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诚信机械技术网www.cxjx8.com诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程目錄第一章:射出成型原理探討第二章:安定成型的參數設定第三章:低壓成型技術概述诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討1.前言熱可性塑膠加熱熔解后在塑形過程中及完了後又漸漸冷卻至定形,這幾乎是所有塑膠成型加工法的必要程序.受熱熔解,冷卻固化,意味著塑膠分子鏈團的被解開與再集合,但射出成型加工的過程,絕非如此而已,它必需在模腔被充滿後,為補嘗冷卻後的容積收縮,而在塑料尚在高溫時,适時適量地補充注入.一定容積的模腔,要擠入較多的塑料,必定對熔融的塑料形成壓縮,壓縮使塑料產生抵抗(模腔內壓),在抵抗仍然存在的時間內适當的保持壓力的對抗(避免模腔內塑料逆流)是不可避免的.模腔的充填速度如果太慢,則因塑料溫度的降低(流動阻抗增加),有可能使充填無法完全(短射),或充滿後的壓縮變成困難,但充填速度太快,則又容易形成外觀上不良的等問題.綜上所述,溫度,壓力,速度,時間和量等五大參數,對射出成型工程的影響是我們所必需探討的.诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討2.壓力--比容積--溫度(1)塑料的熱舉動觀察因溫度變化,塑料的轉態及比容積的變化,熱可塑性塑膠可分為兩大鼉----不定形(amorphous)及結晶性塑膠.(partiallycrystalline)結晶性塑膠在低溫形成的緊密而規則的分子鏈纏集結構(結晶區域),必需被加溫到熔解溫度(TM)以上,分了鏈鏈才會散開如同下定形塑膠,這時它才發生熔融而能流動,射出成型的充填和壓縮也必需在這個狀態下完成不可.部分結晶玻璃態橡膠態液態溫度--比容關係圖TgTm溫度比容積(v)诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討(2)受熱下的熱舉動射出成型過程中,塑料的比容積除因溫度變化而隨著改變外,也會因受到壓縮而改變,它們之間的關係如圖:0501001502002501.21.11.00.903006008001000溫度(0C)比容積0501001502002501.11.00.90.803006009001200溫度(0C)比容積1.21500壓力壓力不定形塑膠p-v-t示意圖結晶性塑膠p-v-t示意圖诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討檢視p-v-t圖,必需要加以注目的就是,無論不定形塑膠或結晶性塑膠,其軟化或熔解的溫度都會因受壓程度愈大而形成愈高,因此,加工溫度的設定不能只考慮塑料在加熱筒內的熔融而已,必需也要將在模腔內被壓縮的因素也一並考量.尤其,結晶性塑膠的溫度一降到Tm以下時,就會由熔融狀態再度形成結晶的結構,使得流動阻抗大幅的上升,甚或不能流動.在熔融狀態下的塑料,具有相當大的可被壓縮性,以大部份射出成型機的能力而言,強制地將過剩的塑料壓擠入模腔,內並非難事,在暈樣條件下,成型品將會殘留相當大的內部應力下被冷卻固化,當然如此一來,成型品的性能將受到影響,如受些許外力或受化學藥品的作用,容易受到破壞,甚者在開模離型的瞬間就會發生破裂.诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討(3).射出工程的p-v-t關系在射出成型整個過程,塑料的壓縮程度(內壓),溫度的變化和其比容積的發跡是一直互動的,我勻可以下述的過程來說明:充填(Filling)熔融的塑料開始被注射,直到模腔剛被充滿的階段.這一階段,熔融塑料因流路阻抗而輕微受壓縮,內壓緩慢上升,一般而言較低的料溫.較低模溫,較長流路,較薄的肉厚以及較慢的充填,都會使流路阻抗較大,而使內壓的上升較快.同時,這一階段由於熱料不斷的湧入,所以在模穴的同一位置,其料溫可視為不變,塑料的比容積因內壓的輕微上升也緩慢的增加.壓縮結束充填開始最後進入模穴的塑膠最先進入模穴的塑膠時間料溫诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討壓縮(Packing)充填結束,模穴內塑料比容積仍高,(密度低),所以必需再繼續壓擠追注的過程.壓縮階段在一定容積的模腔里,塑膠被不繼的壓擠,所以內壓急劇的上升,其上升的程度主要由壓補塑料的量來決定,壓縮的量不僅影響內壓的上升,也影響成型品的尺寸及性能.在這一階段,熱料仍繼續進入模腔,如果其時間不是太長,則模穴同一位置的料溫也僅輕微下降,塑料的比容積主要是因內壓的急劇上升而大幅上揚诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討保持(Holding)當模穴內塑料被適當壓縮后,應立將注射的壓力降低,以防過量,但如降得太低,則因模穴內塑料沿處高溫高壓狀態,將發生逆流,所以必需仍以適當的壓力加以對抗,直到入澆口冷凝封住的過程.在保持的過程,熱料不再(或極微量)進入模穴,所以料溫較快的冷卻,模穴內壓大致依據下式所代表的原理,逐步下降低:(P+A)(V-W)=R’T式中P:表模穴內壓.V:表塑料比容積.T:表塑料溫度.A,W及R:是和塑料分子結構有關的系數诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討在保持的,塑料的比容積已因被壓縮,僅因自然的冷卻收縮而幅減少,模穴內壓主要是隨料降低而下降,也就是說取決於模具的冷卻狀況由於模穴內壓隨著冷卻逐下降,所以保持也應該相對地漸漸降低否則將形成再壓縮的現象,而且當入澆口已冷凝封住(即使模穴內塑料仍是較高的溫度),繼續的施以保持壓力,將成為無效诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討t1t2t3t4靜壓損失P=Pat1t2t3t4動壓損失流動距離模穴內壓熔膠推進和模穴內壓的形成P=0PaPb诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討壓力(p)Gatesealing適當溫度12充填23壓縮34保壓5開模6收縮至常溫123456溫度(T)比容積時間內壓1234123456時間溫度射出工程中熔融体P-v-T關係示意圖诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討ABCTempVPsABCPDPDPs1.充填完了2.壓縮后12AABBCC內壓距離ABCPD:A點和C點間,在充填結束時的動壓損失.PS:A點和C點間,在壓縮后的靜壓損失.诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討3.成型收縮解析(1).成型收縮與後收縮.控DIN16901的定義,在成型後的24~168小時內,並于232度的環境下,量測成形品對其模型尺寸差異量的百分比,稱為成形收縮率.Vs=*100%Mw-MFMwMw:模型的尺寸Mf:成形品的尺寸在168小時以後,成形品的寸如再繼續發生變化,這時就稱為後收縮,一般以Ns表示.後收縮的發生,尤其以結晶性塑膠更為顯著(也稱為後結晶),後收縮是因為很多复雜原因出現,但一般可以較高的模溫,或是成形後加以適當的熱處理來減少.诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討(2).比容積和收縮的關係.在成形品的某一特定位置,其成形過程及成形後的p-v-t關係假設如圖,則在該位置的體積收縮率可如下:壓力(p)Gatesealing適當溫度溫度(T)vvmvf目標收縮率期望比容積SvVmSv(體積收縮率)===1-Vm-VfVmm(vM-vF)mvMvFVM诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討在開模瞬間,成形品的容積可視為約等於模型的容積,所以VM(模型的容積)等於成形品的重量m乘以開模當時的比容積vm.當成形品經完全冷卻收縮,其比容積由vM降低到VF(密度增加),可是其重仍然是不變的,,所以收縮後的成形品容積VF就等於m乘以VF.而VF是塑料在常溫安定時的比容積,可視為一定,所以體積收縮率就成為是由VM的大小來決定的,開模時,成形品的比容積愈大,則其體積收縮就愈大.由前面的知識我們可知在開模的瞬間,成形品的不同位置有不同的比容積,所以各位置的收縮率當然也各自不同,一般而言,離澆口愈近,開模時的比容積愈小,所以其收縮率也愈小.成形品的不同位置,收縮率不相待的現象,也是使成形品容易變形變形的主要原因之一,所以如何讓成形品各位置比容積的差異減小,是成形技術探討的很重要課題.事實上,使成形品不同位置有不同的收縮,也不只是比容積分佈的差異而已,其他如射出後的塑料分子配向,模溫的分佈(影響冷卻的快慢),成型品的形狀等等也都影響收縮的異至巨诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討(3).比容積變化的要因分折開模時比容積的大小,決定成形收縮率已如前述,因此為正確地設定成形工程參數,必需先探討其影響要因:保壓切換時机太遲----產生很高內壓,如鎖模力足夠,則發生過度的充填,收縮減少,尺寸增大.太遲----如鎖模力不足,模具將被頂開,內壓因而降低,也不致使成形品有太小的比容積,但成形品分離面將會有溢料毛邊.太早----在沿未足夠的壓縮,就切換成保壓,則因保持壓較低以及螺杆前進速度也已減緩,而使模穴內壓無法再上,升形成比容積較高123PVVATVA:期望比容積(開模時)1.切換保壓太遲,過飽和.2.切換保壓太遲,溢料.3.太早切換保壓,壓縮不足诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討保持壓力和保持時間無論保持壓力太低或保持時間不足,都會使模穴內塑料發生逆流,而形成比容積比期望值高.如果保持壓力太大則會造成過飽和,而保持時間太長則為無意義的浪費.PVVA12TVA:期望比容積(開模時)1.保持壓力不足.2.保持時間不足.诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討PVVAT12冷卻速度模溫如果設定太低,將使進入模穴的塑料冷卻太快,其影響說明如下:1.在充填壓縮階段因流動阻抗的增加,容易發生短射,接合線明顯,脆弱,流紋,表面失去光澤等等不良現象.同時,也可能使塑料提早發生收縮或結晶,由於收縮使分子鏈結合力提高,對抗充填或壓縮壓力的結果,使產生較高的應力殘留.VA:期望比容積(開模時)1.急速冷卻,阻礙了正常的收縮.2.後收縮.诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討2.在保持及冷卻階段較快速的冷卻,阻礙了塑料正常的收縮或結晶,也就是說得到的成形品的比容積將比正常的稍高(密度不足),所以尺寸較大,但由於其結構的不穩定,日後或接触較高溫度後,將再發生後收縮.以低模溫盛開的產品,除容易發生立可崢的外觀不良外,其充填應力的殘留或收縮的不全,是使成形品發生裂紋,變形,彎曲及性能低劣的最重要原因诚信机械技术网www.cxjx8.com塑膠射出成型進階教程第一章:射出成型原理探討4.不均勻對策成形品的形狀,模溫分佈,成形品的總體分子配向以及成形品各位置的比容積分佈是使成形品無法均勻收縮的主要原因,後者之對收縮的影響已如前述,現僅就前三者對收縮說明如下:(1)成形品形狀的影響肉厚--肉厚增加,則收縮也相對加大.端部,邊沿,薄肉部--在仍受壓縮之階段,就已先行固化,收縮率較小.流路長度--離澆口愈遠,壓力損失愈大,所以收縮也愈大.(2)模溫分佈的影響一般而言,模溫較高部位,由於較慢收縮,所以收縮會較大,但如因而改善壓力的傳達者,相反地收縮率會減小,尤以離澆口較遠部位更為顯著.(3)分子配向的影響塑料的分子鏈在流動場中,受流動切割力的影響,會形成沿流動方向的排列,這樣的排列會在受壓結束後,發生鬆弛.因為受分子配向及鬆弛的結果,使得沿流動方向的收縮率會大於垂直方向,但如果塑料加有無機纖維,則因無機質收縮較小之故,視其添加量的多寡,有可能形成的狀況.诚信机械技术网www.cxjx8.com因此容積分佈引起的收