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聚合物加工原理第8章注射-周达飞


第八章 注射成型
高分子材料与工程教研室

刘仿军

挤出成型工艺过程 管材定径的方式 工厂产品结构、类型 企业与员工的关系 对应聘岗位的认识

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注射成型
注射成型又称注射模塑,或简称注塑,是将粒状或 粉状塑料加入到注射机的料筒,经加热熔化呈流动 状态,然后在注射机的柱塞或

移动螺杆快速而又连 续的压力下,从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和 很快的速度注入到闭合模具内。充满模腔的熔体在 受压的情况下,经冷却〔热塑性塑料]或加热[热固 性塑料]固化后,开模得到与摸具型腔相应的制品。

注射成型特点 可成型各种形状、精度、尺寸、满足各种要求 的模制品,己成功地用来成型某些热固性塑 料,具有成型周期短,能一次成型外形复杂、 尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料模制 品;对成型各种塑料的适应性强;生产效率 高,易于实现全自动化生产等一系列优点。

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§8.1 注射机的结构与作用 §8.1.1 注射机的分类
结构特点、外形特征、加工能力、注射机用途、合模 机构特征等分类方法。

一、按结构特点分类
(1)柱塞式 (2)双阶柱塞式 (3)螺杆预塑化柱塞式 (4)移动螺杆式

?柱塞式特点:塑化质量好、计量精度高、注射 精度高 ? 螺杆式特点:简单、塑化不均匀、塑化能力 低、计量不准、制品质量差

柱塞式注射机

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双阶柱塞式注射机

螺杆预塑化柱塞式注射机

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移动螺杆式注射机

二、按注射机外形特征分类
(1)立式
特点:螺杆轴线与合模装置地运动轴线呈一线并呈垂直 排列
优点:占地面小,模具装拆方便,易安放嵌件 缺点:制品顶出后不易取出

(2)卧式
特点:螺杆轴线和合模装置地运动轴线是一水平排列
优点:成型制品可利用自重自动落下

(3)角式
特点:螺杆轴线和合模装置运动轴线相互成垂直排列
角式1.s
角式2.s 角式3.s
卧式.s

立式.s

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三、按注射机的加工能力分类(见表8-1)
注射量:注射机在螺杆(柱塞)作一次最大注射行程时, 注射装置所能达到的最大注射量。 注射机加工能力表示:锁模力/注射量

四、按注射机用途分类
热塑性塑料通用型;热固性塑料型;发泡型;排气型;高 速型;多色、精密、鞋用及螺纹制品用等专用型。

五 、按合模机构特征分类
机械式、液压式和液压机械式注射机

§8.1.2 注塑机的基本结构 注塑机系统组成:
注射系统、锁模系统、液压传动及电器控制系统、注射 模具 单螺杆挤出机系统组成
传动系统、挤出系统、加热冷却系统、控制系统、辅助系统

一、注射系统
注射系统的作用:
作用是使塑料受热、均匀塑化为粘流态,并以很高的速度注射 入模具成型。

注射系统的组成
1、加料装置(加料斗) 2、料筒(塑化室) 3、螺杆(或柱塞及分流梭) 4、喷嘴

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注射机的螺杆
螺杆是移动式注射机的主要部件,作用是对塑料输 送、压实、塑化及传递注射压力等。 特点:
? 塑化,注射功能 ? 注射时,螺杆均发生轴向位移,同时螺杆又处于时转时 停的间歇工作状态——螺杆塑化过程的非稳定性 当螺杆在料筒内旋转时把料筒内的塑料卷入螺槽,并逐 渐将其压实,排出物料中的气体,塑料逐步熔化。此 后,塑化均匀的料不断由螺杆推向料筒的前端,并逐步 积存靠近喷嘴的一端。与此同时,螺杆本身受熔体的压 力而缓慢后退。当熔体积存到一次最大的注射量时,螺 杆停止转动和后退。然后,螺杆传递压力,使粘流态料 注射入模。

工作过程

挤出机螺杆结构
A、渐变
? 特点:长压缩段,塑化时能量转换较缓和 ? 适用:聚氯乙烯类,具有宽软化温度范围,高粘度非结晶 型 ? 特点:短压缩段的螺杆, 塑化时能量转变较剧烈 ? 适用:PA,聚烯烃类的结晶型

B、突变

C、通用型--调整工艺条件、T、n、背压满足工艺 要求
? 特点:压缩段介于渐变和突变之间,约4~5个螺矩 ? 考虑:非结晶:经受不起高剪切塑化作用 结晶:难软化熔融、压缩

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注射螺杆与挤出螺杆的区别
(1)注射螺杆的长径比较小。 (2)注射螺杆压缩比较小。 (3)注射螺杆均化段较短,螺槽深度较 深。 (4)注射螺杆的头部呈尖头形,与喷嘴能 很好吻合。

柱塞及分流梭 柱塞为一根坚硬的金属圆棒,通常其直径D为 20~100mm。柱塞可在料筒内作往复运动, 其作用是传递施加在塑料上的压力,使熔融塑 料注射入模。

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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,因此也叫鱼雷头。其表面常有4~8条呈流线型的 凹槽,槽深随注射机容量大小变化。 分流梭上有分流筋,与料筒内壁紧接,起定位及传热作用。 分流梭的作用是使料筒内流经该处的料成为薄层,使塑料流 体产生分流和收敛流动,以缩短传热导程:加快热传导,有 利于减少或避免塑料过热而引起的热分解现象。同时,塑料 熔体分流后,在分流梭与料筒间隙中流速增加,剪切速度增 大,从而产生较大的摩擦热,料温升高,粘度下降,使塑料 得到进一步的混合塑化,有效提高柱塞式注射机的生产率及 制品质量。

注射系统中的喷嘴 作用:引导塑化料从料筒进入模具并具有一定 的射程。喷嘴的内径一般都是自进口逐渐向出 口收敛,以便与模具紧密接触。
喷嘴内径较小,流速增大,剪切速度增大,有利 于塑化。

要求:结构简单、阻力小、不出现流涎现象。 喷嘴的分类
1、通用式喷嘴 2、延伸式喷嘴 3、弹簧针阀式喷嘴

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二、锁模系统
作用:
1、对模具产生高压——制品定型 2、模具的开合动作——制品取出 3、顶针(杆)的动作——制品脱模 4、动模板移动——不同厚度的模具

?锁模力(F)的大小主要取决于注射压力 (P)和施压方向垂直的制品投影面积 (A),三者须符合下列关系才能达到锁 模目的:

常见的锁模系统结构
1、机械式:
特点:合模力大、超载能力强、合模速度快、液压系 统简单。
易磨损、锁模力重复精度差

2、液压式: 特点:模板受力均匀、锁模力重复精度高、 易装模、开模行程大;
液压系统复杂、锁模力超载能力较小

3、机械-液压组合式

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锁模装置的组成
1、固定部分:定模板、导柱、尾板 2、活动部分:动模板、锁模机构 3、传动部分:
(1)液压-机械式:油缸+机饺机构 (2)全液压式:油缸 (3)电动-机械式:伺服电机+机饺机构

三、液压传动及电器控制系统
为了保证注射机实现塑化、注射、固化成型各 个工艺过程的预定要求和动作程序准确而又有 效地进行工作而设置的动力和控制系统,它主 要包括电动机、油泵、管道、各类阀件和其他 液压元件以及电器控制箱等。 目前常用的注射机一般是由油泵作压力来源, 通过电器控制系统,可将高(低)压油经压力分 配装置送往锁模系统,使模具开启和闭合,或 送往注射系统使螺杆(或柱塞)前进或退回。

传动系统
1、全机械式:早期使用 2、液压传动:较成熟、使用较多 3、全电动式:国外,小型机使用

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四、注射模具
作用:使塑料注射成型为具有一定形状和尺寸的制品的部 件。 基本结构:注射模具主要由浇注系统、成型部件和结构零 件等三大部分组成。
浇注系统是指塑料熔体从喷嘴进入型腔前的流道部分,包括主流 道、分流道、冷料井和浇口等。 成型部件是指构成制品形状的部件,包括动模、定模、型腔、型 芯和排气孔等。 结构零件是指构成模具的各种零件,包括导向柱、脱模装置、抽 芯机构等。

1、浇注系统
主流道:
紧接喷嘴到分流道之间的一段流道,与喷嘴处于同 一轴线上,可以直接开设在模板上,但常常加工成 主流道衬套再紧配合在模板上。 主流道和浇口之间的过渡部分。为满足熔体以等速 充满各型腔,分流道在模具上的排列应尽量成对称 或等距离分布。 分流道和型腔的连接部分,塑料熔体由此入型腔成 型。其结构应有利于熔体尽快地进入和充满型腔, 又很快地冷却封闭,以防止熔体的倒流。 在主流道的末端所设得一个空穴。其作用是为捕集 喷嘴端部两次注射间产生的冷料,防止堵塞分流道 及浇口。

分流道:

浇口:

冷料井:

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2、成型零部件
型腔是直接成型塑料制件的部分, 通常由凸模(成型塑件内部形 状)、凹模(塑件外部形状)、型 芯、镶块等。 型腔由动模和定模有关部分联合构 成。
(1)定模:固定在注射机的固定模 板之上,直接连接注射机的喷嘴,也 可以作为模腔的组成部件。 (2)动模:固定在注射机的活动模 板之上并随之移动,使之与定模合拢 或分开。 (3)型腔:动模与定模合拢所成的 空间叫做型腔,是构成制品形状的部 分。

3、结构零件
导向零件:
为了确保定、动模合模时准确对中,不发生偏移而影响 制品尺寸的准确性。

脱模装置:
开模过程中将塑件从模具中顶出。包括顶出板、顶出杆 等组成部分。

分型抽芯机构:
带有外侧凹或侧孔的塑件,须先进行侧向分型,拔出侧 向凸模或抽出侧型芯,然后方能顺利脱模。

冷却加热系统 排气系统

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§5.1.2 塑料注射成型模具的分类与结构 三、注射模具的典型结构
(1)单分型面塑料注射模具
亦称两板式注射模具 模具由定模(或上模)和动模(或 下模)两部分组成,因为只有一个 分型面,故称单分型面注射模。

?特点: ?由动、定模 两块组成 ?型腔由动定 模组成 ?主流道在动 模上,分流 道及浇口在 分型面上 ?推出机构设 在动模一侧

定模(或上模):安装在注射机定模安装板上的 部分,下图中的蓝色部分; 动模(或下模):安装在注射机动模移动板上的 部分,下图中的其余部分; 分型面:模具上用以取出塑件和(或)浇注系统 凝料的可分离的接触表面。

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单分型面注射模具剖切图: 各部分名称如下: 1-动模座板 3-支承板 5-型芯 7-定模板  9-定位圈 11-螺钉 13-塑件 15-螺钉 17-推板 19-推杆 21-弹簧 2-垫块 4-动模板 6-导套 8-浇口套 10-定模座板 12-型腔 14-导柱  16-推杆固定板 18-拉料杆 20-复位杆

在单分型面模具基础上拆除定模座板和定模 型腔板之间的固定螺钉,并使该型腔板在拉 杆作用下成为浮动的中间板,用于点浇口进 料的模具,所以称双分型面注射模。

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双分型面模具结构的优缺点如下:
(1)浇口可置于塑件中 心; (2)能采用点浇口; (3)可自动切断浇口, (4)塑件与浇注系统凝 料分别取出; (5)开模行程较大; (6)结构复杂,发生问 题的因素增加; (7)模具成本高,制造 周期长。

三、注射模具的典型架构 (1)弹簧分型定距拉杆式双分型面注射模

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三、注射模具的典型架构
(2)定距拉板式双分型面注射模具

§5.1.2 塑料注射成型模具的分类与结构 三、注射模具的典型架构
(3)带有活动镶块的注射模具
塑件带有内侧凸、凹槽或螺纹,在模具上需要开设活动 型芯、型环或哈夫快等。

哈夫模

Package

?特点: ?塑件带有内侧凹槽或 螺纹,模具上设有活动 型芯、螺纹型芯、哈夫 模块 ?浇注系统凝料与制品 由不同分型面取出 ?型腔由动模、活动板 组成

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§5.1.2 塑料注射成型模具的分类与结构 三、注射模具的典型架构
(4)测向分型抽芯的注射模具

带侧抽芯机构的模具,用于有侧凹 (或侧凸)塑件的成型,其分模方向 与抽芯方向呈一定的夹角,开模时这 两个方向的运动要依次(或同时)完 成。

常见的侧抽芯机构是斜导柱滑块侧抽芯机构,其原 理如下图:

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斜导柱侧向分型与抽芯注射模

斜导柱侧向分型与抽芯注射模

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§5.1.2 塑料注射成型模具的分类与结构 三、注射模具的典型架构
(5)定模设计推出机构的注射模具

定模设置杠杆推板的

§5.1.2 塑料注射成型模具的分类与结构

三、注射模具的典型架构
(6)无流道注射模具

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§5.1.2 塑料注射成型模具的分类与结构

三、注射模具的典型架构
(7)自动卸螺纹的注射模具

自动卸螺纹注

三、注射模具的典型架构 (8)摆沟式双分型面注射模

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注射模具主要零部件名称及定义 1.定位圈 使注射机喷嘴与模具浇口套对中,决定 模具在注射机上安装位置的定位零件;

注射模具主要零部件名称及定义 2.定模座板 板件; 使定模固定在注射机定模安装板上的

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注射模具主要零部件名称及定义 3.定模板(凹模固定板) 零件; 用于固定凹模镶件的板状

注射模具主要零部件名称及定义 4.浇口套 直接与注射机喷嘴反复接触,带有主流 道通道的衬套类零件;

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注射模具主要零部件名称及定义 5.型芯 成型塑件内表面的凸状零件;

注射模具主要零部件名称及定义 6.动模板(型芯固定板) 件; 用于固定型芯的板状零

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注射模具主要零部件名称及定义 7.支承板 防止成形零件(凹模、凸模、型芯或镶 件)和导向零件轴向移动并承受成型压力的板件;

注射模具主要零部件名称及定义 8.垫块 调节模具闭合高度,形成推出机构所需的 推出空间的块状零件;

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注射模具主要零部件名称及定义 9.导套 与安装在另一半模上的导柱相配合,用以 确定动、定模的相对位置,保证模具运动导向精度 的圆筒形零件;

注射模具主要零部件名称及定义 10.导柱 与安装在另一半模上的导套(或孔)相配 合,用以确定动、定模的相对位置,保证模具运动 导向精度的圆柱形零件;

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注射模具主要零部件名称及定义 11.推板 支承推出和复位零件,直接传递注射机推 出力的板件;

注射模具主要零部件名称及定义 12.推杆固定板 支承推出和复位零件,直接传递注 射机推出力的板件;

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注射模具主要零部件名称及定义 13.拉料杆 为了拉出浇口套内的浇注凝料,在主流 道的正对面,设置头部带有凹槽或其他形状的杆 件;

注射模具主要零部件名称及定义 14.推杆 用于推出塑件或浇注系统凝料的杆件; 15.复位杆 借助模具的闭合动作,使推出机构复位 的杆件。

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注射模具主要零部件名称及定义 16.动模座板 板件; 动模固定在注射机的移动工作板上的

单分型面模具

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摆钩拉紧式斜导柱外抽芯模具

《塑料注射模具设计:入门到精通》张中元等编著

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§8.1.3 注射机的工作过程 1、合模与锁紧 2、注射装置前移 3、塑化 4、注射 5、保压 6、制品的冷却 7、注射装置后退 和开模顶出制品

§8.2 注射过程原理 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工序,其中关控 是塑化、流动和冷却。
塑料原料 螺杆旋转 熔体 注射充模 制品 冷却凝固 固态
热塑性塑料--注塑成型过程

固态 加热熔融 熔融态

注塑机的基本动作:

合模-注射-熔胶(冷却)-开模-顶出-合模

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§8.2.1 塑化过程

塑料在料筒内受热达到充分熔融状 态且有良好的可塑性的过程。
要求:塑料在进入模腔之前充分塑化,既 达到规定的成型温度,又使熔体各点温度 尽量均匀一致,其中热分解物的含量则应 尽可能少,并能提供足够量上述质量的熔 融塑料以保证生产能顺利进行。 塑化质量主要是由塑料的受热情况(温 度)和所受的剪切作用所决定的。
螺杆:挤出塑化过程与注射塑化过程区别:连 续式/间歇式 柱塞

柱塞式挤出机的塑化

1、热均匀性
加热效率E:塑料的实际温升和最大温升之比。 E=(T-T0)/ (Tw-T0)
T——塑料实际升高温度; T0——塑料初始温度; Tw——料筒内壁温度。

影响E值得因素
1、料筒的长度和传热面积(大) 2、料筒中塑料层厚度(小)、料筒与塑料的温差 (大) 3、料温分布

延长塑料在料筒中的受热时间t,增大塑料的热 扩散速率α,减小料筒中料层厚度δ,在允许的 条件下提高料筒壁温Tw ,都能提高加热效率E。

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柱塞式挤出机的塑化 注射机生产能力取决于加热料筒的塑化能力和注 射成型周期。

2、塑化能力
定义:单位时间内料筒熔化塑料的质量。 qm =3.6*m/t
qm——塑化能力;m——注射量;t——周期。

A——接触传热面积;Vp——受热体积; K——加热效率
柱塞式注射机:分流梭 螺杆式注射机:螺杆直径、转速、熔体粘度(大);螺槽深 度、塑料比热容(小)。

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柱塞式挤出机的塑化 3、料温分布

§8.2.2 注射充模过程 1、注射成型周期
塑料熔体进入模腔内的流 动情况可分为充模、保 压、倒流和浇口冻结后的 冷却四个阶段。 (1)充模阶段
t1 :浇口 Tβ:熔体达模腔末端 t2 :熔体充满模腔 ? T0~t1~tβ~t2 ? 塑化;注射充模; 压实流动
切换点

浇口

(2)保压阶段t2 ~ t3;
物料冷却收缩,保压使 料密实 t3 ~ t4 t4 ~ t5
喷嘴

(3)倒流阶段 (4)冷却阶段
熔体达模腔末端

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2、熔体在喷嘴中的流动
熔体流经喷嘴时的压力损失:

喷嘴长度L,体积流量qv ,喷嘴半径R对压力损 失影响

充模时熔体高速流过喷嘴孔,产生大量热, 使熔体温度升高。熔体温升值:
⊿T= ⊿P/(ρ*J*cp)

速度、压力越高,喷嘴温升越大。

3、熔体在模具浇注系统中的流动 热流道系统:与通过喷嘴时情况相似 冷流道系统:易形成冷凝料壳层,浇道半径 减小
对牛顿流体,通过圆形截面或平板狭缝形浇口 时的体积流量为:
体积流量分别与R,b,H,L等有关

对假塑性流体有:
浇口截面积增大, qv 增大,而γ减小,ηa 增大, qv达一定值后反而下降

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4、熔体在模腔的流动 (1)熔体在典型模腔内的流动方式
主要与浇口位置和模腔形状及结构有关

(2)熔体在模腔内的流动类型
高速充模:制品质量不均,内应力较大,表面 有裂纹。 低速充模:充模时间长,粘度下降,流动性降 低,充模不全,易产生熔接痕。

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(3)熔体流的运动机理

熔休从浇口处向模腔底部以层流方式推进时,形成扩展流动的前 峰波的形状可分成三个典型阶段:熔体流前缘呈圆弧形的初始阶 段;前缘从圆弧渐变为直线的过渡阶段;前缘呈直线移动的主流 充满模腔的阶段。 熔体流中心的运动速度是大于前缘的运动速度的;熔体质点赶上 运动着的前缘后,运动速度就减小到前缘的速度,并在邻近模壁 处作层状的移动。因此,在前缘区域内,熔体质点的运动方向是 指向模壁的。 熔体质点由于与模壁和冷空气接触而在界面形成高粘度的前缘 膜,其前进速度变小,由此在熔体流的截面上产生很大的速度梯 度,这会始大分子链的两端因处于不同的速度层中而受到拉伸和 取向。而大分子在靠近模壁区域内的取向机理不同于熔体流的其 他部分。可以推想,开始的取向是指向模壁的,但当熔体由于冷 却粘度增大使大分子一端的活动性变小时,大分子就转过弯来, 而其另一端就沿前缘运动方向移动,于是大分子受到运动的熔体 流的拉伸。如图显示出熔体质点位置的连续变化。因此熔体在模 内的推进过程是通过熔体质点被前缘膜阻止转向并被拉伸和新熔 体质点不断从内层压出的方式进行的。其结果使制品表面形成“波 纹”。由于流动阻力使稍后到来的熔体压力上升又可把前面刚形成 的波纹压平构成制品表面。

§8.2.3 增密与保压过程 1、增密过程(压实过程) 充模流动结束后,熔体进入模腔的快速流动停 止,但这时模腔内的压力并末达到最高值,而喷 嘴压力己达最大值,因而浇道内的熔体仍能以缓 慢的速度继续流入模腔,使其中的压力升高至能 平衡浇口两边的压力为止。 模内最大压力确定应考虑锁模系统和模具刚度。

压实阶段至 保压阶段的 切换点

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2、保压过程
压实结束后柱塞或螺杆不立即退回,在最大前进 位置上再停留一段时间,使成型物在一定压力作 用下进行冷却。 在保压阶段熔体的流动,称保压流动,这时的注 射力称保压压力,又称二次注射压力。 保压流动特点:熔体的流速很小,不起主导作 用,压力是主要影响因素。 产生保压流动的原因:模腔壁附近的熔体因冷却 而产生体积收缩 保压流动的必要条件:压实结束后料筒前端仍含 一定量的熔体,且浇道系统没有冻结。

保压流动的影响因素
1、保压压力
高,对提高制品强度有利。
制品温度明显下降之后,较高的外 压作用会在制品中产生较大的内应 力和大分子取向,对提高制品性能 不利。

2、保压时间
在保压压力一定的条件下,延长 保压时间,补料更多,其效果与 提高保压压力相似。
保压时间越短,而且压实程度又 小,则物料的倒流使模腔内压力降 低得越快,最终模腔压力就越低。

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§8.2.4 倒流与冷却定型过程
1、倒流
保压阶段结束后,保压压 力撤除,螺杆或柱塞要后 退,这时如果模腔浇口还 没有冻结,模腔中熔体就 会倒流,使模腔压力下 降。倒流将持续到浇口冻 结为止,E点称凝封点。 制品密度在很大程度上由 凝封时模腔内的温度和压 力决定。 制品的密度或质量一般随 凝封时压力的增大而增 加,制品的密度大,残余 应力(内应力)也就大, 对制品性能影响大。
凝封点

切换点

2、浇口冻结后的冷却

§8.3 注射成型工艺及工艺条件 §8.3.1 工艺流程
1、成型前的准备
(1)原料的预处理 (2)料筒的清洗 (3)嵌件的预热 (4)脱模剂的选用

2、注射成型过程
(1)加热塑化 (2)注射充模 (3)保压 (4)冷却 (5)脱模

3、制品后处理
(1)热处理(退火处理) (2)调湿处理 (3)整修

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二、注射成型工艺条件的选择 §8.3.2 注射成型工艺条件的选择
1、温度
(1)料筒温度(物料、设备、模具) (2)喷嘴温度(防流涎) (3)模具温度

2、压力
(1)塑化压力(背压) (2)注射压力

3、时间(成型周期)

工艺条件——温度

1、料筒温度
料温在物料粘流温度或熔点以上,低于其分解温度。 随着料温升高,熔体粘度下降,料筒、喷嘴、模具的浇 注系统的压力降减小,塑料在模具中流动性增加,有利 改善成型工艺性能,注射速度大,塑化时间和充模时间 缩短,生产率上升,制品的表面光洁度提高。
(1)物料性质
对Tf(m)~ Td范围小的热敏性塑料,相对分子量低、分布宽的料温 应较低。

(2)设备
柱塞式高,移动螺杆式低

(3)制品及模具
薄壁制品,料流通道小,阻力大,容易冷却而流动性下降,高温; 厚壁制品,则可用较低的料温。 外形复杂或带有嵌件的制品,因料流路线长而曲折、阻力大,易冷 却而丧失流动性,料温应高一些。

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2、喷嘴温度
略低于料筒最高温度,过低会 造成喷嘴堵塞、增大流动阻 力,影响制品质量。

3、模具温度
模具温度影响熔体流动行为、 制品性能和表观质量。
结晶性:结晶率 无定型:黏度和充模速率

工艺条件——压力
(1)塑化压力(背压)
在移动螺杆式注射机成型过程中,预塑化时,塑料随螺杆 旋转经螺槽向前输送并熔融塑化,塑化后堆积在料筒的前 部,螺杆端部的塑料熔体就产生一定的压力,即背压。提 高背压,物料受到剪切作用增强,熔体温度升高,塑化均 匀性好,但塑化量降低。

(2)注射压力
柱塞或螺杆推动塑料熔体向料筒前端流动并使熔体充满模 腔所施加的压力,是塑料充模和成型的重要因素。 注射压力的作用是克服塑料在料筒、喷嘴及浇注系统和型 腔中流动时的阻力,给予塑料熔体足够的充模速率,能对 熔体进行压实,以确保注射制品的质量。

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工艺条件——时间

注射成型问答题 1、注塑成型的定义是什么? 2、注塑制品发生翘曲现象是什么原因造成的,解决 方法是什么?

3、为什么注塑机的螺杆长径比和压缩比都比挤出机 螺杆小,它是如何保证物料充分塑化的? 注塑机喷嘴的主要作用是什么?
保证塑化,不出现降解或分解现象

流动方向与垂直于流动方向分子取向不均,导致分子收缩 不均产生内应力,导致翘曲; 减少内应力,增大浇口尺寸,降低熔体和模具温度,减小 浇口压力,延长注射和保压时间 只要求螺杆塑化物料,不要求提供稳定的压力 物料停留时间相对较长,料筒外加热,调整背压实现进一 步塑化 将熔料压能变为速度能;补缩;剪切物料、塑化物料

注塑成型中料筒温度的选择原则是什么?

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§8.4 橡胶注射成型 橡胶注射成型是将胶料通过注射机进行加热, 然后在压力作用下从机筒注入密闭的模型中, 经热压硫化而成为制品的生产方法。 从模压法和移模法生产基础上发展起来。

§8.4.1 橡胶注射成型设备
加热冷却装置:作用是保证机筒和模腔中的胶料达到 注射工艺和硫化所要求的温度。
由于胶料塑化温度较低,为防止胶料在机筒中停留时间过 长而焦烧,通常机筒(央套式)用水和油作为加热介质。而注 射模则用电或蒸汽加热。

模型系统是橡胶注射成型设备的重要组成部分,其包 括模台、模具和合模装置。
模台供硫化模具进行合模、注射、硫化、开模等操作用。
单模台注射机的模台是固定的; 多模台注射机的模台则有多种形式: 一种是模台安装在转台(转盘)上,注射装置固定; 一种是模台固定,扇形地排列在注射装置的前方,注射装置定 向旋转注胶。
? 在模台固定的情况下如果模具很多,硫化时间又较长时,模具可 平行分列于注射装置的两侧,注射装置沿轨道前进、注完一排后 再注另一排。

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§8.4.2 橡胶注射成型过程及原理 橡胶注射成型一般经过预热、塑化、注射、保 压、硫化、出模等几个过程。
注射阶段:胶料粘度下降,流动性增加; 热压硫化阶段:胶料交联硬化;
注射硫化的最大特点是内层和外层胶料的温度比较均匀 一致,保证了产品的质量,提供了高温快速硫化的必要 前提,这是模压硫化所欠缺的。

胶料硫化过程

四个阶段:
A、胶料预热阶段(胶料硫化前整个升温阶段); B、交联度增加阶段(开始交联、欠硫阶段); C、交联度最高阶段(进入正硫化); D、网状结构降解阶段(过硫阶段)。

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§8.4.3 橡胶注射工艺条件 1、温度
(1)机筒温度 (2)注射温度
胶料通过喷嘴之后的温度。
温度低,硫化时间延长; 温度高,易焦烧; ? 一般提高螺杆的转速、背压、注射压力和减小喷嘴孔径均 可提高注射温度。

(3)模型温度
胶料产生硫化的温度

2、压力
注射压力增大,速度梯度增大,胶料粘度下降, 胶料的流动性增加,注射时间减小。
注射压力的提高使胶料通过喷嘴时的生热量增加,胶料 的温度上升,因而硫化周期也大大缩短。 从防止胶料焦烧观点来看,提高注射压力可防止焦烧。
提高压力虽使胶料的温度上升,但却缩短了胶料在注射机中的 停留时间,因此减少了焦烧的可能性。

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3、螺杆转速与注射速度
随着螺杆转速的提高,机筒内的胶料受到剪切、 塑化和均化的效果提高,可获得较高的注射温 度,缩短注射时间和硫化时间。
螺杆转速过高时,螺杆表面橡胶分子链发生拉伸取向, 形成多层取向状态,产生一种收缩力,起到一种钳制作 用,使胶料成团抱着螺杆一起转动,产生较严重的“包 轴现象” ,不能使胶料很好地受到剪切作用,故胶温反 而下降,注射温度降低,硫化时间延长。

注射速度增加,注射温度和硫化速度随之增加。

4、喷嘴直径
喷嘴直径减少,会强化胶料的剪切作用,使生热 量增大,胶料的温度升高,同时要延长注射时 间,有充模焦烧的危险。 喷嘴直径增大,注射时间会减少,注射温度下 降,焦烧危险性减少,但硫化时间增加。

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5、时间
在整个注射周期中,硫化时间和充模时间极为重 要,它们的计算分配主要根据胶料在一定温度下 的焦烧时间t10和正硫时间t90,即要求充模时间小 于t10,硫化时间等于t90。
充模时间必须小于焦烧时间,否则胶料会在喷嘴和模型 流道处硫化。充模后应留下一定的时间使胶料能在硫化 反应开始前完成压力的均化过程,通过分子链的松弛消 除物料中流动取向造成的内应力。

硫化时间影响因素
喷嘴大小、注射压力、流胶道结构、胶料的配方、制品 的厚度

§8.5 热固性塑料注射成型 §8.5.1 成型原理
带有活性基团的线型或稍带支链的低相对分子质 量聚合物,先在温度相对较低的料筒内塑化到半 熔融状态,在随后注射充模过程中进一步塑化, 在通过喷嘴时达到最佳的粘度状态,注入高温模 腔后继续加热,物料就通过自身反应基团或反应 活性点与加入的硬化剂的作用,经一定时间的交 联固化反应,使线性树脂逐渐变成体型结构。
反应时放出的低分子物(如氨,水等)必须及时排出,以 便反应顺利进行,使模内物料的物理机械性能达到最 佳,即可成为制品而脱模。

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热固性与热塑性塑料注射的不同之处

1、热固性塑料在料筒内的塑化

2、热固性塑料熔体在充模过程中的流动

严格料筒的温度控制。螺杆转速和背压也不宜过 高。尽量减少熔体在料筒内的停留时间。 熔体进一步塑化的过程。热壁面向熔体的传热效 果优于热塑性塑料;剪切摩擦热使料温迅速升 高,粘度降低,流动性增加。 树脂的交联反应速率随温度的升高而加大,固化 定型时间除主要由模具温度的高低决定外,还与 制品的厚度及形状复杂程度有关。 交联放热使物料升温膨胀,有利补偿收缩,不必 保压补料,浇口固化早,无法补料,不会倒流。 缩聚反应,有低分子物析出。

3、热固性塑料在模腔内的固化

§8.5.2 注射原料的要求 在低温料筒内塑化产物能较长时间保持良好 流动性,而在高温模腔内能快速反应固化。
用于注射成型的热固性塑料关键是其流动性和热 稳定性,即在料筒温度下加热不会过早发生交联 固化,有较高的流动性和较稳定的粘度,且能保 持一定的时间。
为达到这一要求,往往在原料中添加稳定剂,在低温 下起阻止交联反应的作用,进入模具中在高温状态下 即失去阻交联作用,熔料充满模腔后能迅速固化。

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§8.5.3 热固性塑料注射机的结构特征
螺杆的长径比和压缩比较小,防止摩擦热过大物料过早固 化。因此通常螺杆几乎不分段,往往是等距等深的无压缩 比螺杆,螺杆对塑化物料只起输送作用,不起压缩作用。 喷嘴通常用敞开式,喷嘴要便于拆卸,以便发现硬化物时 能及时打开进行清理。喷嘴内表面应精加工,以防料流有 阻滞而引起硬化。 料筒的加热温度相对较低,温控精度要求高,目前较多采 用水或油加热循环系统,因此料筒设计成夹套型,这样的 加热方式温度均匀稳定。 注射机的锁模结构应满足能及时放气排除缩聚交联反应产 生的低分子物的操作要求,这就需要具有能迅速降低锁模 力的执行机构,一般采用增压油缸来实现对快速开模和合 模动作的控制。 模具结构相对复杂些,必须设置加热装置和温控系统,以 利于物料在模内化学反应的顺利进行。

§8.5.4 热固性注射成型的工艺条件 根据热固性塑料注射成 型原理,其
塑化过程的工艺条件主 要是料筒温度、螺杆转 速和螺杆背压; 注射充模过程的工艺条 件主要是注射压力、充 模速度和保压时间; 固化过程的工艺条件主 要是模具温度和固化时 间。
浇口

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§8.6 反应注射成型(RIM)

原理
反应注射成型(React Injection Moulding, RIM)是一种将两种具有化学活性的低相对 分子质量液体原料在高压下撞击混合,然 后注入密闭的模具内进行聚合、交联固化 等化学反应而形成制品的工艺方法。

优点

具有混合效率高、节能、产品性能好、成 本低等优点。

§8.6.1 RIM工艺特点

反应注射与塑料注射的不同之处在于:
一、简化了制品的成型工艺过程
直接采用液态单体和各种添加剂作为成型原料而不是用 配制好的塑料,而且不经加热塑化即注入模腔,从而省 去了聚合、配料和塑化等操作。

二、节能
由于液体原料粘度低,流动性好,易于输送和聚合,充 模压力和锁模力低,这不仅有利于降低成型设备和模具 的造价,而且适宜生产大型及形状复杂的制品。

三、只要调整化学组分就可注射性能不同的产 品,而且反应速度可以很快,生产周期短。

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§8.6.2 RIM成型设备

RIM成型设备要求有很高的灵活机动性 和计量精度。
反应注射成型的传统设备是一组带有轴向 活塞泵的计量装置,主要由组分储存槽、 过滤器、轴向柱塞泵、电动机以及带有混 合头的液压系统所组成。 1、RIM对设备的要求
(1)流量及混合比率要准确。 (2)能在较短时间内达到所需的加热温度。 (3)两组分应同时进入混合头。 (4)混合头内的原料以层流形式注射入模 内,入模后固化速度快,能进行快速的成型 循环。

2、RIM设备的的工作原理
包括加料比例的控制、组分的均匀混合及注射入 模等。
高反应活性的液状单体或预聚物用计量泵或使用活塞位 移来精确控制比例以获得准确的化学计量。 两组分反应液体以很高的速度通过喷嘴孔进入混合头进 行强烈碰撞以获得充分混合,然后混合物通过流道进入 模具,并快速进行化学交联反应而成型制品。

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3、RIM设备的组成
储料系统、计量和注射系统、混合系统。
(1)蓄料系统:主要有蓄料槽和接通惰性气体的管路 系统。 (2)计量和输送系统(液压系统):由泵、阀及辅件组成的 控制液体物料的管路系统和控制分配缸工作的油路系 统所组成,其作用是使两组分物料能按准确的比例进 行分别输送。

混合头工作过程
混合系统
作用:使两组分物料实现高速均匀混合,并加速混合液 从喷嘴流道注射到模具中。 工作过程:

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混合头结构

§8.6.3 RIM工艺流程和控制 1、工艺流程
单体或预聚物以液体状态经计量泵按一定的配比 输送入混合头均匀混合,混合物注入模具内进行 快速聚合、交联固化后,脱模成为制品。

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2.RIM工艺控制 2、RIM工艺控制
基本要求:精确的化学计量、高效的混合和快速 的成型速度。
(1)两组分的贮存加热 (2)计量 (3)撞击混合 (4)充模 (5)固化定型

§8.7 气体辅助注射成型(GAIM)
原理:
Gas-Assisted Injection Molding是注射成型与中空成型的 复合,其与普通注射成型相比,多了一个气体注射阶段, 即在原来注射成型的保压阶段,由压力相对低的气体而非 塑料熔体的注射压力进行保压,成型后的制品中就有由气 体形成的中空部分。

§8.7.1

工艺流程:

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GAIM成型流程 气体辅助注射成型周期可分为六个阶段:
(1)塑料充模阶段 (2)切换延迟阶段 (3)气体注射阶段 (4)保压阶段 (5)气体释放阶段 (6)冷却开模阶段

§8.7.2 气体辅助成型设备 1、注射机
由于气体辅助注射成型制品的中空率和气道形 状是由注入模具型腔的塑料量来控制的,所以 要求注射机的注射量和注射压力有较高精度。

2、气辅装置
由气泵、高压气体发生器、气体控制单元和气 体回收装置组成。

3、气体喷嘴
主流道式喷嘴:塑料熔体和气体同一个喷嘴, 熔体注射结束后,喷嘴切换到气体通路上实现 气体注射; 气体通路专用喷嘴:嵌入式和平面式两种。

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§8.7.3 气体辅助成型方法
1、标准成型法
先向模具型腔注入准确计量的塑料熔体,再通过浇口 和流道注入压缩空气,推动塑料熔体充满模腔并保 压,待塑料冷却到具有一定刚度和强度后开模取出制 品。

气辅成型 -标准成型法.swf

2、副腔成型法 在模具型腔之外设置一可与型腔相通的副型腔, 成型时先关闭副型腔,向型腔中注射塑料熔体, 并充满型腔进行保压,然后开启副型腔,向型腔 内注入气体,气体的穿透作用使多余出来的熔体 流入副型腔,当气体穿透到一定程度时关闭副型 腔,升高气体压力对型腔中的熔体进行保压补 缩,最后冷却开模取出制品。

论课\塑料制品设计

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3、熔体回流法
与副腔成型法类似,只 是模具没有副型腔,气 体注入时多余的熔体不 是流入副型腔,而是流 回注射机的料筒。

气辅成型-熔体回流成型法.swf

4、活动型芯法
在模具的型腔中设置活动型芯,开始时使型芯位于最长 伸出的位置,向型腔中注射塑料熔体,并充满型腔进行 保压,然后注入气体,气体推动熔体使活动型芯从型腔 中退出,让出所需的空间,待活动型芯退到最短伸出位 置时升高气体压力,实现保压补缩,最后制品脱模。

气辅成型 -型芯活动成型法.swf

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§8.7.5 气体辅助注射成型特点 1、注射压力低 2、制品翘曲变形小 3、表面质量高 4、可成型壁厚差异较大的制品 5、制品刚度和强度提高 6、质量轻,成型周期段

气体辅助成型的缺点 气体辅助成型的缺点
(1)需要供气装置和进气喷嘴,增加了设备的 投资。 (2)在注入气体和不注入气体部分,制品表面 光泽有差异。 (3)对注射机注射量和注射压力的精度有更高 要求。 (4)制品质量对模具温度和保压时间等工艺参 数更加敏感。

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注射成型知识回顾

注射成型的设备
(注射机的分类、基本结构)

注射成型的原理
塑化、充模、保压、冷却

注射成型的工艺流程及工艺要素 橡胶注射成型 热固性塑料注射成型 反应注射成型 气体注射成型

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