第八章注射成型.

第八章注射成型概述注射剂的结构和作用注射成型工艺过程注射工艺条件分析讨论几种常用塑料的注射成型特点热固性塑料的传递模塑和注射成型反应注射成型注射成型新进展主要内容成型过程：将粒料或粉料从注塑机的料斗送进加热的料筒，经加热剪切融化呈流动状态后，借柱塞或螺杆的推动作用通过料筒端部的喷嘴注入闭合夹紧的模具，充满模腔的熔料在受压的情况下，经冷却固化后保持模腔赋予的形状，最后拉开模具取出塑料制品。概述注射成型的特点：各向异性即依赖于注射条件，如注射速率、注射压力、注射温度，制品中不同位置有不同的形貌。时间短、高剪切（条件苛刻）非连续、周期性（非稳定过程）多层次结构（微观结构多样化）注射成型产品注射成型产品注射成型产品注射成型产品注射成型产品注射成型产品在汽车上的应用注射产品的共性品种繁多形状复杂三维制品尺寸精度高应用领域广注射制品的多层次结构表层、次表层、过渡层、芯层注射制品的多层次结构注射制品的多层次结构第一节注射剂的结构和作用一、注射机分类1.根据塑化方式不同分类：柱塞式注射机螺杆式注射机（1）柱塞式注射机（2）螺杆式注射机柱塞式注射机特点：结构简单、但压力损失大、塑化不均匀，不适合热敏性塑料。实际应用：目前工厂中广泛使用的是螺杆式注射机，60g以下的小型制件多用柱塞式。2.根据安装方式不同分类：卧式立式角式3.注塑机按生产能力分类反映注塑机生产能力的主要参数：锁模力和注射量。注射量：以PS原料为标准，用注射PS熔料的“g”来表示；注射出的容积数，以“cm3”为单位来表示。注塑机的表示（GB/T12783-91）：SZ-250/100的注射机：S代表塑料；Z代表注射机；理论注射量是250cm3；锁模力是100t。类别锁模利/kN注射量/cm3超小型200~40030小型400~200060~500中型3000~6000500~2000大型8000~200002000超大型20000表8-1不同类型注射机的加工能力注射成型机大型全电动注射机二、注射成型机的基本结构注射成型机的基本结构注射成型机的基本结构1.注射系统作用：将物料塑化、均化，并在很高的压力和较快的速度下，通过柱塞/螺杆的推挤，将熔融塑料注射入型腔。组成：加料装置、料筒、螺杆（柱塞和分流梭）、喷嘴。（1）柱塞与分流梭柱塞的作用是将注射油缸的压力传给塑料并使熔料注射入模具。柱塞是一根坚实、表面硬度很高的金属柱，直径通常为20-100毫米。注射油缸与柱塞截面积的比例范围在l0-20之间。注射机每次注射的最大注射容量是柱塞的冲程与柱塞截面积的乘积。柱塞和料筒的间隙应以柱塞能自由地往复运动而又不会漏料为原则。分流梭是装在料筒前端内腔中而形状颇似鱼雷体的一种金属部件。它的作用是使料筒内的塑料分散为簿层并均匀地处于或流过料筒和分流梭组成的通道，从而缩短传热导程，加快热传递和提高塑化质量。熔体在分流梭表面流速↑，剪切速度↑，产生较大的摩擦热，使料温↑，有利于塑料的混合与塑化，有效提高产量和质量。（2）螺杆加料计量装置、料筒、螺杆与挤出装置大致相同；注射螺杆与挤出螺杆的异同：注射螺杆在旋转的同时有轴向运动，有效长度是变化的。长径比小，压缩比小，只需塑化，不需要提供稳定的压力。螺槽深以提高生产率。加料段较长。螺杆头部多为尖头，有的加止逆环。螺杆头部结构一般η大的塑料，用锥型尖头；η小的塑料，必须装止逆环以防回流。螺杆旋转，熔料前进而将止逆环推向前方，同时沿着其间隙进入料筒的前端。注射时，由于前端熔料压力升高，止逆环被压向后而与螺杆端面密合，从而防止物料回流。（3）喷嘴作用：保持较高注射压力和速度，使物料进一步塑化。类型：直通式自锁式杠杆针阀式注射喷嘴的结构形式、喷孔大小以及制造精度均将直接影响熔料的压力和温度的损失，射程的远近、补缩作用的优劣以及是否产生“流涎”现象等。①直通式喷嘴喷嘴呈短管状，熔料流经这种喷嘴时压力和热量损失都很小，而且不易产生滞料和分解，所以其外部一般都不附设加热装置。但是由于喷嘴体较短，伸进定模板孔中的长度受到很大的限制，因此所用模具的主流道应较长。改进型式，又称为延伸式喷嘴。②自锁式喷嘴为防止熔料的流涎或回缩，需要对喷嘴通道实行暂时封锁而设计。自锁式喷嘴的原理自锁式喷嘴中以弹簧式和针阀式用的最为广泛，依靠弹簧的弹力压合喷嘴体内的阀芯以实现自锁的。注射时，阀芯受熔料的高压而被顶开，熔料遂向模具射出。注射结束时，阀芯在弹簧力作用下进行复位而实行自锁。这种喷嘴的优点是能有效地杜绝注射低粘度塑料时的“流涎”现象，使用方便，自锁效果显著。但结构比较复杂，注射压力损失大，射程较短，补缩作用小，对弹簧的要求高。③杠杆针阀式喷嘴与自锁式喷嘴一样，也是在注射过程中对喷嘴通道实行暂时启闭的一种，不过这种喷嘴是用外在液压系统通过杠杆来控制联动机构启闭阀芯的。因此，它具有使用方便，自锁可靠，压力损失小，计量准确等优点。喷嘴的选择应根据加工塑料的性能和成型制品的特点来考虑。一般对熔融粘度高，热稳定性差的塑料，如聚氯乙烯，宜选用流道阻力小，剪切作用比较小的大口径直通式喷嘴；而对熔融粘度低的塑料，如聚酰胺，为防止“流涎”现象，则宜选用带有加热装置的自锁式或杠杆针阀式的喷嘴为好。形状复杂的薄壁制品宜选用小孔径，射程远的喷嘴。而厚壁制品则最好选用大孔径，补缩作用大的喷嘴。为了满足特定的需要，还有其它供特殊用途的喷嘴。2.锁模系统锁模系统：在注射机上实现锁合、启闭模具、顶出制件的机构。锁模力的计算Pc≥Pi×APi:模腔压力,40-l50MPa的高压注入模具;A：制件投影面积技术要求开模：快－慢闭模：慢－快－慢组成：导柱、固定模板、调模装置、顶出装置。分类：机械式、液压式、机械-液压式。作用：开启／闭合模具、锁模、脱出。液压式锁模系统工作原理机械式锁模系统工作原理液压双曲肘锁模机构工作原理3.注射模具主要部件：主流道(sprue)；分流道(runner)；冷料井(coldwell)；浇口(gate)；型腔(cavity)流道结构注射模具模具：是在成型中赋予塑料以形状时所用部件的组合体。如图所示：一模多腔塑模组成：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、分流道和浇口等。成型零件：构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等。结构零件：承压板、夹模板等模架部分。第二节注射成型工艺过程一、注射成型工艺过程的特点1.注射成型的周期特点：合模(moldclose)，注射(injection,充模fill)，保压(hold,pack)，冷却(cooling)，开模(moldopen)，顶出(rejection)。CoolingTimeMoldOpenTimeFillTimeHoldTime二、注射成型周期注射成型周期压力的变化注射成型周期温度的变化2.注射工艺过程（1）塑化这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。总要求是：塑料在进入型腔之前应达到规定的成型温度并能在规定时间内提供足够数量的熔融塑料，熔料各点温度应均匀一致，不发生或极少发生热分解以保证生产的连续进行。与塑料的特性、工艺条件的控制以及注射机的塑化结构均密切相关，而且直接决定着制件的质和量。塑化要求：在进入模腔之前，达到规定的温度。在规定的时间内提供足够数量的熔料均匀性。112TTTTEwh2)2(atfEhT1，物料进入料筒的温度T2，喷嘴射出料的温度Tw，料筒壁温Eh，加热效率δ，热扩散系数t，停留时间a，料厚（2）流动与冷却流动与冷却过程是指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模具开始，而后经过型腔注满，熔体在控制条件下冷却定型，直到制品从模腔中脱出为止的过程。塑料熔体进入模腔内的流动情况均可分为：充模、压实、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。②充模阶段这一阶段从柱塞或螺杆开始向前移动起，直至模腔被塑料熔体充满(从零处至t1时)为止。充模开始一段时间内模腔中没有压力，待模腔充满时，料流压力迅速上升而达到最大值P。充模时间与模塑压力有关。充模时间长，先进入模内的塑料，受到较多的冷却，粘度增高，后面的塑料就需要在较高的压力下才能进入塑模。此外，由于塑料受到较高的剪切应力，分子定向程度比较大。这种现象如果放保留到料温降低至软化点以后，则制品中就有冻结的定向分子，使制品的性能具有各向异性，在温度变化较大的使用过程中会出现裂纹。而且，制品的热稳定性也较差。高速充模时（充模时间短），塑料熔体通过喷嘴、主流道、分流道和浇口时将产生较多的摩擦热而使料温升高，这样当压力达到最大值的时间tl时，塑料熔体的温度就能保持较高的值，分子定向程度可减少，制品熔接强度也可提高。充模过快时，则在嵌件后部的熔接往往不好，致使制品强度变劣。②压实(保压)阶段这一阶段，从熔体充满模腔起(t１)至柱塞(螺杆)撤回时为止(t2)．这段时间内，塑料熔体会因受到冷却而发生收缩，但因塑料仍然处于柱塞(或螺杆)的施压下，机筒内的熔料必然会向塑模内继续流入以补足因收缩而留出的空隙。如果柱塞(或螺杆)停在原位不动，压力曲线略有下降；如果柱塞(螺杆)保持压力不变，也就是随着熔料入模的同时)略向前作少许移动，则模内压力维持不变，此时压力曲线即与时间轴平行。压实阶段对于提高制品的密度、降低收缩和克服制品表面缺陷都有影响，此外，由于塑料还在流动，而且温度又在不断下降，取向分子容易被冻结，所以这一阶段是大分子取向形成的主要阶段。这一阶段拖延时间越长，分子取向程度也越大。③倒流阶段这一阶段是从柱塞(螺杆）后退时开始(t2)到浇口处熔料冻结时为止(t3)这时模腔内的压力比流道内高，因此就会发生塑料熔体的倒流，从而使模腔内压力迅速下降。如果柱塞(螺杆)后退时浇口处熔料已冻结，或者在喷嘴中装有止逆阀，则倒流阶段就不存在，也就是不会出现t2到t3段压力下降的曲线。因此倒流的多少与有无是由压实阶段的时间决定的。但是不管浇口处熔料的冻结是在柱塞(螺杆)后退以前或以后，冻结时的压力和温度总是决定制品平均收缩率的重要因索，而影响这些因素的则是压实阶段的时间。即压实阶段时间较长，模内封口压力高，倒流少，收缩率较小。④冻结后的冷却阶段这一阶段是从浇口的塑料完全冻结时起(t3)到制品从模腔中顶出时(t4)止。塑料在这阶段内主要是继续进行冷却，以便在脱模时具有足够的刚度而不致发生扭曲变形。在这一阶段内，虽无塑料从浇口流出或流进，但模内还可能有少量的流动，因此，依然能产生少量的分子取向。由于模内塑料的温度、压力和体积这一阶段中均有变化，到制品脱模时，模内压力不一定等于外界压力。模内压力与外界压力的差值称为残余压力。残余压力的大小与压实阶段的时间长短有密切关系。残余压力为正值时，脱模比较困难，制品容易被刮伤或破裂；残余压力为负值时，制品表面容易产生凹陷或内部有真空泡。所以只有在残余压力接近零时，脱模才较顺利，并获得满意的制品。应该指出，塑料自进入塑模后即被冷却，直至脱模时为止。如果冷却过急或塑模与塑料接触的各部分温度不同，则由于冷却不均就会导致收缩不均匀，所得制品将会产生内应力。即使冷却均匀，塑料在冷却过程中通过玻璃化温度的速率还可能快于分子构象转变的速率，这样，制品中也可能出现因分子构象不均衡所引起的内应力。3.制件的后处理（1）退火处理内应力的来源：骤冷应力；冻结分子取向；构型体积应变（几何形状）内应力的影响：力学性能，光学，银纹，开裂处理方法：使用温度以上10－20℃。适应范围：分子刚性大；厚度大；含金属嵌件；内应力大。实质作用：应力松弛；稳定结晶结构。（2）调湿处理聚酰胺类塑料制件在高温下与空气接触时常会氧化变色。此外，在空气中使用或存放时又易吸收水分而膨胀，需要经过长时间后才能得到稳定的尺寸。因此，如果将刚脱模的制品放在热水中进行处理，不仅可隔绝空气进行防止氧化的退火，同时还可加快达到吸湿平衡，故称为调湿处理。适量的水分还能对聚酰胺起着类似增塑的作用，从而改善制件的柔曲性和韧性，使冲击强度和拉伸强度均有所提高。调湿处理的时间随聚酰胺塑料的品种