第八章注射成型_pdf

注射成型一、概述注射成型是高分子材料成型加工中一种重要的方法。热塑性塑料－最主要塑料制品热固性塑料－少数注射成型橡胶制品－－注压合成纤维－－不能加工二、橡胶注射成型橡胶注压。以条状或块粒状的混炼胶加入注压机，压注入模后须停留在模具中一段时间，进行硫化反应（模具是加热的）－模型硫化，无须冷却固化，这样得到最终产品。橡胶注射成型类似于橡胶制品的模型硫化，只是压力传递方式不一样（压力大，速度快），比模压生产能力大，劳动强度低，易自动化，是橡胶加工的方向。三、塑料注射成型主要是热塑性塑料的注射。粒状热塑性塑料→注射机料筒→加热熔融塑化在注塞或螺杆的快速而连续的压力下→料筒前段的喷嘴→以高压、高速入模→冷却固化→开模→制品图注射成型用于热塑性塑料的成型加工最多，本章主要讨论热塑性塑料注射成型原理及工艺。四、工艺特点1、间歇操作，周期短，生产效率高；2、可以成型形状复杂，尺寸准确的制品；3、生产过程自动化程度高；4、适应性较强除PTFE外的所有热塑性塑料，也可热固性塑料。占塑料成型的30％；制品可从简单复杂第一节注射机的结构一、注射机的形式（分类）1、按结构特点分类∗柱塞式注射机∗双阶柱塞式注射机∗移动螺杆式注射机∗螺杆预塑化柱塞式注射机图图图图柱塞式注射机双阶柱塞式注射机移动螺杆式注射机螺杆预塑化柱塞式注射机2、按注射机外形特征分类∗立式注射机——小型的柱塞式∗卧式注射机——较大的移动螺杆式∗角式注射机图3、按注射机的加工方式分类∗液压注射机——大型∗机械加压注射机——小型（手动加压）二、注射机的容量注射机的大小（产能力）：注射机一次最大注射量（g）（以PS为标准）。例：500g注射机表示该机一次可成型500g的PS制品；如果注射其他塑料则应按密度进行表示。Wmax＝WPSmax×（/PS）Wmax：最大注射量；WPSmax：PS最大注射量；PS：PS密度。制品的总重量（包括流边）应为该塑料Wmax的80％。三、注射机的基本结构加料装置（料斗）料筒（塑化室）移动螺杆注射系统（注塞及分流梭）喷嘴锁模系统移动螺杆注射机（注塞）液压系统塑模1、注射系统——主要部分∗加料装置（料斗）有计量装置、干燥装置（同挤出机）。∗料筒（塑化室）内壁光滑呈流线型，减小注射时的阻力。∗柱塞及分流梭图仅限柱塞式注射机。分流梭近喷嘴处的中心位置。分流梭的作用：料流变薄，加快传热塑化；分流，流速增大，料集中流向喷嘴。∗螺杆注射螺杆的作用：加料、塑化、传递注射压力。注射螺杆的运动：旋转＋水平运动。与挤出机螺杆的区别：压缩段短。∗喷嘴图喷嘴的作用：料筒与注射模具的桥梁。喷嘴的结构形式：通用式－通用塑料延伸式－高粘度塑料弹簧针阀式－低粘度塑料2、锁模系统塑料注射压力：400－1300kg/cm，甚至2000kg/cm。22塑料注射速度：极快。锁模系统的作用：注射模具不致于受到物料高速冲击而分开，避免模具分型面离缝，造成制品溢边现象。锁模系统的形式：机械（曲臂）＋液压（大中型）全液压（小型）全机械（小型）图3、液压传动与电器控制系统4、注射模具定模浇注系统动模成型部件附属结构冷料室分流边浇口主流边模腔注射成型原理注射成型过程（每一周期）定量加料---熔化塑料---施压注射---充模冷却---启模取件注射机所完成的任务是：∗物料升温，熔化，在压力下流动；∗闭模，将熔化料注入模内，冷却固化定型；∗开模，顶出制品。注射成型的关键过程：∗塑化；∗流动；∗冷却。一、塑化过程塑料在料筒内加热达到流动状态并具有良好的可塑性的全过程。受热情况塑化取决于受到的剪切作用温度——是塑料形变、熔融、塑化的必要条件剪切作用——强化了混合和塑化对塑料塑化的要求：∗塑料熔体进入模腔之前要充分塑化；即达到规定的成型温度。∗塑化料各处的温度要均匀一致。∗热分解物的含量达最小值。这个要求与塑料特性、工艺条件的控制及注射机的塑化结构相关。移动螺杆式注射机的塑化同挤出机。1、热均匀性（加热效果）塑料的导热性差，而柱塞式注射机的柱塞没有混合作用，对热传递不利。结果：近料筒壁温度高，中心温度低，温度分布不均匀。实际升高的温度T−T0热均匀性：E=Tw−T0可最大升高的温度E值高，有利于塑料的塑化。或塑化好，E值就高。影响E值的因素：1）获得摩擦热T有可能大于Tw，这时E1，而实际上柱塞式的注射机不可能有这种情况。2）受热时间Vp—料筒中存料量，W—每次注射量，Vp⋅tcT=w受热时间长，E大。3）热扩散速率tc—注射周期kc⋅k——热导系数，c——塑料比热，大，E也大。——密度4）塑料层的厚度，或料筒与塑料间的温度差小，则E↓。5）温度分布E=0.8以上，制品的质量可达可以接受的水平。柱塞式注射机的扩散效果不如螺杆式，因为料层厚度较大，无摩擦，所以加热效率低。解决方法：在料筒前放置分流梭。分流梭作用：较少料层厚度；产生剪切，加强热扩散；增大传热面积。（分流梭也加热）在有分流梭情况下，加热效率E与热扩散速率、层料厚度和接触时间t有一定的关系：分流梭可提供热量：E=f⎛⋅t⎞f——函数关系⎝2⎠分流梭不提供热量，塑料单从料筒吸热，相当于增加一倍：⎡⋅t⎤E=f⎢2⎥⎣2⎦真正的情况式介于上两种情况之间：⎡⋅t⎤Ef⎢⎥⎣(3−n)2⎦1n2n：分流梭对塑料提供热量的效用系数。2、塑化量单位时间内注射机熔化塑料的重量，Q。Q的三种表达方式：1）每一注射周期tc的注射量W2）每一加热时间t中的原料量Vp225VpQ=t3）用料筒与塑料的接触面积A和塑料的受热体积V来表示k为常数2Q=k⋅AV可见，加热面积A↑，Q↑，故安置分流梭。二、流动和冷却将具流动性的熔体注入模具开始，经型腔注满，熔体冷却固化，到脱模为止。1、流动阻力料筒喷嘴熔体的外摩擦＋熔体内部摩擦浇注系统型腔同时，对熔体还要压实，所以需很高的注射压力。移动螺杆式注射机注射时的阻力柱塞式注射机2、流动情况不论何种注射机，塑料进入模腔内的流动的情况可分为四个阶段：充模、压实、倒流和浇口冻结后的冷却。p压力变化如图•充模阶段：（0－t1）•压实阶段：（t1－t2）•倒流阶段：（t2－t3）•冻结后的冷却阶段：（t3－t4）p0psprt1t2t3t4tP0－模塑最大压力；Ps－浇口冻结时的压力；Pr－脱模时残余压力。注射成型工艺注射成型工艺流程：粒状热塑性塑料→干燥和预热注射机料筒清洗→嵌件的预热加料塑化移动螺杆式→→注射充模加料→塑化注塞式→凝封→退注塞或螺杆→冷却固化→脱模→后处理→注塞制品一、成型前的准备1、原料预热和干燥去水份，避免气泡，尤其对在高温下易水解的树脂。2、模具清理更换原料时尤为重要。3、脱模剂的使用用硅油脱模剂。4、嵌件制品的安装与预热注意冷热均匀。二、注射成型1、加料塑化塑料粒子加入到料筒中，通过加热逐渐变成熔体（柱塞式），或沿螺杆槽向前移动，通过料筒外的加热及螺杆转动时塑料产生的摩擦热逐渐转变为熔体。2、充模柱塞或移动螺杆把塑料均匀的熔体推向料筒前端，经过喷嘴及模具浇注系统注入并充满模具的型腔。3、保压充满之后，柱塞或移动螺杆仍保持施压状态，使喷嘴的熔体不断充实型腔，以确保不缺料。另可使大分子进一步松弛（因有滞后）。4、凝封在浇注系统里的熔体（体积比制品小的多）先行冷却硬化，模腔内还未冷却固化的熔体就不会向喷嘴方向倒流，这一现象叫凝封。凝封则保压结束，可退螺杆和注塞。同时下一周期的加料塑化开始。5、脱模保压结束，同时对模具内制品进行冷却、固化，一般冷却到塑料的玻璃态或结晶态，则进行脱模，取出制品。三、制品的后处理制品形状复杂，壁厚不均，冷却速度不一，应力集中；注射压力、速度高，熔体流变行为复杂，制品各部分的结晶与取向不同，制品质量不均。制品后处理：热处理（退火）；调潮处理；整修。注射成型工艺条件的选择注射成型的关键塑料塑化良好充模成型顺利温度（料温、模温）注射压力影响塑化和充模的工艺条件锁模力注射速度时间（注射、保压、冷却）一、温度1、料温包括料筒加热和喷嘴加热温度。料筒温度选定的原则：保证塑料塑化良好，能顺利充模，不致于引起塑料的降解。一般Tf(m)T筒Td。T↑，，塑化时间↓，充模顺利，注射速度也大，注射周期可以下降，生产率提高。一般T筒尽可能高些。但，T太高，易分解。选择T筒时从以下几方面考虑：热敏性塑料即考虑塑料的Tf(m)－Td的差。分子量及其分布M大的，T筒高，但应Td；分布宽的，T筒低。制品尺寸对同种塑料，制品尺寸小，冷却快，可选高T筒。簿壁制品，熔体入模阻力大，应选高T筒。不同设备移动螺杆式的T筒注塞式的T筒。喷嘴温度：注射时高速通过喷嘴，有摩擦，会升温。为了防止流涎：温度分布比最高稍低喷嘴最高较高低温度料筒前部中部后部2、模温模具温度的高低影响充模后冷却的快慢，进而影响生产周期及制品性能。塑料品种制品使用性能要求制品的形状尺寸其他成型工艺条件生产成本模温的选择有关冷却速度的快慢取决于料温与模温的差异。模具温度是由冷却介质温度（Tc）控制的：Tc塑料的TgTc=塑料的TgTc塑料的Tg－－骤冷－－中速冷－－缓冷例：1）结晶型塑料温度降到Tm以下即结晶，故结晶速度受冷却速率的控制。模温影响制品的结晶度和结晶构型。模温高，冷却速度小，结晶速率大，有利结晶。中等模温，冷却速率适中，分子的结晶和取向也适中。模温低，冷却速度大，不利结晶。制品的结晶度下降。2）无定型塑料无定型塑料注射充模后无相转变，故模温高低主要影响充模时间长短，较低的模温，冷却快，生产率提高。但也应考虑物料在模具中的流动性有所区别：对熔融粘度较低或中等的无定型塑料，如PS等采用偏低的模温。对熔融粘度较高的无定型塑料，如聚苯醚（PPO）应采用较高模温。另外要考虑的问题：冷却时间：要使制件的温度冷到低模温，所需时间很长。所以脱模时的制品温度可稍高于模温即可脱模，提高生产率。避免过早凝封：模温越低，塑料的凝封时间和冷却速度加快，有利提高生产率，但过低的模温，使浇口过早冷封，会发生缺料和充模不全。应考虑模温对结晶、取向、内应力和物理机械性能的影响。二、压力和速度1、注射压力注射压力的作用：∗推动熔体前进；∗克服浇注系统阻力，使熔体充模；∗保压，补塑。注射压力↑，→充模速度↑，充模顺利，制品密度↑，性能↑，但内应力↑。压力的选择：∗尺寸大，形状复杂，薄壁制品，模具流速阻力大—高压；∗Tg高，熔体粘度高—高压；∗料温较低—高压。注：用高压，应作退火处理，以除残余应力。注射压力与塑料温度使相互制约的，料温高时，注射压力减小。以料温和注射压力为坐标，绘制的成型面积图能正确反映注射成型的适宜条件。2、注射速度注射速度与注射压力是相辅相成的。速度↑，塑料受剪切↑，生热↑，T↑，充模压力↑，充模顺利，生产周期短。但速度，料流为湍流，严重时引起喷射作用，卷入空气，制品产生内应力。所以速度不宜太快，宜以层流状态，顺利将模腔内空气排出。注射压力和注射速度的总体选择：∗熔体高，Tg高，用高速，同时选用高模温，高料温。∗为避免湍流，又要缩短生产周期，多用中速注射。∗对形状复杂，浇口尺寸小，流程长，薄壁制品，宜用高速高压。三、注射成型周期注射成型周期是指完成一次注射成型的全部时间。柱塞或螺杆前进时间（充模）注射时间柱塞或螺杆停留时间（保压）成型周期保压之后，制品在模内冷却时间（加料，柱塞、螺杆后退时间包括在内）冷却时间其他时间冷却结束后，开模，取出制品，清理模具，放嵌件，涂润滑油等辅助时间以及闭模时间成型过程各阶段的时间长短与塑料品种、成型工艺性能、制品特点等有关，其中最主要的是注射时间和冷却时间。前进保压后退加料柱塞或螺杆动作在料筒内的物料塑化塑化开模取出制品闭模充模冷却固化模具动作注射成型周期返回返回返回返回返返回回返回返回返回返回返回返回返回返回