工学注射成型

1、2021-8-2第四章 注射成型2021-8-2 可成型几乎所有的热塑性塑料和多种热固性塑料，可用于树脂的直接注射，可复合材料、增强塑料及泡沫塑料的成型，或注射吹塑成型。 成型周期短、生产效率高、能一次成型外形复杂、尺寸精度高、带嵌件的制品、适应性强、制品种类繁多，容易实现自动化。p2742021-8-24.1注射机结构与作用加热塑料，使其达到熔化状态对熔融塑料施加高压，使其充满模具型腔2021-8-24.1.1 注射机的基本结构 注射系统 锁模系统 液压传动 注射模具等2021-8-2塑化使塑料受热、均匀塑化到粘流态；注射以一定速度和压力将熔料注入模具；保压保压补缩 一、注射系统2021-8

2、-2柱塞式注射系统 2021-8-2注射系统主要组成加料装置：锥形漏斗（容12h用料量）料筒：螺杆式23倍最大注射量；2-3段加热螺杆，或柱塞与分流梭 喷嘴：2021-8-2（1）注射螺杆注射螺杆和挤出螺杆能不能通用？为什么？主要作用：输送、压实、塑化和传递注射压力输送、压实、塑化和传递注射压力2021-8-2 （2）喷嘴主要作用：2021-8-2二、锁模系统 锁合模具、启闭模具、固定模具和顶出制件。锁合模具、启闭模具、固定模具和顶出制件。 锁模结构应保证足够的锁模力，模具启闭灵活、准确、迅速而安全。在闭模时，模板运行速度先快后慢，开模时先慢后快再慢。 锁模力注射压力制品面积大小P280导柱（

3、拉杆）固定模板移动模板调模装置顶出装置2021-8-2常用的启闭模具和锁模机构： 机械式、液压式、液压机械组合式顶出装置： 机械式、 液压式2021-8-2三、注塑模具模具浇注系统成型零件结构零件主流道冷料穴分流道浇 口动 模定 模型 腔型 芯成型杆排气口2021-8-2型腔动模定模浇注系统2021-8-24.1.2注塑机的工作过程工作循环周期2021-8-2工作过程P282P2812021-8-24.2 注射过程原理2021-8-24.2.1 塑化过程1、塑化定义：2、对塑料塑化的要求: 一、物料在料筒内的塑化3、实施塑化方式：受外加热与剪切作用. 2021-8-21、热均匀性*加热效率E表

4、征熔体热均匀性*E高，对塑化有利，料筒中物料温度分布均匀性趋好P284 。 2021-8-22、塑化能力 定义：P285 影响塑化能力的因素：PVKA2mq2021-8-2螺杆强化了料筒内物料的塑化过程2021-8-2 3、料温分布1 螺杆 剪切强2螺杆 剪切平缓3柱塞 靠料筒料4柱塞 靠中心料2021-8-2课堂练习 简述挤出成型和注射成型的塑化过程主要区别是什么？二者所用的螺杆有何异同？2021-8-2 熔体流动历程： 料筒 喷嘴 浇注系统 模腔 4.2.2 注射充模过程2021-8-2一、注射成型周期一、注射成型周期 充模充模 保压保压 倒流倒流 浇口冻结后的冷却浇口冻结后的冷却压力、温

5、度、时间关系2021-8-2 t0 t1 OAOA段：段：螺杆前移，开始充模， 螺杆 喷嘴P t1 tB， ,AB段,充模时间 tB模腔充满，模腔P tB t2, BC段,压实流动，螺杆继续 前移，再挤入物料， 模腔Pmax 充模阶段 t0 t22021-8-2 CD段：保压时间t2 t3 ， 螺杆保持压力，补缩， T， #倒流阶段 t3 t4 DE段：螺杆回撤，喷嘴P0，模腔P ，倒流，浇口凝封，#冻结后冷却阶段 t4 t5 EF段： 继续冷却，脱模，残余应力 #保压阶段 t2 t32021-8-2二、熔体在喷嘴中的运动 喷嘴孔直径小，熔体注射压力损失较大， 熔体通过时温度上升，且有温度分布

6、。48RLqpvajcpTp2021-8-2 三、熔体在模腔中的充模流动 浇注系统 模腔 （主流道、分流道、浇口）2021-8-2（1）熔体在浇注系统内流动 冷浇道： T Tf，模壁形成不动壳层，流动阻力，压力损失 ，充模的模腔压力 热浇道： TTf，温度变化与压力损失与经过喷嘴相似。 浇口： 浇口，压力损失 ， ， T ， 焦烧、降解，不稳定流动。 减小浇口截面积，体积流量增大。2021-8-2（2）熔体充模流动特点 层流流动 随料流前缘运动特点,图8-20 起始阶段圆弧形 过渡阶段 主阶段直线移动2021-8-22021-8-2（3）熔体遇到障碍物时的充模流动模腔带型芯或嵌件 2021-8

7、-2（4）充模流动长度* 充模过程中凝固壳层的形成 热塑性熔体充模时，伴随冷却降温，为非等温流动过程。熔体与冷模壁接触，形成不动壳层，壳层厚度不断增大，达模腔厚度一半时，熔体停止在模腔中流动。 模腔横截面存在温度梯度，中心最高（Tf），靠模壁最低（ Tg），充模时，熔料可能处于玻璃态、高弹态和粘流态。 极限流动长度制品长度 熔体充满模腔2021-8-2*充模流动长度的影响因素 熔体流变性能、热物理参数、模具冷却效应等影响极限流动长度。*料筒温度，流动性 ，流动长度。*模具温度，影响凝固层厚度，对充模流动长度影响不大。*注射压力，流动长度。*注射速度，流动长度。*M，流动长度。2021-8-24

8、.2.3 增密和保压过程（1）增密过程（压实） tB t2,，压力梯度变化大，影响模腔最高压力C点。图8-22（2）保压过程 CD段：螺杆极慢前移，保压补料，制品质量 影响保压补料的主要因素保压时间、保压压力。 图8-23 2021-8-24.2.4 倒流冷却定型过程*熔体的倒流 DE段， 螺杆回撤，撤除保压压力，熔体可能倒流。至浇口基本凝封。 凝封压力和温度 密度 内应力图8-24*熔体的冷却定型 熔体冷却，进入模腔开始到脱模点F结束。 最佳脱模条件：TTg，模内残余压力PE=0。 bcbaTTTTa4lnt222021-8-24.3 注射成型工艺及工艺条件一、注射成型工艺参数的选择塑化、流

9、动、冷却T、P、t2021-8-2几种常用塑料的注射模塑特点特点成型工艺参数后处理PS吸水率小、流动性、稳定性较吸水率小、流动性、稳定性较好，成型温度范围较宽好，成型温度范围较宽Tw140260、T喷嘴喷嘴170190、P60150MPa6580热水，热水，处理处理13h消除内应力消除内应力PP吸水率很低、熔点流动性好吸水率很低、熔点流动性好Tm160175Td350成型温度范围宽成型温度范围宽200315Tw200280、厚壁厚壁Tw200230薄壁薄壁Tw280300P70120MPa后收缩后收缩PA吸水率大，干燥吸水率大，干燥Tm200290，熔体流动，熔体流动性大，热稳定性差，成型性大

10、，热稳定性差，成型收缩率大收缩率大PA熔化范围窄，高压缩熔化范围窄，高压缩比螺杆、螺杆头上比螺杆、螺杆头上装止逆环、自锁喷装止逆环、自锁喷嘴，嘴，热油、液体石蜡热油、液体石蜡100120处理处理调湿处理调湿处理PC很好的韧性和机械性能，耐环很好的韧性和机械性能，耐环境应力开裂性差，缺口敏境应力开裂性差，缺口敏感性高，不宜带嵌件感性高，不宜带嵌件 Tg=150, Tm=215225Tw250310P注塞注塞100160MPa P螺螺80130Mpa T模模85140热处理热处理1251352021-8-2（一）温度2021-8-2l选择原则：良好塑化，快速流动注射，不降解。 l温度范围： Tf（

11、Tm） Td， 窄低料温，比Tf（Tm） 稍高；宽较高料温。 l料温分布：从料斗到喷嘴，由低到高，以利塑化。*料筒温度2021-8-2喷嘴温度 喷嘴温度略低于料筒最高温度，防止“流涎”。2021-8-2模具温度#冷却速度：Tm-Tc # 无定形塑料： （PS） T模 （PC） T模 结晶塑料： 中速冷却速度， T 稍大于 Tg， Tg Tvmax，质量 ， 效率 。 2021-8-2 （二）压力2021-8-2*塑化压力（背压） 背压 剪切作用 熔体T 塑化均匀性 塑化量 一般为注射压力的5-20% 2021-8-2*注射压力 补偿压力损失 图8-27 注射压力料温关系图8-28 注射压力注射

12、速度 注射压力选择依据 P2982021-8-2 注射时间+冷却时间+其它时间（三）时间（注射成型周期）制品质量制品质量生产效率生产效率2021-8-24.4热固性塑料的注射成型 2021-8-2一、热固性塑料注射成型原理*热固性塑料的特点：物理变化+化学反应 P306*热固性塑料注射成型的特点： 成型温度必须严格控制，满足流动、交联要求塑化 料筒温度较低，料筒停留时间不能过长注射机的合模部分应能满足放气的要求注射压力和锁模压力高2021-8-2二、热固性塑料注射成型的工艺性1、注射用热固性塑料具有良好流动性 较高的流动性，在一定温度、压力下充满模腔；粘度稳定。流动性过大容易产生飞边或粘模。2

13、、良好热稳定性 在料筒温度加热下能塑化，不过早交联。3、塑化温度范围要大4、高温下在膜腔内快速交联2021-8-2三、热固性塑料注射成型过程及工艺条件热固性塑料注射成型过程：2021-8-2*注射过程温度 粘度变化2021-8-22021-8-2四、热固性塑料注射机1.螺杆长径比、压缩比小，螺槽深，减少磨擦、缩短在料筒停留时间，如酚醛用等距、等深、无压缩比螺杆，仅起输送作用。2.喷嘴用敞开式，料筒、喷嘴便于拆卸。3.注射机的锁模结构应满足放气操作的要求。4.模具有精确加热装置和温控系统。与热塑性注射机的结构区别：注射装置与合模装置2021-8-24.5 反应注射模塑 将两种或两种以上具有化学活

14、性的低相对分子量液体原料，在一定温度下，通过高压（1420MPa）作用，使它们相互撞击混合，并立即注入密闭的模腔中，完成聚合、交联固化等化学反应形成制品的工艺过程。 特点：混合效率高、节能、产品性能好、成本低等。 表8-5应用：制备发泡制品、增强制品等2021-8-24.5.1反应注射成型工艺流程和原料聚氨酯RIM工艺流程图 2021-8-2对设备要求： 4.5.2 反应注射模塑设备技术关键：RIM的原料体系 + RIM设备原料的精确计量原料的精确计量高效混合高效混合氨基甲酸乙酯（聚氨酯）氨基甲酸乙酯（聚氨酯）尼龙尼龙6 6、苯乙烯类树脂、苯乙烯类树脂环氧树脂环氧树脂不同原料反应注射成型工艺参

15、数不同2021-8-2RIM成型设备 蓄料系统计量和输送系统 （液压系统）混合系统两组分物料的贮存加热和计量撞击混合充模固化脱模2021-8-2 RIM成型设备工作原理2021-8-2聚氨酯的反应注塑（RIM）、增强反应注塑（RRIM）反应温度：聚醚预热温度32 异氰酸酯预热温度32 模具温度60注射压力：15MPa生产周期：充模14s 生产周期32120s2021-8-24.6 气体辅助注射成型特点： 普通注射成型制品: 壁厚需均匀 厚壁制品需保压补料 易产生较大残余应力 结构发泡制品： 外观质量不好(Gas-Assisted Injection Molding,GAIM)2021-8-2气

16、体辅助注射成型工艺过程2021-8-2气体辅助注射成型方法 标准成型法 副腔成型法 熔体回流法 活动型芯法2021-8-2气体辅助注射成型特点2021-8-2思考题 1、选择注射机时要考虑哪些主要的技术参数？ 2、注射机注射系统、锁模系统和塑模的组成和结构是怎样的？ 3、热塑性塑料在注射过程中如何保证流动与冷却？其温度、压力和时间如何变化？对模具有哪些要求？对制品质量有哪些影响？ 4、制件后处理的必要性、处理方法及条件有哪些？ 5、分析讨论注射工艺条件：温度、压力、成型周期、注射量和合模力。2021-8-2 6、简述热固性塑料的注射成型原理。 7、如何选择和控制热固性塑料的注射成型工艺条件？

17、8、分析注射成型过程中快速充模和慢速充模各有什么利弊？ 9、注射机喷嘴有哪些类型？各适合何种聚合物材料加工？ 2021-8-2 10、注射制品中，聚合物分子取向结构有何特点？其结构对制品性能有哪些影响？请简述在注射成型中结晶性和非结晶性聚合物取向过程的差异性。 11、结合塑料的结构和性能对比讨论PS、PP、PA、PC的注射模塑特点。 1212、何谓注射成型，它有何特点？请用框图表示一个完整的注射成型工艺过程。 1313、聚合物的结晶度将如何影响注射制品的性能？对结晶度较高的材料，在注射工艺参数的选择中应该注意哪些问题？2021-8-2（1）注射螺杆注射螺杆和挤出螺杆能不能通用？为什么？主要作用：输送、压实、塑化和传递注射压力输送、压实、塑化和传递注射压力2021-8-24.2 注射过程原理2021-8-2 三、熔体在模腔中的充模流动 浇注系统 模腔 （主流道、分流道、浇口）2021-8-22021-8-2l选择原则：良好塑化，快速流动注射，不降解。 l温度范围： Tf（Tm） Td， 窄低料温，比Tf（Tm） 稍高；宽较高料温。 l料温分布：从料斗到喷嘴，由低到高，以利塑化。*料筒温度20