第八章注射成型

高分子材料成型加工第八章注射成型注射兼模塑的成型方法，又称注塑成型特点周期性、间歇式生产过程，成型周期短能一次成型形状复杂、尺寸精度高、带有各种金属或非金属嵌件的模制品，产品质量稳定生产效率高，易于实现机械化、自动化操作注射成型是一种比较经济而先进的成型技术，具有广阔的发展前景高分子材料成型加工注射成型（注塑成型）是热塑性塑料的一种主要成型方法。几乎所有热塑性塑料都可以采用这种方法，现在注射成型已成功地应用于热固性塑料的成型。如原采用模压成型的酚醛电器产品，现可采用注射成型。目前，注射制品约占塑料制品总重量的20~30%，是第二大成型加工方法高分子材料成型加工塑料（注射）：合模与锁紧→注射装置前移→塑化→注射→保压→制品冷却→注射装置后退和开模顶出制品橡胶（注压）：以条状或块粒状的混炼胶加入注压机，压注入模后须停留在加热模具中一段时间，进行硫化反应（模型硫化），无须冷却固化，得到最终产品。橡胶注射成型类似于橡胶制品的模型硫化，只是压力传递方式不一样（压力大，速度快），比模压生产能力大，劳动强度低，易自动化，是橡胶加工的方向。高分子材料成型加工注射成型用于热塑性塑料的成型加工最普遍，本章主要讨论热塑性塑料注射成型原理及工艺高分子材料成型加工一.注射机分类：1.按结构特点分类（1）柱塞式注射机第一节注射机的结构与作用高分子材料成型加工（2）双阶柱塞式注射机高分子材料成型加工（3）螺杆预塑化柱塞式注射机高分子材料成型加工（4）移动螺杆式注射机高分子材料成型加工2.按注射机外形特征分类高分子材料成型加工3.按注射机加工能力分类注射量：注射机在注射螺杆（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锁模力：注射机合模机构所能产生的最大模具闭紧力4.按注射机用途分类高分子材料成型加工二.注射机的基本结构高分子材料成型加工1.注射系统作用①塑化—能在规定的时间内将规定数量的物料均匀地熔融塑化，并达到流动状态②注射—以一定的压力和速度将熔料注射到模具型腔中去③保压—注射完毕后，有一段时间螺杆保持不动，以向模腔内补充一部分因冷却而收缩的熔料，使制品密实和防止模腔内的物料反流高分子材料成型加工（1）加料装置：料斗，计量、加热干燥、自动上料装置（2）料筒作用、结构、要求与挤出机的基本相同（3）柱塞作用：将注射油缸的压力传给塑料，并使熔体注射入模具（4）分流梭将物料流变成薄层，使塑料产生分流和收敛流动加快热传递，缩短传热过程，避免物料过热分解熔体在分流梭表面流速↑，剪切速度↑，产生较大的摩擦热，使料温↑，有利于塑料的混合与塑化，有效提高产量和质量高分子材料成型加工（5）螺杆高分子材料成型加工（5）喷嘴引导熔体从料筒进入模具，并具有一定的射程高分子材料成型加工2.锁模系统F≥xKPAx103机械式、液压式、液压—机械式高分子材料成型加工3.液压传动与电器控制系统电动机油泵管道各类阀件液压元件电器控制箱高分子材料成型加工4.注射模具成型零部件凸模、凹模、型芯、成型杆、镶块、动模、定模浇注系统主流道、分流道、浇口、冷料阱、导向零件、分型抽芯机构、顶出、加热、冷却、排气高分子材料成型加工二.注射机的工作过程高分子材料成型加工第二节注射过程原理一.塑化过程对塑料塑化的要求:塑料熔体进入模腔之前要充分塑化，达到规定的成型温度。塑化料各处的温度要均匀一致。热分解物的含量达最小值。高分子材料成型加工1、热均匀性增加料筒长度和受热面积延长受热时间和增大热扩散效率减少料层厚度，提高料筒壁温高分子材料成型加工2.塑化能力：单位时间内注射机料筒熔化塑料的质量，qm。每一注射周期t的注射量mqm=3.6m/t用料筒与塑料的接触面积A和塑料的受热体积Vp来表示高分子材料成型加工3.料温分布P286图8-15、8-16高分子材料成型加工柱塞：与料筒接触处的塑料升温较快，中心升温很慢，流经分流梭时升温快，最后料温低于料筒壁温度螺杆：开始时升温很慢，到达喷嘴前料温接近料筒壁温度，甚至超过高分子材料成型加工二.注射充模过程1、注射成型周期注射充模t0~t2保压t2~t3倒流t3~t4冷却t4~t5高分子材料成型加工2.熔体在喷嘴中的流动：2.1压头损失充模时熔体通过喷嘴可以近似看作等温条件下通过等截面圆管时的流动。对牛顿流体和假塑性幕律流体，其压力损失：2.2熔体温升△pqv/J=ρCpqv△T△T＝△p/ρCpJ高分子材料成型加工3.熔体在模具浇道系统中的流动：充模时应有较高的熔体体积流率。对于牛顿流体，通过圆形截面或平板狭缝形浇口。ηa=Kγn-1(n＜1)浇口的截面积↑，熔体体积流量↑高分子材料成型加工4.熔体在模腔的流动：4.1熔体在典型模腔内的流动方式高分子材料成型加工4.2熔体在模腔内的流动类型高分子材料成型加工三.增密与保压过程：1.增密过程（压实过程）2.保压过程四.倒流与冷却定型过程：1.熔体的倒流2.浇口冻结后的冷却高分子材料成型加工第三节注射成型工艺及工艺条件一.注射成型工艺流程P294高分子材料成型加工1、成型前的准备原料预处理料筒清洗嵌件预热脱模剂选用2、注射成型过程合模与锁紧注射装置前移塑化注射充模保压制品冷却注射装置后退和开模顶出制品高分子材料成型加工3、制品后处理3.1热（退火）处理3.2调湿处理3.3整修高分子材料成型加工二.注射成型工艺条件的选择：1、温度料筒温度TLTd＞TL＞Tf（Tm）选择料温时必须考虑以下几点：Tf(Tm)~Td较为狭窄的热敏性塑料和平均相对分子质量较低、分子量分布宽的塑料在料筒内的停留时间设备制品及模具的特点喷嘴温度略低于TL高分子材料成型加工模具温度对无定型聚合物，充模顺利时模具温度可取低一些；对粘度高的物料，模温高一些；对结晶聚合物，提高模温有利于结晶。若制品要求聚合物结晶度高，则采取模温较高；若制品要求聚合物结晶度低，则采取低模温，采用骤冷法；对取向度要求高的制品，选取低模温，高注射压力。高分子材料成型加工对厚制品，采用较高模温对薄制品，采用较低模温料筒温度高，模温高的模温；2、压力塑化压力（背压）：采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受的压力作用塑化压力高，有利于提高塑化，但对热敏性聚合物不利。对塑化量的影响：背压高，塑化量降低。背压高，物料压力大，当压力大于喷嘴封闭料流的压力，会有流涎现象。背压高，螺杆扭矩高，对塑化电机的负荷大。高分子材料成型加工注射压力：指在注射过程中注射机螺杆对塑料熔体所施加的压力。作用：①克服塑料熔体由料筒流向型腔的流动阻力。②压实熔体，使注射制品密实(提供保压压力)。注射压力的选择•熔体粘度大、玻璃化温度高的物料，采用较高注射压力；•对薄壁制品要采用高压。•料温高时，注射压力小一些；•料温低时，注射压力大一些。高分子材料成型加工3.时间（成型周期）高分子材料成型加工充模时间2～5S保压时间20～100S冷却时间30～120S高分子材料成型加工第四节橡胶注射成型橡胶模型制品生产方法高分子材料成型加工橡胶注射成型的工艺特点橡胶（注压）：以条状或块粒状的混炼胶加入注压机，压注入模后须停留在加热模具中一段时间，进行硫化反应（模型硫化），无须冷却固化，得到最终产品。橡胶注射成型类似于橡胶制品的模型硫化，只是压力传递方式不一样（压力大，速度快），比模压生产能力大，劳动强度低，易自动化，是橡胶加工的方向。高分子材料成型加工一.注射成型设备：1.加热冷却装置2.模台3.模具二.注射过程及原理1.橡胶注射成型过程预热、塑化、注射、保压、硫化、出模2.胶料加热硫化过程胶料预热、开始交联、正硫化、过硫高分子材料成型加工三.注射工艺条件：1.温度（1）机筒温度•柱塞式70～80℃•移动螺杆式80～100℃•迟延塑化（2）注射温度在焦烧安全许可前提下，尽可能注射温度＝模腔温度（3）模型温度采用充模时不产生焦烧的最高模型温度进料（20℃）机筒（115℃）注射前（125℃）注射后（150℃）模腔（180℃）高分子材料成型加工2、注射压力采用较高的注射压力高分子材料成型加工3、螺杆转速与注射速度螺杆转速＜100rpm注射速度适中，不宜过高4、喷嘴直径2-10mm，取2-6mm最佳5、时间充模时间t10硫化时间=t90高分子材料成型加工第五节热固性塑料注射成型一、热固性塑料注射成型原理1、热固性塑料在料筒内的塑化温度均一预塑时螺杆转速和背压也不宜过高2、热固性塑料熔体在充模过程中的流动热固性塑料熔体注满模腔3、热固性塑料在模腔内的固化高分子材料成型加工二、注射原料要求热固性塑料注射成型工艺性能的基本要求是：在低温料筒内塑化产物能较长时间保持良好流动性，而在高温的模腔内能快速反应固化。酚醛塑料最适合不饱和聚酯塑料和三聚氰胺塑料环氧树脂注射成型时技术难度较大关键是原料的流动性和稳定性好高分子材料成型加工三、热固性塑料注射机的结构特征1、螺杆式注射机常用2、螺杆的长径比和压缩比小。L/D=14-16压缩比A=0.8-1.23、采用阻止逆流和漏流的结构---止回环4、喷嘴孔径1-2.5mm，敞开式5、料筒设计成夹套型，采用水或油加热循环系统6、锁模结构采用增压油缸7、模具设置加热装置和温控系统高分子材料成型加工四、注射工艺及成型条件塑化过程：料筒温度、螺杆转速和螺杆背压注射充模过程：注射压力、充模速度、保压时间固化过程：模具温度、固化时间高分子材料成型加工第六节反应注射成型ReactInjectionMoulding（RIM）一、反应注射成型定义将两种具有化学活性的低相对分子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高分子材料成型加工工艺特点混合效率高节能产品性能好成本低已经工业化生产的品种聚氨酯、环氧树脂、聚酰胺、有机硅、甲基丙烯酸系高分子材料成型加工二、RIM成型设备的工作原理P311图8-41高分子材料成型加工3、RIM设备的组成蓄料系统计量和输送系统混合系统高分子材料成型加工三、反应注射成型工艺流程P312图8-45高分子材料成型加工（1）两组分物料的贮存加热（2）计量（3）撞击混合（4）充模（5）固化成型高分子材料成型加工第七节气体辅助注射成型一、GAIM工艺过程高分子材料成型加工高分子材料成型加工二、气体辅助注射成型设备注射机辅助装置气体喷嘴高分子材料成型加工气体辅助注射成型方法图8-47图8-48高分子材料成型加工图8-49图8-50高分子材料成型加工四、气体辅助注射成型特点优点：(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)制品的刚度和强度提高(6)可通过气体的穿透使制品中空，减少质量，缩短成型周期高分子材料成型加工缺点：(1)需要供气装置和进气喷嘴(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的要求(4)制品质量对模具温度和保压时间等工艺参数更加敏感高分子材料成型加工