注射成型塑料成型工艺学.ppt

第六章 注射成型,6.1 概述,注射成型（又称注射模塑或注塑），是成型塑料制品是一种重要方法，几乎所有的热塑性塑料及多种热固性塑料都可用此法成型。,可成型各种形状、尺寸、精度、满足各种要求的模制品。,注塑制品约占塑料制品总量到2030%。,各种工业配件、仪器仪表零件、结构件、壳体等。,注射成型就是将塑料（一般为粒料）从注射机的料斗送进加热的料筒，经加热熔化呈流动状态后，由柱塞或螺杆的推动，使其通过料筒前端的喷嘴注入闭合塑模中，充满塑模的熔料在受压的情况下，经冷却（热塑性塑料）或加热（热固性塑料）固化后即可保持注塑模型腔所赋予的形样，松开模具取得制品，完成一个模塑周期。,6.1 概述,注塑成型的优点：成型周期短；一次成型外形复杂，尺寸精确、带有嵌件的制品；适应性强，生产效率高；易于全自动化生产；经济、先进。,6.1 概述,注塑机的基本作用：,1.加热塑料，使其达到熔化状态；2.对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔；,注塑机的发展史：,1.柱塞式注塑机，生产60克以下制品；2.单螺杆定位预塑注塑机；3.移动螺杆式注塑机。,6.2 注射模塑设备,由注射系统、锁模系统和塑模三大部分组成。,6.2.1 注射系统,作用：使塑料均匀地塑化并达到流动状态，在很高的压力和较快的速度下，通过螺杆或柱塞的推挤注射入模。,系统包括：加料装置、料筒、螺杆（或柱塞及分流梭）及喷嘴等部分。,1.加料装置,倒圆锥或锥形，容量可供12小时的用料。有的配有计量装置、加热或干燥装置、自动上料装置等。,6.2.1 注射系统,2.料筒,加热和加压的容器，类似挤出机的料筒。,能耐压、耐热、耐疲劳、抗腐蚀、传热性能好。,柱塞式的料筒容积约为最大注射量大35倍；螺杆式是料筒容积约为最大注射量到23倍。,外部配有加热装置，可分段加热和控制，通过热电偶显示和恒温控制仪表来精确控制。,3.柱塞和分流梭,柱塞式注射机料筒内是重要部件。,6.2.1 注射系统,（1）柱塞作用：将注射油缸的压力传给塑料并使容料注射入模具。为坚实、表面硬度很高的金属柱。直径20100mm。注射容量=柱塞的冲程*柱塞截面积,（2）分流梭装在料筒前端内腔中形状颇似鱼雷体的一种金属部件。作用：将料筒内流经该处的塑料分成薄层，使塑料产生分流和收敛流动，以缩短传热导程，加快热传递，提高塑化质量。,表面常有48个呈流线形的凹槽，210mm深，有几条凸出筋，起定位和传热作用。,6.2.1 注射系统,6.2.1 注射系统,4.螺杆,移动螺杆式注射机的重要部件。,作用：对塑料进行输送、压实、塑化和施压。,螺杆在料筒内旋转时，首先将料斗来的塑料卷入，并逐步将其向前推送、压实、排气和塑化，熔融的塑料不断地被推送至螺杆顶部与喷嘴之间，螺杆本身受熔体的压力而缓慢后退，当积存的熔体达到一次注射量时，螺杆停止转动，传递液压或机械力将熔体注射入模。,螺杆的结构与挤出机螺杆基本相同。,6.2.1 注射系统,注射机螺杆结构特点：（1）有轴向位移，有效长度是变化的；（2）长径比和压缩比较小；（3）螺槽较深，以提高生产率；（4）加料段较长；（5）螺杆头部：粘度大的塑料常用锥形尖头；粘度低的塑料常安装止逆环。,6.2.1 注射系统,5.喷嘴,联结料筒和模具的桥梁。,作用：注射时引导塑料从料筒进入模具，并具有一定射程。,喷嘴的内径一般都是自进口逐渐向出口收敛的。,类型：（1）直通式喷嘴呈短管状，压力和热量损失小，不易产生滞料和分解，不用附设加热装置。延伸式喷嘴，需添设加热装置。适合加工高粘度塑料。,6.2.1 注射系统,防止熔料的流涎或回缩，对喷嘴通道实行暂时封锁。弹簧式：依靠弹簧压合喷嘴体内的阀芯来实现封锁，有效地杜绝流涎现象。针阀式：,用外在液压系统通过杠杆来控制联动机构启闭阀芯。,（2）自锁式喷嘴,（3）杠杆针阀式喷嘴,喷嘴的选择应根据加工的塑料性能及成型制品的特点来考虑。,6.2.1 注射系统,6.2.1 注射系统,6.加压和驱动装置,加压装置：供给柱塞或螺杆对塑料施加的压力，使柱塞或螺杆在注射周期中发生必要的往复运动进行注射。,类型,液压式,机械式,驱动装置：使注射机螺杆转动完成对塑料的预塑化。,包括,单速交流电机,液压马达,6.2.2 锁模系统,作用：在注射过程中能锁紧模具，而在取出制品时能打开模具。,锁模力：,P：注射压力，kg/cm2,A：垂直于施压方向的制品投影面积，cm2,锁模机构应保证：启闭灵活、准确、迅速而安全，避 免运转中产生强烈振动；闭合时应先快后慢，开启时应先慢 后快再慢；模板移动距离、移动速度可调。,6.2.2 锁模系统,常用的锁模系统：,（1）机械式,以电动机通过齿轮或蜗轮、蜗杆减速传动曲臂或以杠杆动曲臂的机构，实现启闭和锁模作用。,6.2.2 锁模系统,（2）液压式,用油缸和柱塞依靠液压力推动柱塞作往复运动来实现启闭和锁模。,6.2.2 锁模系统,（3）液压机械组合式,由液压操纵连杆或曲肘撑杆机构来达到启闭和锁模。,6.2.3 注塑模具,顶出装置：开模时顶出模内制品。,机械式,液压式,6.2.2 锁模系统,模具：是利用本身特定形状，使塑料（或聚合物）成型为具有一定形状和尺寸的制品的工具。,作用：,在塑料的成型加工过程中，赋予塑料以形状，给予强度和性能，完成成型设备所不能完成的工作，使它成为有用的型材或制品。,6.2.3 注塑模具,基本结构包括：浇注系统、成型零件、结构零件三部分。,浇注系统：塑料从喷嘴进入型腔前的流道部分。包括主流道、冷料穴、分流道、浇口。,成型零件：构成制品形状的各种零件。包括动模、定模、型腔、型芯、成型杆、排气口。,结构零件：构成模具结构的各种零件。包括执行导向、脱模、抽芯、分型等动 作的各种零件。,6.2.3 注塑模具,6.2.3 注塑模具,1.主流道,紧接喷嘴到分流道或型腔的一段通道，与喷嘴处于同一轴心线上。,特点：,（1）开设在模具上，可加工成主流道衬套再紧配合于模板上；,（2）主流道形状呈圆锥形36 角，进口端直径应比喷嘴孔径大；,（3）进口端与喷嘴头接触处开成球面。,6.2.3 注塑模具,2.冷料穴,主流道出口端的空穴，以捕集喷嘴端部两次注射之间所产生的冷料，防止阻塞分流道及浇口。,冷料穴的直径约810mm，深度约6mm。,底部常设有脱模杆，脱模杆顶部呈曲折钩形或下陷凹槽，以便脱模时顺利的抽出主流道赘物。,3.分流道,多槽模中连接主流道和各个型腔的通道。,在塑模上排列成对称和等距离分布。,6.2.3 注塑模具,常做成圆形、半圆形、梯形、矩形或椭圆形。,在保证制品质量和正常工艺条件下，分流道的截面积应尽量小，长度尽可能短。,4.浇口,接通主流道（或分流道）与型腔的通道。,浇口截面要小，而不致影响外观；,浇口通常开设在制品较厚部位；,浇口的尺寸，根据塑料熔体的性质来决定。,截面形状为矩形或圆形。,6.2.3 注塑模具,作用：,（1）控制料流速度,（2）防止倒流,（3）使熔体受到较高的剪切而升高温度，提高流动性,（4）便于制品与主流道系统分离,5.型腔,模具中成型塑料制品的空间。,6.2.3 注塑模具,构成型腔的组件统称为成型零件。,构成制品外形的成型零件称为凹模（或阴模）；构成制品内部形状（孔、槽等）的称为型芯或凸模（或阴模）,型腔设计原则:,6.2.3 注塑模具,（1）根据塑料的性能、制品的几何形状、尺寸公差、使用要求等来确定总体结构；,（2）选择分型面，确定浇口和排气孔的位置，脱模方式等；,（3）按制品尺寸进行各种零件的设计及各个零件间的组合方式；,（4）对成型零件进行整齐的选材、强度、刚度的校核；,（5）考虑加工设备的操作要求。,6.2.3 注塑模具,6.排气口,在模具中开设的一种槽形出气口，用以排出原有的及熔料中带入的气体。,料流的尽头积有气体，不及时排出，将使制品带有气孔、熔接不良、充模不满、制品局部烧伤等。,排气孔一般设在型腔内料流的尽头或模具分型面上。也可利用顶出杆与顶出孔的配合间隙、脱模板与型芯的配合间隙排气。,排气孔的槽深0.0250.1mm，宽1.56mm。,6.2.3 注塑模具,7.结构零件,导向零件：确保动、定模合模时准确对中。,脱模装置：将制品能迅速和顺利的自型腔中脱出。,抽芯机构：制品的侧面带孔或凹槽时，除少数制品可以强制脱模外，在模具中均应设置侧向分型或侧向抽芯机构。,8.加热或冷却装置,使熔料在模具内固化定型的装置。,可自然冷却，也可用冷却介质通入模具的专用管道来实现。,6.3 注塑模塑工艺过程及控制因素,6.3.1 成型前的准备,1.成型前对原料的预处理,对原料进行外观和工艺性能的检验，有的粉料还需造粒、染色和干燥等。,如：PC、PA、PMMA等须干燥。,小批量：热风循环烘箱、红外线加热烘箱、真空烘箱。,大批量：沸腾干燥、气流干燥。,常压时通常100以上，注意干燥时间和之后的防潮。,6.3.1 成型前的准备,2.料筒的情况,初用某种塑料或初用注射机、生产中需改变产品、更换原料、塑料中有分解时需对注射机的料筒进行清洗或拆换。,柱塞式：拆卸清洗或用专用料筒。,螺杆式：直接换料清洗。要求掌握塑料的热稳定性、成型温度范围、各种塑料之间的相容性。,6.3.1 成型前的准备,3.嵌件的预热,防止嵌件的周围出现裂纹或导致制品强度下降。,预热可减少熔料与嵌件的温差，使嵌件周围的熔料冷却较慢，收缩均匀，产生热料补缩作用，防止内应力的产生。,预热温度：110130。,4.脱模剂的选用,使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面的一种助剂。如：硬脂酸锌（PA除外）、液体石蜡（PA常用）、硅油（较昂贵）。注意润滑剂的用量要适中。,6.3.2 注射过程,一、注射工序,一般地，注射过程要经历加料、塑化、充模、冷却、脱模等步骤。,1.加料,注射成型是一间歇过程，保持定量加料，以保证操作稳定，塑料塑化均匀，获得良好制品。,加料过多：受热时间过长，容易引起物料的热分解，注射机功率消耗增加。,加料过少：料筒内缺少传压物质，模腔中塑料熔体压力降低，难于补塑，易引起制品收缩、凹陷、空洞等缺陷。,6.3.2 注射过程,2.塑化,加入的塑料在料筒中进行加热，由固体粒子变成熔体，经过混合和塑化后，塑化好的熔体被柱塞或螺杆推挤至料筒的前端。,3.充模,经过喷嘴、模具浇注系统进入并充满型腔的过程。,4.补塑,在模具中熔体冷却收缩时，继续保持施压状态的柱塞或螺杆，迫使浇口和喷嘴附近的熔体不断补充入模具中。,6.3.2 注射过程,5.保压,使模腔中的塑料能形成形状完整而致密的制品。,6.退回柱塞或螺杆，加入新料,7.冷却,卸除料筒中塑料的压力，通冷却水、油等冷却介质，对模具进一步冷却。,8.脱模,冷却到所需温度，可用人工或机械的方式脱模。,6.3.2 注射过程,二、塑料的塑化原理,1.塑化,是指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的全过程。,2.决定塑化质量的因素,（1）物料的受热情况：料筒对塑料的加热。,（2）所受到的剪切作用：机械力强化混合和塑化，摩擦热。,6.3.2 注射过程,3.对塑化的要求,（1）塑料熔体在进入模腔之前要充分塑化；既要达到规定的成型温度又要使塑化料各处的 温度尽量均匀一致，使热分解物的含量达最小 值。,（2）提供上述质量的足够的熔融塑料以保证生产连 续而顺利地进行。,总之：与塑料的特性、工艺条件的控制、注射机塑化装置的结构有关。,6.3.2 注射过程,4.塑料的塑化原理,以柱塞式注射机的塑化为例。,塑料塑化所需的温度来自,料筒壁对物料的传热,物料内部的摩擦热,设进入料筒的塑料初温为T1，料筒内壁温度为TW，则塑料可达到的最大温升为TW-T1。,但实际由喷嘴射出的塑料的平均温度T2总小于TW，所以实际温升为T2-T1。,（1）加热效率,6.3.2 注射过程,则加热效率Eh,即：实际温升与最大温升之比。,Eh值高，有利于塑化。,（2）加热效率的影响因素,在料筒几何尺寸一定的情况下，塑料在料筒内的受热时间t与料筒中的存料量Vp，每次注射量W和注射周期tc有如下关系：,则存料量多，注射周期长，都可增长受热时间。,塑料的热扩散速率的影响,6.3.2 注射过程,料筒中料层的厚度a与料筒表面之间的温差的影响,可见：塑料的热扩散系数正比于热传导系数。,K：热传导系数；C：塑料的比热；：塑料的密度。,由于塑料的导热性差，故随料层厚度增大和料筒塑料间温差减小，料筒的加热效率会降低。,塑料中温度分布的影响,6.3.2 注射过程,塑料的平均温度总是介于它的最低温度Tm（T1TmT2）与料筒温度TW之间。,温度分布宽,温度分布窄,T1,物料初温,Tm,最小温度,T2,平均温度,TW,控制温度,T1,TW,Tm,T2,物料所受热,物料可获热,温度分布,Eh=0.7,Eh=0.9,塑料的性质和塑料是否受到搅动的影响,TW一定时，平均温度随温度分布的加宽而降低，Eh低，反之则高。,实践证明：Eh值不应小于0.8。,6.3.2 注射过程,柱塞式注射机在料筒前端安置分流梭，以减小料层厚度的同时，还可以迫使塑料产生剪切和收敛流动，加强热扩散作用，另外料筒传热给分流梭，在传给塑料，增大了热接触面积。,如分流梭供热，作为加热器使用，则：,6.3.2 注射过程,如分流梭本身不供热，料层厚度相当于增加一倍，则,5.塑化量,单位时间内料筒熔化塑料的重量。,A：塑料的受热面积；V：塑料的受热体积；K：常数（当注射机、塑料、塑料的平均温度、加热效率一定时）,6.3.2 注射过程,显然：增大注射机的传热面积，减小加热体积均可提高塑化量。,柱塞式注射机采用分流梭来实现。,三、流动与冷却,用柱塞或螺杆的推动将具有流动性和温度均匀的塑料熔体注入面积开始，经型腔注满，熔体在控制条件下，冷固定型，到制品从模腔中脱出为止的过程。,1.塑料在柱塞式注射机中所受的阻力为：柱状固体的流动阻力；半固体的流动阻力；熔融体的流动阻力。,6.3.2 注射过程,2.塑料在移动式螺杆注射机中所受阻力为：螺杆顶部于喷嘴之间的流动阻力；螺杆区塑料与料筒内壁之间的阻力。,移动式螺杆注射机注射时的阻力比柱塞式注射机小得多。,3.注射过程中各阶段温度和压力变化,（1）柱塞空载期,在时间t0t1间，物料在料筒中加热塑化，注射前柱塞或螺杆开始向前移动，但物料尚未进入模腔，柱塞处于空载期，而物料在高速流经喷嘴和浇口时，因剪切摩擦而引起温度上升，同时，因流动阻力引起柱塞和喷嘴处压力增加。,6.3.2 注射过程,（2）充模期,时间t1时塑料熔体开始注入模腔，模具内压力迅速上升，至时间t2时，型腔被充满，模腔内压力达最大值，同时物料温度、柱塞和喷嘴处压力增加。,（3）保压期,在t2t3时间内塑料仍为熔体，柱塞需保持对塑料的压力，使模腔中的塑料得到压实和成型，并缓慢地向模腔中补压入少量塑料，以补充塑料冷却时的体积收缩。,随模腔内料温下降，模内压力也因塑料冷却收缩而开始下降。,6.3.2 注射过程,（4）返料期（返压期或倒流期）,柱塞从t3开始逐渐后移过程中并向料筒前端输送新料（预塑），由于料筒、喷嘴和浇口处压力下降，而模腔内压力较高，尚未冻结的塑料熔体被模具内压返推向浇口和喷嘴，出现倒流现象。,（5）凝封期,在t4t5时间内，型腔中料温继续下降，至凝结硬化的温度时，浇口冻结，倒流停止，凝封时间是t4t5间的某一时间。,6.3.2 注射过程,（6）继冷期,是在浇口冻结后的冷却期，实际上型腔内塑料的冷却是从充模结束后（时间t2）开始的。,继冷期是使型腔内的制品继续冷却到塑料的玻璃化温度附近，然后脱模。,6.3.2 注射过程,6.3.3 制件的后处理,为改善和提高制件的性能及尺寸稳定性，注射制件经脱模或机械加工后，需进行适当的后处理。,一、退火处理,塑化不均匀，冷却速度不同，均会使制品内存在不均的结晶、定向、收缩，导致内应力的存在，从而使制品力学性能下降、光学性能变坏、表面银纹、变形开裂等。,退火的方法：,使制品在定温的加热液体介质（水、矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等）或热空气循环烘箱中静置一段时间。,6.3.2 注射过程,处理时间决定于：塑料的品种；热介质温度；制品的形状；模塑条件。,退火温度：使用温度以上1020，或低于塑料热变形温度1020。,退火的实质：,1.使强迫冻结的分子链得到松弛，凝固的大分子链段 转向无规位置，消除内应力；,2.提高结晶度、稳定结晶结构、提高制品的弹性模量和硬度，降低断裂伸长率。,6.3.2 注射过程,二、调湿处理,聚酰胺类塑料，高温下与空气接触会变色，在空气中 存放易吸水膨胀。因此需将刚脱模的制件放在热水中进行处理。称为“调湿处理”。,6.4 注射模塑工艺条件的分析讨论,注射成型工艺的核心问题，就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到模腔中去，在控制条件下冷却定型，使制品达到合乎要求的质量。,因此最重要的工艺条件应该是足以影响塑化和注射充模质量的温度（料温、喷嘴温度、模具温度）、压力（注射压力、模腔压力）和相应的各个作用时间（注射时间、保压时间、冷却时间）以及注射周期等。而会影响温度、压力变化的工艺因素（螺杆转速、加料量及剩料等）也不应忽视。,6.4.1 温度,一、料筒温度,料筒温度关系到塑化质量。,1.塑料的性质,必须把塑料加热到其粘流温度Tf（或熔点Tm）以上，才能使其流动和进行注射。,因此，料筒末端的最高温度应高于Tf或Tm，但必须低于塑料分解温度Td,即控制料筒末端温度在Tf（或Tm）Td之间。,6.4.1 温度,（1）TfTd间温度较窄的热敏性塑料，分子量较低和分子量分布较宽的塑料，料筒温度应选择较低值，比Tf稍高即可；,（2）TfTd分布较宽，分子量较高，分子分布较窄的塑料，料筒温度可适当选取较高值；,（3）同时考虑塑料在料筒中停留的时间。一般，料筒温度高，物料在料筒中的停留时间应缩短，如：聚甲醛、聚三氟氯乙烯、聚氯乙烯更为重要。,6.4.1 温度,2.注射机类型,（1）螺杆式注射机,剪切作用大，有摩擦热产生，料层薄，熔体粘度低，热扩散速率大，温度分布均匀，加热效率高，混合和塑化好，因此料筒温度可低些。,（2）柱塞式注射机,仅靠料筒壁和分流梭表面往内传热，料层厚，传热速率小，速率内外层受热不均，温差较大，塑化不均匀，故料筒温度应比螺杆式注射机约高1020。,实际生产中，应根据需要进行调整。,6.4.1 温度,3.制品和模具结构,薄壁制品，塑料流动阻力大，易冷却而失去流动能力，为顺利充模，料筒温度应高些；,厚壁制品，料筒温度应低一些；,形状复杂带嵌件的制品，料筒温度也应高一些。,4.料筒的温度分布,一般是从料斗一侧（后端）起至喷嘴（前端）止，逐步升高，使塑料温度平稳上升，达到均匀塑化的目的。,6.4.1 温度,但原料湿含量偏高时，可适当提高后端温度。,螺杆式注射机有助于塑化，前段温度不妨略低于中段，以防止过热分解。,二、喷嘴温度,喷嘴温度通常略低于料筒最高温度，以防止塑料熔体的流涎现象。可从注射时产生的摩擦热得到补偿。但不能过低，以防止熔料早凝，堵死喷嘴，影响制品性能。,但温度过高，将引起分解，某些物理机械性能下降。,6.4.1 温度,三、模具温度,模具温度影响塑料熔体充模时的流动行为，并影响制品的性能。,模具温度取决于塑料的结晶性、制品的尺寸与结构、性能的要求，以及其它工艺条件（熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等）。,模具温度由冷却介质来控制。,根据熔体温度tm与冷却介质tc的温度差t将冷却速度分为缓冷、骤冷和中速冷却。,1.模具温度的影响,6.4.1 温度,tcTg很多为缓冷。,1.塑料流动性；2.充模压力；3.注射机生产率；4.制品内应力；5.制品光洁度；6.制品冷却时间；7.制品密度或结晶度；8.模塑收缩率；9.制品挠曲度。,通常模温提高，制品的绝大多数力学强度有所增加，但伸长率和冲击强度则下降。,6.4.1 温度,2.模具温度的确定,（1）模具温度通常低于Tg或不易引起制件变形的温度，脱模温度稍高于模温。,（2）粘度大（如聚碳酸酯、聚砜）宜选择高模温。粘度小（如PE、PA）宜选择低模温。,（3）考虑对分子取向、结晶、制品内应力和各种物理机械性能的影响。模温低，取向作用大，内应力高，不利于结晶；模温高，利于结晶。,6.4.2 压力,压力是塑料充满和成型的重要因素。,压力的作用：,1.推动料筒中塑料向前端移动，同时使塑料混合和塑化，柱塞（或螺杆）必须提供克服固体塑料粒子和熔体在料筒和喷嘴中流动所引起的阻力。,2.充模阶段注射压力应克服浇注系统和型腔对塑料的流动阻力，并使塑料获得足够的充模速度及流动长度，使塑料冷却前能充满型腔。,3.保压阶段注射压力应能压实模腔中的塑料，并对塑料因冷却而产生的收缩进行补料，使从不同的方向先后进入模腔中的塑料熔为一体，从而使制品保持精确的形状，获得所需的性能。,6.4.2 压力,一、塑化压力（背压）,螺杆式注射机，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力，称为“塑化压力”，也称“背压”。,可以提供液压系统中的溢流阀来调整。,大小随螺杆的设计、制品质量的要求及塑料种类的不同而不同，如这些情况和螺杆的转速不变，增加塑化压力，将增加剪切作用，提高熔体的温度，但会减小塑化的速率，增大逆流和漏流。,增加塑化压力能使熔体的温度均匀、色料混合均匀、排出熔体中的气体。但会导致模塑周期延长，塑料降解。,实际应用中，在保证质量的前提下塑化压力应越低越好，很少超过2MPa。,6.4.2 压力,二、注射压力,以柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力为准。,作用：,克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔料充模的速率以及对熔料进行压实。,其大小影响制品的质与量，注射压力的影响因素十分复杂。,在注射过程中，随注射压力增大，塑料的充模速度加快，流动长度增加，制品中熔接强度提高，制品的重量可能增加，制品的大多数物理机械性能均有所提高。,成型大尺寸，形状复杂，薄壁制品，熔体粘度大，Tg高的，则宜选择较高的注射压力，但需退火处理，以消除高压下产生的内应力。,6.4.2 压力,6.4.3 时间（成型周期）,完成一次注射过程所需的时间称成型周期，也称模塑周期。,成型周期,注射时间,充模时间（柱塞或螺杆前进时间）,保压时间（柱塞或螺杆停留在前进位置的 时间）,闭模冷却时间（包括柱塞后撤或螺杆转动后退）的时间）,其它时间（开模、脱模、涂拭脱模剂、安放嵌件、闭模）,成型周期直接影响劳动生产率和设备利用率，生产中应在保证质量的前提下，尽量缩短成型周期中各时间。,6.4.3 时间（成型周期）,充模时间直接反比于充模速率，一般35s；保压时间：即对型腔中塑料的压实时间，一般20120s；冷却时间：决定于制品厚度及塑料性能，一般30120s。,6.6 热固性塑料的传递模塑和注射模塑,6.6.1 传递模塑,传递模塑是将热固性塑料锭（可先预热）放在一加料室内加热，在加压下使其通过浇口、分流道等进入加热的闭合模内，待其硬化后，即可脱模取得制品。,一、活板式传递模塑,制品较小、嵌件大多伸出制品表面。,使用压缩模塑的压机，只是塑模不同,阴模,阳模,活板,上部装料室,下部型腔,6.6.1 传递模塑,二、罐式传递模塑,塑模结构不同,与热塑性塑料注射成型的差别在于引料接头的方向相反。,适合多槽模或模塑较大制品。,三、柱塞式传递模塑,与罐式的区别：,主流动呈圆柱状且不带任何斜度,压机有两个液压操纵的柱塞,主柱塞夹持塑模,辅柱塞压挤塑料,模塑周期比罐式短,6.6.1 传递模塑,6.6.1 传递模塑,6.6.1 传递模塑,四、传递模塑的优点,制品废边少，减少了后加工量；,能模塑带精细嵌件或易碎嵌件和穿孔的制品；,能保持嵌件和孔眼位置的准确；,制品性能均匀、尺寸准确、质量提高；,塑模的磨损较小；,6.6.1 传递模塑,五、缺点,塑模的制造成本较压制模高；,塑料损耗多；,带纤维性填料制品，填料定向会产生各向异性；,嵌件周围的塑料会因熔接不牢而使制品性能下降。,6.6.2 热固性塑料的注射模塑,60年代初出现的一种热固性塑料的成型方法。,热固性塑料的注射要求：,（1）严格控制成型温度 温度低物料塑化不良，流动性差；温度高，流动 性变小，甚至发生硬化。,（2）合模部分满足排气操作 模具内发生交联反应时有低分子物析出。,（3）物料在料筒内停留时间不能过长，严防硬化。常采用多模更替。,（4）注射机的注射压力和锁模力应比热塑性塑料大。,6.6.2 热固性塑料的注射模塑,一、对原料的要求,几乎可以成型所有的热固性塑料，用量最多的是酚醛塑料。,要求酚醛压塑粉,具有较高大多流动性：200mm,在料筒温度下不会过早发生硬化 8095，10min 7585，1h以上,粘度稳定,热稳定性良好,6.6.2 热固性塑料的注射模塑,二、注射机的特征,基本形式,螺杆式,柱塞式：不饱和聚酯树脂增强塑料的成型。,以螺杆式注射机，酚醛塑料的成型为例，其特点：,（1）等距等深无压缩比螺杆,螺杆不起压缩作用，只起输送作用，螺杆长径比为1216，要求具有一定的硬度并耐磨。,（2）敞开式喷嘴，孔口直径较小：22.5mm，便于拆卸，表面精加工。,6.6.2 热固性塑料的注射模塑,（3）料筒采用水或油加热循环系统，以保证物料加热稳定，温度均匀。其它加热方式：电加热、水冷却 工频感应加热,（4）宜用液压马达，以防止物料固化而扭断螺杆。,（5）锁模机构能满足放气操作，具有能迅速降低锁模力的执行机构，常用增压油缸。,（6）具有加热装置和温度控制系统。,6.6.2 热固性塑料的注射模塑,三、成型工艺,1.料筒温度、螺杆转速和螺杆背压,（1）料筒温度,太低，会外熟内生，难以注射；过高，会过早交联，失去流动性；要求塑料逐步受热塑化，温度分布逐步变化；温度产生突变，熔料粘度就会突变，造成充模不良。,一般：进料端：3070 料筒：7595 喷嘴：85100,6.6.2 热固性塑料的注射模塑,（2）螺杆转速,根据物料粘度变换。粘度小，转速可高些，粘度大，应低，以使物料充分塑化。一般4060r/min。,（3）背压,背压高，物料停留时间长，固化程度大，粘度增高，不利于充模。应选用较低背压。,2.注射压力、注射速度和保压时间,（1）注射压力,作用：将料筒内的熔料注入型腔内，并起保压作用。,6.6.2 热固性塑料的注射模塑,注射压力增高，制品密度增大，力学强度、电性能好，但会引起内应力增大，飞边严重。,一般：100170MPa。,（2）注射速度,随注射压力变化。,6.6.2 热固性塑料的注射模塑,速度快，熔料温度高，可缩短固化时间；太快：低分子不易排出，出现缺料、气痕、接痕，影响充模熔体流态，影响制品质量。,一般：35cm/s。,（3）保压时间,补塑,时间长，固化封口，塑料密度大，收缩率下降。,6.6.2 热固性塑料的注射模塑,3.模具温度和固化时间,（1）模具温度,提高模具温度，缩短成型周期。模具温度低，硬化时间长，生产效率低，制品物理、机械性能下降。过高，硬化太快，低分子不易排除，制品质地疏松、起泡、颜色法暗。,一般，模具温度150220，动模比定模高1015。,塑料品种、制品变化，相应调整模具温度。,6.6.2 热固性塑料的注射模塑,（2）固化时间,与制件的壁厚成正比，形状复杂，需延长固化时间。,固化时间长，冲击强度、弯曲强度增加、收缩率下降。固化时间过长，使生产周期延长。一般为36s。,综上，与压缩模塑相比，注射模塑具有以下优点：,成型周期显著缩短、生产过程简化、生产效率提高、后加工量减少、劳动条件改善、自动化程度提高、产品质量稳定、适合大批量生产。,6.7 反应注射模塑,Reaction Injection Moulding(RIM),是将两种具有高化学活性的低相对分子量液体原料，在高压下（1420MPa）下经过撞击混合，然后注入密闭的模具内，完成聚合、交联、固化等化学反应并形成制品的工艺过程。,优点：（1）聚合反应与注射模塑结合为一体；（2）物料混合效率高、节能、产品性能好、成本低；（3）液体原料粘度低、流动性好，易于输送；（4）混合均匀，原料配方灵活，充模压力低，锁模力低；（5）调整化学组分，可模塑性能不同的产品；（6）反应速度快，生产周期短；（7）模具数量及夹具少，可节约设备投资；（8）生产过程简化，不需造粒、熔化，耗能少，适宜大型及形状 复杂的制品。,6.7.1 反应注射工艺流程及原料,一、反应注塑工艺流程：,加热,A组分,B组分,加热,计量,计量,高压下碰撞混合,机械能,注射充模,聚合交联固化,放热,脱模,后处理,制件,加热,6.7.1 反应注射工艺流程及原料,二、原料,1.氨基甲酸乙酯,在汽车工业配件领域占优势，正向农业设备、电话通讯设备、家用电器市场扩展。,生成聚氨酯，最先专业化并不断取得新进展。,2.尼龙6,尼龙6制品的热变形温度高，质地坚硬。,3.苯乙烯类树脂,制品较脆，需增韧处理，收缩率大。,4.环氧树脂,力学性能、电性能良好、成本高，固化时间长。,6.7.1 反应注射工艺流程及原料,6.7.2 反应注射模塑设备,一、反应注射模塑对设备的要求,（1）能准确控制原料个组分的流量及混合比率；（2）能快速加热活冷却原料；（3）两组分在混合头内能获得充分的混合，原料注入 模腔后饿自动清理；（4）两组分应同时进入混合头；（5）料流以层流形式注射入模；（6）固化速度快，要求快速的模塑循环。,6.7.2 反应注射模塑设备,二、RIM设备工作原理,加料比例的控制 两组分均匀混合 注模,6.7.2 反应注射模塑设备,三、RIM设备的组成,6.7.2 反应注射模塑设备,6.7.2 反应注射模塑设备,1.蓄料系统,蓄料槽、气体（惰性）管路,2.液压系统,泵、阀、管件及油路系统和管路。,使A、B两组分物料能按比例准确输送。,3.混合系统,使A、B组分物料实现高速、均匀混合，并加速混合液从喷嘴注射入模。,混合头设计符合流体力学原理，具有自动清洗作用。,6.7.3 反应注射工艺要点,1.两组分物料的贮存加热和计量,（1）分别贮存，贮罐密封、氮气保护、恒温。,（2）液压定量泵计量输出，计量精度1.5%。包括轴向柱塞高压泵 正位移径向柱塞泵 齿轮泵,2.撞击混合,高压注入，将原液的压力能转换为动能。,出口压力1224MPa。,混合质量与雷诺数有关，Re200，1Pa.s以下。,6.7.3 反应注射工艺要点,3.充模,高速充模,原料的粘度不能太高，也不能太低。粘度过低，不利于增强反应注塑（RRIM），排气困难，影响充模稳定性。,粘度下限0.10Pa.s。,4.固化脱模（一般需涂脱模剂）,固化机理：,（1）化学交联：反应液必须具有两个以上的官能团，反应温度在Tg以下脱模。,（2）相分离：聚合期间，硬化段联结成一些区域，能结晶，类似刚性粒子，使体系粘度迅速上升至凝胶化。达到一定程度可以脱模。,6.7.4 聚氨酯的反应注塑和增强反应注塑（RRIM）,1.聚氨酯的反应注塑（RIM）,发达国家生产装置年增长率2540%，产品消费年增长率2028%，制品性能好，广泛应用。,（1）原料组分,要求粘度低，流动性好，反应活性高。,A组分：聚醚型多元醇、扩链剂（交联剂）、催化剂、发泡剂和表面活性剂。,B组分：异氰酸酯（MDI）、异氰酸酯的预聚体、发泡剂、表面活性剂。,6.7.4 聚氨酯的反应注塑和增强反应注塑（RRIM）,扩链剂的作用：与异氰酸酯基反应，将大分子连接起来。常用：脂肪系二元醇，如乙二醇、丙二 醇、1、4-丁二醇。,催化剂：链增长、扩链反应催化。常用：有机锡类，二月桂酸二丁基锡 叔氨类，三乙撑二胺。,物理发泡剂：卤代烃类化合物（现正禁用）非卤代烃类,（2）配方及工艺条件,表6-8 P184，半硬质聚氨酯泡沫塑料类低密度制品RIM典型配方。,6.7.4 聚氨酯的反应注塑和增强反应注塑（RRIM）,工艺条件：反应温度：聚醚预热温度32 异氰酸酯温度32 模具温度60 注射压力：聚醚酚：15.7MPa 异氰酸酯：15MPa 生产周期：充模：14S 生产周期 32120S,6.7.4 聚氨酯的反应注塑和增强反应注塑（RRIM）,2.增强聚氨酯的反应注塑（RRIM）选用增强材料：碳纤维、玻璃、尼龙、木质素纤维、云母、硅石、碳酸钙、化石粉。提高制品弹性模量增加必要的辅助设备,6.8 注射模塑的发展,注射技术、注射设备、注射制品的质量均日新月异注射机向精密、自动、大型和微型方向发展。如：锁模力120000KN/，最大注射量96Kg，注射速率700cm3/s,4.8.1 排气式注塑,解决吸湿材料注射制品的质量问题1959年开始，PMMA排气式注塑试验1922年以后，扩大应用范围,4.8.1 排气式注塑,排气式注塑机可直接成型具有亲水性或单体溶剂及挥发物的热塑性塑料，不必经过预干燥。如：PC PA PMMA 纤维素等排气式注塑机的特点：注塑机料筒中部开设有排气口、并与真空系统相连接。螺杆排气段较长，螺槽较深，不完全充满熔料，防止溢料。返阶四段排气螺杆。,一段：加料区和压缩区二段：减压区和均压区螺杆顶端设阻流阀新式螺杆：一端直径大，另一端直径小，小直径塑化，大直径混炼注射，利用螺杆与大料筒间隙排气。,6.8.2 结构发泡注塑,结构发泡材料：1060Kg/m3之间的发泡材料。表面呈封闭的致密表层，芯部为多种方法。适用于成型壁厚5mm以上，具有较大重量和尺寸的塑料制品。制品抗弯曲，刚性好，可减少加强筋，内应力小，使用中不易产生大变形，机械加工性能好，木材的替代物。,结构发泡注射 单组分：低压注塑 高压注塑 双组分：夹心注塑,6.8.2 结构发泡注塑,1.低压结构发泡注塑与普通注塑的区别在于模腔压力低。27MPa锁模力较小充料量只占模腔容积的7585，为欠料注塑。,化学发泡剂,热塑性塑料,料筒,混合塑化,发泡剂分解渗入塑料,熔体与气体混合物,贮料室,内压,注射,流体喷嘴,发泡剂受热分解,熔体立即膨胀,推向型腔壁,充满模腔,6.8.2 结构发泡注塑,常用塑料：PS、PE、PP、PPO、PC、PA、PU等发泡剂：化学发泡剂 0.30.7缺点：只能产生较小的制品。,6.8.2 结构发泡注塑,2.高压结构发泡塑料增加二次锁模保压装置熔体注入一定时间后，动模板后移，使模具型腔增大，利于发泡膨胀。缺点：模具费用高，二次锁模保压。制品易留下条纹、折痕。,6.8.2 结构发泡注塑,3.夹心注塑70年代投入工业化生产70年代中期出现双流道喷嘴和三流道喷嘴。设置有两个独立的料筒和塑化装置，采用特殊的喷嘴。两个料筒的注射顺序可以任意调整。,工艺过程：,先注射表层材料（不含发泡剂，A）,随后注射内层材料（含发泡剂，B）同浇口另一流道,最后注入A使浇口封闭,同时入模,6.8.2 结构发泡注塑,6.8.2 结构发泡注塑,制品：闭合的连续不发泡的表层和发泡结构的芯层,制品类型：内层发泡、外层不发泡外层发泡、内层不发泡外层采用增强材料、内层为非增强材料内层为增强材料、外层为高光洁度材料内层为高强度材料、外层为耐磨材料内层为导电、导磁材料、外层为绝缘材料需考虑两层材料间的粘合性和收缩率的差别。,6.8.3 流动注射模塑,成型大重量厚壁制品挤出和注塑向结合的一种方法塑化的熔料不是贮存在料筒内而是不断挤入模具中。优点：制件重量可超过注塑机的最大注射量熔料停留在料筒中的时间短、量少，更适合热敏性塑料制件内应力小缺点：薄壁长流程制件易缺料，模具需加热。,6.8.4 无分流道赘物的注射成型,在注射机的喷嘴到模具之间有一个歧管部分，分流道分布其中。注射过程中，流道内塑料一直保持熔融状态，脱模时不与制品一同脱出，无分流道赘物。热塑性塑料：热流道 热流道模具 绝热流道模具 带加热探针的绝热流道热固性塑料：冷流道,6.8.5 共注射成型,是用两个或以上注射单元的注射成型机，将不同品种或不同色泽的塑料，同时或先后注射入模的成型方法。可生产多种色彩或多种塑料的复合制品。类型：双色注射 双层注射,6.8.6 气辅注塑,1.概述又称气体注塑，一种新的成型工艺，也可称中空注射成型原理：在原来的注射成型保压阶段，利用压力相对低的气体代替型腔的树脂保压。在现有的注射成型机上增设一个供气装置即可实现。使用气体一般为氮气，气体压力和纯度由成型材料和制品形状决定，一般532MPa最大40MPa,6.8.6 气辅注塑,气辅注塑过程：将熔融树脂定量注入型腔由气体喷嘴注入高压气体，并推展腔内的熔融树脂至型腔壁边控制保压，边冷却固化排气并