第五章注射成型

第五章注射成型1注射成型原理25.1概述1.注射模塑將粉狀或粒狀塑料從注射機(jī)料斗加入料筒中加熱熔融塑化，在螺桿的旋轉(zhuǎn)擠壓作用下，物料被壓縮并向前移動(dòng)，通過料筒前端的噴嘴以一定的速度注射入溫度較低的閉合模具內(nèi)，經(jīng)一定時(shí)間冷卻定型后開啟模具即得制品。2．注射成型在塑料成型加工工業(yè)中的地位（1）注射制品應(yīng)用廣泛；（2）注射制品約占塑料制品總產(chǎn)量的30%，注射機(jī)產(chǎn)量約占成型設(shè)備總產(chǎn)量的50%；33．注射成型的特點(diǎn)所占比例大：注射成型是一種重要的聚合物成型方法，30％左右的塑料制品采用此方法來(lái)生產(chǎn)適用范圍廣：幾乎所有的塑料以及形狀復(fù)雜的制品都可以采用此方法來(lái)成型加工操作簡(jiǎn)單方便、生產(chǎn)效率高：成型周期從幾秒到幾分鐘不等，一旦參數(shù)設(shè)定，可連續(xù)地自動(dòng)化地生產(chǎn)相同規(guī)格的制品

4．塑料成型加工工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

（1）大型化、精密化、自動(dòng)化、微型化；（2）研究開發(fā)新的注射成型技術(shù)；（3）設(shè)計(jì)新型注塑制品，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。

4

5.2塑料注射成型設(shè)備注射成型機(jī)的規(guī)格型號(hào)注射成型機(jī)的分類注射成型機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5

5.2.1注射成型機(jī)規(guī)格和型號(hào)公稱注射量在對(duì)空注射情況下，注射螺桿（柱塞）作一次最大注射行程時(shí)，所能達(dá)到的最大注射量。

重量法:

以PS為標(biāo)準(zhǔn)，以注射的重量表示（g）。

容量法:

以PS為標(biāo)準(zhǔn)，以注射的容量表示（cm3）。規(guī)格

30、60、125、250、500、1000、2000、3000、4000、8000、……32000（cm3）等。規(guī)格型號(hào)的表示

XS-ZY-x（500）:表示公稱注射量為500(x)cm3的螺桿式（y）塑料（s）注射（z）成型（x）機(jī)。

6注射成型機(jī)類型：柱塞注射成型機(jī)螺桿注射成型機(jī)注射機(jī)的分類7

注射機(jī)的分類

●

柱塞式注射機(jī)

主要構(gòu)造：注射系統(tǒng)（柱塞、料筒、分流梭等）、鎖模裝置等。（電氣控制、油路控制等）特征：Ⅰ.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。

Ⅱ.混合、塑化效果不良。(攪拌、剪切作用小)。

Ⅲ.傳熱不良。

適用性：Ⅰ.適用于小型注射機(jī)。（60克以下）

Ⅱ.對(duì)熱敏性塑料，大、中型注射機(jī)不適用。

原因：存料量多，一般為注射量的4~8倍，停留時(shí)間長(zhǎng)。

8柱塞式注塑機(jī)結(jié)構(gòu)示意1-機(jī)座2-電動(dòng)機(jī)及油泵3-注射油缸4-加料調(diào)節(jié)裝置5-注射料筒柱塞6-加料筒柱塞7-料斗8-料筒9-分流梭10-定模板11-模具12-動(dòng)模板13-鎖模機(jī)構(gòu)14-鎖模(副)油缸15-噴嘴16-加熱器17-油缸9

主要構(gòu)造：注射系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)、模具。

特點(diǎn)：

Ⅰ.螺桿塑化、注射合二為一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，制造方便，應(yīng)用廣泛。

Ⅱ.混合均勻，傳熱、塑化良好，模塑質(zhì)量高。

適用性：流動(dòng)性差、熱敏性塑料；大、中、小型制品均可。根據(jù)外形還可以分為立式、臥式和角式的?！褚苿?dòng)螺桿式注射機(jī)

10臥式螺桿注塑機(jī)結(jié)構(gòu)示意1-機(jī)座2-電動(dòng)機(jī)及油泵3-注射油缸4-齒輪箱5-齒輪傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)6-料斗7-螺桿8-加熱器9-料筒10-噴嘴11-定模板12-模具13-動(dòng)模板14-鎖模機(jī)構(gòu)15-鎖模(副)油缸16-螺桿傳動(dòng)齒輪17-螺桿花鍵槽18-油箱11根據(jù)排列方式不同分類：臥式、立式、角式

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注射機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

●

注射系統(tǒng)：

主要作用：塑料的輸送、混合、壓實(shí)、熔融、塑化、注射和保壓等。

主要部件：料斗、料筒、螺桿、柱塞、分流梭、噴嘴等。

Ⅰ.料斗：一般呈錐形，有的還要帶加熱除濕和自動(dòng)加料裝置（包括向螺桿喂料和向料斗喂料裝置）

Ⅱ.料筒：為塑料加熱加壓的容器，其耐壓、耐熱、抗腐蝕、傳熱性好，其容積不能過大和過小，一般料筒有多個(gè)加熱段

Ⅲ.柱塞：表面硬度高，堅(jiān)實(shí)光滑金屬桿。

其作用是將油壓傳遞給熔體，注射入模腔，保壓。

13

Ⅳ.分流梭：裝在料筒前端形狀如魚雷體的金屬部件（見下圖）。

作用：A.使物料分流，料層變薄。

B.縮短傳熱導(dǎo)程，提高熱傳導(dǎo)和塑化質(zhì)量。

C.減少了料筒壁處物料的分解。

D.因流道橫截面↓，剪切速率↑，摩擦熱↑，使表觀粘度η降低，有利于傳熱和注射。分流梭的結(jié)構(gòu)示意14Ⅴ.螺桿對(duì)塑料進(jìn)行輸送、壓實(shí)、塑化和施壓。工作過程：首先將從料斗過來(lái)的物料卷入料筒，通過螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)將其向前推送、壓實(shí)、排氣和塑化，這樣熔體就被不斷的被推送到螺桿頂端和噴嘴之間，而螺桿本身受熔體的壓力和液壓的作用而后退，當(dāng)熔體達(dá)到一定的注射量時(shí)，螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)，注射開始時(shí)，螺桿傳遞液壓或機(jī)械壓力使熔體充模。雖然注射機(jī)和單螺桿擠出機(jī)的基本結(jié)構(gòu)類似，但其有如下特點(diǎn)：

①其在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有軸向位移，因此其有效長(zhǎng)度是變化的

②注射螺桿的長(zhǎng)徑比和壓縮比比較小，因?yàn)樗恍枰峁┓€(wěn)定的壓力，塑化中所需要的壓力是通過調(diào)整背壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的

③為提高生產(chǎn)率，注射機(jī)螺桿的螺槽深度比較深

④由于軸向位移，加料段的長(zhǎng)度比較長(zhǎng)

⑤螺桿頭部也需要根據(jù)物料的不同進(jìn)行設(shè)計(jì)不同形狀

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主要作用是防止出現(xiàn)熔融塑料積存、回流現(xiàn)象。一般η大的塑料，用錐行尖頭；η小的塑料，必須裝止逆環(huán)以防回流。

16根據(jù)其結(jié)構(gòu)，大致可分為如下幾種形式：

●直通式：

特點(diǎn)：頸短呈管狀，不用單獨(dú)加熱；壓力損失??；不易分解、滯料；補(bǔ)料易；剪切作用小，易流涎，射程近。

適用性：粘度高、熱敏性塑料（PVC），厚壁制品。

Ⅵ.噴嘴：

是連接模具和料筒的過渡部分，熔體在螺桿或柱塞壓力的推動(dòng)下通過噴嘴注入模具，其作用有三：

a.引導(dǎo)熔體從料筒進(jìn)入模具。

b.使物料進(jìn)一步混合、塑化。

(孔徑小，剪切速率大)c．調(diào)節(jié)料流速度。17

●延伸式：

特點(diǎn)：頸長(zhǎng)，需單獨(dú)加熱；壓力損失較??；射程較遠(yuǎn)；補(bǔ)縮作用較大；有流涎現(xiàn)象。

適用性：η大、易分解塑料等。如ABS、PC、POM等。

18●

自鎖式：

自鎖作用：依靠彈簧的彈力作用壓合噴嘴體內(nèi)的閥芯，以防止流涎和回縮。

特點(diǎn)：自鎖效果好，防止“流涎”；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失大，射程近，補(bǔ)縮作用小，其形式有彈簧式和針閥式兩種。

適用性：聚酰胺、PET等低粘度塑料。19●

杠桿針閥式：20

5.2.2鎖模系統(tǒng)：

在注射機(jī)上實(shí)現(xiàn)鎖合模具、起閉模具和頂出制品的機(jī)構(gòu)總稱為鎖模系統(tǒng)，作用：鎖合模具，開、閉模具，頂出制品。由于在注射過程中有很大的壓力損失，所以模腔壓力約為注射壓力P的（0.4~0.7）倍●機(jī)械式，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維修方便；

缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)頻繁，負(fù)荷大，噪音大，易磨損，行程短；適用性：小型機(jī)械；21

●液壓式：其特點(diǎn)是模板行程大，運(yùn)行平穩(wěn)、可靠、易緊急剎車、易安裝、易調(diào)模。22●液壓－機(jī)械組合式：其是通過液壓操縱連桿或曲軸撐桿來(lái)達(dá)到起閉和鎖合模具的目的。

優(yōu)點(diǎn)：有自身增力作用（聯(lián)桿式曲肘）。伸直時(shí)有自鎖作用。缺點(diǎn)：易機(jī)械磨損，調(diào)模麻煩。

適用性：多用于中、小型注射機(jī)。曲臂鎖模機(jī)構(gòu)閉模(a)和開模(b)工作原理示意圖235.2.3注塑模具24塑料模具：利用本身特定形狀，使塑料成型為具有一定形狀和尺寸的制品的工具。塑料模具的主要結(jié)構(gòu)：

①主流道：連接噴嘴至分流道或澆口的通道。

Ⅰ．作用：引導(dǎo)熔體進(jìn)入分流道或澆口。

Ⅱ．特點(diǎn)：多為圓錐形，直徑向內(nèi)擴(kuò)大，呈2~6°，便于除去贅物，為減少回收料，應(yīng)盡量短。②分流道：多腔模中連接主流道與澆口的通道，在設(shè)計(jì)時(shí)要求對(duì)稱分布，等距，均稱。③冷料穴：主流道末端的空穴。其作用是捕集噴嘴端部相鄰兩次注射間的冷料（防止分流道、澆口阻塞）。

主流道分流道澆口拉料扣冷料穴制品25④澆口：連接主流道（分流道）與型腔的通道。其作用有：Ⅰ.控制料流速度。

Ⅱ.防止倒流。（截面小，冷凝快，早凝）

Ⅲ.提高料溫，提高流動(dòng)性。

Ⅳ.便于制品脫離。⑤型腔：構(gòu)成制品幾何形狀的部分。

Ⅰ．凹模（陰模）：構(gòu)成制品外形的部分。

Ⅱ．凸模（陽(yáng)模）：構(gòu)成制品內(nèi)部形狀的部分。

Ⅱ．分型面：分開模具，取出制品的平面。⑥排氣口：常設(shè)在分型面上或模腔端部。一般深度為0.03~0.2mm,寬為6mm左右的淺槽。防止氣體卷入熔體中，而使制品產(chǎn)生氣泡，甚至充模不滿。⑦結(jié)構(gòu)零件：導(dǎo)向、脫模、抽芯以及分型的各個(gè)零件。⑧加熱和冷卻裝置：應(yīng)該根據(jù)塑料的熱性能（結(jié)晶性能），制品的形狀結(jié)構(gòu)來(lái)考慮冷卻通道和冷卻介質(zhì)的選擇。26典型注射模具結(jié)構(gòu)圖1-定位環(huán)2-主流道襯套3-定模底板4-定模板5-動(dòng)模板6-動(dòng)模墊板7-模座8-頂出板9-頂出底板10-回程桿11-頂出桿12-導(dǎo)向柱13-凸模14-凹模15-冷卻水通道275.3熱塑性塑料注射模塑工藝過程

準(zhǔn)備階段注射成型工藝過程后處理過程工藝條件分析28

5.3.1成型前的準(zhǔn)備原料性能的了解

●熱性能：

①熱擴(kuò)散系數(shù)：α=k/Cp·ρ（10-4，cm2/秒）衡量原料熱傳導(dǎo)難易的重要參數(shù)。式中：k為導(dǎo)熱系數(shù)，Cp為恒壓熱容，ρ為密度。②Tg，Tf，Tm，Td：決定了成型溫度范圍，一般為Tf（Tm）~Td。在保證物料具有良好的加工流動(dòng)性的同時(shí)使物料不發(fā)生分解。29

流變性能：

●剪切速率、溫度和壓力等對(duì)熔體粘度的影響規(guī)律。

A．聚碳酸酯等，粘度對(duì)溫度敏感。

B．聚乙烯等，粘度對(duì)剪切速率敏感?！袢垠w流動(dòng)速率(流動(dòng)指數(shù)MI)：有些聚合物的MI較高，如PE、PP，MI一般應(yīng)為2-9克/10分鐘。

30壓縮率：

PA66在100MPa時(shí)，4%；

PS在100MPa時(shí)，7%；

PP在100MPa時(shí)，8.5%。壓縮率越大，制品收縮率越大，為防止凹陷和縮孔，相應(yīng)要提高注射+保壓壓力。其它工藝性能：吸濕性、細(xì)度和均勻度等。31

原料的預(yù)處理

●原料的干燥：對(duì)PC和PA等，一定要進(jìn)行干燥，使吸水率分別小于0.03%和0.3%以下。否則，輕則制品表面出現(xiàn)銀紋、斑紋和起泡，重則會(huì)分解，變色，使制品的表面和內(nèi)在質(zhì)量均降低。

●著色：

Ⅰ．干法著色：（一般加助染劑，如白油）

Ⅱ．糊狀著色劑著色。

Ⅲ．色粒著色。

Ⅳ．色母料著色。32

●嵌件預(yù)熱：

Ⅰ．作用:減小塑料和金屬間的溫差,使塑料冷卻收縮均勻,有利于熱料補(bǔ)縮,防止產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。

Ⅱ．原因：因兩者間熱性能、收縮率差別大，嵌件附近易出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。

Ⅲ．預(yù)熱溫度：

A.鍍鋅和鍍鉻嵌件：110~130℃。

B.無(wú)鍍層嵌件：150℃左右。

33

●脫模劑的選擇：為使制品易從模具中脫出而敷于模具內(nèi)的一種助劑。

Ⅰ.硬脂酸鋅：不適用于PA。

Ⅱ.白油（液體石蠟）：對(duì)PA效果好，還可防止空隙。

Ⅲ.硅油：雖效果好，但價(jià)格高，使用麻煩。●料筒的清洗：在更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)正在加工中的塑料有一定降解現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，就需要對(duì)料筒進(jìn)行清洗。對(duì)于螺桿式的注射機(jī)，一般采用直接換料清洗。對(duì)塑料的熱穩(wěn)定性、成型溫度范圍和各種塑料的相容性要有較深入地了解。34注射成型工藝過程示意圖

5.3.2注射成型過程35模具低壓快速閉合動(dòng)、定模快接近時(shí)低壓低速高壓低速鎖模確認(rèn)模具鎖緊后注射座前移噴嘴貼合模具流道口后，注射油缸推動(dòng)螺桿移動(dòng)高壓高速將頭部的熔料注入模具熔料充滿模腔后，螺桿對(duì)熔料保持壓力保壓至模腔內(nèi)熔料失去從澆口回流的可能性即可卸壓制品在模腔內(nèi)繼續(xù)冷卻定型同時(shí)螺桿在傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，塑料沿著螺桿向前輸送

注射成型機(jī)的工作過程36

合模：

在鎖模系統(tǒng)作用下，使動(dòng)、定模嚴(yán)密閉合。塑化：

塑料在料筒中加熱，由固體粒子轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w，使物料具有良好的流動(dòng)性。

影響塑化質(zhì)量的主要因素：

①溫度：使塑料得以形變、熔融和塑化的必要條件。②剪切作用：

A.強(qiáng)化了混合和塑化過程。

B.溫度分布、物料組成、分子形態(tài)發(fā)生變化，均勻。

C.摩擦熱促進(jìn)了塑料內(nèi)部的塑化。

對(duì)塑化的總體要求：

①充分塑化，達(dá)到規(guī)定的成型溫度且均勻一致。

②熱分解物含量達(dá)到最小值。

③提供足夠的熔融塑料。

37注射(充模)：在柱塞或螺桿的強(qiáng)力推動(dòng)下，將匯集于料筒前端的熔體以很高的速度注入到溫度較低的模具中。熔體在進(jìn)入型腔之后可分為充模、壓實(shí)、倒流和澆口凍結(jié)后的冷卻四個(gè)階段，在此四個(gè)階段中，熔體溫度不斷下降，壓力也不斷發(fā)生變化

●充模時(shí)間：從高聚物熔體進(jìn)入模具起至模腔被充滿為止的一段時(shí)間（t0~t1）。一般為2~10秒鐘。

●壓力變化：熔體充模前，模內(nèi)無(wú)壓力，隨充模進(jìn)行直到充滿模腔，壓力增至最大Po。

●溫度變化：隨充模進(jìn)行，物料和模具溫度稍有升高。

原因：由于高速流動(dòng)，摩擦升熱而引起。38充模流動(dòng)分析

●熔體以層流規(guī)律流動(dòng)料流初進(jìn)入模腔時(shí)，熔體前端呈圓弧形。

原因：模內(nèi)兩壁溫度低，中心處粘度小，流動(dòng)阻力小，流速大。

時(shí)間溫度熔體溫度模具溫度39

●模腔兩壁充滿后，逐漸由前端圓弧形過渡為直線形。

原因：由于料流前端與空氣接觸，界面上熔體冷卻，η↑，前端的弧形成為粘度較高的熔體膜，流速減小，直至過渡到所有點(diǎn)流速都基本相等。

●作為熔體主流，前端呈直線形向前流動(dòng)，直至充滿模腔。

40充模過程中的射流（噴射）●當(dāng)澆口深度比制品厚度小的多時(shí)，如點(diǎn)澆口，容易出現(xiàn)熔體在模腔內(nèi)的一股單獨(dú)的連續(xù)射流;●射流使制品產(chǎn)生表面缺陷，質(zhì)量降低(充模不足等);

●降低注射速度，提高熔體和模具溫度，可防止射流。主流道分流道澆口拉料扣冷料穴制品41

壓實(shí)（保壓）：模具中熔體冷卻收縮時(shí)，繼續(xù)保持施壓狀態(tài)的柱塞或螺桿，迫使?jié)部诨驀娮旄浇娜垠w不斷補(bǔ)充入模中（補(bǔ)縮），使模腔中塑料能形成形狀完整而致密的制品。

●保壓時(shí)間：自熔體充滿模腔起至螺桿開始后退為止的一段時(shí)間。t1~t2，20~120秒，也有1~5分鐘的。

主要作用：

A．壓實(shí)塑料（提高密度，提高強(qiáng)度）;

B．使塑料緊密貼模，制品尺寸精確;

42

C．熱料補(bǔ)縮;

原因：溫度↓，熔體冷卻時(shí)產(chǎn)生收縮，易出現(xiàn)縮孔，凹陷等缺陷。在壓力作用下，使熔體不斷充模，進(jìn)行補(bǔ)料?！砻姘枷莺蛢?nèi)部縮孔等。

D．防止熔體倒流（模內(nèi)壓力高于外部壓力時(shí)）。

分子取向：

是形成分子取向的主要階段。

原因：由于保壓期間熔體仍在流動(dòng)，而溫度不斷降低，分子流動(dòng)取向易被凍結(jié)。保壓時(shí)間越長(zhǎng)，分子取向程度越大。（澆口凍結(jié)除外）

43

倒流：自螺桿后退起，至澆口被凍結(jié)為止（t2~t3）。

●壓力變化：由Po降至PS;

●物料由模腔向外流動(dòng);

●該階段分子取向程度?。ǖ沽鞑暗姆秶苄。?●倒流易使制品產(chǎn)生縮孔、凹陷、收縮、尺寸不穩(wěn)定。

●減小倒流的主要措施：

A．采用小澆口（點(diǎn)澆口、扁平澆口）;B．延長(zhǎng)保壓時(shí)間（保證在保壓時(shí)間內(nèi)，使?jié)部趦鼋Y(jié)）;44澆口凍結(jié)后冷卻階段：指澆口處塑料完全凍結(jié)至制品取出為止。t3~t4，一般為30~120秒?！裰饕饔茫菏怪破防鋮s定型，防止脫模時(shí)扭曲變形。

45●壓力變化：由PS降至Pr，主要是由于冷卻收縮所至。

●殘余壓力：模內(nèi)壓力與外界壓力之差稱為殘余壓力，常用Pr表示。

A．Pr>0時(shí)，模內(nèi)壓力為正數(shù)，會(huì)造成脫模困難。

原因：制品冷卻收縮，必然對(duì)芯模有壓力作用，因此脫模時(shí)制品易掛傷，變形。

B．Pr=0時(shí)，內(nèi)外壓力平衡，脫模順利，制品質(zhì)量高；

C．Pr<0時(shí)，制品易偏離模具，變形，表面出現(xiàn)裂紋等。46

5.3.3制品的后處理熱處理

●熱處理的原因：

A.注射制品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚不均；

B.成型時(shí)流動(dòng)行為復(fù)雜，有不同的取向、結(jié)晶；

C.制品各部分冷卻不一致；

D.制品中可能帶有嵌件；

F.塑化質(zhì)量不均等。這些因素會(huì)使制品產(chǎn)生復(fù)雜內(nèi)應(yīng)力，輕者在使用和貯存中產(chǎn)生裂紋，重者在脫模時(shí)就發(fā)生破壞。47

●熱處理的主要作用（本質(zhì)）：

A強(qiáng)迫凍結(jié)的分子鏈得到松弛，從而消除這部分內(nèi)應(yīng)力；

B提高制品結(jié)晶度，完善結(jié)晶結(jié)構(gòu)；從而提高彈性模量、拉伸強(qiáng)度等，但降低伸長(zhǎng)率。

●熱處理方法：將制品放在一定溫度的加熱介質(zhì)（熱水、熱油等）或熱空氣循環(huán)箱中靜止一段時(shí)間，然后緩慢冷至室溫?！駸崽幚砉に嚄l件（溫度、時(shí)間等）：要根據(jù)具體的情況來(lái)選擇熱處理?xiàng)l件，如分子鏈剛性大，二次結(jié)晶程度大等材料熱處理時(shí)間可以長(zhǎng)些。48調(diào)濕處理：

●主要作用：

?。苊庋趸兩ǚ湃霟崴?，隔絕氧，如PVC）；

ⅱ．加快得到吸濕平衡，穩(wěn)定制品尺寸；

ⅲ．適量水分對(duì)PA等有增塑作用。可以改善柔性、韌性、拉伸強(qiáng)度等性能。

●處理方法：將剛出模的熱制品在一定溫度的熱水中放置一段時(shí)間。●調(diào)試處理的工藝條件（溫度和時(shí)間）

其它：

●機(jī)械加工;

●修飾等。

49

5.3.4注射模塑工藝條件的分析討論溫度●料筒溫度（噴嘴溫度）●模具溫度壓力

●預(yù)塑壓力●注射壓力●保壓壓力時(shí)間（成型周期）

50ⅰ.一般為前（噴嘴）高后（料筒）低；ⅱ.水份含量高的塑料，后段溫度可適當(dāng)提高；

原因：有利于水分排出，否則制品易出現(xiàn)銀紋、氣泡、斑紋等缺陷。ⅲ.料筒前端溫度可低于中段溫度。

原因：剪切摩擦熱有利于塑化；防止塑料的過熱分解。

溫度：●料筒溫度：料筒溫度的分布：51ⅰ.料筒溫度一般應(yīng)控制在Tf（Tm）~Td之間

溫度太低:

－物料不能流動(dòng)或流動(dòng)困難;

－制品表面無(wú)光，出現(xiàn)波紋等;

－熔結(jié)強(qiáng)度太低，出現(xiàn)冷塊。溫度太高:

－分解、交聯(lián)等，強(qiáng)度下降;

－

制品出現(xiàn)溢邊，凹陷;

－起泡、黑點(diǎn)、條紋、銀紋、斑紋。

Tf

流動(dòng)溫度非結(jié)晶性塑料Tm熔點(diǎn)溫度結(jié)晶性塑料Td分解溫度

2．確定料筒溫度應(yīng)考慮的因素(原則）

●塑料性能和組成

52

非晶高聚物，成型溫度應(yīng)比Tg高100~150°C;

塑料Tg（℃）料筒溫度Td（℃）

PS100170~250310PVC87170~190170PC150250~300380

結(jié)晶高聚物，料筒溫度至少應(yīng)比Tm高5~25℃;

塑料Tm（℃）料筒溫度Td（℃）

PP166200~300350POM181195~220242PA-6225230~29036053

ⅱ.熱敏性塑料，應(yīng)嚴(yán)格控制料溫。

如PVC，料溫范圍為170~190℃，POM為195~220℃，只有10~20℃

。否則，塑料極易發(fā)生降解等老化現(xiàn)象。PVC停留時(shí)間與溫度關(guān)系成型線變色線降解線54

A.分子量高，分子量分布窄，熔體粘度高，料溫應(yīng)高；

B.分子量低，分子量分布寬，熔體粘度低，料溫應(yīng)低；如注射用PS=7~20萬(wàn)，PC=3~5萬(wàn)。

C.通常用MI表示分子量大小，MI大，Mn小，料溫應(yīng)低，反之，則應(yīng)高。如PP，MI=2~9克/10分鐘。

ⅲ.分子量及其分布ⅳ.加有增塑劑和潤(rùn)滑劑時(shí)，料筒溫度可適當(dāng)降低

原因：因?yàn)閮烧叩募尤肟山档腿垠w粘度，使流動(dòng)性提高。如LPVC（熱塑性聚氯乙稀）：料筒溫度為140~170℃，HPVC（硬聚氯乙?。毫贤矞囟纫话銥?70~190℃。ⅴ.加有填料或增強(qiáng)材料時(shí)，料溫一般應(yīng)提高

原因：填料一般會(huì)使物料流動(dòng)性降低。55

PP/PET纖維復(fù)合材料的轉(zhuǎn)矩和時(shí)間的關(guān)系56

薄壁和長(zhǎng)流程制品，應(yīng)適當(dāng)提高料筒溫度。

原因：模腔窄狹，流道長(zhǎng)，熔體流入時(shí)冷卻快，壓力損失大，易使流動(dòng)性降低。如PP：薄制品：280~300℃；厚制品：200~230℃

。

厚壁和短流程制品，應(yīng)適當(dāng)降低料筒溫度。

原因：模腔寬大，流道短，流動(dòng)阻力小，壓力損失小，冷卻慢，對(duì)流動(dòng)性影響小。

形狀復(fù)雜，流程曲折多，帶嵌件制品，料筒溫度應(yīng)高。

●制品和模具結(jié)構(gòu)：57●注射機(jī)類型：其它一定時(shí)，柱塞式應(yīng)比螺桿式高10~20℃。

原因：柱塞式傳熱、混合和塑化效果差，流動(dòng)壓力損失大。

HPVC、POM用柱塞式注射機(jī)成型困難?！衲馗?、注射壓力高，料筒溫度可低些。

58

料筒溫度對(duì)結(jié)晶和取向的影響：

●料溫高，取向度一般較低。

原因：因分子松弛過程易進(jìn)行，解取向傾向大。

●料溫影響熔體中的晶坯數(shù)，從而影響結(jié)晶度。

POM晶坯數(shù)與溫度和停留時(shí)間的關(guān)系

溫度停留時(shí)間晶坯數(shù)（個(gè)/cm3）

19010181×10619060115×106220105×106

59

料溫對(duì)某些成型性能的影響料溫對(duì)某些成型性能及制品物性的影響60彎曲變形時(shí)橫截面形心沿與軸線垂直方向的線位移稱為撓度，用y表示。簡(jiǎn)言之就是指梁等受彎構(gòu)件在荷載作用下的最大變形，通常指豎向方向的,就是構(gòu)件的豎向變形。

撓（曲）度的概念及意義

撓度與荷載大小、構(gòu)件截面尺寸以及構(gòu)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。撓曲線——如圖，平面彎曲時(shí)，梁的軸線將變?yōu)橐粭l在梁的縱對(duì)稱面內(nèi)的平面曲線，該曲線稱為梁的撓曲線。

61

噴嘴溫度

?。詈媚軉为?dú)加熱，其溫度可比料筒最高溫度稍低。

原因：摩擦生熱可使溫度升高，防止溫度高產(chǎn)生流涎。

ⅱ．噴嘴溫度控制不當(dāng)造成的危害：

（1）溫度過低時(shí)，η增加，流動(dòng)性降低◆有時(shí)不能正常加工。如PC，早凝，噴嘴堵死；

◆

表面起泡，內(nèi)應(yīng)力大，質(zhì)量降低。

（2）溫度過高時(shí)，產(chǎn)生流涎現(xiàn)象，溢料，分解。62

模具溫度

?。Ｓ玫目刂品椒ǎ?/p>

◆自然升溫法；

◆通入冷卻介質(zhì)（水等）；

◆通入加熱介質(zhì)，電加熱等。

ⅱ．模溫的確定原則：

◆根據(jù)材料：對(duì)于非結(jié)晶塑料，模溫應(yīng)比Tg低20~30℃；如PC,Tg=150℃,模溫可為90~120℃

。

◆根據(jù)模具型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。63模溫低時(shí)－

冷卻速率↑，冷卻時(shí)間↓，生產(chǎn)效率高；

－熔體溫度下降快，η增大，流動(dòng)困難，壓力損失大，有效充模壓力降低，易出現(xiàn)充模不足；－熔體在模內(nèi)流動(dòng)取向易凍結(jié)，取向度高，各向異性大，內(nèi)應(yīng)力大；－易出現(xiàn)早凝，熱料補(bǔ)縮差，密度小，縮孔。

模溫高時(shí):

－物料流動(dòng)性增加，充模壓力下降，表面光潔度增強(qiáng)；

－分子松弛過程快，易解取向，取向度下降；

－收縮率增加；

－生產(chǎn)率下降。

64◆對(duì)結(jié)晶性高聚物，模溫應(yīng)低于熱變形溫度。

若ΔT=T熔-T模，顯然T模越低，ΔT越大，冷卻速率越大，反之，冷卻速率越小。

T模高時(shí),ΔT小,V冷小→緩冷結(jié)晶速度快,結(jié)晶度大,球晶大,取向度小,內(nèi)應(yīng)力可能小。

制品剛度和硬度高,尺寸穩(wěn)定性好，熱性能好等;但其脆性大,沖擊強(qiáng)度低,透明性差,容易扭曲變形,生產(chǎn)效率低。僅適用于結(jié)晶能力很小的塑料,如PET等。

65－T模低時(shí),T模遠(yuǎn)低于Tg,ΔT大,V冷大→急冷結(jié)晶速度和結(jié)晶度小,球晶小,取向度較大,內(nèi)應(yīng)力大。透明性好,但強(qiáng)度↓,剛度↓,硬度↓,熱性能較差,生產(chǎn)率↑。力學(xué)性能和尺寸形狀不穩(wěn)定(玻璃化溫度低時(shí)).

－T?！諸g，冷卻速率中等結(jié)晶度、球晶尺寸、取向度等均適中，結(jié)晶完善，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,制品綜合性能好(用的較多)。66

◆熔體粘度大，模溫高,熔體粘度小，模溫低。

PC90~120℃，聚苯醚110~130℃，聚砜130~150℃

。PS常水冷，PE、PA40～100℃，PP70～90℃

。

◆制品厚度大，模溫應(yīng)適當(dāng)高。充滿模腔，冷卻時(shí)間長(zhǎng)，如模溫低，易形成縮孔，內(nèi)應(yīng)力。

◆應(yīng)考慮模溫對(duì)取向、結(jié)晶、內(nèi)應(yīng)力等的影響。

◆其它工藝條件：如注射壓力高、料溫高，模溫可低些。

67

●模溫對(duì)成型性能影響：

◆模溫升高，流動(dòng)性增加，制品光潔度增加，冷卻時(shí)間增加，制品密度和結(jié)晶度增加，模塑收縮率增加，制品撓曲度增加。

◆模溫升高，充模壓力下降，注射機(jī)生產(chǎn)率下降，制品內(nèi)應(yīng)力減小。模溫對(duì)塑料某些成型性能的影響68··················································

壓力：

●塑化壓力（背壓）螺桿頂部的熔體在螺桿旋轉(zhuǎn)倒退時(shí)所受到的壓力。

1．背壓的調(diào)節(jié)：

配合螺桿旋轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)，調(diào)整料筒內(nèi)塑料的壓實(shí)程度和塑化效率。69

●背壓對(duì)性能的影響：

◆背壓增大，溫度均勻性增加，混合、混色、塑化效果提高，有利排氣。

◆背壓過高時(shí)－塑化效率降低（原因：延長(zhǎng)了塑化時(shí)間）；－流動(dòng)阻力增大，料筒前端壓力增大，倒流增加，漏流增加，流涎增加，再生料增加；－

物料易降解、交聯(lián)，制品性能下降。

◆背壓過低時(shí)，螺桿后退快，帶入空氣多，注射時(shí)因排氣而壓力損失大。如轉(zhuǎn)速不高，則類似柱塞，塑化效果降低。70

●確定背壓的主要原則：

◆熱穩(wěn)定性好的塑料，背壓可適當(dāng)提高,如PE、PP、ABS等。

原因：提高了熔體均勻性，塑化效果好，但塑化效率下降。

◆熱敏性塑料，背壓要盡量小。如PVC，POM等。

原因：背壓增加，T升高，受熱時(shí)間增加，易分解、燒焦。

◆熔體粘度小的塑料，背壓要小。如PA等。

原因：背壓增加，漏流增加，倒流增加，流涎嚴(yán)重，使注射量控制困難。

71

◆熔體粘度高的塑料，背壓也不能太高。如PC、聚砜、聚苯醚等。

原因：易動(dòng)力過載，損害設(shè)備。

◆加有填料、著色劑等助劑時(shí)，背壓要適當(dāng)高。

原因：易混合、混色，提高熔體均勻性。

◆在滿足制品質(zhì)量的前提下，背壓應(yīng)越低越好。72

●注射壓力：指注射充模時(shí)，柱塞或螺桿頂部單位橫截面積上對(duì)塑料熔體所施加的應(yīng)力。

1．注射壓力的計(jì)算：

P注=(Do/D)2Po

式中：Do為注射油缸活塞直徑；D為螺桿直徑；Po為顯示壓力。

2．注射壓力的確定原則：

◆設(shè)備：

其它條件相同時(shí)，P柱>P螺。

原因：在柱塞式注射機(jī)中流動(dòng)阻力大，壓力損失大。

73

注射壓力與機(jī)臺(tái)規(guī)格無(wú)關(guān)。

但一般來(lái)說，同一模具，大機(jī)臺(tái)上比小機(jī)臺(tái)上質(zhì)量好

A．大機(jī)臺(tái)容量大，受熱時(shí)間長(zhǎng)，塑化充分，色料分散好。

B．大機(jī)臺(tái)鎖模力大，可將注射壓力調(diào)的較高而又不飛邊。可以壓力偏高而獲得質(zhì)量高的制品。如表面光滑，光澤好，無(wú)收縮凹陷，尺寸準(zhǔn)確。74

◆塑料熔體粘度高，摩擦系數(shù)大，Tg高，注射壓力應(yīng)高。

PC（100~140MPa），聚砜、聚苯醚（140-170MPa),高精度制品（230-250MPa）的注射壓力大；

但也應(yīng)根據(jù)其流變性能的不同而采取不同措施。如ABS的η高，但它不像PC的η對(duì)溫度敏感，則應(yīng)采取較高注射壓力。

PP、PE等一旦達(dá)到Tm，粘度適宜，應(yīng)取低壓注射（35-55MPa）。

75

◆成型大制品，形狀復(fù)雜、薄壁長(zhǎng)流程、帶嵌件制品，注射壓力應(yīng)高。

原因：冷卻快，料流方向變化大，流道截面小，流動(dòng)阻力大，壓力損失大。

◆加填料和增強(qiáng)材料時(shí)，壓力應(yīng)高。

◆加增塑劑和潤(rùn)滑劑時(shí)，壓力應(yīng)低。

◆料溫和模溫高時(shí)，注射壓力應(yīng)低。76

●注射壓力對(duì)性能的影響：

◆注射壓力提高塑料流動(dòng)性、充模速度、熔結(jié)強(qiáng)度、密度提高，取向度、結(jié)晶度等也有提高。

◆注射壓力過高時(shí)

脫模困難，光潔度下降，內(nèi)應(yīng)力增加，飛邊增加，機(jī)器磨損大。

注射壓力對(duì)塑料某些成型性能的影響77

●保壓壓力：保壓階段，柱塞或螺桿前端的熔體所受到的壓力，一般比注射壓力低0.6-0.8MPa,或不變。

1．作用：（1）壓實(shí)；（2）緊密貼模；（3）防止倒流；（4）熱料補(bǔ)縮。

2．對(duì)結(jié)構(gòu)與性能的影響：

◆提高保壓壓力，壓實(shí)補(bǔ)縮作用大，尺寸穩(wěn)定性好，收縮率小，取向度高，結(jié)晶度增大，強(qiáng)度高，斷裂伸長(zhǎng)率增加。

◆保壓壓力太高時(shí)，脫模困難，內(nèi)應(yīng)力增大，制品變形、翹曲并開（龜）裂，產(chǎn)生冷料亮斑。

◆降低保壓壓力，壓實(shí)補(bǔ)縮作用小，出現(xiàn)縮孔，凹陷，收縮率增大，取向度下降，結(jié)晶度下降，強(qiáng)度下降，尺寸穩(wěn)定性差。78

●確定保壓壓力的主要原則：

—厚制品保壓壓力高，薄制品保壓壓力低。

—大制品保壓壓力高，

—塑料壓縮率大，保壓壓力應(yīng)高。

—

P保(柱)>P保(螺)79

時(shí)間（成型周期）

充模時(shí)間（柱塞或螺桿前移時(shí)間）

注射+保壓時(shí)間

保壓時(shí)間（柱塞或螺桿停留在前進(jìn)位置時(shí)間）

成型周期閉模冷卻時(shí)間：螺桿旋轉(zhuǎn)后退

其它時(shí)間：開模，閉模，涂脫模劑，安裝嵌件等。

80

●

注射+保壓時(shí)間

◆注射時(shí)間

◆保壓時(shí)間（20~120秒）：

ⅰ.對(duì)性能影響

—縮短保壓時(shí)間，凝封壓力低，制品易出現(xiàn)凹陷、氣泡、收縮，尺寸穩(wěn)定性差，取向度↓，內(nèi)在性能↓。

—延長(zhǎng)保壓時(shí)間，凝封壓力↑，取向度提高，內(nèi)在性能和表面性能提高。

—保壓時(shí)間過長(zhǎng)，內(nèi)應(yīng)力↑，制品收縮過小而脫模困難。

81

ⅱ．保壓時(shí)間的確定（制品尺寸、形狀，塑料性能，料溫，模溫，主流道，澆口等）

—厚制品保壓時(shí)間長(zhǎng)，薄制品保壓時(shí)間短;—料溫和模溫高，保壓時(shí)間長(zhǎng);—塑料收縮率高，保壓時(shí)間長(zhǎng);

—主流道、分流道、澆口等截面尺寸大，保壓時(shí)間長(zhǎng)。

82

◆注射速度和注射速率

—注射速度：注射時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)柱塞或螺桿向前移動(dòng)的距離：

V注=S/t注（mm/sec）

—注射速率：注射時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)向模腔內(nèi)注射的熔體容量：

Q=Q注/t注（cm3/sec）

—注射速度對(duì)成型性能有顯著的影響

(實(shí)際注射成型時(shí)，要分多段注射，注射機(jī)上一般都有多段速率設(shè)置功能)83

◆注射速率與制品質(zhì)量的關(guān)系

—低速注射時(shí)，熔體以層流形式注入模腔內(nèi)，排氣順利，質(zhì)量均勻，尺寸穩(wěn)定，波動(dòng)小。因剪切速率降低，所以內(nèi)應(yīng)力小且分布均勻，有助于克服凹陷和縮孔。

—注射速率太小時(shí),注射時(shí)間延長(zhǎng),先進(jìn)入模內(nèi)的熔體溫度↓,η↑,后進(jìn)入的熔體則受到較大阻力,因此需要壓力高,否則易出現(xiàn)出模不滿;因壓力高，剪切速率大,分子取向↑,各向異性大,尺寸穩(wěn)定性差，而易出現(xiàn)分層和熔結(jié)痕,內(nèi)在性能和表面性能降低。84

—高速注射時(shí),物料在澆注系統(tǒng)、模腔內(nèi)流速增加。由于物料受到強(qiáng)烈的剪切作用，T↑，η↓，流程↑，熔結(jié)強(qiáng)度↑，光澤↑，減小了熔結(jié)痕和分層現(xiàn)象，收縮凹陷減小，顏色均勻一致。

—充模過快時(shí)，易出現(xiàn)湍流（射流），將大量空氣帶入模內(nèi)；由于模底先被熔體充滿，排氣口被堵死，這種高溫、高壓氣體會(huì)使塑料燒傷、分解，制品內(nèi)應(yīng)力增大，表面有裂紋，脫模困難，澆口附近出現(xiàn)云霧斑紋，透明制品會(huì)變得不透明。

85慢速注射(a)和高速注射(b)時(shí)熔體充模時(shí)的兩種極端情況示意86

◆注射速度（注射速率）對(duì)某些成型性能的影響

—注射速度↑，熔體流動(dòng)長(zhǎng)度↑,充模壓力↑,熔結(jié)強(qiáng)度↑；

—注射速度↑，表面質(zhì)量↓，內(nèi)應(yīng)力↑。

◆注射速度的確定原則

—熔體粘度高，Tg高的塑料，注射速度應(yīng)高；

—薄壁長(zhǎng)流程制品，注射速度應(yīng)高；

—流道長(zhǎng)，澆口小，制品形狀復(fù)雜，高速高壓注射。87注射速度對(duì)某些性能的影響88

5.4注射制品主要缺陷及解決措施

5.4.1表面凹陷和內(nèi)部縮孔

5.4.2制品充模不足和飛邊

5.4.3翹曲變形

5.4.4熔接痕89

5.4.1

表面凹陷和內(nèi)部縮孔：

901．形成原因由于熔體冷卻，密度↑，體積收縮，如相應(yīng)的收縮部分沒有熔體充填，即形成凹陷或縮孔。

—縮孔：如表面冷卻凝固變硬，內(nèi)部還在繼續(xù)冷卻收縮，則冷卻收縮的拉應(yīng)力使內(nèi)層半熔態(tài)物料向表層靠近而形成泡形空間；

—凹陷：冷卻收縮的拉應(yīng)力使尚未硬固的表層凹陷。91