PE注塑工艺设计及其拉伸性能实验设计.docx

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PE注塑工艺设计及其拉伸性能实验设计

专业方向课程设计

题目：

PE注塑工艺设计及其拉伸性能

学院：

化学化工学院

专业:

高分子材料与工程班级:

xxxx学号:

xxxxxx

学生姓名：

xxxx

导师姓名：

刘xx刘xx方xx禹xx

完成日期：

xxxxxxxxx

课程设计任务书

学院：

化学化工学院专业：

高分子材料与工程班级：

xxxxx

姓名：

xxxxx同组人员姓名：

xxxxx

一．课程设计题目：

PE注塑工艺设计及其拉伸性能

二．课程设计内容及设计要求：

1.查阅文献资料，了解PE注塑工艺设计及其拉伸性能设计实验方案；

2.写PE注塑工艺设计及其拉伸性能实验的设计内容；

3.进行设计实验操作；

4.归纳、分析总结实验研究数据，撰写课程设计报告。

三．课程设计时间安排：

6月15日至6月24日

6月15日-6月16日上午查阅文献，设计实验方案，指导老师检查方案的合理性；

6月16日下午-6月23日实验研究；

6月24日实验结果分析、讨论、撰写设计报告。

四．主要参考资料：

王兴天.注塑工艺与设备.2010.1

指导教师：

xxxxxx教研室主任：

xxx

教学副院长：

xxx

2016年6月15日

1引言

一、聚乙烯PE的成型加工性能

1、聚乙烯PE的成型加工性能：

PE为结晶性原料，吸湿性极小，不超过0.01％，因此在加工前无需进行干燥处理。

PE分子联链柔性好，键间作用力小，熔体粘性低，流动性极好，因此成型时无需太高压力就能成型出薄壁长流程制品。

PE的收缩率范围大，收缩值大，方向性明显，LDPE收缩率为1.22％左右，HDPE收缩率在1.5％左右。

因此容易变形翘曲，模具冷却条件对收缩率的影响很大，故应该控制好模具温度，保持冷却均匀、稳定。

PE的结晶能力高，模具的温度对塑件的结晶状况有很较大的影响。

模温高，熔体冷却慢，塑件结晶度高，强度也就高。

PE的熔点不高，但比热容较大，因此塑化时仍需要消耗较多的热量，故要求塑化装置要有较大的加热功率，以便提高生产效率。

PE的软化温度范围较小，且熔体易氧化，因此在成型加工中应尽可能避免熔体与氧发生接触，以免降低塑件质量。

PE制件质地较软，且易脱模，因此当塑件有浅侧凹槽时可以强力脱模。

PE熔体的非牛顿性不明显，剪切速率的改变对粘度的影响较小，PE熔体粘度受温度的影响也较小。

PE熔体的冷却速度较慢，因此必须充分冷却。

模具应该有较好的冷却系统。

若PE熔体在注射时采用直接进料口进料，易增大应力和产生搜索不均匀及方向性明显的增大变形，因此应注意选择进料口参数。

PE的成型温度较宽，在流动状态下，温度的少许波动对注塑成型没有影响。

PE的热稳定性较好，一般在300度以下无明显的分解现象，对质量没什么影响。

2、PE的主要成型条件：

料筒温度：

料筒温度主要是与PE的密度高低和熔体流动速率大小有关，另外还与注塑机的类型和性能，一级塑件的形状有关。

由于PE为结晶型聚合物，在熔融时晶粒要吸收一定热量，因此料筒温度应高于它的熔点10度。

度于LDPE来说，料筒温度控制在140～200℃，HDPE的料筒温度控制在220℃，料筒后部取最小值，前端取最大值。

模具温度：

模温对塑件的结晶状况有较大影响，模温高，熔体结晶度高，强度高，但收缩率也会增大。

通常LDPE的模具温度控制在30℃～45℃，而HDPE的温度相应再高10～20℃。

注塑压力：

提高注塑压力有利于熔料的充模，由于PE的流动性很好，因此除薄壁细长制品外，应该精良选择较低的注射压力，一般注射压力为50～100MPa。

形状简单。

壁后较大的塑件，注射压力可以低些，反之则高。

3、工艺特性：

1、所施应力释去时有一定程度的弹性回复；

2、软化温度范围窄小（约3~5℃），结晶度随温度的上升而下降；

3、PE树脂出厂之前通常都添加了适量的抗氧化剂；

4、PE的吸水性较低（<0.01%），可以不进行干燥处理；

5、收缩率大且方向性明显，制品易翘曲变形，須注意模具的设计和成型工艺的合理性。

4、制品与模具：

制品：

制品的壁厚与熔体的流动长度有关，选择制品的壁厚时需充分考虑流动比，低密度PE的流动比为280：

1，高密度PE的流动比为230：

1，制品的壁厚应不小于0.8mm，一般可在1~3.5mm之间选取，其脱模斜度：

模芯部分沿脱模方向为25’~45’，模腔部分为20’~45’。

模具：

沿料流方向的冲击强度为垂直于料流方向的3倍左右，排气孔槽的深度应控制在0.03mm以下。

树脂准备注塑所用的PE一般是呈乳白色的球形或圆柱形颗粒，其流动性是用熔体指数予以表示，即在温度为190℃,负荷为2160g下，10分钟内熔体通过孔径为2.1mm，长度为8mm孔的克数。

成型加工之前不必进行干燥处理，对于那些因包装不严、贮藏不当而引起水分过量的颗粒，可在70~80℃温度下干燥1~2小时。

5、成形工艺：

1、注射温度：

在一般情况下，聚乙烯在160～220℃这间，高密度聚乙烯在108～240℃之间。

温度在料筒上的分布情况则要求加料段宜低些，以免出现物料附于螺杆上，进而造成加料不畅。

模具温度：

通常低密度聚乙烯的模具温度为35～55℃，高密度聚乙烯为60～70℃。

保压时间的长短应根据流道、浇品的大小，制品的壁厚而定，一般在103～0秒之间选取。

二、注塑机的工作原理

与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。

注塑成型是一个循环的过程，每一周期主要包包括：

定量加料——熔融塑化——施压注射——充模冷却——启模取件。

取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。

1、工艺流程

冷却阶段

在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。

这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。

由于冷却时间占整个成型周期约70%～80%，因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间，提高注塑生产率，降低成本。

设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。

保压阶段

保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。

在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。

在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料的流动速度也较为缓慢，这时的流动称作保压流动。

由于在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加快，熔体粘度增加也很快，因此模具型腔内的阻力很大。

在保压的后期，材料密度持续增大，塑件也逐渐成型，保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止，此时保压阶段的模腔压力达到最高值。

填充阶段

填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。

理论上，填充时间越短，成型效率越高；但是在实际生产中，成型时间（或注塑速度）要受到很多条件的制约。

高速填充。

高速填充时剪切率较高，塑料由于剪切变稀的作用而存在粘度下降的情形，使整体流动阻力降低；局部的粘滞加热影响也会使固化层厚度变薄。

因此在流动控制阶段，填充行为往往取决于待填充的体积大小。

即在流动控制阶段，由于高速填充，熔体的剪切变稀效果往往很大，而薄壁的冷却作用并不明显，于是速率的效用占了上风。

脱模阶段

脱模是一个注塑成型循环中的最后一个环节。

虽然制品已经冷固成型，但脱模还是对制品的质量有很重要的影响，脱模方式不当，可能会导致产品在脱模时受力不均，顶出时引起产品变形等缺陷。

脱模的方式主要有两种：

顶杆脱模和脱料板脱模。

设计模具时要根据产品的结构特点选择合适的脱模方式，以保证产品质量。

对于选用顶杆脱模的模具，顶杆的设置应尽量均匀，并且位置应选在脱模阻力最大以及塑件强度和刚度最大的地方，以免塑件变形损坏。

而脱料板则一般用于深腔薄壁容器以及不允许有推杆痕迹的透明制品的脱模，这种机构的特点是脱模力大且均匀，运动平稳，无明显的遗留痕迹。

2、工艺参数

注塑压力

注塑压力是由注塑系统的液压系统提供的。

液压缸的压力通过注塑机螺杆传递到塑料熔体上，塑料熔体在压力的推动下，经注塑机的喷嘴进入模具的竖流道（对于部分模具来说也是主流道）、主流道、分流道，并经浇口进入模具型腔，这个过程即为注塑过程，或者称之为填充过程。

压力的存在是为了克服熔体流动过程中的阻力，或者反过来说，流动过程中存在的阻力需要注塑机的压力来抵消，以保证填充过程顺利进行。

注塑时间

这里所说的注塑时间是指塑料熔体充满型腔所需要的时间，不包括模具开、合等辅助时间。

尽管注塑时间很短，对于成型周期的影响也很小，但是注塑时间的调整对于浇口、流道和型腔的压力控制有着很大作用。

合理的注塑时间有助于熔体理想填充，而且对于提高制品的表面质量以及减小尺寸公差有着非常重要的意义。

注塑温度

注塑温度是影响注塑压力的重要因素。

注塑机料筒有5～6个加热段，每种原料都有其合适的加工温度（详细的加工温度可以参阅材料供应商提供的数据）。

注塑温度必须控制在一定的范围内。

温度太低，熔料塑化不良，影响成型件的质量，增加工艺难度；温度太高，原料容易分解。

在实际的注塑成型过程中，注塑温度往往比料筒温度高，高出的数值与注塑速率和材料的性能有关，最高可达30℃。

这是由于熔料通过注料口时受到剪切而产生很高的热量造成的。

在作模流分析时可以通过两种方式来补偿这种差值，一种是设法测量熔料对空注塑时的温度，另一种是建模时将射嘴也包含进去。

保压压力与时间

在注塑过程将近结束时，螺杆停止旋转，只是向前推进，此时注塑进入保压阶段。

保压过程中注塑机的喷嘴不断向型腔补料，以填充由于制件收缩而空出的容积。

如果型腔充满后不进行保压，制件大约会收缩25%左右，特别是筋处由于收缩过大而形成收缩痕迹。

保压压力一般为充填最大压力的85%左右，当然要根据实际情况来确定。

背压

背压是指螺杆反转后退储料时所需要克服的压力。

采用高背压有利于色料的分散和塑料的融化，但却同时延长了螺杆回缩时间，降低了塑料纤维的长度，增加了注塑机的压力，因此背压应该低一些，一般不超过注塑压力的20%。

注塑泡沫塑料时，背压应该比气体形成的压力高，否则螺杆会被推出料筒。

有些注塑机可以将背压编程，以补偿熔化期间螺杆长度的缩减，这样会降低输入热量，令温度下降。

不过由于这种变化的结果难以估计，故不易对机器作出相应的调整。

三、拉伸的测定实验原理

了解拉伸试验机的操作步骤和使进行描述。

所烈型聚合物材料力学性能通常用等速施力下所得的应力应变曲线来然想想在外力作用下发生形变时，相对其原尺寸的相对硬谓应力是只拉伸力引起的在试样内部单位截面上产生的内力：

而应变量。

不同种类聚合物有不同的应力应变曲线。

5种聚合物的应力应变曲线如高分子物理实验书pg|图203应力应变曲线所得的数据也与温度、湿度拉伸速度有关。

测试条件：

①试样制备和外观检查，按GB1039规定进行。

②试样厚度除表中规定外，板材厚度d≦10mm时，可用原厚为试样厚度；当厚度d>10mm时，应从两面等量机械加工至10mm，或按产品标准规定加工。

③每组试样不少于5个。

对各向异性的板材应分别从平行与主轴和垂直与主轴的方向各取一组试样。

性能指标：

拉伸试验可测定材料的一系列强度指标和塑性指标。

强度通常是指材料在外力作用下抵抗产生弹性变形、塑性变形和断裂的能力。

材料在承受拉伸载荷时，当载荷不增加而仍继续发生明显塑性变形的现象叫做屈服。

产生屈服时的应力，称屈服点或称物理屈服强度，用σS（帕）表示。

工程上有许多材料没有明显的屈服点，通常把材料产生的残余塑性变形为0.2%时的应力值作为屈服强度，称条件屈服极限或条件屈服强度，用σ0.2表示。

材料在断裂前所达到的最大应力值，称抗拉强度或强度极限，用σb（帕）表示。

塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不致破坏的能力，常用的塑性指标是延伸率和断面收缩率。

延伸率又叫伸长率,是指材料试样受拉伸载荷折断后,总伸长度同原始长度比值的百分数,用δ表示。

断面收缩率是指材料试样在受拉伸载荷拉断后，断面缩小的面积同原截面面积比值的百分数，用ψ表示。

条件屈服极限σ0.2、强度极限σb、伸长率δ和断面收缩率ψ是拉伸试验经常要测定的四项性能指标。

此外还可测定材料的弹性模量E、比例极限σp、弹性极限σe等。

试验方法拉伸试验在材料试验机上进行。

试验机有机械式、液压式、电液或电子伺服式等型式。

试样型式可以是材料全截面的，也可以加工成圆形或矩形的标准试样。

钢筋、线材等一些实物样品一般不需要加工而保持其全截面进行试验。

试样制备时应避免材料组织受冷、热加工的影响，并保证一定的光洁度。

试验时，试验机以规定的速率均匀地拉伸试样，试验机可自动绘制出拉伸曲线图。

对于低碳钢等塑性好的材料，在试样拉伸到屈服点时，测力指针有明显的抖动，可分出上、下屈服点（和），在计算时,常取材料的δ和ψ可将试验断裂后的试样拼合，测量其伸长和断面缩小而计算出来。

实验要求

聚合物种类较多，举工程常用的塑料为例，按国家标准GB1040-1992塑料拉伸性能试验方法，来测定塑料拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力、断裂伸长率等力学性能指标

硬质热塑性塑料热塑性增强塑料Ⅰ型注塑成型压制成型

试样最佳厚度/mm4

试验速度B、C、D、E、F

软质热塑性塑料软质热塑性塑料板Ⅱ型

试样最佳厚度/mm2

试验速度F、G、H、I

实验速度设有以下九种：

速度A1mm/min±50％；

速度B2mm/min±50％；

速度C5mm/min±50％；

速度D10mm/min±50％；

速度E20mm/min±50％；

速度F50mm/min±50％；

速度G100mm/min±50％；

速度H200mm/min±50％；

速度I500mm/min±50％；

2实验部分

一、注塑实验

实验步骤：

1.电源开关：

电热开

2.设定温度（显示屏有显示）当实际温度与设定温度相同时，开始做样：

一段高三段低  相差30℃ 

射嘴:

PE160℃

说明：

对于流动性不好的材料，温度设定要高些；薄的产品温度要设高10―200。

上

下限＋30℃，在此温度范围内可工作 

打开监视屏显示问题如：

安全门未关等：

3.打开马达；

4.射老料，监视屏螺杆显示为0，表示老料射完：

5.进料（储料）； 

6.锁模；

7.座台进；

8.半自动；

9.开门；

10.关门；  

11.机器运行做模，开门取模，关门做模.

二、拉伸实验

实验步骤：

1、接通试验机的电源．电机开预热30min；

2、打开软件；  

3、数据板里选各种材料的标准；

4、新建试样点击空白文件，输入试样名称、规格、形状、尺寸等保存模板，确定，夹试样；

5、试验力、位移、变形清零；

6、选择速度、载荷，根据国标高分子材料载荷为2KN速度设为200mm/min；

7、出现力位移、应力应变曲线图，可切换；

8、试样拉断后点击停止：

9、保存数据（点击保存或者点击数据另存为文本文比

10、点打印（模板）新建报表，编辑、输入密码、选择项目、输入自拟标题、打印曲线（可选）保存模板供下次使用；

11、打印预览、打印

12、左图曲线可另存为BMP或打印六。

3结论

实验数据

（1）保压压力：

（2）锁模压力：

（3）开模压力：

（4）射胶压力：

（5）变量温度：

第一组

第一组

射嘴

一段

二段

三段

实际

142

138

144

144

设定

140

140

140

140

上限

+30

+30

+30

+30

下限

-30

-30

-30

-30

第二组

第二组

射嘴

一段

二段

三段

实际

213

220

230

220

设定

215

220

230

220

上限

+30

+30

+30

+30

下限

-30

-30

-30

-30

结论：

注塑温度必须控制在一定的范围内。

温度太低，熔料塑化不良，影响成型件的质量，增加工艺难度；温度太高，原料容易分解。

在实际的注塑成型过程中，注塑温度往往比料筒温度高，高出的数值与注塑速率和材料的性能有关，最高可达30℃。

这是由于熔料通过注料口时受到剪切而产生很高的热量造成的。

在作模流分析时可以通过两种方式来补偿这种差值，一种是设法测量熔料对空注塑时的温度，另一种是建模时将射嘴也包含进去。

从上面2组看出，第一组的图有一点明显下降趋势，且能承受的拉力也高，所以最终的PE注塑的工艺为140℃为注塑温度时候的为最佳。

样品图片：

4参考文献

王兴天.注塑工艺与设备.2010.1

化学化工学院课程设计评分表（Ⅰ）

专业班级高分子材料与工程xxxx姓名xxxxx学号_xxxxxxxxxxx___

评价单元

评价要素

评价内涵

满分

评分

知识水平

30%

文献查阅与

知识运用能力

能独立查阅文献资料，并能合理地运用到课程设计之中；能将所学课程（专业）知识准确地运用到课程设计之中，并归纳总结本课程设计所涉及的有关课程知识

20

课程设计方案设计能力

课程设计整体思路清晰，课程设计方案合理可行

10

说明书质量

50%

文题相符

与课程设计任务书题目相符，内容与文题相符

5

写作水平

整体思路清晰，结构合理，层次分明，语言表达流畅，综合概括能力强

30

写作规范

符合课程设计说明书的基本要求，用语、格式、图表、数据、量和单位及各种资料引用规范（符合标准）；符合课程设计规定字数

15

学习表现

20%

工作量

课程设计工作量饱满，能按时完成课程设计规定的工作量

10

学习态度

学习态度认真，遵守课程设计阶段的纪律，作风严谨，按时完成课程设计规定的任务，按时上交课程设计有关资料

10

指导教师评定成绩：

实评总分　　　　　　　　；成绩等级　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　指导教师（签名）

注：

按优（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（60分以下）五档制评定成绩。