塑胶射出成型原理.ppt
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1、塑膠射出成型進階教程,第一章:射出成型原理探討,塑膠射出成型進階教程,目 錄第一章:射出成型原理探討第二章:安定成型的參數設定第三章:低壓成型技術概述,塑膠射出成型進階教程,第一章:射出成型原理探討,1.前言 熱可性塑膠加熱熔解后 在塑形過程中及完了後又漸漸冷卻至定形,這幾乎是所有塑膠成型加工法的必要程序.受熱熔解,冷卻固化,意味著塑膠分子鏈團的被解開與再集合,但射出成型加工的過程,絕非如此而已,它必需在模腔被充滿後,為補嘗冷卻後的容積收縮,而在塑料尚在高溫時,适時適量地補充注入.一定容積的模腔,要擠入較多的塑料,必定對熔融的塑料形成壓縮,壓縮使塑料產生抵抗(模腔內壓),在抵抗仍然存在的時間內
2、适當的保持壓力的對抗(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,則因塑料溫度的降低(流動阻抗增加),有可能使充填無法完全(短射),或充滿後的壓縮變成困難,但充填速度太快,則又容易形成外觀上不良的等問題.綜上所述,溫度,壓力,速度,時間和量等五大參數,對射出成型工程的影響是我們所必需探討的.,塑膠射出成型進階教程,第一章:射出成型原理探討,2.壓力-比容積-溫度(1)塑料的熱舉動 觀察因溫度變化,塑料的轉態及比容積的變化,熱可塑性塑膠可分為兩大類-不定 形(amorphous)及結晶性塑膠.(partially crystalline)結晶性塑膠在低溫形成的緊密而規則的分子鏈纏集
3、結構(結晶區域),必需被加溫到熔解溫度(TM)以上,分了鏈鏈才會散開如同下定形塑膠,這時它才發生熔融而能流動,射出成型的充填和壓縮也必需在這個狀態下完成不可.,部分結晶,玻璃態,橡膠態,液態,溫度-比容關係圖,Tg Tm 溫度,比容積(v),塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,(2)受热下的热举动 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(0C),比容积,0 50 100 150 200 250,1.1,1.0
4、,0.9,0.8,0,300,600,900,1200,温度(0C),比容积,1.2,1500,压力,压力,不定形塑料p-v-t示意图,结晶性塑料p-v-t示意图,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,检视p-v-t图,必需要加以注目的就是,无论不定形塑料或结晶性塑料,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内的熔融而已,必需也要将在模腔内被压缩的因素也一并考量.尤其,结晶性塑料的温度一降到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,甚或不能流动.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
5、的能力而言,强制地将过剩的塑料压挤入模腔,内并非难事,在晕样条件下,成型品将会残留相当大的内部应力下被冷却固化,当然如此一来,成型品的性能将受到影响,如受些许外力或受化学药品的作用,容易受到破坏,甚者在开模离型的瞬间就会发生破裂.,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,(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(内压),温度的变化和其比容积的发迹是一直互动的,我匀可以下述的过程来说明: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,内压缓慢上升,一般而言较低的料温.较低模温,较长流路,较薄的肉厚以
6、及较慢的充填,都会使流路阻抗较大,而使内压的上升较快.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,其料温可视为不变,塑料的比容积因内压的轻微上升也缓慢的增加.,压缩结束,充填开始,最后进入模穴的塑料,最先进入模穴的塑料,时间,料温,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,压缩(Packing)充填结束,模穴内塑料比容积仍高,(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,塑料被不继的压挤,所以内压急剧的上升,其上升的程度主要由压补塑料的量来决定,压缩的量不仅影响内压的上升,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
7、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内压的急剧上升而大幅上扬,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,保持(Holding)当模穴内塑料被适当压缩后,应立将注射的压力降低,以防过量,但如降得太低,则因模穴内塑料沿处高温高压状态,将发生逆流,所以必需仍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,模穴内压大致依据下式所代表的原理,逐步下降低:(P+A)(V-W)=RT式中P:表模穴内压.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,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,
8、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减少,模穴内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 由于模穴内压随着冷却逐下降,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(即使模穴内塑料仍是较高的温度),继续的施以保持压力,将成为无效,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,t1,t2,t3,t4,静压损失,P=Pa,t1,t2,t3,t4,动压损失,流动距离,模穴内压,熔胶推进和模穴内压的形成,P=0,Pa,Pb,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,压力(p),Gate sealing适当温度,1 2充填2 3压缩3
9、4保压5开模6收缩至常温,1,2,3,4,5,6,温度(T),比容积,时间,内压,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,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,A,B,C,Temp,V,Ps,A,B,C,PD,PD,Ps,1.充填完了2.压缩后,1,2,A,A,B,B,C,C,内压,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,在压缩后的静压 损失.,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,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小时内,并于
10、23 2度的环境 下,量测成形品对其模型尺寸差异量的百分比,称为成形收缩率.,Vs=*100%,Mw-MF,Mw,Mw:模型的尺寸Mf:成形品的尺寸,在168小时以后,成形品的寸如再继续发生变化,这时就称为后收缩,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来减少.,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,(2).比容积和收缩的关系.在成形品的某一特定位置,其成形过程及成形后的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
11、(T),v,vm,vf,目标收缩率,期望比容积,Sv,Vm,Sv(体积收缩率)=1-,Vm-Vf,Vm,m(vM-vF),m vM,vF,V M,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,在开模瞬间,成形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vm.当成形品经完全冷却收缩,其比容积由vM降低到VF(密度增加),可是其重仍然是不变的,所以收缩后的成形品容积VF就等于m乘以VF.而VF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VM的大小来决定的,开模时,成形品的比容积愈大,则其体积收缩就愈大.由前面的知识我们可知在开
12、模的瞬间,成形品的不同位置有不同的比容积,所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.成形品的不同位置,收缩率不相待的现象,也是使成形品容易变形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,其他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异至巨,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,(3).比容积变化的要因分折 开模时比容积的大小,决定成形收缩率已如前述,因此为正确地设定成形工程参数,
13、必需先探讨其影响要因:保压切换时机 太迟-产生很高内压,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,内压因而降低,也不致使成形品有太 小的比容积,但成形 品分离面将会有溢 料毛边.太早-在沿未足够的压缩,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,而使模穴内压无 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.切换保压太迟,过饱和.2.切换保压太迟,溢料.3.太早切换保压,压缩不足,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,保持压力和保持时间 无论保持压力太低或保持时间不足,都会使模穴内塑
14、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.,P,V,VA,1,2,T,VA:期望比容积(开模时)1.保持压力不足.2.保持时间不足.,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,P,V,VA,T,1,2,冷却速度 模温如果设定太低,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,流纹,表面失去光泽等等不良现象.同时,也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.,VA:期望比容积(开模时)1.急速冷却,阻碍
15、了正常的收缩.2.后收缩.,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,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,是使成形品发生裂纹,变形,弯曲及性能低劣的最重要原因,塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,4.不均匀对策 成形品的形状,模温分布,成形品的总体分子配向以及成形品各位置的比容积分布是使成形品无法均匀收缩的主要原因,后者之对收缩的影响已如前述
16、,现仅就前三者对收缩说明如下:(1)成形品形状的影响 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纤维,则因无机质收缩较小 之故
17、,视其添加量的多 寡,有可能形成的状况.,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)改善模穴内压的传达 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 使模穴各部位的内压分布较 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),塑料射出成型进阶教程,第一章:射出成型原理探讨,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,模腔内压传达的改善,塑料射出成型
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