注塑成型技术 第一章

1、注塑成型技术注塑成型技术（工程技术人员）（工程技术人员）第一章第一章 注塑过程原理注塑过程原理1 概论2 塑化过程3 注射充模过程4 增密与保压过程5 倒流与冷却定型过程1 概论概论1、预塑计量过程 高分子物料在料筒中进行塑化的过程：把固体粒料或粉料经过 加热、压实、混合，从玻璃态转化成均化的粘流态。 均化：聚合物熔体温度均化、粘度均化、密度均化和组份均化。 重要特征：聚合物的热机性能，影响预塑过程的重要因素是热能输 入和转化条件。 三种输入方式： 1）外加热 2）内加热（剪切热和摩擦热） 3）前两种加热方式的组合 预塑时的能量平衡条件： Q总热=Q对流+Q传导+Q剪切+Q摩擦 预塑时影响聚合

2、物熔体塑化质量的因素： 1）工艺参数（T机筒、S螺杆、n螺杆、p背压、s计量）； 2）聚合物热物理性能和流变性能有关的参数。 塑化过程追求的主要指标是：塑化质量、计量精度和塑化能力。1 概论概论2、注射充模注射充模过程：把计量室中预塑好的熔体注入到模腔型腔中。两个阶段：注射阶段与保压阶段。3、冷却定型及过程冷却定型过程：从浇口“冻封”开始至制品脱模为止。特点：温度表现是主要的。研究注塑过程的目的：1）根据物料和制品调整好注塑工艺参数；2）控制好注塑制品质量。2 塑化过程塑化过程一、柱塞式塑化二、螺杆式塑化1、特点：第一阶段：短暂的挤出过程，螺杆旋转运 动后退直线运动；第二阶段：螺杆静止。油马达

3、油马达或或2 塑化过程塑化过程2、物料在螺槽中的变化与挤出机类似：聚合物在料筒中从后部（入料口）到前部（喷嘴处）由于热历程不同，也有三种状态。后部是玻璃态，前部是粘流态，中间是高弹态。与之对应的标准螺杆也分为三段：各段螺槽中物料状态不同。1）固体输送段（加料段）；2）压缩段（熔融段）；3）均化段（计量段）。螺槽展开模型 O1O2a1a2: 固体料区（区） b1b2-C1C2: 粘流态区（ 区）a1a2b1b2: 高弹态过渡区（ 区）2 塑化过程塑化过程3 3、物料在螺槽中的吸热过程：、物料在螺槽中的吸热过程：影响因素：影响因素：1 1）固体料区（）固体料区（o o1 1o o2 2aa1 1a

4、 a2 2）: :（1 1）传热过程：聚合物的导热性、热容量、密度、筒壁与物料）传热过程：聚合物的导热性、热容量、密度、筒壁与物料之间的温差、料筒温度（起重要作用）之间的温差、料筒温度（起重要作用）（2 2）剪切与摩擦过程：螺杆旋转时部分机械能转化为热能（粘）剪切与摩擦过程：螺杆旋转时部分机械能转化为热能（粘度对剪切速率或温度敏感性以及固体料对筒壁的摩擦系数），度对剪切速率或温度敏感性以及固体料对筒壁的摩擦系数），螺杆转速起重要作用螺杆转速起重要作用2 2）熔体料区（）熔体料区（b b1 1b b2 2cc1 1c c2 2）: :温升主要靠剪切功。温升主要靠剪切功。hDnW602-剪应力，-

5、剪切速率，-表观粘度D-螺杆直径，螺杆直径，h-槽深，槽深，n-螺杆转速。螺杆转速。2 塑化过程塑化过程3）熔融区熔融区： 由于注射螺杆预塑过程的间歇性和复合运动，使压缩段的熔融机理与连续旋转下的挤出机熔融机理有很大区别，主要表现在固体床的物理模型上。2 塑化过程塑化过程4）注射螺杆的一个螺槽与挤出螺杆的区别：）注射螺杆的一个螺槽与挤出螺杆的区别：挤出螺杆：挤出螺杆：工艺条件稳定，固体床的状态稳定；注射螺杆：注射螺杆：流场、温度场、密度场、应力场比挤出有更大的 不稳定性。2 塑化过程塑化过程5）注射螺杆塑化时产生较大轴向温差（工作不连续并有轴向移动）：实验曲线表明：实验曲线表明：螺杆预塑时，熔

6、体的轴向温差与螺杆行程、螺杆转速有关。2 塑化过程塑化过程4、固体输送过程：、固体输送过程：1）固体输送段的压力分布。）固体输送段的压力分布。 假设加料段的螺槽内被固体料充满形成均衡而密实的弹性固体塞，取一段固体塞做分离体，作用在这个固体塞上的外有： *螺棱推力面的法向反力（法向反力（P1），）， *料筒壁沿切线方向作用的摩擦（切线方向作用的摩擦（P2），）， *两螺棱侧面作用的摩擦力（摩擦力（P3），）， *在螺棱推力面法向分力引起的 摩擦力（摩擦力（P4），）， *螺杆底面作用的摩擦力（摩擦力（P5），）， *阻止固体塞运动的反压力（反压力（P6）。）。2 塑化过程塑化过程根据平衡条件:

7、Pz+Pn+Ps+Pp=0微分形式： dPz+dPn+dPs+dPp=0固体输送段的轴向压力分布函数：lWhWfhWfWfPPbsblsin)sin2(cosexp0sinWDW2 塑化过程塑化过程2）固体输送段的输送能力（从固体塞在螺槽的运动分析中得到）合成速度：轴向合成速度：固体输送段的输送能力：sbwVVVsinsinsinsin)sin(DnVbVwVVwe)cottan1 (cossin11DWhnWhVGeL=时，GL1=0，Vs=0；最大输送效率时，螺旋角 和输送角应满足下式：2 塑化过程塑化过程1940175 . 025. 01)90(2sincoscot2sin5 . 0co

8、smaxmax2则，常见之间的关系如右图，与时，达到最大等于当fsffffWhWfsbbss2 塑化过程塑化过程5、熔体的输送过程1）速度分布：NavierStokes运动方程可简化为：上式进行2次积分并对y采用边界条件后得Vz:)()()(tftpnGtMdZdPdyVdz122zpzdzVVdZdPyhyhyVV2202 塑化过程塑化过程*;不同时，速度分布不同当方向的速度分布：沿螺槽与aVVZVVzpzdzpzd2 塑化过程塑化过程2) 输送能力输送能力：当不考虑螺棱漏流时，计量段的熔体输送率GL3由正向流Gs和反向压力流决定，即：sincoscossincos)tan(1220303d

9、ldZDnVeDeDWdZdPWhWhVGbL式中：2 2 塑化过程塑化过程计量段熔体的总流率为：计量段最高输送能力要比固体输送段的最高输送能力低50左右。最大输送能力与最大背压之比：bhpsLPLDhhnDGGG32322312sin2cossin，2max1max3cos21LLGG时，当5 .464217DsSmax1max3LLGG流通系数。计量段阻力系数；KRKRhKLDhPGhbL112sin323maxmax32 塑化过程塑化过程计量段槽深对输送率和背压的影响：（1）Pb0，Gsfs(h)；（2）Pb=fb(1/h2);（3）Gp=fp(h3)3 注射充模过程注射充模过程一、注射

10、充模周期三个阶段： 特点：（1）注射充模流动阶段； 压力随时间变化的非线性函数（2）保压补缩流动阶段；（3）保压切换倒流阶段。3 注射充模过程注射充模过程二、熔体在喷嘴中的流动：二、熔体在喷嘴中的流动：1、喷嘴流道形式、喷嘴流道形式 2、喷嘴压力、喷嘴压力温度关系温度关系3 注射充模过程注射充模过程*喷嘴直径、注射压力与温度关系表：喷嘴直径、注射压力与温度关系表：3 注射充模过程注射充模过程 *不同剪切速率下的压力不同剪切速率下的压力-温度：温度：*压力压力温度关系温度关系 3 注射充模过程注射充模过程*喷嘴压力分布喷嘴压力分布 熔体在喷嘴的进口处要熔体在喷嘴的进口处要产生很大的压力降：产生很

11、大的压力降： P P =P Pe e+Pc+P Pw w 式中：式中： P Pe e 进口压力降进口压力降 P Pc c 粘性效应压力降粘性效应压力降 P Pw w 剩余压力剩余压力3 注射充模过程注射充模过程*HDPE在不同剪切速率下喷嘴进口处的压力：在不同剪切速率下喷嘴进口处的压力：3 注射充模过程注射充模过程*锥形流道喷嘴入口角与速度分布：锥形流道喷嘴入口角与速度分布：dDDDDDLPzPPDD3n121)1(21121*压力降：压力降：dDDDDDLPPPDDzn3112112121)(3 注射充模过程注射充模过程*直孔喷嘴：直孔喷嘴：D1=D2=D P1 P2 = Pzl L3 注射

12、充模过程注射充模过程*喷嘴流率及速度分布：喷嘴流率及速度分布：由于由于v、f f 、P P影响，影响， 提高料温，降低粘度；提高料温，降低粘度； 提高速度，减少温降；提高速度，减少温降； 补缩效果及质量。补缩效果及质量。 3 注射充模过程注射充模过程三、熔体在模腔中的流动三、熔体在模腔中的流动1、充模机理、充模机理充模时间：充模时间：tAtC； 充模过程：充模过程：3 注射充模过程注射充模过程充模过程中的扩展流与射流充模过程中的扩展流与射流3 注射充模过程注射充模过程熔体充模中的速度分布：熔体充模中的速度分布：3 注射充模过程注射充模过程充模时大分子的转向和拉伸取向：充模时大分子的转向和拉伸取

13、向：3 注射充模过程注射充模过程2、熔体在典型模腔中的流动、熔体在典型模腔中的流动 1）在圆形模腔中的流动）在圆形模腔中的流动 充模时的压力损失：充模时的压力损失：LPLPLPPLPdZdP01213 注射充模过程注射充模过程2）在扁形模腔的流动）在扁形模腔的流动 充模时的压力损失：充模时的压力损失： 1)()(2212211121 nxHHHHnLHPPPP3 注射充模过程注射充模过程3）在矩形模腔中流动）在矩形模腔中流动 流率表达式：流率表达式：pFLPWHQ1233 注射充模过程注射充模过程4）在圆盘形模腔中的流动）在圆盘形模腔中的流动熔体沿径向压力损失：熔体沿径向压力损失：式中：式中：

14、H 模腔深度；模腔深度； p p压力损失系数；压力损失系数； 平均剪切应力；平均剪切应力； P Pr r径向压力损失径向压力损失 HddPprP3 注射充模过程注射充模过程4、熔体实际流动长度的表示、熔体实际流动长度的表示1）在矩形模腔中的流动长度）在矩形模腔中的流动长度2）在圆柱形模腔的流动长度）在圆柱形模腔的流动长度3）在圆盘形模腔的流动长度）在圆盘形模腔的流动长度3 注射充模过程注射充模过程流动长度实验：流动长度实验：实验条件：实验条件： 模腔宽度模腔宽度20mm, 厚度厚度1、2、3mm， 模具温度模具温度80；3 注射充模过程注射充模过程4 增密与保压过程增密与保压过程一、增密过程（

15、压实过程）一、增密过程（压实过程） B点点C点，点， 压实最大压力：压实最大压力：)(1 /11KpeiKTtPP4 增密与保压过程增密与保压过程压实至保压切换：压实至保压切换：4 增密与保压过程增密与保压过程二、保压过程二、保压过程 C点点D点：点： 压力起主导作用，压力起主导作用， 流动起次要作用。流动起次要作用。保压阶段对模腔压力的影响因素：保压阶段对模腔压力的影响因素：1）保压压力及时间对模腔压力的影响；）保压压力及时间对模腔压力的影响；2）模腔压力与熔体温度之间的关系；）模腔压力与熔体温度之间的关系；3）模腔压力与模腔温度之间的关系；）模腔压力与模腔温度之间的关系；4）模腔压力与聚合

16、物结果之间的关系；）模腔压力与聚合物结果之间的关系；5）模腔压力与浇道系统之间的关系。）模腔压力与浇道系统之间的关系。4 增密与保压过程增密与保压过程w1）保压压力及时间对模腔压力的影响）保压压力及时间对模腔压力的影响 C点点D点：点：w保压时间对模腔压力的影响：保压时间对模腔压力的影响：4 增密与保压过程增密与保压过程 2）模腔压力与熔体温度之间的关系：）模腔压力与熔体温度之间的关系：4 增密与保压过程增密与保压过程3）模腔压力与模腔温度之间的关系：）模腔压力与模腔温度之间的关系：4 增密与保压过程增密与保压过程4）模腔压力与聚合物结果之间的关系：）模腔压力与聚合物结果之间的关系：4 增密与

17、保压过程增密与保压过程5）模腔压力与浇道系统之间的关系）模腔压力与浇道系统之间的关系（1）浇口形式与位置对模腔压力的影响：）浇口形式与位置对模腔压力的影响：4 增密与保压过程增密与保压过程（2）浇道长度对模腔压力的影响：）浇道长度对模腔压力的影响：4 增密与保压过程增密与保压过程（3）浇口面积对模腔压力的影响：）浇口面积对模腔压力的影响：4 增密与保压过程增密与保压过程（4）浇口长度对模腔压力的影响：）浇口长度对模腔压力的影响：4 增密与保压过程增密与保压过程6）模腔压力与熔体预压缩间的关系）模腔压力与熔体预压缩间的关系5 倒流与冷却定型过程倒流与冷却定型过程一、熔体的倒流一、熔体的倒流 保压

18、结束，螺杆后退，模腔中的熔体要发生倒流（保压结束，螺杆后退，模腔中的熔体要发生倒流（tDtE）。）。 倒流过程压力曲线由倒流时间倒流过程压力曲线由倒流时间tDtE决定的。封断点位置与保决定的。封断点位置与保压切换点压切换点D1D5有关：有关：保压切换越早，封断点压力越低。保压切换越早，封断点压力越低。5 倒流与冷却定型过程倒流与冷却定型过程二、熔体的冷却定型二、熔体的冷却定型 1、冷却时的模腔压力、冷却时的模腔压力 * 流道入口被封冻后，进入冷却阶段流道入口被封冻后，进入冷却阶段tEtF。 * 开模后制品中保持残余压力开模后制品中保持残余压力P5。模腔压力模腔压力温度循环曲线：温度循环曲线：5 倒流与冷却定型过程倒流与冷却定型过程2、熔体在模腔的冷却速度、熔体在模腔的冷却速度 凝固层温度按直线变化：凝固层温度按直线变化： 凝固层凝固速度：凝固层凝固速度： 凝固层厚度：凝固层厚度：hTTyTTbmb)(dtdhs)(22bmEscTTQth5 倒流与冷却定型过程倒流与冷却定型过程三、脱模过程三、脱模过程 在模腔压力在模腔压力-温度曲线上，温度曲线上，F点即为脱模点，这时保留的点即为脱模点，这时保留的模腔压力模腔压力PF（剩余压力），对应的脱模温度为（剩余压力），对应