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注塑成型工作原理
时间:2020-10-23 18:05

  注塑成型工作原理_中职中专_职业教育_教育专区。注塑成型工作原理 组织者:凯帆电器模具中心 讲述人:周伟 日 期:2011年05月28日 星期六 1 内容提要 一、注射成型原理 二、注射成型工艺过程 三、注射成型工艺条件 四、注射成型的特点及应

  注塑成型工作原理 组织者:凯帆电器模具中心 讲述人:周伟 日 期:2011年05月28日 星期六 1 内容提要 一、注射成型原理 二、注射成型工艺过程 三、注射成型工艺条件 四、注射成型的特点及应用 五、注射成型过程的物理与化学变化 六、影响注射成型塑料成型收缩的因素 七、影响注射成型塑料成型流动的因素 八、注射成型的几个常见概念 2 常见的塑料成型方法 压铸成型 半溢式压缩成型 吹塑成型 注塑成型 3 一、注射成型工作原理及工艺特点 注射成型工作原理 注射成型又称注塑成型,是热塑性塑料成型的主 要方法。 注射成型即将粒状或粉状的塑料加入到注射机的 料斗,在注射机内塑料受热熔融并使之保持流动状 态,然后在一定压力下,经注射机喷嘴,模具的浇注 系统,注入闭合的模具中,经冷却定型后,熔融的 塑料就固化成为所需的塑件。 4 塑胶的充填模式 注塑是通过注塑机来实现的, 注塑机的基本功能是: 1、加热塑料,使其达到熔融状态; 2、对熔体施加高压,使其射出而充满模腔。 凝固层 熔融塑胶 充填动画模拟1 充填动画模拟2 5 二、注射成型工艺过程 注射成型工艺过程包括成型前准备、注射过程及 塑件的后处理等。 成型前的准备工作包括:对原料外观的检验及工 艺性能的测定、预热和干燥、注射机料筒的清洗、 嵌件的预热和脱模困难时脱模剂的选用等。有时还 需对模具进行预热。 6 注射成型工艺过程 成型时,先交粉状或粒状物料从料斗送入高温机筒 内加热熔融塑化使之成为粘流态熔体,然后在柱塞或 螺杆的高压推动下以很大的流速通过喷嘴注射进入温 度较低的闭合模具中。熔体在压力作用下充满型腔并 被压实,经过一段保压后柱塞或螺杆回程。此时,熔 体可能从型腔向浇注系统倒流。冷却定型后开启模具, 制品便可从模腔中脱出。 塑料在注射机筒内经过加热、塑化达到流动状态 后,由模具的浇注系统进入模具型腔,最终冷却定 形的过程称为浇注过程。 7 注射成型工艺过程 注射过程一般包括:加料、塑化、充模、保压、 倒流、冷却和脱模等步骤。 注射过程 (1)、加料 动画模拟 将粒关或粉状塑料加入到注射机的料斗中。 (2)、塑化 加入的塑料在料筒中进行加热,使其由固体颗 粒转变成熔融状态并具有良好的可塑性,这一过程 称为塑化。 (3)、充模 塑化好的熔体被柱塞或螺杆推挤至料筒前端, 经过喷嘴、模具浇注系统进入并充满型腔,这一阶 段称为充模。 8 注射成型工艺过程 (4)、保压 在模具中熔体冷却收缩时,柱塞或螺杆迫使料筒 中的熔料不断补充到模具中,从而形成形状完整、 质地致密的塑件,这一阶段称为保压。 (5)、倒流 保压结束后,柱塞或螺杆后退,型腔中压力解除, 这时型腔中的熔料压力将比浇口前方的高,如果浇 口尚未冻结,型腔中的熔料就会通过浇口流向浇注 系统,这一过程称为倒流。 倒流使塑件产生收缩、变形及质地疏松等缺陷。 如果保压结束时浇口已经冻结,那就不会存在倒流 现象。 9 注射成型工艺过程 (6)、冷却 塑件在模内的冷却过程是指从浇口处的塑料熔体 完全冻结时起到塑件将从模腔内推出为止的全部过程。 实际上冷却过程从塑料注入型腔起就开始了,它包括 从充模完成、保压开始到脱模前的这一段时间。 (7)、脱模 塑件冷却到一定的温度即可开模,在推出机构的 作用下将塑件推出模外。 决定制品成形质量的关键参数有: 温度、时间、压力、速度和位置。 10 塑件的后处理 塑件在成型脱模后,尚不能直接投入使用,还需进 行一些处理,因这种处理是在成型、脱模后进行的, 故称后处理,现分述如下: 一、修整 在塑件脱模后,塑件上总要带有一些浇口飞边等 多余物,它们对塑件的外观和使用均带来不利,因 此需将之去除,这种去除较为简单,一般可用手工 操作一些简单工具将之除去。 11 塑件的后处理 二、热处理 (1)热处理的目的。由于塑料在料筒内塑化不均匀或在模腔 内的冷却速度不同,常使塑件产生不均匀的结晶、取向和收 缩,使得塑件中产生内应力,这种内应力的存在对塑件的质 量带来极大危害,而消除这种内应力的最常用办法就是对塑 件施行热处理。 (2)热处理消除内应力的机理。热处理之所以能消除内应力, 其机理主要有: ①通过加热,使被强迫冻结的大分子键得到松弛,凝固的大 分子键转向无规位置,从而消除这一部分内应力。 ②提高结晶度,稳定结晶结构,从而提高结晶塑料制品的物 理性能和降低内应力。 (3)热处理的方法。将塑件置于一定温度的液体介质(水、 矿物油、甘油、乙二醇等)或热空气循环烘箱中,经过一段 时间加热后,再取出缓慢冷却至室温。 12 塑件的后处理 ①热处理温度。一般热处理温度应控制在高于塑 件使用温度10~20℃, 或低于塑件的热变形温度 10~20℃为宜。温度过高会使塑件发生翘曲或变 形, 温度过低又消除不了内应力。 ②热处理时间。热处理时间取决于塑料品种、塑 件形状和成型工艺条件。通常,分子键的刚性越 大,塑件壁越厚,热处理时间越长。以达到消除 塑件的内应力为原则。 13 塑件的后处理 三、调湿处理 (1)调湿处理的目的,使塑件隔绝空气,防止氧化, 加快吸湿平衡,使尺寸稳定。 (2)调湿时间取决于塑件形状、厚度和结晶度的大 小,一般数小时即可。 (3)调湿处理的温度。调湿处理是将刚脱模的塑件 放到热水中进行处理,热水温度一般为80~100℃, 热变形温度高者取大值,低者取小值。 在进行调湿处理时,当达到所需要的温度和时间 后,一定要缓慢地冷却到室温,若速度过快则会产 生新的内应力。 14 塑件的后处理 四、表面印刷、电镀、超声波焊接等。36选7, 超声波在塑料加工中的应用原理: 塑料加工中所用的超声波,现有的几种工作频率 有15KHZ、18KHZ、20KHZ、40KHZ等。其原 理是利用纵波的波峰位传递振幅到塑料件的缝隙, 在加压的情况下,使两个塑料件或其它件与塑料件 接触位的分子相互撞击产生融化,使接触位塑料熔 合,达到加工目的。 15 三、注射成型工艺条件 注射成型工艺条件主要是指成形时的温度、时间、压 力、速度及位置。 (1)、温度 注射成型过程需控制的温度有原料干燥温度、料筒 温度、喷嘴温度和模具温度等。 料筒温度是决定塑料塑化质量的主要依据。料筒温 度低,塑化不充分;料筒温度过高,塑料可能会发生 分解。 料筒温度的选择与各种塑料的特性有关,温度的分 布一般应遵循前高后低的原则,即料筒后端温度最低, 喷嘴处的前端温度最高。 16 注射成型工艺条件 喷嘴温度应控制在防止塑料发生“流涎”现象。喷 嘴温度一般略低于料筒最高温度。 模具温度对塑料熔体的充型能力及塑件的内在性能 和外观质量影响很大。 模具温度高,塑料熔体的流动性就好,塑件的密度 和结晶度就会提高,但塑件的收缩率和塑件脱模后的 翘曲变形会增加,塑件的冷却时间会变长,生产率下 降。 模具温度越低,因热传导而散失热量的速度越快, 熔体的温度越低,流动性越差。当采用较低的注射速 率时,这种现象尤其明显。 17 注射成型工艺条件 干燥温度 定义:为保证成型品质而事先对聚合物进行干燥所 需要的温度。 作用:保证聚合物的含湿量尽量低而不致于起过 允许的限度。 设定原则: (1)聚合物不致于分解或结块(聚合); (2)干燥时间尽量短,干燥温度尽量低而不致于影 响其干燥效果; (3)干燥温度和时间因不同原料而异。 18 注射成型工艺条件 料筒温度 定义:为保证成型顺利进行而设加在料管上之温度。 作用:保证聚合物塑化(熔胶)良好,顺利充模,成型。 设定原则: (1)不致引起塑胶分解碳化; (2)从加料段至喷嘴依次上升; (3)喷嘴温度应比料筒前段温度略低; (4)依材料种类不同而所需温度不同; (5)不至对制品产生坏的质量影响。 19 注射成型工艺条件 模具温度 定义:制品所接触的模腔表面温度。 作用:控制影响产品在模腔中的冷却速度,以及 制品的表观质量。 设定原则: (1)考虑聚合物的性质; (2)考虑制品大小和形状; (3)考虑模具的结构,浇道系统。 20 注射成型工艺条件 (2)、时间 (成型周期) 完成一次注射成型过程所需的时间称为成型周期。 射出时间(柱塞或螺杆前进时间) 注射时间 成 保压时间(柱塞或螺杆停留在前进 位置的时间) 型 周 模内冷 (柱塞后撤或螺杆转动后退的 却时间 时间均在其中) 期 其他时间 (指开模、脱模、喷涂脱模剂、 安放嵌件和合模时间) 21 注射成型工艺条件 定义: 干燥时间 利用干燥机事先对原料进行干燥所需要的时间。 作用: (1)增进表面光泽,提高抗弯曲及拉伸强度,避免内部 裂纹和气泡; (2)提高塑化能力,缩短成型周期; (3)降低原料中水份及湿气; 设定原则: (1)干燥时间因原料的不同而不同; (2)干燥时间的设定要适宜,太长会使得干燥效率降低甚至会 使原料结块,太短则干燥效果不佳。 22 注射成型工艺条件 熔胶时间 定义: 注射终止后,螺杆到达计量终止位置所需要的时间。 作用:保证熔胶充分。 设定原则: (1)由螺杆转速和背压相互控制; (2)不要让熔融塑胶体在螺杆中停留的时间过长,以 免引起塑胶在长时间的高温状态下分解、碳化。 23 注射成型工艺条件 射出时间 定义: 熔体在充满整个型腔所用的时间。 作用: 射出时间由射出压力、射出速度以及制品的大小等因素 来决定。 设定原则: (1)在保证制品成型的条件下尽可能让射出时间短; (2)射出时间受料温、模温等因素的影响。 24 注射成型工艺条件 定义: 保压时间 为防止注射后塑胶倒流以及冷却补缩作用,在注塑完后 继续施加的压力。 作用: (1)防止注塑完后熔体倒流; (2)冷却收缩的补缩作用。 设定原则: (1)保压时间因制品厚度不同而异; (2)保压时间要因熔料温度的高低而异,温度高者所需 时间长,低者则短; (3)为提高生产效率,在保证制品质量的前提下尽量可 能使保时间短。 25 注射成型工艺条件 冷却时间 定义: 产品冷却固化而脱模后又不致于发生变形所需的时间。 作用: (1)让制品固化; (2)防止制品变形。 设定原则: (1)冷却时间是周期时间的重要组成部分,在保证制品质量 的前提下尽可能使其短; (2)冷却时间因熔体的温度,模具温度,产品大小及厚度而 定。 26 注射成型工艺条件 注射时间对注塑过程的影响表现在三个方面: (1)缩短注射时间,熔体中的剪应变率也会提高, 为了充满型腔所需要的注射压力也要提高。 (2)缩短注射时间,熔体中的剪应变率提高,由于 塑料熔体的剪切变稀特性,熔体的粘度降低,为了充 满型腔所需要的注射压力也要降低。 (3)缩短注射时间,熔体中的剪应变率提高,剪切 发热越大,同时因热传导而散失的热量少,因此熔体 的温度高,粘度越低,为了充满型腔所需要的注射压 力也要降低。 以上三种情况共同作用的结果,使充满型腔所需要 的注射压力的曲线呈现“U”形。也就是说,存在一个 注射时间,此时所需的注射压力最小。 27 注射成型工艺条件 (3)、压力 注射成型过程中的压力包括塑化压力、注射压力、 保压压力、锁模压力及顶出压力,它们直接影响塑 料的塑化和塑件质量。 塑化压力又称背压,是指采用螺杆式注射机时, 螺杆头部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力。一 般操作中,塑化压力应在保证塑件质量的前提下越 低越好,其具体数值随所用塑料的品种而异,但很 少超过20MPa。 注射压力是指注射机柱塞或螺杆头部对塑料熔 体所施加的压力。其大小取决于注射机的类型、模 具结构、塑料品种和塑件壁厚等。 28 注射成型工艺条件 锁模压力 定义:合模系统为克服在注射和保压阶段使模具分开的张模力 而施加在模具上的闭紧力。 作用: (1)保证注射和保压过程中模具不致于被张开; (2)保证产品的表面质量; (3)保证产品的尺寸精度。 设定原则: (1)合模力的大小依据产品的大小,机台的大小而定; (2)一般来说,在保证产品不出毛边的情况下,合模力要求 越小越好; (3)合模力的设定不应超出机台之额定压力。 29 注射成型工艺条件 射出压力 定交:螺杆先端射出口部位发生之最大压力, 其大小与射出油缸内所产生油压紧密关连。 作用:用以克服熔体从喷嘴--流道—浇口--型腔的 压力损失,以确保型腔被充满,获得所需的制品。 设定原则: (1)必在注塑机的额定压力范围内; (2)设定时尽量用低压; (3)尽量避免在高速时采用高压,以免异常状况发生。 30 注射成型工艺条件 背压 定义:塑胶在塑化过程建立在熔腔中的压力。 作用: (1)提高熔体的比重; (2)使熔体塑化均匀; (3)使熔体中含气量降低,提高塑化质量。 设定原则: (1)背压的调整应考虑塑胶原料的性质; (2)背压的调整应参考制品的表面质量和尺寸精度。 31 注射成型工艺条件 定义: 保压 从模腔填满塑胶,继续施加于模腔塑胶上的注射压力,直 至落口完全冷却封闭的一段时间,要靠一个相当高的压力 支持,这个压力叫保压。 作用: (1)补充靠近浇口位置的料量,并在浇口冷却封闭以前制止模 腔中尚未硬化的塑胶在残余压力作用倒流,防止制件收缩、 避免缩水、减少线)减少制件因受过大的注射压力而易产生粘模爆裂或弯曲。 32 注射成型工艺条件 设定原则: (1)保压压力及速度通常设定至塑胶充满模腔时最高 压力及速度的50-60%; (2)保压时间的长短与料温有关,温度高的浇口封闭 时间长,保压时间也长; (3)保压与产品投影面积及壁厚有关,厚而大者需要 的时间较长; (4)保压与浇口尺寸形状、大小有关。 33 注射成型工艺条件 定义: 模具保护压力 成型生产为防止模具内有异物而导致模具被压坏,通常在 高压锁模前需有一个高速高压向低速低压切换过程,高压 锁模前之低压即为模具保护压力。 作用: 避免在高速高压状态下模具中有异物而导致模具被压坏。 设定原则: (1)设定调试前一定先调模厚; (2)初设值应尽量低,不能超过锁模力的20%; (3)不能修正合模时,应慢慢提高设定值。 34 注射成型工艺条件 顶出压力 定义: 为使制品从模具上落下而所需要克服制品和模具的附著力。 作用:使制品脱离模面。 设定原则: (1)能使制品从模具上脱离下来; (2)制品顶出时不致于破裂,变形; (3)弹簧复位之顶杆顶出力必需能使顶针顶到预设位置。 35 注射成型工艺条件 (4)、速度 射出速度之设定是控制熔胶充填模具之时间及流动 模式,是流动过程中之最重要条件。射出速度的调 整正确与否对产品外观品质有绝对的支配。 射出速度设定的基本原则是配合塑料在模穴内流 动时,按其流动所形成之断面大小来升降,并且遵 守(慢→快→慢)而尽量快(确认外观有无瑕疵) 的要领。 36 注射成型工艺条件 开合模具速度 定义:模具打开,闭合时的速度。 作用: 合理的开锁模速度是保证机台及生产正常运行的必要条件。 设定原则: (1)保证机台运行平稳,振动最小; (2)所设定的开锁模速度应使得开锁模所需时间应尽量短; (3)开锁模的速度切换合理; (4)遵循由慢--快--慢的原则。 37 注射成型工艺条件 熔胶速度 定义:塑化过程中螺杆熔胶时的转速。 作用:影响塑化能力,塑化质量的重要参数,速度越高, 熔体温度越高,塑化能力越强。 设定原则: (1)熔胶速度调整时一般由低向高逐渐调整; (2)螺杆直径大于50MM之机台转速应控制在50RPM 以下,小于50MM之机台应控制在100RPM以下为宜。 38 注射成型工艺条件 松退速度 定义: 螺杆(计量)到位后以一定的速度倒退一段距离,后退速 度即为松退速度。 作用:减少熔体比容,使熔腔内压下降,防止其外流。 设定原则:设定时应与螺杆转速,背压相适应。 39 注射成型工艺条件 顶针前进后退速度 定义:开模后顶针顶出及后退之速度。 作用:保证产品顺利脱模而又不致于使产品变形, 扭曲或被顶裂。 设定原则: (1) 前段顶出益慢,防止产品变形或顶裂。 (2) 后段速度益快,但需保证顶出平稳。 40 注射成型工艺条件 注射速度 定义:在一定压力作用下,熔胶从喷嘴注射到模具中的速度。 作用: (1)注射速度提高将使充模压力提高; (2)提高注射速度可使流动长度增加,制品质量均匀; (3)高速射出时粘度高,冷速快,适合长流程制品; (4)低速时流动平稳,制品尺寸稳定。 设定原则: (1)防止撑模及避免产生溢边; (2)防止速度过快导致烧焦; (3)保证制品品质的前提下尽量选择高速充填,以缩短 成型周期。 41 注射成型工艺条件 §使塑料流动时,温度降低较慢,流动容易。 §压力损失较小,模穴内压力分布差异减少。 §增加成品表面光泽,降低结合线明显程度及提高其强度; 但也增加表面流痕、气痕和毛边的机会。 §减少充填时,肉薄部位较易充填,但肉厚部位可能易于 凹陷的现象。 §增加塑料分子结构的均匀性或结晶度。 ※初期慢速充填的效果 §减少喷痕及浇口部位的焦痕、雾点等瑕疵。 §可使多模穴成形较易获得流动平衡。 ※末期减速充填的效果 §增加气体逃逸的机会及避免对其产生绝热压缩,可减少 流路末端的短射或烧焦。 §保压的切换较准确,避免模腔内压太高或过度充填;当 然成形品质(精度及变形量)也能较稳定。 过度充填1 过度充填2 42 注射成型工艺条件 (5)、位置 计量行程 射出行程 松退量 缓冲量 开模位置 顶出后退行程 43 注射成型工艺条件 定义: 计量行程 塑化开始后,螺杆在旋转过程中,由注射终止位置开始在塑 胶熔体的作用力下后退,直至后退限位开关为止,这个过程称 为计量。 作用: 保证有足够的塑胶充填模腔,以获得所需外观和尺寸的制品。 设定原则: (1)计量行程要依据产品的大小及机台大小而设定; (2)计量行程不能太大,以免注射多余的塑胶在料管中停留的时 间太长而引起碳化; (3)计量行程不能太小,以确保充填有足够的计量及避免螺杆与 喷嘴发生机械损伤,应有3-5mm的缓冲量。 44 注射成型工艺条件 射出行程 定义:注射过程中螺杆所处的位置变化。 作用:结合速度,压力控制塑胶流动状态。 设定原则: (1)计量完位置由成品之充填量决定,通常在此值上加35mm缓冲量来决定最终设定; (2)向第二速的转换点,通常切换至充满热浇道、料头位置; (3)向第三速的转换点,用成型品的90%的充填程度来设定切 换的位置; (4)保压切换点一般设定在成品的90%的充填程度之位置。 (注:以上以四段为例) 45 注射成型工艺条件 松退量 定义: 螺杆预塑(计量)到位后又直线地倒退一段距离,这个后退 的动作称为后松退,松退的距离称为松退量或防延量。 作用: 后松退的作用是使计量室中的熔体比容增加,内压下降, 防止熔体从计量室向外流出。 设定原则: (1)可视塑胶原料的粘度,相对密度和制品的实际情况进行设 定,较大的松退量会使熔体混杂气泡,影响制品质量; (2)松退量的设定应与螺杆转速,背压相适应; (3)对于粘度较大的原料如PC料可不设松退量。 46 注射成型工艺条件 缓冲量 定义: 螺杆注塑完成,并不希望把螺杆中头部的熔料全部射出, 还希望留一些,形成一个祭料量,此料量即为缓冲量。 作用: (1)防止螺杆头部与喷嘴接触发生机械破坏事故; (2)控制注射量的重复精度。 设定原则: (1)缓冲量不宜过大,也不宜过小。过大会使得余料过多, 造成压力损失及原料降解,过小则达不到缓冲之目的。 (2)缓冲量的确定,一般取3~5mm为宜。 缓冲量 47 注射成型工艺条件 开模位置 定义:公、母模分开后公模所处的位置。 作用:保证脱模取件时各动作能而利地执行。 设定原则: (1)各切换位置间距不得小于30MM; (2)最大的距离应由最大的速度来跑完; (3)最大开模位置应由方便取件(包括机械手)且取件时 不致于伤及母模模面为原则; (4)最大开模位置应使得成型周期尽量短为依据。 48 注射成型工艺条件 顶出后退行程 定义:顶针顶出,退回的极限位置。 作用: (1)用以限制顶针前进,后退的距离,确保制品顺利脱模 以及顶针准确复位; (2)对部分弹簧复位之模具,顶出行程兼有顶出限位保护 之作用。 设定原则: (1)顶出距离应遵循由小到大能顺利脱模的原则; (2)无 顶出限位柱之弹簧复位模具应保证顶出时弹簧不致于被压坏; (3)顶针退回时不能让顶针高出公模模面; (4)有滑 块之模具顶针一定要退到位,避免其间相互产生干涉。 49 四、注射成型的特点及应用 注射成型是热塑性塑料成形的一种主要方法。它能 一次成形形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌 件的塑件。 注射成型的成形周期短、生产率高、易实现自动化 生产。到目前为止,除氟塑料以外,几乎所有的热塑 性塑料都可以用注射成形的方法成形,一些流动性好 的热固性塑料也可用注射方法成形。 注射成型的缺点是所用的注射设备价格较高,注射 模具的结构复杂,生产成本高,不适合于单件小批量 塑件的生产。 50 粘度的概念 液体在外力作用下流动时,分子间的内聚力阻碍分 子间的相对运动而产生一种内摩擦力,液体的这种 性质叫做液体的粘性。 其特点是:只有在流动时液体才表现出粘性,静 止液体(液体质点间没有相对运动的液体)是不呈 现粘性的。表示液体粘性大小的物理量是粘度。粘 度大,液层间的内摩擦力就大,油液就稠;反之, 油液就稀。 51 粘度的概念 将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体 称为牛顿流体,而把不满足线性关系的流体称为非 牛顿流体。 对于非牛顿流体,其表现粘度受多种因素影响, 具体如下: 1、聚合物结构和其他组分的影响; 2、温度的影响; 3、剪切速率的影响。 4、压力的影响; 52 粘度的概念 聚合物结构和其他组分的影响 聚合物相对分子质量越大,熔体的粘底和非牛顿 性越大。相对分子质量分布较宽的聚合物,其粘 度对剪切速率的敏感性较大,非牛顿性也较强。 温度的影响 在粘流态,热塑性熔体的粘度随温度升高而呈 指数规律降低,但不同熔体粘度对温度的敏感程 度不同。 53 粘度的概念 压力的影响 随外部压力增大,熔体受压缩体积减少,分子 间作用力增加致使粘度也随之增大。由于塑料熔 体的压缩率不同,不同熔体的粘度对压力的敏感 性也不同。 剪切速率的影响 塑料熔体的表现粘度随着剪切速率或切应力的 增大而减少,不同种类的塑料对剪切速率的敏感 性不同。 54 五、注塑成型过程的物理和化学变化 1、聚合物的结晶 在一定的外界条件下,聚合物分子在空间作 规则性的排列称为结晶。 聚合物结晶态与低分子物质结晶有很大区别, 主要表现为晶体不整齐、结晶不完全、结晶速 度慢、没有明晰的熔点等。其形态常为球晶, 用结晶度来表示其程度。一般聚合物的结晶度 为10~60%。 55 注塑成型过程的物理和化学变化 结晶度的提高可增加聚合物的密度、抗拉强度、 刚度和热变形温度,但降低了聚合物冲击韧性。 由于结晶时形成球晶,致使制品的透明度降低。 另外结晶度提高会在制品内产生较高的附加应力 引起制品翘曲。 在塑性加工中影响结晶度的因素有:温度及冷 却速度、熔融温度与熔融时间和压力。 56 注塑成型过程的物理和化学变化 2、聚合物取向 聚合物的大分子及其链段或结晶聚合物的微晶 粒子在应力作用下形成的有序排列叫做取向。 塑料在成形过程中会发生不同类型的取向。一 种是流动取向,另一种是拉伸取向。 57 注塑成型过程的物理和化学变化 取向会使制品产生明显的各向异性; 其不利之处为增加了制品翘曲的可能性; 有利之处为制品受力方向与取向方向一致可改善 制品质量。同时使结晶提前,使制品密度和强度都 相应提高。 另外,取向程度的提高会使线收缩率增加,线膨 胀系数也随之变化。 58 影响取向的因素有: 影响取向的因素有: 塑料熔体的加工程度,提高加工温度有利于产 生解除取向效应; 聚合物分子松弛时间,结晶型塑料松弛时间短 容易使取向冻结,其取向成熟高于无定形塑料; 模具温度低时熔体冷却速度加快,冷冻取向效 应提高; 59 影响取向的因素有: 塑料比热大,热导率低会降低熔体冷却速度, 有利于取向的解除。 注射压力可提高熔体的切应力和剪切速率,有助 于分子取向; 大浇口冷却慢,浇口封闭晚,取向作用加强; 快速充模使制品表面导分子取向增高,中心部位 取向减弱。 60 注塑成型过程的物理和化学变化 3、聚合物的降解 聚合物相对分子质量降低的现象称为聚合物的降解。 通常聚合物分子是在受到热和应力或者微量水份、酸、 碱等杂质及空气中氧的作用而使大分子结构改变,产生 降解。 降解是有害的,按轻重不同会使聚合物变色、出现气 泡和流纹、甚至焦化变黑。 61 六、影响热塑性塑料成型收缩的因素 1、塑料品种热塑性塑料成型过程中由于还存在结晶 化形成的体积变化,内应力强,冻结在塑件内的残余 应力大,分子取向性强等因素,因此因此与热固性塑 料相比则收缩率较大,收缩率范围宽、方向性明显, 另外成型后的收缩、退火或调湿处理后的收缩率一般 也比热固性塑料大。 62 影响热塑性塑料成型收缩的因素 2、塑件特性成型时熔融料与型腔表面接触外层立 即冷却形成低密度的固态外壳,由于塑料的导热 性差,使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密 度固态层,所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则 收缩大。另外,有无嵌件及嵌件布局、数量都直 接影响料流方向,密度及收缩阻力大小等,所以 塑件的特性对收缩大小、方向性影响较大。 63 影响热塑性塑料成型收缩的因素 3、进浇口形式、尺寸、分布这些因素直接影响 料流方向、密度分布、保压补缩作用及成型时间、 直接进料口、进料口截面大(尤其截面较厚的) 则收缩小但方向性大,进浇口宽及长度短的则方 向性小,距进浇口近的或与为料流方向平行的则 收缩大。 64 影响热塑性塑料成型收缩的因素 4、成型条件模具温度高,熔融料冷却慢、密度高、收 缩大,尤其对结晶料则因结晶度高,体积变化大,故 收缩更大,模温颁与塑件内外冷却及密度均匀性也有 关,直接影响到各部分收缩量大小及方向性,另外, 保压压力及时间对收缩也影响较大,压力大、时间长 的则收缩小但方向性大,注塑压力高,熔融料粘度较 小,层间剪切应力小,脱模后弹性回跳大,故收缩也 可适量的减小,料温高、收缩大,但方向性小,因此 在成型时调整模温、压力、注射速度及冷却时间等因 素也可适当改变塑件的收缩情况。 65 七 、 影响热塑性塑料成型流动的因素 热塑性塑料流动大小,一般可从分子量大小、 熔融指数、阿基米德螺旋线流动长度、表面粘度 及流动比(流动长度/塑件壁厚)等一系列指数进 行分析,分子量小,分子量分布宽,分子结构规 整性差,熔融指数高、螺旋流动长度长、表面粘 度小,流动比大的则流动性就好,对同一品名的 塑料必须检查其说明书判断其流动性是否适用于 注塑成型。 66 影响热塑性塑料成型流动的因素 按模具设计要求大致可将常用塑料的流动性分三类: 流动性好:尼龙PA、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚 丙烯PP、醋酸纤维素、聚四甲基戌烯; 流动性中等:ABS、有机玻璃PMMA、 聚甲醛POM; 流动性差:聚碳酸酯PC、硬聚氯乙烯PVC、 聚砜、聚芳砜、聚苯醚PPO、氟塑料等。 67 影响热塑性塑料成型流动的因素 各种塑料的流动性也因各种成型因素而变,主要 影响的因素有如下几点: 1、温度料温高则流动性增大,但不同塑料也各有 差异,聚苯乙烯PS(尤其耐冲击型及MFR值较高 的)、聚丙烯PP、尼龙PA、有机玻璃PMMA、改 性聚苯乙烯(如ABS、AS)、聚碳酸酯PC、醋酸 纤维素等塑料的流动性随温度变化较大,对聚乙烯 PE、聚甲醛POM,则温度增减对其流动性影响较 小,以前者在成型时宜调节温度来控制流动性。 2、注射压力增大则熔融料受剪切作用大,流动性 也增大,特别是聚甲醛、聚乙烯较为敏感,所以成 型时宜调节注射压力来控制流动性。 68 影响热塑性塑料成型流动的因素 3、模具结构浇注系统形式、尺寸、布置、冷却系统 设计、熔融料流动阻力(如表面光洁度、流道截面 厚度、型腔形状,排气系统)等因素都直接影响到 熔融料在型腔内的实际流动性,凡促使熔融料降低 温度,增加流动性阻力的则流动性就降低,模具设 计时应根据所用塑料的流动性,选择合理的结构, 成型时则可控制料温,模温及注射压力、注射速度 等因素来适当地调节填充情况以满足成型需要。 69 八、注塑成型中常见的几个概念 1、结晶 热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划 分为结晶型塑料与非结晶型(又称无定形)塑 料两大类。 所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时, 分子由独立移动,完全处于无次序状态,变成 分子停止自由运动,按略微固定的位置,并有 一个使分子排列成为正规模型的倾向的一种现 象。 70 注塑成型中常见的几个概念 作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料的厚 壁塑件的透明性而定,一般结晶性料为不透明或 半透明(如聚甲醛POM等),无定形料为透明 (如有机玻璃PMMA等),但也有例外情况,如 聚四甲基戌烯为结晶型塑料却高透明性,ABS为 无定形料但并不透明。 71 注塑成型中常见的几个概念 在模具设计及选择注塑机时应注意对结晶型塑料有 下列要求及注意事项: 1、料温上升到成型温度所需的热量多,要用塑化能 力大的设备。 2、冷却固化时放出热量大,要充分冷却。 3、熔融态与固态的比重差大,成型收缩大,易发生 缩孔、气孔。 72 注塑成型中常见的几个概念 4、冷却快、结晶度低、收缩小、透明度高、结 晶度与塑件壁厚有关,壁厚则冷却慢、结晶度高、 收缩大、物性好,所以结晶性料应按要求必须控 制模温。 5、各向异性显著,内应力大,脱模后未结晶化 的分子有继续结晶化倾向,处于能量不平衡状态, 易发生变形、翘曲。 6、结晶化温度范围窄,易发生熔粉末注入模具 或堵塞进浇料口。 73 注塑成型中常见的几个概念 2、易水解塑料及热敏性塑料 有的塑料如聚碳酸酯PC,即使含有少量水分, 但在高温、高压下也会发生分解,这种性能称为 易水解性,对此必须预先加热干燥。 热敏性系指某些塑料对热较为敏感,在高温下受 热时间较长或进料口截面过小,剪切作用力过大时, 料温增高容易发生变色、降解、分解的倾向,具有 这种特性的塑料称为热敏性塑料。 74 注塑成型中常见的几个概念 常见的热敏性塑料有:聚氯乙烯PVC、聚偏氯乙 烯、醋酸乙烯共聚物,聚甲醛POM、聚三氟氯乙 烯等。热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体 等副产物,特别是有的分解气体对人体、设备、模 具都有刺激、腐蚀作用或毒性,因此,模具设计、 选择注塑机及成型时都应注意,应选用螺杆式注塑 机,浇注系统截面宜大,模具和料筒应镀铬,不得 有死角滞料,必须严格控制成型温度、塑料中加入 稳定剂,减弱其热敏性能。 75 注塑成型中常见的几个概念 3、应力开裂及熔体破裂 有的塑料对应力敏感,成型时易产生内应力并 质脆易裂,塑件在外力作用下或溶剂作用下即发 生开裂现象。为此,除了在原料内加入添加剂提 高开抗裂性外,对原料应注意干燥,合理的选择 成型条件,以养活内应力和增加抗裂性,并应选 择合理的塑件形状,不宜设置嵌件等措施来减少 应力集中。 76 注塑成型中常见的几个概念 模具设计时应增大脱模斜度,选用合理的进 浇口及顶出机构,成型时应适当的调节料温、 模温、注射压力及冷却时间,昼避免塑件过于 冷脆时脱模,成型后塑件还宜进行后处理提高 抗开裂性,消除内应力并禁止与溶剂接触。 当一定融体流动速率的聚合物熔体,在恒温 下通过喷嘴孔时其流速超过某值后,熔体表面 发生明显横向裂纹称为熔体破裂,有损塑件外 观及物性。故在选用熔体流动速率高的聚合物 时,应增大喷嘴、流道、进浇口截面、减少注 塑速度、提高料温。 77 注塑成型中常见的几个概念 4、热性能及冷却速度 各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热 性能。比热高的塑化时需要热量大,应选用塑化能力 大的注塑机。 热变形温度高塑料的冷却时间可短、脱模早,但脱 模后要防止冷却变形。热传导率低的塑料冷却速度慢 (如离子聚合物等冷却速度极慢),故必须充分冷却, 要加强模具冷却效果。热流道模具适用于比热低、热 传导率高的塑料。 比热大、热传导率低、热变形温度低、冷却速度慢 的塑料则不利于高速成型,必须选用适当的注塑机及 加强模具冷却。 78 注塑成型中常见的几个概念 各种塑料按其种类特性及塑件形状,要求必须保持 适当的冷却速度。所以模具必须按成型要求设置加热 和冷却系统,以保持一定模温。当料温使模温升高时 应予冷却,以防止塑件脱模后变形,缩短成型周期, 降低结晶度。当塑料余热不足以使模具保持一定温度 时,则模具应设有加热系统,使模具保持在一定温度, 以控制冷却速度,保证流动性,改善填充条件或用以 控制塑件使其缓慢冷却,防止厚壁塑件内外冷却不均 提高结晶度等。对流动性好、成型面积大、料温不均 的则按塑件成型情况有时需要加热或冷却交交替使用 或局部加热与冷却并用。为此模具应设有相应的冷却 或加热系统。 79 注塑成型中常见的几个概念 5、吸湿性 塑料中因有各种添加剂,使其对水分有不同的亲 疏程度,所以塑料大致可分为吸湿、粘附水分及不 吸水也不易粘附水分的两种,料中含水量必须控制 在允许范围内,不然在高温、高压下水分变成气体 或发生水解作用,使树脂起泡、流动性下降、外观 及力学性能不良。所以吸湿性塑料必须按要求采用 适当的加热方法及规范进行预热,在使用时还需用 红外线 小结 一、注射成型原理 二、注射成型工艺过程 三、注射成型工艺条件 四、注射成型的特点及应用 五、注射成型过程的物理与化学变化 六、影响注射成型塑料成型收缩的因素 七、影响注射成型塑料成型流动的因素 八、注射成型的几个常见概念 81

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