注塑工艺参数的确定.ppt

注塑工艺参数的确定 注塑成型 注塑成型工艺注塑成型工艺参数注射机有关工艺参数的校核注射充模过程分析注射成型制品的内应力工艺参数对制品质量的影响注射制品力学性能的各向异性注射制品的熔接强度注射制品的收缩模塑工艺规程的编制 注射成型工艺 注射过程 成型后处理 成型前准备 原料的检验 染色和干燥 模具清理 嵌件预热 料筒清理 退火 调湿 1 成型前准备 嵌件预热 模具清理 料筒清理 2 注射过程 原料检验预处理 合模 注射 装入料斗 保压 脱模 装入嵌件 清理料筒清理模具涂脱模剂 嵌件清理 预热 预塑化 塑件后处理 冷却 3 注射成型后处理 又称注射成型 InjectionMolding 主要用于热塑性塑料的成型 也可用于热固性塑料的成型 注射模塑原理 注射模塑 颗粒 粉状塑料 注射机料筒 加热熔融 充模 冷却固化 塑件 注射成型设备 注射成型设备 3 柱塞式注射机 易产生层流现象且料筒难于清洗 从柱塞开始接触塑料到压实塑料 注射速度逐渐增加 注射速度不均 二 注射成型设备 4 螺杆式注射机 二 注射成型过程 4 螺杆式注射机 螺杆式注射机模塑工作循环 螺杆式注射机的优点 借助螺杆的旋转运动 材料內部也发热 均勻塑化 塑化能力大 二 注射成型设备 4 螺杆式注射机 螺杆式注射机的优点 加热缸內的材料滞留处少 热稳定性差的材料也很少因滞留而分解 由于加热缸的压力损失小 用较低的射出压力也能成型 成型周期短 效率高 生产过程可实现自动化 可成型形状复杂 尺寸精度要求高及带各种嵌件的塑件 注射成型工艺参数 温度 压力 时间 成型周期 成型工艺参数 温度 机筒温度设定在熔融温度与分解温度之间 即在Tf Tm Td之间 保证塑料熔体正常流动 不发生变质分解 通常是从加料口到射嘴逐渐增加 为防止架桥 料抱螺杆等现象 下料口一般要通水冷却 一般加料第一段温度设定在原料熔化温度左右 然后逐步加高 当Tf Tm Td范围窄时 料筒温度取偏低值 喷嘴温度略低于料筒最高温度 防止熔料在喷嘴处产生 流涎 现象 但温度也不能太低 否则易堵塞喷嘴 请注意 模温的温度一般都会比料筒温度低 喷嘴与其接触时可能会因为传热导致温度下降而造成喷嘴堵塞或冷料等问题 成型工艺参数 温度 模具温度模温要在塑料的玻璃化温度以下来设定 对弹性体除外 模温太高会延长生产周期 造成飞边 收缩等问题 太低也易产生欠注 表面不光等现象 温度过高 成型周期长 脱模后翘曲变形 影响尺寸精度 温度太低 产生较大内应力 开裂 表面质量下降 成型工艺参数 温度 原料干燥温度原料干燥温度通常可根据原料的吸水程度和加工温度来设定 液压油温度液压油的温度以控制在25 50 之间为佳 过高或过低都易引起系统压力的不稳定 成型工艺参数 温度 温度设定要点 在温度设定时 可参考原料供应商的推荐数据 不要将料筒的温度设定在加工物料的熔融温度以下 分解温度以上 这样不仅会不能成型出良好的产品 更易引发事故 在熔融温度以下很容易把螺杆扭断 而在分解温度以上 则可能会造成物料分解放出有毒气体 分解严重可能造成由于原料被碳化堵寒射嘴 损坏设备 甚至由于分解出来的气体无法及时排出而在料筒内积压引发爆炸 此外 塑料的分解与温度和受热时间都有关 如果你设定的温度在分解温度以下 但由于长时间的加热原料也同样会分解 相反 如果温度设定高出发物料的分解温度 但只有几秒或短时间的停留也可能不会分解 因此料筒温度的设定要考虑到原料的料筒中的停留时间 温度的设定原则就是能低不高 灵活运用 成型工艺参数 压力 注射压力螺杆头部对塑料熔体施加的压力 这是使塑料充模时流动的压力 可以用在射嘴或液压线上的传感器来测量 它没有固定的数值 而模具填充越困难 所要的注塑压力也要增大 一般的塑料注射时都需要60Mpa以上的压力 一些流动性差的塑料要在120Mpa以上 而超精密的注塑成型一般都会在150Mpa以上 注射压力与塑料品种 注射机类型 模具浇注系统结构尺寸 塑件壁厚流程大小等因素有关 保压压力保压压力在注射压力的10 80 左右 保压是为了对模内的产品进行补料 以防止收缩等缺陷 压力太小起不到补料的作用 太大易产生内应力 并使制品脱模困难 保压可采用多段设定 开始高 后面低 这样即可达到补缩效果又可减少内应力 成型工艺参数 压力 储料压力储料压力用于提供油马达的动力 便于镙杆旋转速度的调整 由液压系统压力阀调整大小 在塑化时 螺杆旋转速度高低将影响塑胶塑化程度 一般也是多级控制 成型工艺参数 压力 塑化压力又称背压 螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到的压力 由液压系统溢流阀调整大小 在塑化时 螺杆不断旋转将塑胶送到螺杆头部 这些被推进到螺杆前端的塑胶就会对螺杆产生压力 这就是背压 在注射成型时 它可以由调整射出油压缸的退油压力来调节 背压的增加可以取得以下的效果 原料塑化更均匀 利于塑胶内气体排出 计量更精确 使熔料温度增加 加速分解 容易造成流涎现象 塑化时间变长等 背压的大小是依塑料的粘度及其热稳定性来决定 一般为表压0 2 0 6Mpa左右 成型工艺参数 压力 锁模压力为了对抗注射压力 必须使用锁模压力 不要自动地选择可供使用的最大数值 而要考虑投影面积 计算一个适合的数值 注塑件的投影面积 是从锁模力的应用方向看到的最大面积 对大多数注塑情况来说充模压力约为30 40Mpa 然而这只是个低数值 对于一些精密注射来说这个数值会在100Mpa以上 因而要考虑到产品的形状结构 质量要求 所用原料来确定 除了高的锁模压力外 还要对模具进行保护 低压锁模的压力最好是能调到模具中间没有任何东西时才能合拢 放一张纸都能够将模具弹开 成型工艺参数 压力 脱模系统压力为了制品的顺利脱模 脱模系统 顶针 抽芯 螺纹 气辅脱模等 的压力就必须满足动作的需要 但过高的压力容易损坏设备和产品 所以压力以能安全脱模为准 射台压力射台的压力只要能保证成型时稳定 不漏胶就可 尽量用较小的压力 成型工艺参数 速度 注射速度对于热稳定性好 薄壁 流长比大的产品宜用快速注射 而对易分解 厚壁产品则宜用慢速注射 对形状复杂产品则宜用多级速度 一般是在有弯角的地方采用慢速 储料速度提供螺杆旋转的动力 合模速度合模通常是用慢 快 慢 在刚开始和将到合模位置时采用慢速 尤其是合模高压时 采用低速 以减少对模具或设备的冲击 开模速度开模通常是用慢 快 慢 在刚开始和将到开模位置时采用慢速 以减少对模具或设备的冲击 值得注意的是一些抽芯 退螺纹机构的位置或多板模设定时要小心碰撞 成型工艺参数 速度 脱模系统速度脱模系统 顶针 抽芯 螺纹 气辅脱模等 的速度设定只要不损坏产品 不影响生产效率就行 但对于抽芯速度建议采用慢速以免撞针 倒抽速度为了防止熔料流涎 设置倒抽动作 由液压油提供动力 倒抽太慢可能会产生流涎 太快易产生气泡 流动性好的塑料用快速 流动性差的用慢速或不用 射台速度前进和后退时不要对模具 机台形成严重的撞击或冲击 螺杆转速螺杆转速的动力由储料压力和储料速度提供 螺杆转速的快慢直接决定了挤出量的大小 与熔体泵闭环控制的则由熔体泵转速决定 但高转速下物料的塑化质量就难以保证 并且在高速转动的螺杆剪切作用下 物料容易分解 成型工艺参数 时间 注射时间注射时间以当塑胶充满模腔90 95 左右时来设定 保压时间保压时间应以浇口被凝固的时间来确定 方法是 不要更改其它的参数 将保压时间由长不断的减少 如每次减1秒 到产品的重量开始下降时为最少的保压时间 冷却时间冷却时间以产品能顺利脱模并无质量问题为最小 脱模时间这里的脱模时间主要是指抽芯和脱螺纹的时间 一定要保证有足够的时间来完成脱模动作 延迟时间比如用到机械手或自动检测时产品脱模后设备停顿时间 成型工艺参数 位置 熔胶位置熔胶位置要能满足产品需要并有一定的料垫为好 保压位置在注射产品体积到90 左右可为转保压位置 开模位置以产品能顺利脱模即可 倒抽位置以无流涎来设定 调模位置模具能顺利合模并起到高压锁模作用 多级注射的特点 缩短成型周期减少运转加速时间有利薄壁制品成型降低合模加紧力减少制品质量误差减少制品飞边 缺料减少流动纹 完成一次注射模塑过程所需的时间 成型时间 注射成型工艺条件 成型周期或总周期 成型周期 充模时间 注射时间 闭模冷却时间 其它时间 保压时间 注射机有关工艺参数的校核 注射机技术参数 注塑装置参数 合模部件参数 整机性能参数 注射机类型 螺杆式 柱塞式 一 最大注射量校核 注射机每次实际的注射量应在最大注射量的80 以内注射量以容积表示 V 0 8V机V塑料 K压V其中 V 塑件的总体积 塑件 浇注系统 V机 注射机的最大注射量 cm3 V塑料 成型塑件所需塑料的体积K压 压缩比 一 最大注射量校核 注射量以重量表示 G 0 8G机G p V其中 G 塑件的总重量 塑件 浇注系统 G机 注射机的最大注射量 g p 料筒温度和压力下塑料的密度 g cm3 二 注射压力的校核 校验注射机的额定注射压力能否满足塑件成型时所需的压力 P公 P注其中 P注 塑料成型时所需的注射压力P公 注射机公称注射压力 P注受浇注系统 型腔内阻力 模具温度等因素影响P注太大 毛边大 脱模困难 塑件表面质量差 内应力大P注太小 不能顺利充满型腔 无法成型 其中 F锁 注射机的额定锁模力 N A分 塑件及浇注系统在分型面上的总投影面积 mm2 q 型腔内塑料熔体的平均压力 MPa 三 锁模力的校核 锁模力指的是锁模装置对模具施加的最大加紧力 F锁 q A分 四 装模部分有关尺寸的校核 喷嘴尺寸 定位孔尺寸 拉杆间距 模具闭合厚度 安装螺孔尺寸 四 装模部分有关尺寸的校核 1 喷嘴尺寸 浇口套球面R和喷嘴前端球面半径R0喷嘴孔径d0和浇口套小端孔径d正确关系为 d d0 0 5 1 mmR R0 1 2 mm 四 装模部分有关尺寸的校核 2 定位孔尺寸 h 小型模具取8 10 mm大型模具取 10 15 mm 四 装模部分有关尺寸的校核 3 拉杆间距 模具的外形尺寸应小于注射机的拉杆间距 以保证模具能安装到注射机工作台面上 四 装模部分有关尺寸的校核 4 模具闭合厚度 Hmax Hm Hmin 四 装模部分有关尺寸的校核 5 安装螺孔尺寸 模具重量较轻用压板固定模具重量较重的用螺钉固定 五 开模行程的校核 注射机最大开模行程 S 与模具厚度 Hm 无关 五 开模行程的校核 单分型面模具 S H1 H2 5 10 mm双分型面模具 S H1 H2 a 5 10 mm 五 开模行程的校核 注射机最大开模行程 S 与模具厚度 Hm 有关 五 开模行程的校核 单分型面模具 S0 Hm H1 H2 5 10 双分型面模具 S0 Hm H1 H2 a 5 10 五 开模行程的校核 侧面分型抽芯机构的最大开模程 S 当H4 H1 H2时 S H4 5 10 mm当H4 H1 H2时 S H1 H2 5 10 mm 六 顶出装置的校核 中心顶杆机械顶出两侧双顶杆机械顶出中心顶杆液压顶出与两侧双顶杆机械顶出中心顶杆液压顶出与其它辅助油缸联合作用 顶出装置分类 注射充模过程分析 一 注射成型过程分析 由此可见 聚合物的注射成型主要包括 塑化熔融 注射充模和冷却定型三个基本过程 这些过程与制品质量 生产效率 原料 工艺性能等因素有密切关系 机筒中的聚合物 机筒加热和螺杆剪切的双重作用 固态 熔融状态 冷却定型 制品 充模 螺杆以高压 高速推动 1 1 注射充模过程及熔体流动分析 注射充模过程 塑化良好的聚合物熔体 在柱塞或螺杆的压力作用下 由料筒经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模腔这一阶段称为注射充模过程 这是一个非连续非等温的体系 要从理论上进行定量分析更为不易 人们更多的是通过实验测定来揭示这一过程的影响因素及其内在的规律性 根据聚合物熔体注射的流动历程 对物料在料筒 喷嘴的流动 物料充模流动作一简要的分析 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 充模阶段t0到t2 保压阶段t2到t3 倒流阶段t3到t4 冻结后的冷却阶段t4到t5 注射过程柱塞位置 塑料温度 柱塞与喷嘴压力以及模腔内压力的关系 熔体在模腔中的充模流动分析 熔体 主浇道 分浇道 浇口 模腔 这一历程虽然很短 但热熔体在不同形状与尺寸的流道内流动时 其流速 温度与压力都产生很复杂的变化 这里对熔体充模时流动的一般特性和影响充模的各种因素作简要的说明 熔体在模具浇注系统内的流动 正如流过喷嘴一样 熔体流过主浇道 分浇道和浇口时也有温度变化和压力损失 浇注系统的加热状态 熔体的流变性能 浇注系统形状和尺寸 影响因素 熔体流过冷浇道时 浇道温度远低于熔体温度 紧贴壁的熔体被迅速冷凝而形成不动壳层 因而使熔体能通过的截面积减小 流动阻力增大 使熔体的压力损失增加 降低了充模的模腔压力 熔体流过热浇道时 温度保持在熔点以上 其温度变化和压力损失的影响因素与经过喷嘴的情况相似 影响冷凝壳层厚度的因素 熔体的冷凝速度 聚合物的热物理性能 熔体温度 熔体流动速度 模具温度等 易结晶的聚合物当温度低于熔点时会很快凝固 如尼龙6 降低熔体温度和模具温度都会使壳层加厚 浇口大小 压力损失 剪切速率 过大的剪切速率会使熔体出现不稳定流动现象 浇口越小 压力损失增大 剪切速率提高 熔体温度迅速上升 焦烧和降解现象 当浇口尺寸已定时 提高熔体温度是防止不稳定流动的有效措施 在熔体温度不允许有变化时 可适当降低注射压力以降低注射速度 从而避免不稳定流动发生 对大多数塑料熔体来说 增大浇口截面积提高熔体充模时的体积流率有一极限值 当浇口截面积超过此值之后 反而会使体积流率下降 在大多数情况下 截面积小的浇口更有利于熔体的快速充模 如果增大浇口截面积会导致流体通过时的剪切速率减小 致使流体表观粘度增大 2 大多数情况下 减小浇口的截面积 剪切速率因流速的提高而增大 同时高剪切速率下产生的摩擦热会使熔体温度明显提高 这二者都使通过浇口的熔体粘度下降 而粘度下降又将会导致熔体的体积流率增大 1 塑料熔体大多具有假塑性流体的流变特性 其表观粘度与剪切速率之间存在 a K n 1 n 1 的关系 熔体在模腔内的流动 熔体的充模过程 是从聚合物进入模腔开始到模腔被充满时为止 熔体充模的流动应为层流流动 充模时熔体前缘变化的各阶段 l 开始阶段2 过渡阶段3 主阶段 起始阶段 熔体流前缘呈圆弧形 过渡阶段 前缘从圆弧形逐渐过渡到直线形 主阶段 熔体主流 前缘呈直线移动 直至充满模腔 沿圆周方向的充模流动 如果对于浇口位于制品中心且轴线垂直于圆片制品的模腔进行充模时 熔体料流则以浇口为中心 用差不多相同的速度向周围方向铺展流动充模 充填圆片状模腔时熔体前缘前后相继出现的位置 熔体遇到障碍物时的充模流动 流动方向一般分为两股 绕过障碍物再汇合在一起 在汇合处常有熔接缝形成 熔体流过不同断面形状障碍物时 速度变化与流动情况不同 较好的断面形状是圆柱形 绕过圆柱形障碍的熔体质点其运动速度是逐渐升高和下降的 而且升降幅度最小 形成一个无熔体存在的封闭三角区 塑料熔体围绕不同形状的障碍物流动时速度V的变化a 矩形b 圆柱形c 菱形 熔体在模腔内的流动类型 流速过小 延长充模时间 降温引起熔体粘度提高 流动性下降充模不全 出现分层和结合不好的熔接痕 快速充模 湍流流动易将空气带入成型物内模内空气难于排出制品存在较大的内应力 慢速充模 层流流动可避免以上的缺陷 熔体流动的运动机理 熔体在模腔内的运动 主要是料流中心高速运动的熔体不断追上并突破前缘膜 进而转向模壁 被迅速冷却 这种进程交替进行着 充模时的这种流动方式容易使制品表面出现波纹 注射制品表面有时出现小波纹的原因 根据熔体流动的运动机理 只有当熔体的冷却速率很高 而注射压力 注射速度和模具温度偏低时 才容易在制品表面上留下这种波纹 只要适当调节注射成型工艺 使这种波纹在冷却定型之前被随后到来的熔体所传递的压力 熨平 就不会在制品表面出现了 较高的注射压力 注射速度 模具温度 有利于获得光洁平整表面的制品 保压过程及分析 熔体充满模腔时 模内压力还较低 图中t 点的压力值 为达到制品质量要求 柱塞或螺杆将继续前进 再注入一些熔体 使已充满的模腔压力迅速上升 达到了最大值 图中的t2 t3 在这期间柱塞或螺杆将慢慢地对模腔内进行补料 使由于体积收缩而出现的空间能得以继续充满 熔体的这种流动称保压流动 这一过程就是保压过程 它持续到浇口凝封为止 当注射成型薄壁或浇口很小的制品时 由于浇口或模腔浇道很快凝封则保压过程不很明显 对于成型厚壁且浇口较大制品时 必须有保压过程进行补料 才能获得形状完整而密实的制品 保压的作用 熔体紧密贴合模腔壁 精确取得模腔型样 完成不同时间 不同流向熔体的相互融合 使成型腔内熔物密度增加 补充因冷却而引起的体积收缩 影响保压效果的因素 浇口处的压力 决定模腔所能达到的最大压力 充模结束时熔体的流动性 决定压力向远离浇口处传递的难易 可见 P注射 喷嘴及浇道处阻力 有利于P浇口 T熔体 T模具 V注射 模腔 有利于改善模腔内的压力传递 一是模腔充满后 料筒前端仍有一定量的熔体 二是从料筒到模腔的通道允许熔体通过 即浇道系统尚未凝封 影响保压补料效果的主要因素是模腔内压力 称保压压力或二次注射压力 和保压时间 实现保压补料的必要条件是 保压时间对保压补料效果 凝封压力和冷却定型有较明显的影响 用柱塞式注射机和较大浇口模具成型PS匣形制品 加工温度为254 注射压力112MPa 在其它条件不变下 改变保压时间所得制品的质量 收缩率 凝封压力和模腔压力为零时的时间数据如下表所示 如果在保压期内补料过量 那么当浇口凝封时 模腔中的残余压力就比较大 以致使脱模困难 此外 制品中的取向程度也随保压时间延长而提高 保压时间对模腔压力的影响注射温度254 注射压力112 5MPa 保压时间D1 D5分别为1 5s 2 7s 3 9s 4 13s 5 17s 从图看到 保压终止点为D1 D5 在这些点之后 模腔压力迅速下降至1 5 点 浇口基本凝封 倒流停止 随后的压力降低是由于聚合物冷却收缩而引起的1 5 点所对应的压力称为封口压力 从图看出 封口压力随保压时间的变化趋势呈现为一条曲线 保压时间对模腔压力的影响注射温度254 注射压力112 5MPa 保压时间D1 D5分别为1 5s 2 7s 3 9s 4 13s 5 17s 倒流与冷却定型过程及分析 熔体的倒流保压阶段结束后 螺杆或柱塞要后退 这时模腔中熔体就要倒流 原因 在浇口冷凝之前 就解除模腔的外压 过程 外压解除 模内压高于外压 倒流 内压下降 流速下降 浇口熔体冷却 凝封 浇口冻结后的冷却 曲线2和曲线3的区别在于前者的保压时间为C2D2 后者延长到C2D3 D点时保压期结束 柱塞或螺杆后退 随之出现倒流引起模内压力沿DE下降 E为凝封点 凝封点之后模腔内的物料量不再改变 即比容为定值 故温度和压力沿EF呈直线下降 曲线1是在模腔压力较低的情况下压实而且浇口凝封发生在柱塞或螺杆后退之前 即外压解除后无熔体倒流 由此不难看出 制品的密度在很大程度上由凝封时模腔内的温度和压力决定的 制品的密度或质量一般随凝封时压力的增大而增加 保压时间短 则聚合物的凝封温度高 凝封的模腔压力就低 所得制品的密度也就小 凝封压力和温度对制品的性能有很大的影响 通常可以用改变保压时间来调节这两个参数 以此来改善制品的性能 综上所述 注射成型制品的内应力 在注射过程中 由于应力与温度梯度的存在 使制品在冷却时或冷却后 各个局部仍存在不同的应力状态 使制品内部材料分别受到伸缩或剪切作用 在成型后制品内部分子间仍然存在的应力就是内应力 注射制品存在内应力是较普遍的 它影响制品的力学 使用性能 会使制品发生翘曲和在外界环境应力和腐蚀介质作用下开裂 注射成型制品的内应力 内应力的产生 一是由于温度梯度产生的体积温差应力 二是由于分子解取向受到阻滞而产生的取向应力 三是结晶聚合物产生的内应力 四是由金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力 可见 由于不同的原因 形成了各种可能的内应力 其中温度应力和取向应力是最重要的两种 它对制品的物理力学性能的影响最大 在注射成型过程中 制品内应力的产生可能来自以下几个方面 影响内应力的因素 温度应力产生于充模时熔体与模壁的巨大温差 材料冷凝收缩先后不同 当内层熔料不断冷却时 不能自由收缩 就产生了拉伸应力 而壳层处则相应产生压缩应力 在浇口尚未凝封的保压期间进行补料 可使已凝固的表层受到拉伸 即在其中产生拉伸应力 若拉伸应力能与由温度差产生的压缩应力抵消 则与冷却 冷凝有关的温度应力有可能消失 a 温度应力的影响因素 如果模腔内压力较低 或者保压时间较短 上述拉伸应力不足以抵消压缩应力 那么温度应力就会保留在制品内 由此可见 注射过程中 增大模内压力 延长保压时间是有助缓解成型制品的温度应力的 b 取向应力的影响因素 熔体温度 熔体温度高 粘度低 剪切应力降低 取向度减小 同时 由于熔体温度高会使应力松弛加快 解取向作用加强 取向应力产生于分子解取向受到阻碍 由分子链取向形成的 影响取向应力的因素有 制品厚度 取向应力随注射制品厚度增加而降低 因为厚壁制品冷却缓慢 可以有比较长的解取向时间 模具温度 模具温度提高有利于取向应力减少 由于塑料件内的大分子链取向构象主要集中在制品外层和浇口附近 因此 薄壁长流程制品外层和浇口附近将产生较大的取向应力 保压时间 延长保压时间可使取向应力不断增大 用热处理方法降低与消除内应力 对于分子链刚性较大 Tg较高的聚合物 对于壁厚不均匀性较大 或带有金属嵌件的制品 对使用温度范围较宽和尺寸精度要求较高的制品等 在加工过程中很容易产生内应力又难以消除 在注射成型后都必须而且可能通过热处理方法消除或减小内应力 通过热处理可以使高聚物分子由不平衡构象向平衡构象转变 使强迫冻结处于不稳定的高弹形变获得能量而进行热松弛 从而降低或基本上消除内应力 工艺参数对制品质量的影响 检验一个合格 优质的注射制品应该包括制品的内部性能和外观质量两个方面 内部性能 制品的力学性能 拉伸强度 冲击强度 模量及制品的熔合强度 外观质量 制品的尺寸精度和表面光洁度 聚合物的种类 制品形状和机械设备 模具与注塑工艺条件 当聚合物与制品已选定 工艺条件与模腔结构就是主要的影响因素 注射制品力学性能的影响因素 注射制品的拉伸强度 冲击强度 制品的分子结构 成型中形成的内应力大小与分布 各种工艺因素 结晶 晶型结构 取向程度 温度 压力 时间 a 注射温度 注射温度对拉伸强度的影响从图可看到 非结晶性塑料的拉伸强度随注射温度的提高均趋于降低 因为热塑性塑料的取向度随着注射温度的提高而减小 注射温度对冲击强度的影响 注射温度对非结晶性聚合物的冲击强度有很大影响 如PS随注射温度提高 冲击强度有很大下降 见下表 注射温度提高 低分子量PS的冲击强度变化要比高分子量PS更为明显 熔体温度对模拟试样的冲击强度的影响模腔压力 37MPa模具温度 60 注射速度 70mm s测试温度 20 浇口尺寸 2 1 2mm2 对于结晶性聚合物 以PP为例 结果如图 发现随熔体温度提高 冲击强度均下降 图中曲线X是板面上 无筋处 材料的测试 曲线Y是在筋部的材料 二者的冲击强度有很大的差别 因为在板上有较大的轴向取向 而且没有熔合缝 所以冲击强度大 而在筋部取向小 有熔合缝存在 所以该处冲击强度低 b 模具温度 注射非结晶性聚合物时 模具温度对制品的力学性能影响比较小 以PS为例 根据试验 模温从17 升至75 时 HIPS的极限拉伸强度变化极小 其冲击强度的变化也不太大 对于结晶性聚合物而言 模温变化对其力学性能则有较大的影响 随着模具温度的升高 拉伸强度和弹性模量增大 断裂伸长率有所下降 图表示了聚甲醛随模温的提高 拉伸强度和弹性模量增大 断裂伸长率则下降 图聚甲醛的弹性模量 断裂时的相对伸长率和极限拉伸强度与模温的关系 表3 14中数据显示出随模温提高 聚酰胺的极限拉伸强度和硬度增大 弹性模量提高 断裂伸长率下降 对于聚烯烃 以HDPE为例见表3 15 随着模温升高 HDPE拉伸屈服强度有所上升 c 注射压力和保压时间 注射压力对热塑性塑料的力学性能的影响比较小 从图中可看出 温度相同 随注射压力 制品的拉伸强度 但变化并不太大 注射压力对制品的作用主要发生在保压阶段 熔料的补缩使制品密实 除考虑保压压力大小外 还要看保压压力作用的时间长短 因为当浇口凝封后 压力的传递即行停止 因此 如果浇口截面积很小 那么保压压力对制品的拉伸强度就几乎没有影响 若浇口大 保压压力和保压时间就会对制品的拉伸强度有影响 结论 如弹性模量 屈服强度和硬度等 依赖于 制品的结晶度 如注射温度低 模温低 模内压力高 保压时间延长 浇口尺寸大 制品应尽可能薄 对于非结晶性塑料制品 为了获得沿模内流动方向较好的力学性能 必须在注射时造成使取向程度增大的条件 对于结晶性塑料 除了与上面相似的结果外 结晶性塑料的一些力学性能 注射制品力学性能的各向异性 注射制品力学性能的各向异性 图示为测定取向方向和垂直方向强度用的哑铃形注射试样浇口位置图 流动方向表示沿熔体充模流动方向 垂直方向指的是垂直于充模流动方向 浇口位置不同的本体法PS哑铃形试样的极限拉伸强度与注射温度的关系 1 哑铃轴线方向2 垂直于哑铃轴线方向 对于同样的哑铃形注射试样 由于浇口位置不同 塑料熔体充模流动情况便会有所变化 这种变化会使取向产生差异 从而也产生不同的力学性能 取向方向上的拉伸强度随注射温度提高而降低 垂直方向的拉伸强度则无变化 原因是垂直于取向方向的强度主要只取决于分子间的作用力 与取向程度关系不大 对大多数非晶态热塑性塑料 随着注射温度的提高 其各向异性的力学性能均会有所降低 由图可见 在取向方向上的拉伸强度 曲线1 大于垂直方向上 曲线2 的拉伸强度 表3 17列举了HDPE在不同的注射温度条件下其拉伸屈服强度 极限拉伸强度和断裂伸长率的测试数据 在190 和50N的条件下测试 结晶性热塑性注射制品的力学性能也显示出各向异性 由表看出 HDPE的拉伸屈服点 极限拉伸强度和断裂伸长率在流动方向与垂直方向上都具有不同数值 表现出各方向不同的力学性能 对于拉伸屈服点与极限拉伸强度 流动方向数值大于垂直方向数值 在聚合物流动方向的拉伸屈服点是随注射温度 而 垂直于流动方向的拉伸屈服点则很少依赖于注射温度 在流动方向上HDPE断裂时的相对伸长率会随注射温度的提高而迅速增大 但在垂直方向上所测定的同一指标几乎是恒定的 并且与PE熔融指数的关系要比与注射温度的关系更密切 注射制品的熔接强度 注射制品的熔接强度 a 熔接缝的形成当注射制品有孔 嵌件的结构或厚度不均或采用多于一个浇口的情况下 就形成熔接缝 常见的熔接缝有两种 一种是在充模开始时形成的熔接缝 另一种是在充模终止时形成的熔接缝 如图所示 制品熔接缝处的力学性能较其余部位的力学性能低 其原因可能有如下方面 一是由于熔体料流经过一段路程流动后 温度有所下降 两股料流前缘汇合时不能很好互相融合 二是对结晶性聚合物 在熔接缝的界面上不能形成完全的结晶 三是在熔体流动前缘汇合处 由于排气不良 可能夹杂气体和杂质 使熔合面积减少 导致熔合强度下降 b 影响熔接缝强度的因素 聚合物的类型 熔合缝的形式 注射工艺条件 制品的厚度等 实验表明 影响熔接缝强度的因素很多 从聚合物的类型来说 在相同工艺条件下 熔接缝的拉伸强度 冲击强度 结晶性聚合物 半结晶型或无结晶型聚合物 非结晶性聚合物 熔接缝处 取向方向拉伸强度 但是对于冲击强度 有熔接缝 无熔接缝的 对用HIPS注射试样的结果见图 这是因为在熔接缝处分子取向受到破坏 没有发生取向效应 使其冲击强度反而提高 图3 63注射温度不同的抗冲PS试样的冲击强度与试样厚度的关系1 6 220 2 5 240 3 4 260 1 2 3 有熔接缝的试样4 5 6 无熔接缝的试样7 压制试样 从熔接缝的形式比较 图表示两种不同浇口配置 形成不同的熔接缝 其极限拉伸强度的比较 充模终止形成的熔接缝的拉伸强度随注射温度的提高而增大 充模初期形成的熔接缝 其拉伸强度随注射温度的变化而变化不大 本体法PS的极限拉伸强度与注射温度的关系1 两个浇口沿轴线方向配置在哑铃形试样两端2 两个浇口沿垂直于哑铃形试样轴的方向并排配置 熔接缝的强度与注射工艺条件有关 熔体温度与模具温度 较高的熔体温度或模具温度使熔接缝的拉伸屈服强度提高 如下图所示 熔接缝拉伸强度与熔体温度的关系 熔接缝拉伸屈服强度与模温的关系 熔体温度 200 注射速度 中速闭模时间 20sL 退火试样2 低流动速率3 高流动速率 LDPE试样的熔接缝的拉伸强度与注射压力的关系1 注射温度 104 2 注射温度 232 3 与浇口距离 38mm4 与浇口距离 75mm5 与浇口距离 125mm 注射压力提高注射压力有助于克服流道阻力 把压力传递到熔体流动前缘 使熔接缝在高压下熔合 增加了熔接缝的接合强度 如图 随注射压力增加 熔接缝的拉伸强度提高 另外离浇口近的熔接缝拉伸强度高 远的则拉伸强度低 注射温度不同的HIPS试样冲击强度与试样厚度的关系1 6 220 2 5 240 3 4 260 1 2 3一有熔接缝的试样4 5 6一无熔接缝的试样7一压制试样 其它工艺因素如充模速度提高 可使熔体前缘温度较高 熔体熔合得好而提高熔接缝处的拉伸强度 又如制品成型后进行退火处理 其熔接缝处的拉伸强度也会提高 制品尺寸因素 如制品厚度等 如图所示为熔接缝的抗冲击强度随试样厚度的增加而提高 同时 有熔接缝的试样的冲击强度高于无熔接缝的试样的冲击强度 注射制品的收缩 注射制品的收缩 是指制品尺寸对注射模腔尺寸的绝对减少量或相对减少量 收缩的大小及在各个注射周期之间收缩量的稳定性是决定制品尺寸精度的主要因素 注射成型制品在成型过程中的收缩 按发生收缩的条件和特征的不同可分成三个阶段 发生在浇口凝封以前的保压阶段 制品的收缩很大程度上取决于熔体所能进行的补偿程度 这种熔体的补偿能力主要取决于保压压力的大小和维持保压压力向模腔内传递的时间 这一过程要一直持续到浇口凝封为止 保压压力越大 时间越长 则制品的收缩率就越低 第一阶段 是在浇口处的聚合物凝固之后开始 并延续到开模和制品脱模为止 在这种条件下 非晶态聚合物的收缩是按体积膨胀系数进行收缩的 收缩的大小取决于模温所决定的冷却速度 模温低 冷却速度快 分子被 冻结取向 来不及松弛 制品有较小的收缩 第二阶段 对结晶性高聚物来说 收缩主要是由其结晶所致 收缩的大小主要决定于模温 模温越高 冷却速度慢 分子有充分的松弛时间 结晶趋于更完善 所以收缩率高 反之 模温低时会降低收缩率 由此 从收缩率角度看 模腔温度对非结晶性和结晶性聚合物的影响是一致的 当制品不受到约束时 则只发生自由收缩 这时制品体积的缩小取决于制品脱模时的温度与环境介质温度之差 也取决于热膨胀系数 自由收缩量可由下式计算 式中 L 自由收缩量 聚合物热膨胀系数T2 脱模时制品温度T3 工作环境 介质 温度L1 制品脱模30min后沿收缩方向长度 第三阶段 是从制品脱模开始到使用阶段的收缩 从下面一些实验测试结果了解影响收缩率的工艺因素 模腔压力与收缩率的关系 模腔压力对制品收缩率的影响 结晶性塑料 POM HDPE PP 非结晶性塑料 PS PMMA 随着模腔压力的增大 制品收缩率下降 聚甲醛的收缩率与保压时间的关系试样厚度 3mm模温 100 注射压力 100MPa 收缩率随保压时间延长而减小