第四章-注射成型原理及工艺特性

第四章注射成型原理及工艺特性本章主要内容：注射成型原理及工艺过程：螺杆式与柱塞式，具体工作动作注射成型工艺条件（温度、压力、时间）的选择和控制3、螺杆式与柱塞式注射机注射过程比较。本章重点：注射成型原理及工艺过程：成型前准备、注射过程、塑件的后处理具体过程注塑工艺参数及其意义§4.1注射成型原理1、首先将松散的粒料从注射机的料斗送入高温的料筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴进入闭和模具型腔中；3、保压冷却定型一段时间；4、开启模具从模具型腔脱出塑件。•(a)关闭模具(b)充填模穴(c)保压(d)螺杆后退；(e)顶出塑件(f)开始下一个循环§4.2注射成型工艺注射成型工艺包括：1）成型前的准备2）注射过程3）塑件的后处理一成型前的准备1.原料预处理（1）分析检验成型物料的质量检验物料的含水量、外观色泽、颗粒情况、有无杂质（2）着色着色剂主要分颜料和染料两种。颜料分为有机颜料和无机颜料。配色着色可采用色粉直接加入树脂法(直接法、一步着色法)和色母（色种）粒法(间接法、二步着色法)（3）预热干燥对于吸湿性或粘水性强的成型物料（如：ABS、PA、PC等）根据注射成型工艺允许的含水量进行预热干燥。目的：除去物料中过多水分及挥发物，防止成型后制品出现气泡和银纹，同时避免注射时发生水降解。预热干燥方法：1）空气循环干燥法2）循环热风、红外线及远红外线等设备干燥3）真空干燥法4）抽湿干燥法5）负压沸腾干燥法6）料斗干燥（4）注射辅助设备1）干燥机2）冻水机通过控制冷却水温度（10°C左右）来控制模具的工作温度。3）碎料机将脱离的流道或报废塑件打碎成为水口料回收用于生产，打料时注意不同种类的料不能混合。4）混料机将按配比量称后的塑料原料及色粉/色母通过机器搅拌。2.清洗料筒生产中改变塑料品种、更换物料、调换颜色或成型过程中出现了热分解或降解反应，应对注射机的料筒进行清洗。对于螺杆式料筒，可采用对空注射法清洗。对于柱塞式料筒，必须将料筒拆除清洗。3.预热嵌件对于有嵌件的塑料制件，由于金属与塑料收缩率不同，嵌件周围的塑料容易出现收缩应力和裂纹。所以成型前对嵌件预热。4.选择脱模剂二注射成型工艺过程注射成型工艺过程可分为塑化计量、注射充模、冷却定型（加料、塑化、计量、充模、保压、倒流、冷却和脱模）1、塑化计量（1）加料：将松散的粉状或粒状塑料加入注射机料斗，由柱塞或螺杆带入料筒进行加热。（2）塑化物料在注射成型机料筒内经过加热、压实以及混合等作用后，由松散的粉状或粒状固体转变成连续的均化熔体的过程。达到：组分均匀、密度均匀、黏度均匀、温度分布均匀。（3）计量通过注射机柱塞或螺杆，将塑化好的熔体定温、定压、定量的输出机筒。（4）塑化效果和塑化能力塑化效果指物料转变成熔体之后的均化程度。塑化能力指注射机在单位时间内能够塑化的物料质量或体积。塑化效果和好坏及塑化能力的大小与物料受热方式和注射机结构有关。2、注射充模塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推进作用下，以一定的压力和速度经过料筒前端的喷嘴和模具中的浇注系统快速进入封闭模腔的过程。分为：流动充模、保压补缩、倒流三阶段。（1）流动充模流动充模指将塑化好的熔体注射进模具模腔的过程。（2）保压补缩充模结束后，在注射机柱塞或螺杆推动下，熔体仍然保持压力进行补料，使料筒中的熔体继续进入型腔，以补充型腔中塑料的需要，直到柱塞或螺杆后退为止。保压时间要适当，过长的保压时间容易使塑料件产生内应力，引起塑件翘曲和开裂。（3）倒流保压结束后，柱塞或螺杆后退，型腔中的熔体压力解除，型腔中的熔体压力比浇口前方的高，如果浇口尚未冻结，就会发生型腔中熔体通过浇注系统倒流的现象，使塑料制件产生收缩、变形及质地疏松等缺陷。倒流是否发生或倒流的程度如何，与保压时间有关。保压时间越长，保压压力对模腔的熔体作用时间也越长，倒流越小，塑件的收缩情况会减轻。3、冷却定型和脱模（1）冷却定型：指从浇口处的塑料完全冻结起时到塑件将从模腔内推出为止的全部过程。此阶段，补缩或倒流不再发生，型腔内的塑料继续冷却，硬化和定型。当脱模时，塑件具有足够的刚度，不致产生翘曲和变形。到开模时，型腔内的压力下降到最低值，型腔内的压力与外界大气压力之差值称为残余压力。1）残余压力为正时，脱模较困难，塑件易挂伤或崩裂。2）残余压力为负时，塑件表面有缺陷或内部有真空泡。3）残余压力接近零时，脱模较顺利。（2）脱模塑件冷却后开模，在推出机构的作用下，将塑料制件推出模外。3)制件的后处理由于塑化不均匀或塑料在型腔内的结晶、取向和冷却不均匀及金属嵌件的影响，塑件内部存在内应力，导致塑件在使用的过程中产生变形或开裂。常用的后处理方法：退火和调湿。1、退火处理退火是将塑件放在定温的加热介质（热水、热油、热空气和液体石蜡等）保温一段时间的热处理过程。消除塑件成型后的残余应力。退火温度在使用温度以上10°C~20°C至热变形温度以下10°C~20°C之间进行控制和选择。2、调湿处理一种调整塑件含水量的后处理工序。主要用于吸湿性很强且容易被氧化的PA等塑料。不仅消除残余应力，还能防止在使用过程中发生尺寸变化。调湿处理的介质是水或醋酸钾溶液，加热温度100°C~121°C。§4.3注射成型的工艺参数注射成型三大工艺条件：1）温度（熔胶温度、模具温度）2）压力（背压、注射压力、保压压力）3）时间（注射时间、保压时间、冷却时间）一、温度注射成型过程需控制的温度有：1）料筒温度2）模具温度前两种温度主要控制塑料的塑化和流动。后一种温度主要影响塑料的流动和冷却定型。1、料筒温度1）料筒最合适的温度应在粘流态温度θf和热分解温度θb和之间。2）料筒温度的分布一般应遵循前低后高的原则。3）判断料筒温度是否合适，可采用对空注射法观察或直接观察塑件的质量好坏。4）喷嘴温度一般略低于料筒的最高温度。目的：防止熔料产生流涎现象。5）喷嘴温度不能太低，否则会使溶体早凝，其结果不是堵塞喷嘴孔，就是将冷料充入型腔，导致塑件缺陷。2、模具温度1）模具温度影响熔体的充模流动能力，塑件的冷却速度和成型后的塑件性能。2）模具温度通常是由通入定温的冷却介质来控制。3）高黏度塑料，采用较高的模具温度；黏度较小的PE、PP、PVC、PS等采用较低的模温。缩短成型周期的两种方法：一、把模具温度取得尽可能低，加快冷却速度缩短冷却时间。二、较高的模温状态下，在较高温度下将塑件脱出，缩短在模内冷却时间。二、压力注射模塑过程中的压力包括塑化压力和注射压力。1、塑化压力又称背压，是指采用螺杆式注射机时，螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到的压力。压力大小通过液压系统中的溢流阀调整。在保证塑件质量的前提下，塑化压力越低越好，一般为6MPa，不超过20MPa。作用：使塑料熔体温度均匀，把挥发性气体排出料筒外使熔体均匀混合。2、注射压力指柱塞或螺杆头部轴向移动时对塑料熔体所施加压力。作用：克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔体一定的充型速率以及对熔体进行压实。对于流动性差的塑料，注射压力大，对于型腔阻力大的薄壁塑料，注射压力大。▲注射速度注射速度通过调节单位时间内注射油缸供油多少来实现。一般来说，使用高射速（不产生喷射流动）充模，可以保证塑件熔接强度及表观质量。过低的注射速度制件表层冷却快，对继续充模不利，容易造成制品缺料、分层和明显的熔接痕。过高的注射速度会导致喷射流动、溢边、黏膜、顶出时顶白、困气烧黑等。三、时间完成一次注射注射时间所需的时间称为成型周期。包括注射时间、保压时间和冷却时间1）注射时间和冷却时间是基本组成部分，其多少对塑件的品质有决定性影响。2）充模时间一般不超过10秒3）保压时间较长，与塑件壁厚有关。一般为20~25秒（特厚塑件达5~10分钟）4）冷却时间主要决定于塑料结晶性、模具温度、塑件的壁厚和塑料的热性能。