注射成型和冲压成型课件.ppt
课件,第12章 注射成型工艺及设备,注射成型相对于模压成型的特点：,(1)成型周期短，物料的塑化在注射机内完成。,(2)热耗量少，可利用物料自身摩擦所产生的热量。,(3)闭模成型，能提高产品精度，保证质量，减少后加工工作量。,(4)可使形状复杂的产品一次成型，能防止模腔内嵌件变形或位移。,(5)生产效率高，成本低。,12.1 概述,课件,第12章 注射成型工艺及设备,注射成型的缺点：,(1)不适用于长纤维增强的产品，一般纤维长度小于7mm,(2)模具质量要求高,12.1 概述,注射过程中，物料在模内流动充模，玻璃纤维对模具磨损较大，模具必须采用硬度较高的合金钢材料或模具表面经过硬化处理，故造价较贵。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,12.2 注射成型工艺,1.注射成型工艺原理,1.1 FRTP注射成型原理,增强粒料在注射机的料筒内加热熔化至粘流态，以高压迅速注入温度较低的闭合模内，经冷却使物料恢复玻璃态并保持模腔形状，然后开模取出制品。,FRTP的注射成型过程主要产生物理变化,12.2 注射成型工艺,课件,第12章 注射成型工艺及设备,注射成型工艺原理示意图,12.2 注射成型工艺,课件,第12章 注射成型工艺及设备,SZL-125克,12.2 注射成型工艺,课件,第12章 注射成型工艺及设备,1.2 FRP注射成型原理,FRP的注射成型过程是一个复杂的物理和化学过程,注射料在加热过程中温度升高，粘度下降，但随着时间的延长，分子间的交联反应增加，粘度又会上升。实际加热过程应综合考虑两种作用的影响。,热固性树脂纤维混合料加热时粘度与时间变化关系,12.2 注射成型工艺,加热时间,粘度,A,O,B,课件,第12章 注射成型工艺及设备,特点：,1)FRP注射成型不需要冷却定型阶段,2)加热固化为不可逆的化学反应过程，成型时必须严格控制各阶段温度，防止物料在充模前固化、凝胶或带入未塑化的生料。,3)注射充模时机应控制在粘度最低的O点左右，能快速充模和缩短成型周期,4)FRP的固化过程是放热反应，完成一个注射成型周期所消耗的热量比FRTP小,12.2 注射成型工艺,课件,第12章 注射成型工艺及设备,预浸渍料加入料筒，适当加温加压，当物料运动到喷嘴时，粘度应达到最低值，并被迅速注入模腔。在热压作用下固化定型，然后开模取出制品。,FRP注射成型过程：,12.2 注射成型工艺,课件,第12章 注射成型工艺及设备,FRTP和FRP的注射成型特点对比,12.2 注射成型工艺,(1)FRTP可以反复加热塑化，物料的熔融和硬化完全是物理变化；FRP加热固化后不能再塑化，固化过程为不可逆反应。,(2)FRTP受热时，物料由玻璃态变为熔融的粘流态，料筒温度要分段控制，其塑化温度应高于粘流温度，但低于分解温度；FRP在料筒中加热时，树脂分子链发生运动，物料熔融，但接着会发生化学反应、放热，加速化学反应过程。因此，FRP注射成型的温度控制要比FRTP严格得多。,(3)FRTP注射成型时，料筒温度必须高于模具温度，物料在模腔内冷却时会引起体积收缩，故需要有相应的料垫传压补料，FRP注射成型时，料筒温度低于模具温度，物料在模腔内发生固化收缩的同时，也发生热膨胀，因此，充模后不需要补料。,作业：比较FRTP和FRP的注射成型各有哪些特点？,课件,第12章 注射成型工艺及设备,2.复合材料注射成型特性,(1)注射料中挥发物的控制(2)流动特性(3)注射成型过程中纤维长度变化(4)纤维定向性(5)拼缝强度(6)体积收缩,12.2 注射成型工艺,课件,第12章 注射成型工艺及设备,(1)注射料中挥发物的控制,对热塑性CM，挥发物过多会造成熔融物料起泡，树脂水解等，给加工造成困难并使产品质量下降，一般控制挥发物含量在0.52以下。,12.2 注射成型工艺,对热固性CM，挥发物过多会造成物料贮存过程中结块，产品收缩率大，易翘曲，产品质量下降等，一般控制挥发物含量在27以下。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,(2)流动特性,温度和纤维含量对增强聚丙烯在模具内流动性影响,12.2 注射成型工艺,物料在加热、加压下的流动性能和充模能力。代表注射成型时的充模能力。,适当加入增塑剂和浸润剂可提高流动性能。,压力和纤维含量对增强尼龙66在模具内流动性影响,课件,第12章 注射成型工艺及设备,在实际生产过程中为改善物料流动性，常采用的措施：1、对热塑性CM：加大交口及流道直径；增加注射压力；提高料筒温度及模具温度等。2、对热固性CM：尽量减少注模前的加热时间，防止树脂过早凝胶固化。,12.2 注射成型工艺,课件,第12章 注射成型工艺及设备,(3)注射成型过程中纤维长度变化,注射成型的混炼过程(螺杆旋转作用)及喷射过程中纤维会产生不同程度的折断。,12.2 注射成型工艺,螺杆转速对增强尼龙6和增强聚丙烯在喷嘴部及成型品的玻纤长度之影响,纤维长度随螺杆转速增大而减短纤维长度变化规律与树脂品种无关。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,随纤维长度的增加，机械性能增大,12.2 注射成型工艺,纤维长度对FR-PC机械性能的影响,课件,第12章 注射成型工艺及设备,(4)纤维定向性,热塑性CM：大分子定向；纤维定向热固性CM：纤维定向,12.2 注射成型工艺,定向作用会使产品各向收缩不均和各向异性,注射料在模腔内的流动状态示意图,流体的流动过程在横断面上存在速度梯度，愈靠近模具剪应力愈大，流体流速越小。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,提高模具温度、物料温度、加大制品厚度、浇口放在型腔最低部可减弱定向作用。提高浇口温度、注射压力，会增加定向作用。,12.2 注射成型工艺,聚丙烯玻璃钢在流道内发生定向的示意图,定向作用离中心距离越远越明显，纤维定向是永久性的，分子定向当物料充满模腔时，剪应力立即消除，由于分子热运动，分子的定向作用会有不同程度的消除。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,(5)拼缝强度,玻纤含量与拼缝线强度,12.2 注射成型工艺,FRTP注射成型制品由于纤维原因，在拼缝处强度明显降低，且随纤维含量增大，强度降低更明显,浇口及拼缝部的强度降低及改造1-流道 2-浇口 3-型芯 4-强度降低部分 5-拼缝部 6-溢料穴,课件,第12章 注射成型工艺及设备,冷却出模后的FRTP制品，其尺寸总是小于模具的模腔尺寸，两者差值之比。,收缩率,D 常温下模腔尺寸D1常温下制品尺寸,制品成型后24 48h的收缩率,(6)体积收缩,12.2 注射成型工艺,初期收缩率,成型收缩率,制品成型后2 4h的收缩率,主要由树脂基体引起,课件,第12章 注射成型工艺及设备,影响FRTP成型收缩率的因素：,1)玻璃纤维含量,2)制品壁厚的影响,3)浇口尺寸影响,4)熔融温度的影响,5)模具温度影响,6)成型压力影响,7)硬化速度,12.2 注射成型工艺,课件,第12章 注射成型工艺及设备,影响FRTP成型收缩率的因素：,1)玻璃纤维含量,2)制品壁厚的影响,12.2 注射成型工艺,含量愈高，收缩率愈低,玻纤增强聚碳酸酯复合材料成型收缩率与玻纤含量关系,厚度增加，收缩率明显增加,制品壁厚与成型收缩率之间的关系,课件,第12章 注射成型工艺及设备,3)浇口尺寸影响,4)熔融温度的影响,5)模具温度影响,12.2 注射成型工艺,增大浇口尺寸，收缩率明显降低,对厚制品，温度升高，减少收缩率；对薄制品，温度升高，增大收缩率。,不同树脂的熔融温度变化(升高或降低)，对制品的收缩率影响不同。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,6)成型压力影响,7)硬化速度,12.2 注射成型工艺,玻纤增强聚碳酸酯注射压力与收缩率之关系,对热固性树脂，是指注射料在模腔内固化反应所需要的时间；对热塑性树脂，是指注射料在模腔内冷却定型所需时间。,玻纤增强聚碳酸酯随成型压力的提高，收缩率降低,压力对不同树脂成型收缩率影响不同,课件,第12章 注射成型工艺及设备,3.注射成型工艺过程,准备工作 注射工艺条件选择 制品后处理 回料利用,12.3 注射成型工艺过程,注射料选择及预处理、料筒清洗剂脱模剂选择等,提高制品的尺寸稳定性，消除内应力，包括热处理和调湿处理。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,3.1 准备工作,(1)注射料选择及预处理,a、注射料原则 需根据产品性能和注射机性能合理选择注射料b、注射料的预处理 注射料应尽可能均匀，已结块的应粉碎，防止堵塞管道，影响加工。粒料使用前应测水分及挥发物含量。超标时要干燥。干燥后的物料仍会吸湿，需密封贮存。,12.3 注射成型工艺过程,课件,第12章 注射成型工艺及设备,(2)料简清洗,在注射成型过程中，如需换料生产时，一定要清洗料斗。一般采用加入新料进行清洗的方法，可反复进行。注意：如果用一台注射机加工几种不同物料时，为了清洗方便，最好先加工成型温度低、色浅的物料。,(3)脱模剂选择,常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡、硅油等,12.3.1 准备工作,无毒，适用范围广,特别适用于聚酰胺类树脂生产,一次涂膜可多次使用，价贵，使用时要配以甲苯溶液，涂膜后要加热干燥，比较复杂。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,(4)嵌件预热,为了避免两种物质膨胀系数不同而产生热应力或应力开裂现象。注射成型制品中的金属嵌件要提前预热。预热温度一般钢铁嵌件110130，铝、铜嵌件预热到150。嵌件预热温度越高越好，但不应高于物料的分解温度。,12.3.1 准备工作,课件,第12章 注射成型工艺及设备,3.2 注射成型工艺条件,12.3.2 注射成型工艺条件,包括闭模、加料、塑化、注射、保压、固化(冷却定型)、开模出料等工序。而成型温度、注射压力(包括注射速度)、成型周期(包括注射、保压、固化时间)被称为注射成型工艺的“三大工艺条件”。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,(1)加料及剩余量,作用：a、传压；b、补料(收缩后的补料)剩料一般控制在1020mm，不能太多，太少 太多：注射压力损失大，剩料受热时间太长，易发生分解或固化等。太少：起不到很好的传压作用，模腔内物料受压不足，收缩引起的缺料得不到补充，会使制品产生凹陷、空洞及不密实等。,12.3.2 注射成型工艺条件,要求定时、定量、均匀供料,保证每次注射后料筒底部有一定剩余的物料,课件,第12章 注射成型工艺及设备,(2)成型温度,成型温度包括：料筒、喷嘴、模具温度。成型温度是三大工艺条件之一，关系到物料的塑化、流动性、充模等工艺条件。,12.3.2 注射成型工艺条件,考虑因素：,螺杆式注射机所需的料筒温度比柱塞式低原因：a、螺杆式成型机料筒内的料层较薄；b、物料在螺杆推进的过程中不断翻转，有利于传热；c、物料翻转运动，受剪切力作用，自身摩擦生热。,薄壁制品要求物料有较高的流动性才能充满模腔，因此需较高的成型温度；厚壁制品物料流量大，注模容易，硬化时间长，成型温度可低一些。,1.注射成型机的种类 2.产品厚度 3.注射料的品种和性能,课件,第12章 注射成型工艺及设备,(3)螺杆转速及背压,根据树脂热敏程度及熔体粘度进行调整,12.3.2 注射成型工艺条件,转速慢：塑化时间长，物料易降解、早期固化转速快：有利于塑化，但物料停留时间短可能塑化不足。还可使纤维变短。,螺杆转动推进物料塑化时，传给螺杆的反向压力。作用：能使物料在运动过程中不断排出空气和挥发物，并使物料逐渐密实。,背压过小起不到作用，过大，功率消耗大，并在物料温度较低时能使纤维粉化，影响制品性能。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,(4)注射速度及注射压力,12.3.2 注射成型工艺条件,注射速度慢，因物料硬化使粘度增加，压力传递困难，不利于充模，易出现废品。提高注射速度，有利于提高生产率和产品质量。但注射速度过快，功率消耗大，还可能混入空气，使制品表面出现气泡。,保持较高的压力和一定的保压时间，制品尺寸精确、表面光洁、消除真空气泡，反之，易使制品表面毛糙和凹陷，内部产生缩孔、强度下降。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,12.3.2 注射成型工艺条件,(5)成型周期,完成一次注射成型制品所需的时间,成型周期是提高生产率的关键，在保证产品质量的前提下，应尽量缩短成型周期。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,3.3 制品后处理,作用,提高制品的尺寸稳定性，消除内应力,热处理,分类,调湿处理,实质：迫使冻结的分子链松弛，凝固的大分子链段转向无规位置，消除部分内应力，提高结晶度，稳定结晶结构，提高弹性模量，降低断裂延伸率。,将刚脱模的制品放入水中，与空气隔绝、防止氧化，同时加快吸湿平衡。调湿条件：90110 4h,12.3.3 制品后处理,使制品在定温液体介质中或恒温烘箱内静置一段时间，然后缓慢冷却至室温，消除内应力。,课件,第12章 注射成型工艺及设备,作业：1、与模压成型工艺相比，注射成型工艺有什么特点？2、比较热塑性CM与热固性CM注射成型各有哪些特点？,12.3.3 制品后处理,课件,第13章 热塑性片状模塑料,13 热塑性片状模塑料及其制品冲压成型工艺,1.1 定义,以连续玻璃纤维毡、短切玻璃纤维毡、布、无捻粗纱和热塑性树脂复合而成的一种片状模塑料。,热塑性片状模塑料加工制品工艺料片预热冲压成型；热固性片状模塑料加工制品工艺热压成型。,13.1.1 概述,课件,第13章 热塑性片状模塑料,热塑性片状模塑料制品与热固性制品特性比较：,1)比强度高2)能重复加工成型3)成型周期短4)成型压力低5)贮存期长6)具有较高的耐化学腐蚀性、耐水性和气密性7)原材料充足、价格便宜8)成本低9)机械化程度高，产品质量稳定，但初次投资费用较高,13.1.1 概述,边角余料、废品等可重复加工，节省材料，降低成本。,热固性SMC成型周期615min。热塑性SMC成型周期2050s 生产效率高，易于实现自动化、机械化生产,热塑性片状模塑料可贮存几年以上；热固性片状模塑料可贮存3个月(常温),课件,第13章 热塑性片状模塑料,与注射成型热塑性CM的比较：(1)较高的强度和刚度；(2)抗冲击性能好；(3)产品精度高；(4)产品尺寸较小时一般采用注射成型(属短纤维增强)，对于较大型制品，可采用冲压成型(属连续纤维增强)；(5)成型压力较小，模具和压机的要求低。,13.1.1 概述,课件,第13章 热塑性片状模塑料,1.2 纤维增强热塑性复合材料的基本性能,高性能复合材料,通用型复合材料,13.1.2 基本性能,以碳纤维、芳纶纤维及高强度玻璃纤维增强聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚苯硫醚(PPS)等高性能树脂。,特点：,1、使用温度高(260)，热固性CM使用温度低于200,2、密度小，特别是碳纤维增强的热塑性复合材料,以玻璃纤维增强聚丙烯、聚乙烯、尼龙等,课件,第13章 热塑性片状模塑料,1.原材料,(1)树脂,尼龙、聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯等。目前用于生产的只有聚丙烯和改性聚丙烯树脂。,聚丙烯的优点：(1)密度小；(2)抗冲击性好；(3)使用温度范围较宽-40100；(4)工艺性好，在熔融条件下的流动性好，对玻纤的浸渍性好，冷却后固化迅速，由此生产效率高；(5)材料来源广，价格低。,13.2.1 原材料,(2)增强材料,玻璃纤维无捻粗纱，玻璃纤维短切毡、连续玻璃纤维毡和针刺连续玻璃纤维毡等。,13.2 热塑性片状模塑料的生产工艺,课件,第13章 热塑性片状模塑料,2.生产工艺,生产方法,湿法,干法,层合法,分散法,水分散法,WT法(泡沫分取法),13.2 生产工艺,课件,第13章 热塑性片状模塑料,(2)干法生产工艺及设备,将连续玻璃纤维毡和聚丙烯(或其它热塑性塑料)薄片叠合后，经过加热、加压、浸渍、冷却定型和切断等工序制造片状模塑料的方法。,优点,挤板机“可有可无”，粉末状树脂直接撒入毡内，容易浸透纤维。,1)层合法生产热塑性片状模塑料,13.2.2 干法生产工艺及设备,课件,第13章 热塑性片状模塑料,干法生产热塑性片状模塑料工艺及设备1-塑料挤板机；2-玻璃纤维毡；3-塑料片材；4-无端加压带；5-加热、挤压装置；6-冷却设施；7-复合片材；8-切断器；9-成品,13.2.2 干法生产工艺及设备,塑料挤板和铺毡同设在一条生产线上，塑料片从挤出机挤出后，不等冷却就和玻璃纤维毡叠合进入钢带加压设备，经加热、加压，使熔融树脂浸渍玻璃纤维毡，然后冷却，定长切断，制成片状模塑料。,方案1：美国PPG公司,课件,第13章 热塑性片状模塑料,13.2.2 干法生产工艺及设备,方案2：,先生产出塑料片材，再和纤维毡叠合成需要的厚度，进入钢带复合机，加热、加压复合成所要求的片状膜塑料。,方案3：,把树脂制成粉末状，铺撒在各层玻纤毡上，进入钢带复合机加热、加压，使树脂粉末在纤维毡中熔化、浸透，冷却定型，定长切割成热塑性片状模塑料。,课件,第13章 热塑性片状模塑料,2)分散法生产片状模塑料工艺,将短切玻璃纤维与聚丙烯或尼龙等树脂粉末在特殊的搅拌机内混合均匀，然后按设计厚度铺撒均匀，再经加热，加压制成片状模塑料。,干法生产特点：,1)增强材料范围广，可用连续纤维、连续纤维针刺毡、短切纤维毡和短切纤维,2)纤维含量控制在2040,3)纤维铺层方向可任意选择,13.2.2 干法生产工艺及设备,课件,第13章 热塑性片状模塑料,(2)热塑性片状模塑料湿法生产工艺,将玻璃纤维无捻粗纱切成长750mm(最佳长度为13mm左右)的短纤维，在搅拌器内与粉末状树脂加水搅拌成均匀的悬浮料浆，用泵将其输送到传送网带上，经减压脱水，形成湿毡，再经干燥、切断、收卷成中间产品。,特点,1、用短切纤维、粉末状树脂和水或泡沫悬浮液混合料浆,2、纤维含量可达2070%,3、产品厚度为1.276.35mm,13.2.3 片状模塑料湿法生产工艺,课件,第13章 热塑性片状模塑料,湿法生产热塑性SMC示意图1-玻纤纱；2-切断器；3-沉降室；4-输送带；5-树脂、填料；6-水；7-拌浆槽；8-泵；9-浆槽；10-浆料；11-真空脱水；12-运输带；13-加胶粘剂；14-烘干；15-切断；16-坯料；17-无端钢带；18-加热、加压区；19-成品,13.2.3 片状模塑料湿法生产工艺,课件,第13章 热塑性片状模塑料,热塑性片状模塑料加工成型工艺1-下料；2-预热；3-坯料；4-预热后坯料片；5-模具；6-压机；7-运输带；8-半成品；9-裁边；10-成品；11-运输车,13.3 冲压成型工艺及设备,13.3 热塑性复合材料制品冲压成型工艺,课件,第13章 热塑性片状模塑料,(1)热塑性片状模塑料的成型特点,13.3 冲压成型工艺及设备,成型周期短，生产效率高 片状模塑料无储存期限制，废料可回收利用 收缩率低 模具费用低 一次能成型形状复杂或大型制品 设计自由度大，可与金属等其它材料复合制成复合结构制品,课件,第13章 热塑性片状模塑料,(2)冲压成型工艺,13.3 冲压成型工艺及设备,坯料在模具内的成型过程及加热温度,固态冲压成型,流动态冲压成型,适用于成型厚度和密度变化大，带凸台或加强肋等形状复杂的或带金属预埋件的制品。,课件,第13章 热塑性片状模塑料,13.3 冲压成型工艺及设备,固态冲压成型,按样板将片状模塑料剪成坯料，在加热器内将料片加热到低于粘流态温度1020，装入模内，快速合模加压，在70 模具内冷却脱模，再经修边成制品。,特点：成型制品形状简单；周期短；成型压力小。,固态冲压成型示意图1-坯料；2-红外线加热炉；3-运输带；4-热坯料；5-冲模压机；6-成品,课件,第13章 热塑性片状模塑料,13.3 冲压成型工艺及设备,流动态冲压成型,特点：不能用连续纤维增强的SMC；坯料按等体积制品质量下料；坯料加热到高于融点温度；因成型过程中模压料要在模具内流动，故成型压力较大。,流动态冲压成型示意图1-坯料加热；2-流动冲压；3-融态坯料；4-成品,先将裁成与制品质量相同的坯料，在加热器内加热到高于树脂融点1020温度，放入模具内，快速加压，迫使融态坯料流动并充满模腔，冷却定型后脱模成制品。,课件,第13章 热塑性片状模塑料,两种冲压成型方法比较：,13.3 冲压成型工艺及设备,固态冲压成型,流动态冲压成型,坯料容易铺放，自动化程度高，速度快，成型压力小，但不能压制形状复杂的制品。,可以压制形状复杂和带埋设件的制品，但坯料不易铺放，成型压力较高。,作业：与热固性片状模塑料相比，热塑性片状模塑料制品有哪些特性？,
