注射成型工艺Word文档格式.docx
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130
5
PBT
120
〈5
PSF（PSU）
120—140
4—6
20
0．05
PPO
25—40
干燥的方法很多；
循环热风干燥、红外线加热干燥、真空加热干燥、沸腾床干燥、气流干燥等。
应注意的是干燥后的物料应防止再次吸湿。
部分塑料成型前允许的含水量
塑料名称
允许含水量/%
PA6
PA66
PA9
PA11
PA610
PA1010
UPVC
软PVC
0.10
0.05
0.05-0.10
0.01
0.08-0.10
PSU
ABS（电镀级）
ABS（通用级）
纤维素塑料
PS
HIPS
PE
PP
PTFE
0.01-0.02
0.20-0.50
（四）嵌件的预热
由于塑料材料与金属材料的热性能差异很大，两者比较塑料的导热系数小，线膨胀系数大，成型收缩率大，而金属收缩率小，因此有金属嵌件的塑料制品，在嵌件周围易产生裂纹，致使制品强度较低。
要解决上述问题，设计制件时，就加大嵌件周围塑料的厚度，加工时对金属嵌件进行预热，以减少塑料熔体与金属嵌件的温差，使嵌件四周的塑料冷却变慢，两者收缩相对均匀，以防止嵌件周围产生较大的内应力。
嵌件预热需要由塑料的性质、嵌件的大小和种类决定。
对具有刚性分子链的塑料，如PC、PS、PSF、PPO等，当有嵌件时必须预热。
而含柔性分子链的塑料且嵌件又较小时，可不预热。
嵌件一般预热温度为110—130℃，如铝、铜预热可提高到150℃。
（四）脱模剂的选用
传统的脱模剂有；
硬酯酸锌、白油、硅油。
硬酯酸锌除聚酰胺外，一般塑料均可使用，白油作为聚酰胺的脱模剂效果较好，硅油效果好，使用不方便。
（五）机筒的清洗
清洗剂有LQ—1、LQ—2、LQ—3、LQ—4、LQ—5等型号。
用量、适用范围见
表4一3机筒清洗剂品种、适用范围及用量
适用温度及范围
品种
适用范围/℃
用量/g
（注射机型号，清洗剂）
LQ-1型
LQ-2型
LQ-3型
LQ-4型
LQ-5型
180-200
200-220
220-240
240-260
260-280
Z-S-60以下50
Z-S-6050-100
XS-ZY-125100-150
XS-ZY-250150-200
XS-ZY-500以上适当增加
使用时将正常生产条件下的机筒温度提高10—20℃，挤净机筒内残余物料，然后加入清洗剂，随后加入所需要更换的正常用料，或者清洗剂已挤到螺杆前端后，再加入正常用料，用预塑方式连续挤出一段时间即可。
二、注射成型过程
（一）塑化与流动
塑化与流动是注射模塑前的准备过程，对它的主要要求有：
达到规定的成型温度；
温度、组分应均匀一致并能在规定的时间内提供足够数量的熔融塑料；
分解物控制在最低限度。
塑化螺杆在预塑时，一边后退一边旋转，把塑料熔体从均化段的螺糟中向前挤出，使之集聚在螺杆头部的空间里，形成熔体计量室并建立起熔体压力，此压力称预塑背压。
螺杆旋转时正是在背压的作用下克服系统阻力才后退的，后退到螺杆所控制的计量行程为止，这个过程叫做塑化过程。
计量行程S=机器的注射量Q（也可看成制品的质量）/0.875螺杆直径D2
S单位是cm,Q单位是cm3（克）D单位是cm
塑料材料从机筒加料口到喷嘴由于热历程不同，物料也有三种聚集态，入口处的玻璃态，喷嘴及计量室处为粘流态，中间为高弹态。
与之相对应的螺杆也分为固体输送段、均化段和压缩段。
物料在螺糟中的吸热取决于传热过程，在此过程螺杆的转速起着重要作用，物料的热能来源主要是机械能转换和机筒的外部加热。
采用不同背压和螺杆转数可改善塑化质量。
（二）注射
这一过程是螺杆推挤，将具有流动性、温度均匀、组分均匀的塑料熔体注射入模的过程。
塑料熔体注射入模需要克服一系列的阻力，它包括熔体与机筒、喷嘴、浇注系统、模具型腔的磨擦阻力以及熔体内摩擦阻力，同时还要对熔体进行保压，因此，注射压力是很高的，这一历程虽然时间很短，但是熔体的变化并不小，这些变化对产品质量有很大影响。
（三）模塑
模塑阶段是指塑料熔体进入模腔开始，经过型腔注满、熔体在控制条件下冷却定型，直到制品从模腔脱出为止。
可分为充模、压实、倒流和冷却四个阶段，在连续的四个阶段中塑料熔体的温度将不断下降，而时间、压力变化则如图4—5所示。
1、充模阶段
这一阶段包括引料入模期、充模期、挤压增密期，这一时间很短，称作注射时间。
通常3—5S。
充模阶段开始时型腔没有压力，随着物料不断充满，压力逐渐建立起来，待模腔充满后，料流压力迅速上升达到最大值。
充模时间长，也就是慢速充模，先进入模内的熔料，受到较多的冷却，粘度升高，后面的熔料需要较高的压力才能入模，模内冷却的物料受到较高的剪切应力，分子定向程度较高，如果定向分子被冻结，制品就会出现各向异性、内应力，严重时产品裂纹。
充模时间过长制品的热稳定性也较低。
充模时间短，也就是快速充模，熔料经过喷嘴及浇注系统，产生较高的摩擦热，料温也较高，塑料熔体的温度高，分子定向程度小，制品熔接强度也较高。
但是充模速度太快，则在嵌件后部的熔接不好，致使制品强度变劣，裹入空气也会使制品产生气泡。
2、保压阶段
保压阶段也称压实、增密阶段。
这一阶段熔体从充满型腔起到螺杆在最前位置止。
这段时间塑料熔体会受到冷却而产生收缩，但是熔料仍处在螺杆的稳压下，机筒内的熔料必然会向模腔内流入，以补充因收缩而留出的空隙。
如果螺杆在原位不动，模内压力略有下降，如果螺杆随熔料入模时向前移动，则模内的压力也有所下降。
保压时间通常为2—120S。
保压压力提高，保压时间长有利于提高制品密度、减小收缩、克服制品表面缺陷。
此外，保压时间愈长，浇口凝封压力愈大，分子定向程度也愈高。
3、倒流阶段
螺杆后退开始到浇口处熔料凝封为止。
这时模腔的压力比流道压力高，因此就会发生塑料熔料的倒流。
倒流的多少和有无是由保压压力和保压时间来决定的。
4、冷却阶段
这一阶段从浇口凝封起到制品从模腔中顶出止。
通常冷却时间为20—120S
冷却制品的作用是，以便制品脱模时有足够的刚度，不至产生变形。
制品脱模时模内压力和外界压力（主要是大气压力）的差值称残余压力。
其值的大小与保压时间长短有关，保压时间长，凝封压力高，残余压力也愈大。
残余压力为正值时，脱模比较困难，强行顶出制品容易被刮伤，甚至破裂。
残余压力为负值时，制品表面容易产生凹陷或内部有真空泡。
残余压力为零，脱模顺利并能获得满意的制品。
三、制件的后处理
（一）热处理（退火）
由于塑料在机筒内塑化不均匀或在模内冷却速度不同，因此常会产生不均匀的结晶、定向和收缩，致使制品存在着内应力，这在生产厚壁或带有金属嵌件的制品时更明显。
制品存在着内应力，在贮存和使用过程中，常常会使力学性能下降，光学性能变坏，制件表面产生银纹、开裂。
解决这些问题的方法就是对制件进行热处理。
热处理的方法是制件置于热空气中，如循环热风干燥室、干燥箱中或者置于热的介质、如水、矿物油、甘油、乙醇、白油等，静置一定时间，通常为几个到数十个小时。
热处理时间决定于塑料品种、模塑条件、制品形状及热处理温度。
一般热处理的温度控制在制品使用温度以上10—20℃或者热变形温度以下10—20℃为宜。
温度过高制品易产生翘曲，温度太低又达不到热处理的目的。
热处理的时间视制品厚度来决定，热处理后的产品应缓慢冷却到室温。
热处理条件参考值见表4一4。
表4—4热处理条件参考值
条件
材料
热处理温度/℃
时间/H
热处理方法
70
4
烘箱
110—135
4—8
红外灯、烘箱
PC含纤维
100—110
8—12
红外线、烘箱
POM
140—145
红外线加热、烘箱
PA—66
油、盐水
PSF
110—130
红外线加热、甘油、烘箱
1—2
热处理的实质是：
使强迫冻结的分子链得到松驰，凝固的大分子链段转向无规位置，从而消除这一部份内应力。
提高结晶度，稳定结晶构型，从而提高结晶塑料制品的硬度、弹性模量、降低断裂伸长率。
（二）调湿处理
聚酰胺类塑料在高温下与空气接触时常会氧化变色，此外在空气中使用和贮存时又易吸收水分而膨胀，它需要经过较长的时间后才能得到稳定的尺寸。
如果将刚脱模的制品放在热水中进行处理，不仅可隔绝空气防止制品氧化，同时可加快制品吸湿达到吸湿平衡，使制品尺寸稳定，这种方法叫做调湿处理。
调湿温度、时间随品种、制件形状而异，可在醋酸钾溶液（沸点120℃左右）中进行调湿亦可在矿物油中进行。
注射成型工艺条件
一、温度
注射成型需要控制的温度有机筒温度、喷嘴温度、模具温度、油温等。
前两者主要影响塑化与流动，而模温对塑料的流动与冷却定型起决定性的作用。
注塑机的油温是控制工艺参数实现的重要条件。
（一）机筒温度
机筒温度的选择与各种塑料特性有关，每种塑料材料都有自己的粘流温度（Tf）和熔点（Tm）。
在设置机筒温度参数时，首选设置的是机筒温度，它必须是高于（Tf）和（Tm），低于分解温度（Td）,因此机筒最合适的温度范围是在Tf或Tm~Td之间。
机筒的首段温度通常可比Tf或Tm高25℃左右设定，在中段及末段温度按每段降低于首段15~30℃的范围来设置。
对于Tm~Td范围较窄的塑料，机筒温度比Tm或Tf稍高一点，对于Tm~Td范围较宽的塑料，机筒温度可比Tf或Tm高许多。
例如PVC,PS。
有时机筒温度虽然低于塑料的分解温度，但是在高温下，物料在机筒内暂留的时间过长（热历程过长），同样会发生降解，所以对热敏性材料如PVC.POM,PCTFE等，除应严格控制加热温度外，对加热时间也应有所限制。
熔体指数大的塑料因流动性好，机筒温度可偏低一些，相反则高一些。
几是材料中加入刚性添加剂，如增强剂，填充剂等，由于其软化温度提高，流动性变小，机筒温度应选择高一些，而加入韧性添加剂，如增塑剂，软化剂等，在塑料大分子中起到了润滑作用，这时机筒温度可偏低一些。
薄壁件、复杂件、带金属嵌件的制件，机筒温度应高一些；
简单制件、厚壁制件，机筒温度可适当低一些。
机筒温度设定是否合适，应该是注射成型前，机筒对空注射来观察射流的光泽和流速的情况确认。
图4一6所示；
机筒温度提高以后，制品的表面粗糙度、冲击强度、成型时流动长度增加，而注射压力降、制品收缩率、翘曲度、取向度、内应力减小，从这一点看，机筒温度提高对提高产品质量、产量是有好处的，所以在允许的情况下可适当提高机筒温度。
（二）喷嘴温度
喷嘴和浇口的作用一样，是为了加速熔体的流速，把势能转变为动能，并有调整熔体温度和使其均化的作用。
喷嘴的长度和直径对温度没有明显的影响。
注射压力对熔体流经喷嘴的温升有明显的影响，喷嘴细孔附近温度升高则与塑料熔体平均流速成正比。
表4一5喷嘴直径、注射压力与喷嘴温度的关系
喷嘴直径/mm
注射压力/MPa
温度升高数/℃
0.5
0.7
1.0
1.64
2.0
3.0
50
100
26
46
47
25
45
23
43
19
18
塑料熔体的注射压力又取决于熔体的温度和通过喷嘴的速率，如果喷嘴直径一定，熔体温度愈高，熔体压力愈大。
从这点分析，喷嘴温度的设置应低于机筒首段温度，通常是低于5一15℃。
表4-6部分塑料适用的料筒和喷嘴温度（螺杆式注射机）
，机筒温度/℃
喷嘴温度/℃
分解温度
（空气/℃）
后段
中段
前段
HDPE
PS、ABS、SAN
PCTFE
PUR
CAB
CA
CP
线性聚酯
醇酸树酯
160-170
150-210
150-180
250-280
220-230
210
220
175-200
130-140
160-190
250-270
70-100
180-190
170-230
180-230
270-300
170-200
180-205
240-250
240
180-210
150-175
150-160
300-310
270-290
240-280
190-250
210-240
290-330
190-220
195-215
260-270
230
250
205-240
165-175
320-340
290-320
340-370
190-215
165-200
165-180
300-340
280
300
266
222
310
（三）模具温度
模具温度对制品外观和内在质量都有很大影响。
模具温度的高低取决于塑料的特性、制品的形状、尺寸、性能的要求及其他工艺条件。
模具的冷却方式有自然散热、机水冷却、冷冻水冷却、矿物油加热、电热丝、电热棒加热等。
不管用什么方式使模具保持定温，对塑料熔体来说都是冷却过程，达到玻璃化温度或者工业常用的热变形温度以下，使塑料冷却定型，同时也有利于制件脱模。
对熔体粘度较高的塑料，如PC,PPO,PSF,PI,氟塑料等，模具温度应高一些，可以调整制品的冷却速率，缓慢冷却，应力、取向的分子得到充分松弛，取向应力小，防止制品产生凹痕、裂纹等疵病。
模温对制品的力学性能影响比较小。
见表4一6所示
结晶型塑料注射入模后，模具温度对结晶度、结晶条件起作决定性的作用。
结晶度的变化可根据结晶塑料的密度变化来判断，如PE,PA,PET,TFF等已确定结晶度与密度之间存在着线型关系。
也就说结晶度增加，密度值也增大。
表4一6模具温度对PA力学性能的影响
模温/℃
弹性模量/MPa
拉伸强度极限/MPa
断裂延长率/%
硬度/MPa
PA-6
2450
2550
80
60
*96
PA-11
1400
1500
40
200
150
52
PA-66
2200
2850
-
82
102
PA-610
1900
2700
65
90
当制件厚度偏大时，内外冷却速度尽可能一致，防止因内外温差造成内应力及其他缺陷，模温也应当高一些。
例如PA-1010制件壁厚与模温的关系：
壁厚/mm模温/℃
<
320-40
3-640-60
6-960-90
>
10100
熔体粘度较低的无定型材料，模具一般都选择低温度。
一些结晶型塑料玻璃化温度较低的，为防止后期结晶过程，从而使制品后收缩及性能变化，如PE,PP塑料一般也选择低模温。
熔体粘度较高、结晶型的工程塑料，则采用高模温，模具都需要加热。
（如图表4-7）适当提高模具温度可增加流动长度，提高制品光结度、密度、结晶度，减小内应力和充模压力。
但由于冷却时间长，生产效率低，制品的收缩增大，如图4一8所示。
表4-7塑料模具温度参考值
模具温度/℃
≯60-70
≯90-110
≯90-120
≯130-150
≯110-130
PA-1010
≯110
≯120
≯70-80
≯40-65
100-120
（四）油温
油温升高粘度变小，增加了油的泄漏量，导致液压系统压力和流量的波动，这样注射压力和注射速率也会不稳定，影响产品质量。
油温应控制在55℃以下为宜。
二、压力
（一）塑化压力（背压）
螺杆头部的熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化背压力，亦称背压。
其大小可通过液压系统中的溢流阀来调节。
达到对背压的控制。
注射机机筒塑化量的计算公式：
Q=QD-QP-QL
式中Q---注射机机筒塑化量QP---压力流
QD---正流QL---漏流
至于正流，是指机筒表面作用到熔体上的力而产生的流动，沿着螺槽向着机头，用Qd表示；
压力流是指由机头、分流板、滤网等对熔体的反压引起的流动，其流动方向与正流相反，用Qp表示；
漏流是指由机头、分流板、滤网等对熔体的反压引起的流动，是一种在螺棱和机筒之间的间隙中，沿着螺杆轴线向料斗方向的流动，用Ql表示。
挤出量或塑化量等于Qd-Qp-Ql。
背压提高必然使压力流、漏流增加，有助于螺槽中物料的密实，排除物料中的气体，螺杆后退速度减慢，延长了物料在螺杆中的热历程，塑化质量也得到改善。
背压太高，会使剪切热过高使塑料材料发生降解而严重影响制品质量。
螺杆的长径比（18-25）；
压缩比（3-5）；
压缩段有效长度（40-60%）这三个参数愈大，塑化效果就愈好。
热敏性材料如PVC,POM,PCTFE背压提高，熔体温度升高，制品表面质量较好，但有可能引起制品变色、性能变劣、造成降解。
粘度高的材料如PC,PSF,PPO背压、螺杆转速太高，易引起动力过载。
粘度低的塑料如PA，背压太高一方面易流涎，另一方面塑化能力大大下降。
PE,PP,PS等塑料，背压可稍高一些。
拌有色粉的塑料，背压也可高一些、螺杆转速稍低一些。
通常背压一般不超过2MPa为宜。
最高不得大于5MPa。
（二）注射压力和保压压力
注射压力是螺杆顶部对塑料所施加的压力，用MPa表示。
注射压力由下式表示：
P=（D0/D）2P0
式中P0-----油缸油压（MPa）D0------油缸内径（cm）D----螺杆直径（cm）
注射压力的主要作用是：
克服塑料熔体从机筒向型腔的流动阻力，给熔体一定的充模速率。
这些作用不仅与制品的质量、产量有密切的关系，而且还受塑料品种、注射机类型、模具结构和其他工艺条件的影响。
注射压力必须克服熔体流经喷嘴、流道、浇口及型腔的压力损失，熔体才能充满型腔。
压力损失包括两部份：
动压力损失；
静压力损失。
动压力损失发生在注射流动期间，动压力损失与熔体温度及流率成正比，也与各段长度、断面尺寸及材料的流变性质有关。
静压力损失是指注射和保压流动之后的压力损失，它与熔体的温度，模腔温度和喷嘴压力的关，这些因素都直接影响熔体粘度，粘度又影响压力损失。
表4一8是PE塑料，熔体温度232℃，模具温度16℃的不同流道截面的动、静压力损失。
4一8PE塑料不同流道的动、静压力损失单位：
KPa
截面
名称
压力损失
0.81mm2
6.45mm2
动压力损失
静压力损失
流道损失
浇口损失
模腔损失
总损失
238
413
49
700
119
308
675
287
176
511
94
28
237
从上表看出流道截面大时，动、静压力损失较小。
浇口较大，注射压力较低时，塑料熔体呈铺展流，这时浇口附近模腔温度偏低，流速平稳、缓慢；
当注射压力较高而浇口偏小时，熔体为液状流动，这样将空气裹入制品中形成气泡、银纹，严重时会灼伤制品。
充模时压力大小与制品性能关系如图4一10所示。
充模阶段适当提高注射压力，流动长度提高，制品熔接强度增加，密度增加，收缩率下降，但制品易单向取向，内应力增加，这时制品应适当进行热处理。
保压压力的作用是，在模腔充满后对模内熔料压实、补缩，防止型腔中的熔料倒流。
保压压力高，制品的收缩率减小，制品表面光洁、密度增加、熔接强度提高、尺寸稳定，缺点是脱模残余应力较大，成型周期延长。
表4一12注射压力选择范围参考
制件形状要求
适用塑料品种
1、熔体粘度较低，形状精度一般，流动性好，形状简单的厚制品
2、中等粘度，精度有要求，形状较复杂
3、粘度高、薄壁长流程、精度高且形状复杂
4、优质、精密、微型
100-140
140-180
180-250
PE,PS等
PP,ABS,PD等
PSF,PPO,PMMA等
工程塑料
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