高分子加工学-注射成型.ppt

1、5.2 注射成型,注射成型是一种注射兼模塑的成型方法，又称注 射模塑或注塑）。 通用注射成型是将固态聚合物材料（粒料或粉料）加热塑化成熔融状态，在高压作用下，高速注射入模具中，赋予熔体模腔的形状，经冷却（对热塑性塑料），加热交联（对于热固性塑料）或热压硫化（对于橡胶）而使聚合物固化，然后开启模具，取出制品，至此就完成了一次注射成型过程。,注射成型在塑料加工中的地位,能成型外形复杂、尺寸精度高的制品 能成型带有嵌件的制品 成型周期短，成型时间：几秒几分钟 适应性强，制品重量：1 g以下几十Kg 生产效益高 容易实现自动化,发展现状,经济而先进的加工方法 产量占塑料总量的30% 从品种上看，比重更

2、大 可用于制备工程塑料 制造工业配件，仪表零件，壳体 适合大、中、小型的企业,注射成型加工的历史,1845 第一次加工赛璐珞 1919 醋酸纤维，进一步发展 1926 用压缩空气作动力 1930 电力作动力 1936 出现了带分流梭的柱塞式注射机 1940 用螺杆的直接注射法 1956 第一台往复螺杆注射机（现代注射机）,5.2.1 注射成型设备,注射机的基本作用塑化、注射 塑化：加热物料使其达到熔融状态，进一步混合 物料使其达到均匀混合状态。 注射：对熔融物料施加高压，使其射出而充满模 具型腔。 注射机组成注射系统、锁模系统和塑模,图5-61 移动螺杆式注射机 1动模板 2注射模具 3定模板

3、 4喷嘴 7注射油缸 12顶出杆（销） 13锁模油缸,常用注射机类型： 柱塞式注射机 单螺杆定位预塑注射机 移动螺杆式注射机,图5-61 移动螺杆式注射机,C.移动式（往复）螺杆注射机 单料筒，单螺杆，螺杆可前后移动 与B.类比较,预塑效果相当；与A.比较,塑化效果好,大注射量 螺杆传动部分复杂,A.柱塞式注射机 单料筒，单柱塞 结构简单 塑化不均匀，注射压力损耗大，注射速度不均匀。,B.单螺杆定位预塑注射机 结构特点：双料筒，单螺杆，单柱塞 预塑均匀，注射压力稳定，加料量大 结构复杂，操作困难,(1) 注射系统,柱塞式和移动螺杆式注射机的作用原理大致相同 作用: 使物料塑化、混匀，在高压下将

4、其注入模具。 注射系统包括加料装置、料筒、螺杆（柱塞式注射机则为柱塞和分流梭）及喷嘴等部件。,加料装置 必备：锥形料斗， 可加定量、定容加料装置，自动上料装置。 料筒 柱塞与分流 柱塞为一根坚硬的金属圆棒，其作用：将注射油缸的压力传给物料，并使熔料注射入模具。 分流梭装在料筒前的中心部分，是两端锥形的金属圆锥体，形如鱼雷，也叫鱼雷头。,分流梭作用：将料筒内流经该处的熔料成为薄层，使塑料流体产生分流和收敛流动，以缩短传热导程，有利于减少或避免塑料过热而引起的热分解，并提高塑化质量。 螺 杆 柱 塞 分流梭 柱塞式注射机 单螺杆式定位注射机 移动螺杆注射机 , 螺杆 作用: 对物料进行输送、压实、

5、塑化和施压 A螺杆在注射过程中的运转步骤 将料斗的物料卷入料筒,螺杆转动,后移(同时进行) 料筒中的物料达到注射量时，螺杆停转，停移 螺杆将熔料注入模具时，螺杆在不转动的情况下，作轴向向前运动。 注射 大径移 轴向移动 保压 小径移 轴向移动(基本不动，略有调整),B注射螺杆的特点 结构与挤出机基本相同，技术要求偏低。 运转中既有径向运动(转动)，又有轴向的位移。 螺槽较深 头部锥形。 头部可带止逆环,图5-65 注射用螺杆结构示意图,C螺杆分为三段 送料段 作用： 使物料受热、前移 物料状态：固体 结构特点：螺距等距等深 长度： 1/2,压缩段(熔化段)，螺杆中部 作用：使物料受热、前移；使

6、物料软化，熔融；排气 物料状态：逐渐熔融 结构特点：螺槽逐渐变小（渐变），有挤压作用 长度： 1/4,均化段（计量段） 作用： 与送料段相同；使熔体均匀；使熔体定量、定压由喷 咀射出 物料状态：熔融状态 结构特点：等距等深，螺距比前两段小(熔化后体积比原料小) 长度： 1/4,D注射螺杆的重要参数 长径比： L/D=1620 压缩比：25 严格定义：螺杆的加料段，第一个螺槽的容积与螺杆的均化段最后一个螺槽的容积之比。,喷嘴 联接料筒和模具的过渡部分,直通式,自锁式,杠杆针阀式（外锁式）,树脂熔融粘度高 直通式喷咀 熔融粘度低 自锁式或杠杆式,（2） 锁模系统,作用：锁合模具，启闭模具，顶出制件

7、 锁模力模腔压力 闭模：先快后慢。 开模：先慢后快(粘接力大，须慢慢开启) 锁模力(F)的大小决定于注射压力(p)和与施压方向成垂直的制品投影面积(A)的乘积，即,（5-44）,常用的启闭模具和锁模机构有三种型式: 机械式 液压式,液压机械组合式,A机械式优点：结构简单，制造，维修容易缺点：启动时负荷大，受冲击振动大适用范围：小型机,B液压式 优点：压力大，工作平稳。 缺点：系统功率大，设备昂贵。 适用范围：大型机。,C液压、机械组合式 结构特点：液压操纵连杆和曲肘撑杆结构 优点：符合闭模先快后慢，开模先慢后快，锁模力大 缺点：调模难，易磨损 适应范围：中大型，普遍采用,(3) 注塑模具(模具

8、),1用作推顶脱模板的孔 2脱模板 3脱模杆 4承压柱 5后夹模板 6后扣模板 7回顶杆 8导合钉 9前夹模板 10阳模 11阴模 12分流道 13主流道衬套 14冷料井 15浇口 16型腔 17冷却剂通道 18前扣模板 19模具分型面 20后扣模板 21承压板 22制品 23分流道赘物 24主流道赘物,典型注射模具结构示意图,模具在注射成型中赋予塑料一定形状和尺寸的部件 模具由浇注系统、成型部件和结构零件三大部分组成,(3) 注塑模具,模具特点：形状复杂，加工光洁度和精度要求高 按运行特点分：定模和动模。 从作用功能分： 浇注系统：主流道、分流道、冷料穴、浇口等 型腔成型系统：型腔、型态、阴

9、模、阳模、成型杆 排气孔 结构零件：用于导向、抽芯、脱模、分型各种零件，包括前 后夹模板、前后扣膜板、承压板、承压柱、导向 板、脱模板、脱模杆、加程杆等。 冷却装置：在阴、阳模中设置冷却介质流动的通道,典型的塑模结构,主流道：喷咀至型腔或分流道的一段通道 冷料穴：主流道末端的一个空穴 分流道：多槽模中连接主流道和各个型腔的通道 浇口：连接主流道(或分流道)与型腔之间的通道, 浇口小，提高冲模速度，防倒流。 型腔：模具中成型塑料制品的空间 阴模（凹模）：构成制品外形的成型零件。 阳模（凸模）：构成制品内部形状的成型零件 排气孔：用于排除熔料中的气体 冷却装置：冷水，热水，热油，蒸汽,注射的工艺参

10、数、技术参数和型号的表示法,工艺参数：以数量的形式反映注射机在运转时的工艺条件（可调，可选择）。 技术参数：反映注射机的性能，作为设计制造的依据，便于用户合理使用（不可调，不可选择）。 注意：工艺参数和技术参数的区别和联系。 如注射量既是工艺参数又是技术参数。 技术参数通常用工艺参数上限或下限来表示。,注射机型号的表示法 A国外的： 厂家专用代号：锁模力(改进型号)，如N400AV N表示日本日精株式会社（Wikka）专用代号，400锁模力，AV改进型号 B.国内的 按轻工部标准 SZ额定注射量/锁模力, 如SZ60/40 额定注射量60 cm3, 锁模力40吨,5.2.2 注射成型原理,从工

11、艺操作看，实质是塑化过程 ，流动与冷却过程 注射过程原理是研究注射机在传热和传质的过程以及流体的流动状态，混合状态，得到注射机的工艺参数与制品质量的相互关系，指导实际生产。 热塑性塑料的注射过程包括加料、塑化、注射充模、冷却固化和脱模等几个步骤,（1）塑化过程原理,物料在料筒内经过加热，混合之后，达到流动状态，具有良好的可塑性，均匀性的全过程。 热均匀性 塑化量 指单位时间内注射机 熔化物料的质量,（5-49）,料温分布,(2) 注射流动过程原理,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，充满模具型腔。 物料在注射机料筒中的流动 塑料受压和受热时，首先由压力将粒状物压成柱状固

12、体，而后在受热中，逐渐变成半固体以至熔体。 物料在喷嘴中的流动 喷嘴是料筒与模具之间的连接件，充模时熔体流过喷嘴孔时会有较多压力损失和较大温升。 物料在注射模腔内的流动 塑料熔体进入模腔内的流动情况均可分为充模、保压、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。,图5-78 不同充模速率的熔体流动情况 (a) 慢速注射 （b）高速注射,流动和冷却过程,分成充模、保压、倒流、冷却四个阶段,注射机基本操作程序 (a) 加料塑化 （b）注射充模 （c）保压固化 （d）脱模,流动和冷却过程,A充模阶段 物料状态：熔体 熔体的流动特征：以注射速度流动 模腔压力开始小，结束最大 B保压阶段（压实阶段） 物料状态：熔体

13、 熔体流动特征：基本静止,少量熔体继续流入(补缩) 模腔压力，基本不变,流动和冷却过程,C倒流阶段 物料状态：大部分是烘干熔体，浇口处变成固体 熔料状态：基本静止，但有倒流现象。 模腔压力：开始下降，保压时间长，倒流消除； 喷咀中带有止送阀，避免倒流； 倒流阶段在两种情况下不存在： 保压阶段长，浇口冻结 喷咀带有止逆阀,流动和冷却过程,D冻结后冷却阶段 物料状态：从熔体变成固体 熔体流动特征：仍有少量在流动 模腔压力，不断下降，结束，留残余压力,5.2.3 注射成型工艺及控制,粒状热塑性塑料,干燥和预热,注射机料筒清洗,加料塑化,加料,嵌件的预热,塑化,退柱塞或螺杆,注射成型工艺流程图,后处理

14、,（1）注射成型的工艺操作过程,设定各个温度控制温度 各个温度区通电加热 加热预塑 送料，物料熔融，螺杆后退。 合模与锁紧 开始低压快速，缩短合模周期；将闭合时，低压低速； 注射装置前移 使喷咀与空模板, 模具或流道口贴紧 注射,注射成型的工艺操作过程,保压 压实、补充模具内物料，可防止物料倒流， 螺杆或柱塞在注射完毕后，继续对熔体保持一定压力。 制品冷却 由外至内冷却 冷却过程中同时进行另一过程，加热预塑 注射装置后退 避免喷咀出现冷料。 开模， 顶出制品 重复第4步骤：制备下一个制品,（2） 注射成型工艺,成型前的准备 易吸湿塑料，如PC,NY等需干燥 注射过程 加料、塑化、注射充模、保压

15、、冷却固化和脱模等几个工序 制件的后处理 注射制件经脱模或机械加工后，常需要进行适当的后处理，以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。后处理主要指退火、调湿处理和二次加工等。,（3） 注射成型工艺条件及控制,温度 老式机只有料筒三段温度 A料筒温度 （T低）（高） 流动T分解T 流动T 粘流Tf（无定形） 熔点 （结晶聚合物） 料口末端温度 比流动T稍低 易降解的聚合物，严格控制最高T,B喷咀T 控制原则：喷咀大，模具小，略低料筒的最高T。 反之，高于. C模具T 低于树脂的Tg和Tm.。 控制原则： 具体问题具体分析 尽可能低 无定形树脂，熔融T，模具T，反之亦然。 结晶性树脂，通过理解冷却速率

16、对结晶的影响，去把握模具的控制。,压力 A背压（塑化压力） 定义：在预塑阶段（即螺杆后退时），物料对螺杆头部新产生的压应力（压强）Mpa。 保证质量前提下，背压越低越好 B注射压力 定义：柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力 调高P有利：收缩率，尺寸稳定性好 调高P不利：溢边，胀模，压力波动 P过低：充模不足 C. 保压压力 与注射压力类似,注射速率q（速度） ：单位时间内柱塞或螺杆移动的距离（cm/s） q： 单位时间内注射塑料的量（cm3/s或g/s) 调高 有利：充模时压力，流动长度。 调高不利：溢边，飞边，胀模。 过低：质量不均匀，不密实。,注射时间（ 成型周期） 定义：完成一次注塑过程所

17、需的时间 A.注射成型循环周期 ，产率 总的控制原则：尽可能缩短注射成型循环周期。 注射时间（充模时间）一般为010s 保压时间 闭模冷却时间 总冷却时间 其它时间 (开模、脱模、涂拭脱模剂、安 放嵌件和闭模等时间) 有的注射时间定义时，没包括保压时间，而有的包括了保压时间。,注射成型周期图,B注射时间（充模时间） 定义：螺杆或柱塞完成一次注射行程时所需的时间 作用和控制原则：与注射速率相反 C保压时间 t不足，熔料会从膜腔中倒流，使模内压力下降，以致制品出现凹陷，缩孔。 在浇口熔体封冻前，t有影响；封冻后，t无影响 D冷却时间 长，避免制品在脱模时变形，但产率 短，脱模难,为什么说在注射机上

18、，确定了注射速度和注射时间之后，就能相应地确定注射速率和注射量？,qj=100D2sj/4 qj=Qj/j qj注射速率 j注射速度 Qj注射量 j注射时间,（4）制件的后处理,结构零件，高精度零件，大而薄的制品，要后处理 退火处理 目的：消除自然降温存在的不良现象 不良现象：外观出现银纹，变形开裂 ；性能下降 退火的工艺：制品在恒温介质中静置一段时间 热变形温度：马丁耐热温度 维卡耐热温度 T处于TgTf，仍处于固体,退火的实质,调湿处理 尼龙的特点：吸水膨胀，长时间才能达稳定尺寸,5.2.4 常用热塑性塑料的注射成型特点,确定成型工艺的基本步骤 根据树脂和成型制品的特点初步确定工艺参数。 查阅手册，进一步确定工艺参数。 根据树脂的牌号，注射机的型号，特点，工作状态，运行情况，灵活调整工艺参数。,聚苯乙烯塑料（PS）,成型前的准备 注射工艺参数 压力60150Mpa。 收缩率大，性脆，作模具时有斜度。 制件的后处理 链刚硬，成型时易产生内应力， 在6580热水中处理13h。,聚丙烯塑料PP,结晶性，亚微观结构 树脂的特点：非极性，分解温度高，易热氧老化。 PP的成型工艺。 成型前的准备 易结晶，吸水率小，可不用干燥。 注射工艺参数 205315，70120Mpa. 制