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第六章注射成型主要内容：6.1概述6.2塑料注射成型设备6.3塑料注射成型工艺过程及控制因素6.4注射成型工艺条件的分析讨论6.5几种注射常用塑料的注射成型特点6.6热固性塑料的注射成型及传递模塑6.7反应注射成型6.8注射成型的最新发展本章重点：1.工艺过程及控制因素2.工艺条件分析讨论6.1概述1.注射模塑将粉状或粒状塑料从注射机料斗加入料筒中加热熔融塑化，在螺杆的旋转挤压作用下，物料被压缩并向前移动，通过料筒前端的喷嘴以一定的速度注射入温度较低的闭合模具内，经一定时间冷却定型后开启模具即得制品。2．注射成型在塑料成型加工工业中的地位（1）注射制品应用广泛；（2）注射制品约占塑料制品总产量的30%，注射机产量约占成型设备总产量的50%；3．注射成型的特点所占比例大：注射成型是一种重要的聚合物成型方法，30％左右的塑料制品采用此方法来生产适用范围广：几乎所有的塑料以及形状复杂的制品都可以采用此方法来成型加工操作简单方便、生产效率高：成型周期从几秒到几分钟不等，一旦参数设定，可连续地自动化地生产相同规格的制品4．塑料成型加工工业发展趋势（1）大型化、精密化、自动化、微型化；（2）研究开发新的注射成型技术；（3）设计新型注塑制品，扩大应用领域。6.2塑料注射成型设备注射成型机的规格型号注射成型机的分类注射成型机的基本结构6.2.1注射成型机规格和型号1．公称注射量在对空注射情况下，注射螺杆（柱塞）作一次最大注射行程时，所能达到的最大注射量。重量法:以PS为标准，以注射的重量表示（g）。容量法:以PS为标准，以注射的容量表示（cm3）。2．规格30、60、125、250、500、1000、2000、3000、4000、8000、……32000（cm3）等。3．规格型号的表示XS-ZY-x（500）:表示公称注射量为500(x)cm3的螺杆式（y）塑料（s）注射（z）成型（x）机。4.注射机的分类1．柱塞式注射机(教材图6-1)主要构造：注射系统（柱塞、料筒、分流梭等）、锁模装置等。（电气控制、油路控制等）特征：Ⅰ.结构简单，制造方便。Ⅱ.混合、塑化效果不良。(搅拌、剪切作用小)。Ⅲ.传热不良。适用性：Ⅰ.适用于小型注射机。（60克以下）Ⅱ.对热敏性塑料，大、中型注射机不适用。原因：存料量多，一般为注射量的4~8倍，停留时间长。柱塞式注塑机结构示意1-机座2-电动机及油泵3-注射油缸4-加料调节装置5-注射料筒柱塞6-加料筒柱塞7-料斗8-料筒9-分流梭10-定模板11-模具12-动模板13-锁模机构14-锁模(副)油缸15-喷嘴16-加热器17-油缸主要构造：注射系统、锁模系统、模具。特点：Ⅰ.螺杆塑化、注射合二为一，结构简化，制造方便，应用广泛。Ⅱ.混合均匀，传热、塑化良好，模塑质量高。适用性：流动性差、热敏性塑料；大、中、小型制品均可。（流动性好、热稳定性塑料）根据外形还可以分为立式、卧式和角式的。2．移动螺杆式注射机卧式螺杆注塑机结构示意1-机座2-电动机及油泵3-注射油缸4-齿轮箱5-齿轮传动电动机6-料斗7-螺杆8-加热器9-料筒10-喷嘴11-定模板12-模具13-动模板14-锁模机构15-锁模(副)油缸16-螺杆传动齿轮17-螺杆花键槽18-油箱根据排列方式不同分类：卧式、立式、角式5.注射机的基本结构1．注射系统：主要作用：塑料的输送、混合、压实、熔融、塑化、注射和保压等。主要部件：料斗、料筒、螺杆、柱塞、分流梭、喷嘴等。Ⅰ.料斗：一般呈锥形，有的还要带加热除湿和自动加料装置（包括向螺杆喂料和向料斗喂料装置）Ⅱ.料筒：为塑料加热加压的容器，其耐压、耐热、抗腐蚀、传热性好，其容积不能过大和过小，一般料筒有多个加热段Ⅲ.柱塞：表面硬度高，坚实光滑金属杆。其作用是将油压传递给熔体，注射入模腔，保压。Ⅳ.分流梭：装在料筒前端形状如鱼雷体的金属部件（见下图）。作用：A.使物料分流，料层变薄。B.缩短传热导程，提高热传导和塑化质量。C.减少了料筒壁处物料的分解。D.因流道横截面↓，剪切速率↑，摩擦热↑，使表观粘度η降低，有利于传热和注射。分流梭的结构示意Ⅴ.螺杆其作用是对塑料进行输送、压实、塑化和施压。其工作过程是：首先将从料斗过来的物料卷入料筒，通过螺杆的转动将其向前推送、压实、排气、和塑化，这样熔体就被不断的被推送到螺杆顶端和喷嘴之间，而螺杆本身受熔体的压力和液压的作用而后退，当熔体达到一定的注射量时，螺杆停止转动，注射开始时，螺杆传递液压或机械压力使熔体充模。虽然注射机和单螺杆挤出机的基本结构类似，单其有如下特点：①其在转动时有轴向位移，因此其有效长度是变化的②注射螺杆的长径比和压缩比比较小，因为它不需要提供稳定的压力，塑化中所需要的压力是通过调整背压来实现的③为提高生产率，注射机螺杆的螺槽深度比较深④由于轴向位移，加料段的长度比较长⑤螺杆头部也需要根据物料的不同进行设计不同形状（见下页）主要作用是防止出现熔融塑料积存、回流现象。一般η大的塑料，用锥行尖头；η小的塑料，必须装止逆环以防回流。根据其结构，大致可分为如下几种形式：●直通式：特点：颈短呈管状，不用单独加热；压力损失小；不易分解、滞料；补料易；剪切作用小，易流涎，射程近。适用性：粘度高、热敏性塑料，厚壁制品。Ⅵ.喷嘴：是连接模具和料筒的过渡部分，熔体在螺杆或柱塞压力的推动下通过喷嘴注入模具，其作用有三：a.引导熔体从料筒进入模具。b.使物料进一步混合、塑化。(孔径小，剪切速率大)c．调节料流速度。●延伸式：特点：颈长，需单独加热；压力损失较小；射程较远；补缩作用较大；有流涎现象。适用性：η大、易分解塑料等。如ABS、PC、POM等。●自锁式：自锁作用：依靠弹簧的弹力作用压合喷嘴体内的阀芯，以实现流涎和回缩。特点：自锁效果好，防止“流涎”；但结构复杂，压力损失大，射程近，补缩作用小，其形式有弹簧式和针阀式两种。适用性：聚酰胺、PET等低粘度塑料。●杠杆针阀式：6.2.2锁模系统：在注射机上实现锁合模具、起闭模具和顶出制品的机构总称为锁模系统，作用：锁合模具，开、闭模具，顶出制品。由于在注射过程中有很大的压力损失，所以模腔压力约为注射压力P的（0.4~0.7）倍Ⅰ.机械式，优点：结构简单，制造容易，维修方便；缺点：启动频繁，负荷大，噪音大，易磨损，行程短；适用性：小型机械；Ⅱ.液压式：其特点是模板行程大，运行平稳、可靠、易紧急刹车、易安装、易调模。Ⅲ.液压－机械组合式：其是通过液压操纵连杆或曲轴撑杆来达到起闭和锁合模具的目的。优点：有自身增力作用（联杆式曲肘）。伸直时有自锁作用。缺点：易机械磨损，调模麻烦。适用性：多用于中、小型注射机。曲臂锁模机构闭模(a)和开模(b)工作原理示意图6.2.3注塑模具1、模样：人的长相或装束打扮。4、模子：制物的型器。《西游记》第七一回：“他的鈴兒怎麽與我的鈴兒就一般無二！縱然是一個模子鑄的，好道打磨不到，也有多個瘢兒，少個蒂兒，却怎麽這等一毫不差？”《红楼梦》第三五回：“原來是個小匣子，裏面裝着四副銀模子。”巴金《利娜》上篇：“最讨厌的是那种机械的训练：一举一动，说话走路，都象是从同一副模子里铸出来的。”3、模具：生产上使用的各种模型；2、模范：1.制造器物的模型。汉王充《论衡·物势》：“今夫陶冶者初埏埴作器，必模範爲形，故作之也。”宋沈括《梦溪笔谈·异事》：“褭蹏作團餅，四邊無模範跡，似於平物上滴成。”《金史·食货志三》：“不若弛限錢之禁，許民自採銅鐵錢，而官製模範，薄惡不如法者，令民不得用。”2.引申为规则，法度。宋王谠《唐语林·栖逸》：“方（方干）詩在模範中爾，奇意精識者亦然之。”清平步青《霞外攟屑·掌故·顾吴羹通副》：“翰林以記載文誥爲職，苟少知文之模範，行己無大過失。”3.榜样，表率。汉扬雄《法言·学行》：“師者，人之模範也。”模具的历史：早期的石质的模具所谓石范。在青铜器时代，古人制作青铜器，不是拿一个铜块烧红敲打，而是将几种金属按照一定比例，先烧熔化混和，再把熔化的液体倒入固定的模具（石范）内，冷却后再把模具打开，一件青铜器基本做好了。现代模具的起源：1943年，位于葡马立尼亚.格兰特市（MarinhaGrande）一家小型玻璃模具厂股东阿尼巴尔（AníbalH.Abrantes）萌发了生产注塑模具的构想。由于未能获得其他股东的支持，阿尼巴尔不得不出售自己拥有的公司股份以筹集资金，并开始专注于注塑模具的研发和制造。2年后，他成功地制造了第一只注塑模具。此后，在马立尼亚.格兰特市和奥利维拉.德.阿泽麦伊斯市(oliveiradeAzeméis)（葡萄牙另一传统玻璃工业区）逐步出现其它注塑模具企业。随着国外先进技术的引进，葡国的模具工艺水平不断提高，并于1955年首次实现模具出口，产品销往英国。至1980年，葡模具产品已远销50多个国家，当时仅马立尼亚.格兰特市就有54家模具企业，从业人数达2000人。塑料模具：利用本身特定形状，使塑料成型为具有一定形状和尺寸的制品的工具。塑料模具的主要结构：①主流道：连接喷嘴至分流道或浇口的通道。Ⅰ．作用：引导熔体进入分流道或浇口。Ⅱ．特点：多为圆锥形，直径向内扩大，呈2~6°，便于除去赘物，为减少回收料，应尽量短。②分流道：多腔模中连接主流道与浇口的通道，在设计时要求对称分布，等距，均称。③冷料穴：主流道末端的空穴。其作用是捕集喷嘴端部相邻两次注射间的冷料（防止分流道、浇口阻塞）。④浇口：连接主流道（分流道）与型腔的通道。其作用有：Ⅰ.控制料流速度。Ⅱ.防止倒流。（截面小，冷凝快，早凝）Ⅲ.提高料温，提高流动性。Ⅳ.便于制品脱离。⑤型腔：构成制品几何形状的部分。Ⅰ．凹模（阴模）：构成制品外形的部分。Ⅱ．凸模（阳模）：构成制品内部形状的部分。Ⅱ．分型面：分开模具，取出制品的平面。⑥排气口：常设在分型面上或模腔端部。一般深度为0.03~0.2mm,宽为6mm左右的浅槽。防止气体卷入熔体中，而使制品产生气泡，甚至充模不满。⑦结构零件：导向、脱模、抽芯以及分型的各个零件。⑧加热和冷却装置：应该根据塑料的热性能（结晶性能），制品的形状结构来考虑冷却通道和冷却介质的选择。典型注射模具结构图1-定位环2-主流道衬套3-定模底板4-定模板5-动模板6-动模垫板7-模座8-顶出板9-顶出底板10-回程杆11-顶出杆12-导向柱13-凸模14-凹模15-冷却水通道常见模具结构及其运动示意图(见动画)6.3热塑性塑料注射模塑工艺过程※准备阶段※注射成型工艺过程※后处理过程※工艺条件分析※几种常用塑料的注射特点6.3.1成型前的准备原料性能的了解（1）热性能：Ⅰ．热扩散系数：α=k/Cpρ（10-4，cm2/秒）衡量原料热传导难易的重要参数。式中：k为导热系数，Cp为恒压热容，ρ为密度。Ⅱ．Tg，Tf，Tm，Td：决定了成型温度范围，一般为Tf（Tm）~Td。在保证物料具有良好的加工流动性的同时使物料不发生分解。（2）流变性能：Ⅰ．剪切速率、温度和压力等对熔体粘度的影响规律。A．聚碳酸酯等，粘度对温度敏感。B．聚乙烯等，粘度对剪切速率敏感。Ⅱ．熔体流动速率：要求MI较高，如PE、PP，MI一般应为2-9克/10分钟。（3）压缩率：PA66在100MPa时，4%；PS在100MPa时，7%；PP在100MPa时，8.5%。压缩率越大，制品收缩率越大，为防止凹陷和缩孔，相应要提高注射+保压压力。（4）其它工艺性能：吸湿性、细度和均匀度等。原料的预处理（1）原料的干燥：对PC和PA等，一定要进行干燥，使吸水率分别小于0.03%和0.3%以下。否则，轻则制品表面出现银纹、斑纹和起泡，重则会分解，变色，使制品的表面和内在质量均降低。（2）着色：Ⅰ．干法着色：（一般加助染剂，如白油）Ⅱ．糊状着色剂着色。Ⅲ．色粒着色。Ⅳ．色母料着色。（3）嵌件预热：Ⅰ．作用:减小塑料和金属间的温差,使塑料冷却收缩均匀,有利于热料补缩,防止产生过大的内应力。Ⅱ．原因：因两者间热性能、收缩率差别大，嵌件附近易出现裂纹，导致强度下降。Ⅲ．预热温度：A.镀锌和镀铬嵌件：110~130℃。B.无镀层嵌件：150℃左右。