粘度适宜，流动性较好，热稳定性好，易注射成型。 2.注射原料的选择聚丙烯原料品种多，各牌号熔体流动速率不一样，对注塑应选择流动性好的。,3.成型温度的选择 聚丙烯的熔点在160175，350开始分解，成型温度范围较宽，而且熔融指数在29，流动性较好，熔体温度不需太高，通常料筒温度控制在185260之间，喷嘴的温度低于料筒温度的1030。 对小而厚的制品，料筒的温度

26、分布为：150，185，210，喷嘴温度：175185。 对大而薄的制品，料筒的温度分布为：160，210，250，喷嘴温度：185210。 对形状很复杂的薄制品，温度控制高达280300。,4.塑化温度（背压） 聚丙烯时结晶型聚合物，熔体流变特性是粘度对剪切速率的依赖比温度的依赖大。所以，加大背压有利于提高熔体的流动性，通常背压控制在0.31Mpa。 5.注射压力 注射压力越高，有利于提高熔体的剪切力，从而提高熔体的流动性，通常控制在70120Mpa。,6.模具温度的控制 提高模具温度有助于制品结晶度，提高强度和硬度，有利于大分子的松弛，降低内应力。 7.聚丙烯制品的尺寸稳定性 聚丙烯的后结

27、晶时间很长，当制品冷却后，在6小时内，完成90的后收缩，10天内完成10的后收缩，24小时基本可以定型，所以要注意。 通常在注射工艺中要缩短注射时间，提高注射温度和模具温度均可减少后收缩。（提高注射温度收缩率大，但后收缩小） 对高质量的制品可采用退火处理来保持尺寸的稳定性。,三、聚酰胺塑料,聚酰胺的品种较多，其化学结构略有差异，但成型特性则有共性。 1.原料的性能分析 聚酰胺的结构中含有亲水的酰胺基团，容易吸湿，例如：PA6在100时吸水率可达10，所以，加工前必须进行干燥。 酰胺基对氧敏感，易热氧化降解，干燥时最好采用真空干燥，温度控制在90100，时间812小时。干燥好的物料要注意保存，避

28、免再吸湿。 聚酰胺为结晶性塑料，有明显的熔点，熔融范围窄，熔体流动性好，熔体热稳定性差，易降解。 聚酰胺的熔体粘度受温度的影响较大，每升高1，粘度就有变化，而且成型收缩率较大，因此注射工艺条件应重视。,2.注射压力的确定 聚酰胺流动性好，注射压力不必过高，通常控制在100Mpa左右。背压可控制在0.5Mpa左右。 3.成型温度的控制 对螺杆式注射机料筒温度可控制在比熔点高1030。 对柱塞式注射机料筒温度可控制在比熔点高3050。 聚酰胺粘度很低，采用自锁式喷嘴，避免“流涎”现象。 4.模具温度的控制 模具温度应控制在40100，模温越高，结晶度越大，机械性能越高，但透明性差，韧性差。,5.制品的后处理 聚酰胺采用退火处理会产生收缩，而采用调湿处理又会发生膨胀，两者相互作用后才能决定制品的最后尺寸。 首先将制品放入热油或液体石蜡中，在100120处理几小时到几十小时，然后缓慢冷却到室温，消除内应力。再将制品放入相对湿度为65的大气中几小时，达到4%的吸湿量。为了加快吸湿，可将制品放入8010