第三章注射成型模板

1、1第第3章章 注射成型注射成型n掌握注塑过程，注塑工艺参数；理解注塑过程掌握注塑过程，注塑工艺参数；理解注塑过程中物料流动、传热、凝聚态和相形态发展变化；中物料流动、传热、凝聚态和相形态发展变化；基本会对通常聚合物注塑选取工艺条件；基本基本会对通常聚合物注塑选取工艺条件；基本会分析各种注塑条件变化对制品结构、表观、会分析各种注塑条件变化对制品结构、表观、性能等的影响；了解注塑原料的选择；了解注性能等的影响；了解注塑原料的选择；了解注塑制品应用领域和特点；了解注塑发展趋势和塑制品应用领域和特点；了解注塑发展趋势和研究进展。研究进展。23.1概述概述n什么是注射成型什么是注射成型?n注射成型是一种

2、注射兼模塑的成型方法，注射成型是一种注射兼模塑的成型方法，又称注塑成型。它是成型聚合物制品，又称注塑成型。它是成型聚合物制品，尤其是塑料制品的一种十分重要的方法。尤其是塑料制品的一种十分重要的方法。n注射成型的重要性：注射成型的重要性：n2030的通用塑料；的通用塑料；7080的的工程塑料制件是通过注射成型得到的。工程塑料制件是通过注射成型得到的。3注射成型过程注射成型过程 注射成型是将注射成型是将固态聚合物材料固态聚合物材料(粒料或粉料粒料或粉料)加热塑化成加热塑化成熔融状态熔融状态，在高压作用下，高速注，在高压作用下，高速注射进入模具中，赋予熔体模腔的形状，经射进入模具中，赋予熔体模腔的形

3、状，经冷却冷却(对于热塑性塑料对于热塑性塑料)、加热交联加热交联(对于热固性塑料对于热固性塑料)或或热压硫化热压硫化(对于橡胶对于橡胶)而使聚合物固化。然后而使聚合物固化。然后开启模具，取出制品。上述步骤为一次注射成开启模具，取出制品。上述步骤为一次注射成型过程。型过程。4注射成型工艺过程注射成型工艺过程5合模合模注射座前移喷嘴注射座前移喷嘴与模具流道接触与模具流道接触在压力的作用下，螺杆在压力的作用下，螺杆推动塑化的物料注射入推动塑化的物料注射入模具并保压模具并保压物料在模具中物料在模具中冷却冷却开模，开模，顶出制品顶出制品注射成型周期注射成型周期63.2注射机注射机n3.2.1注射机的组成

4、及分类注射机的组成及分类注射机的组成注射机的组成注射机的分类注射机的分类7注射机的组成：注射机的组成：主要包括塑化系统注射主要包括塑化系统注射系统（塑化系统）、合模系统、液压系统、系统（塑化系统）、合模系统、液压系统、电器控制系统。电器控制系统。8注射机的分类注射机的分类注射机的合模系统与注射系统相对位置划分。注射机的合模系统与注射系统相对位置划分。卧式注射机（合模系统与注射系统一线水平排卧式注射机（合模系统与注射系统一线水平排列）、立式注射机（一线垂直）、角式注射列）、立式注射机（一线垂直）、角式注射机（垂直排列）、多模注射机（多工位注射机（垂直排列）、多模注射机（多工位注射机）机）9101

5、13.2.2注射系统注射系统n注射系统的主要作用注射系统的主要作用塑化塑化注射注射保压保压主要包括柱塞式和螺杆预塑式主要包括柱塞式和螺杆预塑式12柱塞式柱塞式注射系统注射系统n柱塞式注射系统由加料装置、料筒、柱柱塞式注射系统由加料装置、料筒、柱塞、分流梭和喷嘴等部件组成，其具体塞、分流梭和喷嘴等部件组成，其具体结构如下图所示。结构如下图所示。13柱塞式注射系统的不足：柱塞式注射系统的不足：1）塑化不均匀）塑化不均匀:物料靠加热器通过热传导供物料靠加热器通过热传导供给热量来进行塑化，导致料筒内物料的温差给热量来进行塑化，导致料筒内物料的温差较大；较大；2）注射压力损耗大：注射压力消耗包括进）注射

6、压力损耗大：注射压力消耗包括进入模腔的阻力、压实物料、物料的前移、通入模腔的阻力、压实物料、物料的前移、通过分流梭所遇到的阻力上。易造成充模困难。过分流梭所遇到的阻力上。易造成充模困难。3）注射速度不均匀：必须先把料筒中未塑）注射速度不均匀：必须先把料筒中未塑化的物料压实，然后注射柱塞的移动速度才化的物料压实，然后注射柱塞的移动速度才能与熔体的注射速度达到一致。能与熔体的注射速度达到一致。小型的注射机上才使用柱塞式注射系统。小型的注射机上才使用柱塞式注射系统。14螺杆预塑式螺杆预塑式 应用最为广泛的一种形式。由加料装置、料应用最为广泛的一种形式。由加料装置、料筒、螺杆和喷嘴等部件组成。筒、螺杆

7、和喷嘴等部件组成。15螺杆一线式注射系统的特点是：螺杆一线式注射系统的特点是：l螺杆既起塑化物料的作用又具有注射物料螺杆既起塑化物料的作用又具有注射物料的柱塞功能（当螺杆转动并后退时，其主要的柱塞功能（当螺杆转动并后退时，其主要作用是将物料进一步塑化均匀并输送到螺杆作用是将物料进一步塑化均匀并输送到螺杆端部；当螺杆前移时，就像柱塞一样，快速端部；当螺杆前移时，就像柱塞一样，快速将熔料经过喷嘴注射入模腔中）。将熔料经过喷嘴注射入模腔中）。l注射系统的优点：结构紧凑，塑化物料效注射系统的优点：结构紧凑，塑化物料效率高，塑化均匀，注射压力损失小，对各种率高，塑化均匀，注射压力损失小，对各种物料注射的

8、适应性大。物料注射的适应性大。16注射系统的主要零部件：加料装置注射系统的主要零部件：加料装置（由料斗、加料计量装置及其它辅（由料斗、加料计量装置及其它辅助装置组成）、料筒、助装置组成）、料筒、柱塞与分流柱塞与分流梭、螺杆、喷嘴、加压和驱动装置梭、螺杆、喷嘴、加压和驱动装置组成。组成。17u料筒是物料的预热室，又是塑化室料筒是物料的预热室，又是塑化室u柱塞与分流梭柱塞与分流梭 分流梭是装在料筒前端内腔中形似鱼雷体分流梭是装在料筒前端内腔中形似鱼雷体的部件，其作用是使料筒内物料分流，加的部件，其作用是使料筒内物料分流，加大传热面积，减少物料层的厚度大传热面积，减少物料层的厚度u螺杆螺杆u长径比为

9、长径比为1518，压缩比，压缩比22.5； 加料加料段、压缩段和均化段三段长度约为螺杆全段、压缩段和均化段三段长度约为螺杆全长的长的50、25和和25；注射螺杆头部一；注射螺杆头部一般为尖头，目的是防止物料残存在料筒端般为尖头，目的是防止物料残存在料筒端部而引起物料降解、螺杆头部装上一个止部而引起物料降解、螺杆头部装上一个止逆环，从而防止物料回流。逆环，从而防止物料回流。1819u喷嘴喷嘴喷嘴是连接料筒和模具的过渡部件，主要作用：喷嘴是连接料筒和模具的过渡部件，主要作用：1)将熔料的压能转变为速度能，使熔料获得高速将熔料的压能转变为速度能，使熔料获得高速远射程；远射程；2)具有补缩作用，在压力

10、保持阶段，有少量的熔具有补缩作用，在压力保持阶段，有少量的熔料经喷嘴向模腔补缩料经喷嘴向模腔补缩;3)使物料受到较大的剪切作用，因而获得进一步使物料受到较大的剪切作用，因而获得进一步的塑化。的塑化。主要类型：直通式喷嘴；锁闭式喷嘴；特殊用途主要类型：直通式喷嘴；锁闭式喷嘴；特殊用途喷嘴喷嘴20喷嘴口的直径主要根据实践经验确定，对于喷嘴口的直径主要根据实践经验确定，对于高粘度熔料，喷嘴口的直径约为螺杆直径的高粘度熔料，喷嘴口的直径约为螺杆直径的1/10-1/15，对于中低粘度熔料，喷嘴口的直，对于中低粘度熔料，喷嘴口的直径约为螺杆直径的径约为螺杆直径的1/15-1/20，但要比主流道，但要比主流

11、道直径略小直径略小(约小约小0.51mm)。21加压和驱动装置加压和驱动装置供给柱塞或螺杆对物料施加的压力。使柱塞或螺杆供给柱塞或螺杆对物料施加的压力。使柱塞或螺杆在注射周期中发生的往复运动进行注射的设施，就是在注射周期中发生的往复运动进行注射的设施，就是加压装置，它的动力来源有液压力和机械力两种。大加压装置，它的动力来源有液压力和机械力两种。大多数采用液压力。多数采用液压力。使注射机螺杆转动而完成对物料预塑化的装置是驱使注射机螺杆转动而完成对物料预塑化的装置是驱动装置。常用的驱动装置有单速交流电机和液压马达动装置。常用的驱动装置有单速交流电机和液压马达两种。采用电动机驱动可保证转速的稳定性。

12、采用液两种。采用电动机驱动可保证转速的稳定性。采用液压马达驱动的优点有：压马达驱动的优点有：1)传动持性较软，启动惯性小。对螺杆过负载有保护传动持性较软，启动惯性小。对螺杆过负载有保护作用。作用。2)易平滑地实现螺杆转速的无级调速；易平滑地实现螺杆转速的无级调速；3)传功装置体积小，重量轻、结构简单等。传功装置体积小，重量轻、结构简单等。当前的发展趋势是采用液压马达驱动装置。当前的发展趋势是采用液压马达驱动装置。223.2.3注射机的合模系统注射机的合模系统 合模系统是注射机的一个重要组成部分，主要合模系统是注射机的一个重要组成部分，主要由导柱由导柱(又称拉杆又称拉杆)、定模板、动模板、调模装

13、、定模板、动模板、调模装置、顶出装置和传动装置等部件组成，主要作置、顶出装置和传动装置等部件组成，主要作用：用：n1）锁紧模具，提供足够的合模力和系统刚度，）锁紧模具，提供足够的合模力和系统刚度，保证注射时在熔料压力作用下，不致溢料；保证注射时在熔料压力作用下，不致溢料；n2）固定模具，有足够的安装模具的面积和开）固定模具，有足够的安装模具的面积和开合、取出制品的行程空间；合、取出制品的行程空间；n3）启闭模具，开模：先慢后快再慢；合模先）启闭模具，开模：先慢后快再慢；合模先快后慢。快后慢。23常见的合模系统的基本形式有三大类，常见的合模系统的基本形式有三大类，即液压式合模系统、液压一机械式合

14、模系即液压式合模系统、液压一机械式合模系统、机械式合模系统。统、机械式合模系统。液压合模系统液压合模系统24液压机械式合模系统液压机械式合模系统25机械式合模系统机械式合模系统263.2.4注射模具注射模具 注射模具的作用在于利用本身的特定形注射模具的作用在于利用本身的特定形状，赋予聚合物形状和尺寸，给予强度和性状，赋予聚合物形状和尺寸，给予强度和性能，使其成为有用的制品。模具主要由浇注能，使其成为有用的制品。模具主要由浇注系统、成型零件和结构零件三部分组成。其系统、成型零件和结构零件三部分组成。其中浇注系统和成型零件与聚合物直接接触，中浇注系统和成型零件与聚合物直接接触，是注射模具中最复杂、

15、变化最大、要求光洁是注射模具中最复杂、变化最大、要求光洁度和精度最高的部分。度和精度最高的部分。 27浇注系统是指聚合物从喷嘴进入型腔的流浇注系统是指聚合物从喷嘴进入型腔的流道部分，包括主流道、冷料井、分流道和道部分，包括主流道、冷料井、分流道和浇口等。浇口等。成型零件是指构成制品形状的各种零件，成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括阳模、阴模、型腔、型芯、成型杆以包括阳模、阴模、型腔、型芯、成型杆以及排气口等。典型的注射模具结构如下图及排气口等。典型的注射模具结构如下图所示。所示。282学时学时293.2.5 注射机的基本参数及其选择注射机的基本参数及其选择 注射机的主要性能参数有注射量、

16、注注射机的主要性能参数有注射量、注射压力、注射速率、塑化能力、合模力、射压力、注射速率、塑化能力、合模力、合模系统的基本尺寸等，这些参数是设计、合模系统的基本尺寸等，这些参数是设计、制造、购置和使用注射机的依据。制造、购置和使用注射机的依据。30注注射射量量定义定义指机器在对空注射条件下，螺指机器在对空注射条件下，螺杆做一次最大注射行程所能射杆做一次最大注射行程所能射出的最大注射量。出的最大注射量。表示方法表示方法以聚苯乙烯为标准（密度以聚苯乙烯为标准（密度1.05g/cm3），用注射出的熔），用注射出的熔料重量料重量g表示，加工其他物料表示，加工其他物料时，应进行密度换算。时，应进行密度换算

17、。以注射出熔料的容积（单位：以注射出熔料的容积（单位：cm3）表示。）表示。我国注射机标准系统规定注射量（我国注射机标准系统规定注射量（cm3）的规格）的规格为为30，60，125，250，350，500，1000，2000，3000，4000，6000，8000，12000，16000，24000，32000，48000，64000等等18种。种。310.7-0.90.7-0.92VDS理4理论注理论注射体积射体积螺杆外径螺杆外径螺杆最大螺杆最大注射行程注射行程VV理实iinGnVG实0.850.85inVV实0.85型腔个数型腔个数制品、浇注系统、制品、浇注系统、飞边总体积飞边总体积制品、

18、浇注系统、制品、浇注系统、飞边总重量飞边总重量制品密度制品密度32注注射射压压力力定义定义指注射过程中螺杆作用于其头部熔料上指注射过程中螺杆作用于其头部熔料上的单位面积的压力。的单位面积的压力。作用作用压力大小与流动阻力、制品的形状、塑压力大小与流动阻力、制品的形状、塑料的性能、塑化方式、塑化温度、模具料的性能、塑化方式、塑化温度、模具温度及对制品精度要求等因素有关。温度及对制品精度要求等因素有关。选用选用注射压力过高，制品可能产生飞边，脱注射压力过高，制品可能产生飞边，脱模困难，影响制品的光洁度，使制品产模困难，影响制品的光洁度，使制品产生较大内应力，甚至成为废品。生较大内应力，甚至成为废品

19、。注射压力过低，则易产生物料充不满模注射压力过低，则易产生物料充不满模腔，甚至根本不能成型等现象。腔，甚至根本不能成型等现象。331）注射压力）注射压力70MPa，用于加工流动性好的，用于加工流动性好的物料，且制品形状简单、壁厚较大；物料，且制品形状简单、壁厚较大；2）注射压力）注射压力70一一100MPa，用于加工物料粘度，用于加工物料粘度较低、形状精度要求一般的制品；较低、形状精度要求一般的制品；3） 注射压力注射压力100140MPa，用于加工中、高，用于加工中、高粘度的物料，且制品的形状、精度要求一般；粘度的物料，且制品的形状、精度要求一般；4）注射压力）注射压力140180MPa，用

20、于加工较高粘，用于加工较高粘度的物料，且制品壁薄、流程长、制品壁厚不度的物料，且制品壁薄、流程长、制品壁厚不均、精度要求较高。均、精度要求较高。注射压力的选取注射压力的选取34注注射射速速度度、注注射射速速率率、注注射射时时间间定义定义注射速度指注射时螺杆的移动速度；注射速度指注射时螺杆的移动速度；注射速率指注射过程中单位时间内从喷嘴注出熔体注射速率指注射过程中单位时间内从喷嘴注出熔体的容积；的容积；注射时间指完成一次最大注射行程所用的时间。注射时间指完成一次最大注射行程所用的时间。选用选用注射速率过低，制品易形成冷接缝，不易充满复杂注射速率过低，制品易形成冷接缝，不易充满复杂的模腔。的模腔。

21、注射速率过高，当物料高速流经喷嘴时，易产生大注射速率过高，当物料高速流经喷嘴时，易产生大量摩擦热，使物料产生热解和变色，模具中的空气量摩擦热，使物料产生热解和变色，模具中的空气由于被急剧压缩产生热量，在排气口处可能出现制由于被急剧压缩产生热量，在排气口处可能出现制品烧伤现象。品烧伤现象。注射速率一般依成型条件、模具结构、塑料性能、注射速率一般依成型条件、模具结构、塑料性能、制品形状、壁厚等确定。合理地提高注射速率，能制品形状、壁厚等确定。合理地提高注射速率，能缩短生产周期，减小制品的尺寸公差，能在较低的缩短生产周期，减小制品的尺寸公差，能在较低的模温下顺利地获得优良的制品。模温下顺利地获得优良

22、的制品。35注射速度注射速度(cm/s)、注射速率、注射速率(cm3s)、注射时间、注射时间(s) 注射时，熔料经喷嘴进入温度较低的模腔内、随着时注射时，熔料经喷嘴进入温度较低的模腔内、随着时间的延长，熔料的流动性逐渐减弱为确保熔料充满模腔，间的延长，熔料的流动性逐渐减弱为确保熔料充满模腔，就必须缩短注射时间。也就是提高注射速度或注射速率。就必须缩短注射时间。也就是提高注射速度或注射速率。 注射速度：指注射时，螺杆或柱塞移动速度，可用下注射速度：指注射时，螺杆或柱塞移动速度，可用下式表示：式表示：ZZSt注射速度注射速度注射行程注射行程注射时间注射时间36注射速率：指单位时间内熔料从喷嘴射出的

23、容量，可写为：注射速率：指单位时间内熔料从喷嘴射出的容量，可写为：注射时间：指螺杆或柱塞完成一次注射量所需的注射时间：指螺杆或柱塞完成一次注射量所需的时间。时间。24ZVVSqDtt实注射速率注射速率37塑塑化化能能力力定义定义指塑化装置在单位时间内所能塑化的物料指塑化装置在单位时间内所能塑化的物料量，由螺杆转速、传动功率、螺杆结构、量，由螺杆转速、传动功率、螺杆结构、物料性能等决定。物料性能等决定。应用应用塑化能力应与整个注射机的成型周期、注塑化能力应与整个注射机的成型周期、注射量相协调，才能保证在规定的时间内提射量相协调，才能保证在规定的时间内提供足够的均匀塑化熔料量。供足够的均匀塑化熔料

24、量。38合模力合模力 (kN) 合模力是指注射机合模机构对模具所施加合模力是指注射机合模机构对模具所施加的最大夹紧力。机器在注射时，熔料经料筒、的最大夹紧力。机器在注射时，熔料经料筒、喷嘴、模具的浇注系统后进入模腔，使注射压喷嘴、模具的浇注系统后进入模腔，使注射压力一部分损失在喷嘴和模具的浇注系统处。其力一部分损失在喷嘴和模具的浇注系统处。其余即为模腔内熔体压力、常称做模腔压力。若余即为模腔内熔体压力、常称做模腔压力。若使模具不被模腔压力所产生的胀模力顶开，就使模具不被模腔压力所产生的胀模力顶开，就必须施加足够的夹紧力，即合模力或称锁模力。必须施加足够的夹紧力，即合模力或称锁模力。390FK

25、P A锁模力，锁模力，kNkN安全系数，安全系数，1.11.11.21.2平均模腔压力，平均模腔压力，MPaMPa制品在分型面上的制品在分型面上的投影面积，投影面积，m2m2实践常采用流长比、制品壁厚来选取实践常采用流长比、制品壁厚来选取P0。流。流长比为熔料流经自浇注口到制品最边缘的极长比为熔料流经自浇注口到制品最边缘的极限流程与制品壁厚之比，其表达式为：限流程与制品壁厚之比，其表达式为：LiiL流长比熔料自浇口流经的极限长度制品厚度00PP0物料粘度系数P模腔压力4041合合模模装装置置基基本本尺尺寸寸决定了模具的安装尺寸，因而也决定了所能加决定了模具的安装尺寸，因而也决定了所能加工制品的

26、平面尺寸。工制品的平面尺寸。模板尺寸及拉杆间距模板尺寸及拉杆间距模板间的最大开距模板间的最大开距动模板行程动模板行程模具最小厚度与最大厚度模具最小厚度与最大厚度42合模系统的基本尺寸合模系统的基本尺寸 主要包括模板尺寸、拉杆间距、模板主要包括模板尺寸、拉杆间距、模板最大开距、动模板行程、模具最大厚度最大开距、动模板行程、模具最大厚度和最小厚度等。和最小厚度等。43模板最大开距和行程模板最大开距和行程 模板最大开距是动模开启时，动模板模板最大开距是动模开启时，动模板与定模板之间的最大距离。与定模板之间的最大距离。maxLSmaxLS最大模板开距动模板行程最大模具厚度44动模板行程动模板行程(mm

27、) 动模板行程是指动模板能够移动的最大值，动模板行程是指动模板能够移动的最大值，为了便于取出制品，一般动模板行程为为了便于取出制品，一般动模板行程为S2h。h成型制品的最大高度。成型制品的最大高度。模具最大厚度与最小厚度模具最大厚度与最小厚度(max，min) 模具的最大厚度和最小厚度是指动模板闭合模具的最大厚度和最小厚度是指动模板闭合后，达到规定合模力时，动模板与定模板之间所后，达到规定合模力时，动模板与定模板之间所达到的最大和最小距离，这两值之差就是调模机达到的最大和最小距离，这两值之差就是调模机构的调模行程。构的调模行程。45移移模模速速度度定义定义指动模板在开模、合模时的移指动模板在开

28、模、合模时的移动速度。动速度。速度速度为了提高机械效率，移模速度为了提高机械效率，移模速度越快越好。高速机一般在越快越好。高速机一般在4550m/min之间，最高速已接近之间，最高速已接近70m/min。在闭模接近最终位置和开模过在闭模接近最终位置和开模过程的始末位置时，都要求慢速程的始末位置时，都要求慢速移模。因此要求模板在整个行移模。因此要求模板在整个行程中速度可调，合模时从快到程中速度可调，合模时从快到慢，开模时从慢到快，再到慢，慢，开模时从慢到快，再到慢，慢速移模的速度一般在慢速移模的速度一般在0.243m/min范围内。范围内。46空空循循环环时时间间定义定义指不加料注射机转一个循环

29、所指不加料注射机转一个循环所需时间，它由合模、注射座前需时间，它由合模、注射座前进和后退、开模以及动作间的进和后退、开模以及动作间的切换时间组成。切换时间组成。意义意义此参数与制件的成型工艺无关，此参数与制件的成型工艺无关，是一个纯粹的设备参数，它表是一个纯粹的设备参数，它表征机器的综合性能，反映了注征机器的综合性能，反映了注射机机械结构的好坏、动作灵射机机械结构的好坏、动作灵敏度、液压及电气系统性能的敏度、液压及电气系统性能的优劣，也是衡量注射机生产能优劣，也是衡量注射机生产能力的指标。力的指标。1学时学时473.3注射成型过程分析注射成型过程分析 聚合物的注射模塑主要包括：聚合物的注射模塑

30、主要包括：塑化熔融、塑化熔融、注射充模，冷却定型三个基本过程。注射充模，冷却定型三个基本过程。因为这因为这些过程与制品质量、注射成型的生产效率、些过程与制品质量、注射成型的生产效率、被注射物料、工艺性能等因素有密切关系，被注射物料、工艺性能等因素有密切关系，而关于热塑性聚合物，这些过程主要体现在而关于热塑性聚合物，这些过程主要体现在所发生的各种物理变化上。因此，本节着重所发生的各种物理变化上。因此，本节着重讨论注射成型过程的物理变化及其影响因素。讨论注射成型过程的物理变化及其影响因素。483.3.1塑化过程塑化过程3.3.1.1物料在料筒内的塑化物料在料筒内的塑化 所谓塑化是指聚合物在料筒内经

31、加热由固所谓塑化是指聚合物在料筒内经加热由固态转化为熔融的流动状态并具有良好的可塑性态转化为熔融的流动状态并具有良好的可塑性的过程。塑化虽然是预备性的操作，但塑化质的过程。塑化虽然是预备性的操作，但塑化质量、塑化效率则对随后的操作过程、生产效率量、塑化效率则对随后的操作过程、生产效率以及制品质量有着极重要的影响。以及制品质量有着极重要的影响。 对于塑化过程的要求是：使物料完全熔融，对于塑化过程的要求是：使物料完全熔融，获得充分的混合，达到规定的成型温度，而且获得充分的混合，达到规定的成型温度，而且温度分布均匀，无过热分解现象发生。温度分布均匀，无过热分解现象发生。49熔体温度均一性程度常常是造

32、成注射制品质量熔体温度均一性程度常常是造成注射制品质量优劣的重要原因，因而它亦是注射装置塑化质优劣的重要原因，因而它亦是注射装置塑化质量的衡量标准。量的衡量标准。聚合物平均聚合物平均温度温度聚合物初始聚合物初始温度温度料筒温度料筒温度加热系数加热系数该值不应低于该值不应低于0.80.800awTTETT503.3.1.2 螺杆对物料的塑化的强化作用螺杆对物料的塑化的强化作用 对于粘流态物料在剪切力作用下，产生大对于粘流态物料在剪切力作用下，产生大量的热量。单位时间内，单位体积的熔体因剪量的热量。单位时间内，单位体积的熔体因剪切产生的热量切产生的热量Q可表示为：可表示为：简化计算，按牛顿流体处理

33、简化计算，按牛顿流体处理:剪切热可以用下式计算剪切热可以用下式计算:.Q .2.Q 51对于螺杆挤出机对于螺杆挤出机可以看出：聚合物熔体在螺槽内受剪切作用而可以看出：聚合物熔体在螺槽内受剪切作用而产生的热量与螺杆直径和转速的平方成正比，产生的热量与螺杆直径和转速的平方成正比，而与螺杆深度的平方成反比，而且熔体的粘度而与螺杆深度的平方成反比，而且熔体的粘度越高，在其他条件相同时所生成的热量越大。越高，在其他条件相同时所生成的热量越大。.60D nhmmDn螺杆直径，螺杆转速，转/分h螺槽深度，mm52由表由表35看出，为提高熔体温度，增加背压看出，为提高熔体温度，增加背压比提高螺杆转速更为有效，

34、但在高背压下塑比提高螺杆转速更为有效，但在高背压下塑于螺杆转动时的逆流和漏流流量增大、塑化于螺杆转动时的逆流和漏流流量增大、塑化时间延长，致使塑化效率下降。时间延长，致使塑化效率下降。转速/r/min背压/MPa熔体平均温度/塑化时间/s660240146635.72553312902401012935.725520表表3-5HDPE(MFR3.5g/10min)在在215 塑化时转塑化时转速、背压、熔体平均温度及塑化时间数据速、背压、熔体平均温度及塑化时间数据533.3.2注射过程注射过程3.3.2.1物料通过料筒的压力损失物料通过料筒的压力损失 1 对于柱塞式注射系统，压紧粒料的压力降损失

35、值对于柱塞式注射系统，压紧粒料的压力降损失值pg可用下式作近似计算：可用下式作近似计算：1401)fL Dgpep （01pDLf注射压力料筒内壁直径粒料区长度粒料与料筒的摩擦系数542 当柱塞连续将熔体向喷嘴方向推动时，熔料当柱塞连续将熔体向喷嘴方向推动时，熔料经过料筒的压力损失值可借用圆管中牛顿流经过料筒的压力损失值可借用圆管中牛顿流体的体积流率公式进行估算：体的体积流率公式进行估算：428LVpRqL248VLLqpR2VqRL熔体通过料筒的体积流率料筒内壁半径牛顿流体粘度流体流经料筒的长度gLppp料筒553.3.2.2熔体在喷嘴中的运动熔体在喷嘴中的运动注射速率一定时，注射速率一定时

36、，R，PL受两方面因素影响，受两方面因素影响， 1）R减小，公式中减小，公式中PL，2）R，剪切速率增大，温度增高，对于假塑性流，剪切速率增大，温度增高，对于假塑性流体体，PL。注射速率一定时，喷嘴长度增加，注射速率一定时，喷嘴长度增加， PL。此外，注射压力对温度有很大的影响。间接影响压此外，注射压力对温度有很大的影响。间接影响压力损失。力损失。喷嘴半径喷嘴半径248VLLqpR56注射压力对温注射压力对温度的影响度的影响图图3-26 聚苯乙烯在直径聚苯乙烯在直径1mm长长10mm的细孔喷嘴中的温度分布的细孔喷嘴中的温度分布压力：压力：a-73MPa b-77.5MPa c-100.5MPa

37、 d-115MPa1-离开喷嘴后离开喷嘴后 2-在喷嘴细孔中在喷嘴细孔中 3-在喷嘴细孔的入口附近在喷嘴细孔的入口附近 4-9沿喷嘴长沿喷嘴长度的不同点度的不同点 10 料筒头部料筒头部料筒料筒喷嘴喷嘴573.3.2.3 熔体在模腔中的充模流动分析熔体在模腔中的充模流动分析熔体在模具浇注系统内的流动熔体在模具浇注系统内的流动对于热流道和冷流道是不同的，热流道对于热流道和冷流道是不同的，热流道（保温，熔体温度下降很小）压力降与喷嘴（保温，熔体温度下降很小）压力降与喷嘴基本相同。对于冷流道则形成冷硬壳层，熔基本相同。对于冷流道则形成冷硬壳层，熔体流动半径下降，使得压力降增大。体流动半径下降，使得压

38、力降增大。熔体充模流动特点熔体充模流动特点起始阶段起始阶段过渡阶段过渡阶段主阶段主阶段熔体遇到障碍物时的充模流动熔体遇到障碍物时的充模流动58 由图由图327可以看出，随料流前缘运动特点的不同。可以看出，随料流前缘运动特点的不同。可将整个充模运动过程相对地分成三个典型阶段，即图可将整个充模运动过程相对地分成三个典型阶段，即图中中1为起始阶段，相当于熔体流的开始部分，熔体流前缘为起始阶段，相当于熔体流的开始部分，熔体流前缘呈圆弧形；呈圆弧形；2为过渡阶段，前缘从圆弧形逐渐过渡到直线为过渡阶段，前缘从圆弧形逐渐过渡到直线形；形；3为主阶段，相当于熔体主流，前缘呈直线移动，直为主阶段，相当于熔体主流

39、，前缘呈直线移动，直至充满模腔。至充满模腔。图图3-27 充模时熔体前缘变化的各阶段充模时熔体前缘变化的各阶段1-开始阶段开始阶段 2-过渡阶段过渡阶段 3-主阶段主阶段59熔体遇到障碍物时的充模流动熔体遇到障碍物时的充模流动图图 3-31 热塑性塑料熔体围绕不同形状的障碍物热塑性塑料熔体围绕不同形状的障碍物流动时速度流动时速度v的变化及熔体的流动情况的变化及熔体的流动情况（a）矩形）矩形 （b）圆柱形（）圆柱形（c）菱形）菱形金属镶嵌件的设计问题金属镶嵌件的设计问题60充模流动长度充模流动长度充模过程中凝固壳层的形成充模过程中凝固壳层的形成充模流动长度的影响因素充模流动长度的影响因素61熔体

40、在模具中的流动及凝固熔体在模具中的流动及凝固图图3-34 3-34 熔体流的速度分布熔体流的速度分布1-1-浇口浇口 2-2-熔体前缘熔体前缘 3-3-熔体流中的微元流动方向熔体流中的微元流动方向 4-4-聚合物的凝固层聚合物的凝固层62图图 3-35 螺旋线模试验模腔螺旋线模试验模腔63影响充模流动长度的因素影响充模流动长度的因素料筒温度，料筒温度，T ， ，P ，L模具温度，模具温度主要影响凝固层厚度，对模具温度，模具温度主要影响凝固层厚度，对熔体的充模流动长度影响不大熔体的充模流动长度影响不大注射压力，注射压力， P ， L注射速度，提高充模时的体积流速，能够增大注射速度，提高充模时的体

41、积流速，能够增大熔体在模腔内流动的动能，故可增加流动长度。熔体在模腔内流动的动能，故可增加流动长度。螺线槽横截面尺寸，其它工艺条件一定时，影螺线槽横截面尺寸，其它工艺条件一定时，影响较大，螺线槽横截面厚度、宽度响较大，螺线槽横截面厚度、宽度， L聚合物分子结构与性能，聚合物分子结构与性能，M， ， L 6465663.3.2.5充模过程模腔的压力变化充模过程模腔的压力变化OA段：聚合物从喷嘴流入模具浇口，段：聚合物从喷嘴流入模具浇口，柱塞前端及喷嘴处压力迅速上升，柱塞前端及喷嘴处压力迅速上升，A点为充模的开始点。点为充模的开始点。tA一一tB为充模时间，此时模腔被充满。为充模时间，此时模腔被充

42、满。tB一一tC：模腔充满之后，柱塞或螺杆模腔充满之后，柱塞或螺杆还要再注入一些熔体，在时间还要再注入一些熔体，在时间tB一一tC内，模内压力升至最高值。内，模内压力升至最高值。充充模模起起点点充充模模完完成成凝凝封封点点脱脱模模点点保保压压终终止止点点模腔模腔压力压力最高最高点点673.3.3 保压过程保压过程 需要维持一段时间，即需要维持一段时间，即tC一一tD ，在这期间柱塞，在这期间柱塞或螺杆对模腔内进行补料，以使由于聚合物充模后或螺杆对模腔内进行补料，以使由于聚合物充模后温度下降体积收缩而出现的空间能得以继续充满，温度下降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。

43、这熔体的这种流动称保压流动。这过程就是保压过过程就是保压过程。它持续到保压终止点程。它持续到保压终止点D为止。为止。68实验结果表明：聚苯乙烯注塑件保压时间实验结果表明：聚苯乙烯注塑件保压时间为为57秒时制品有缩孔，秒时制品有缩孔，917秒时，制品秒时，制品无缩孔。无缩孔。693.3.4倒流与冷却定型过程倒流与冷却定型过程3.3.4.1熔体的倒流（熔体的倒流（D点点-E点点) 保压阶段结束后压力撤除，螺杆开保压阶段结束后压力撤除，螺杆开始后退预塑，这时模腔中的熔体就要发始后退预塑，这时模腔中的熔体就要发生倒流。生倒流。DE阶段表示模腔压力的变化。阶段表示模腔压力的变化。倒流一直持续到浇口凝封点

44、倒流一直持续到浇口凝封点E为止。为止。70 3.3.4.2熔体的冷却定型熔体的冷却定型 从图从图346中曲线上的凝封点中曲线上的凝封点E到脱模点到脱模点F，这，这就是浇口凝固后的冷却时期，此时不会有熔体进就是浇口凝固后的冷却时期，此时不会有熔体进行补料，对于只有可压缩性的粘流态高聚物，其行补料，对于只有可压缩性的粘流态高聚物，其比体积比体积或密度或密度(1)、温度、温度T(用热力学温度用热力学温度K表示表示)和模腔压力和模腔压力P之间的关系可用修正的范德华方之间的关系可用修正的范德华方程表示程表示式中式中 p聚合物分子吸引力引起的内部压力；聚合物分子吸引力引起的内部压力；聚聚合物分子的比体积；

45、合物分子的比体积； M r聚合物分子结构单元的聚合物分子结构单元的相对分子质量；相对分子质量；R通用气体常数；其中通用气体常数；其中p ，M r是因高聚物不同而不同的常数。是因高聚物不同而不同的常数。()()rRppvvTM71冷却时，物料熔体的温度和压力都在下降，冷却时，物料熔体的温度和压力都在下降，只有温度降到玻璃化转变温度只有温度降到玻璃化转变温度Tg(或热变形或热变形温度温度)以下，压力下降到与大气压平衡以下，压力下降到与大气压平衡(即模即模内残余压力内残余压力PE0)时，才是制品脱模和抽芯时，才是制品脱模和抽芯的最佳条件。残余压力为零是冷却过程结的最佳条件。残余压力为零是冷却过程结束

46、的重要标志。由于聚合物在模腔内，其束的重要标志。由于聚合物在模腔内，其温度下降不可能低于模具温度温度下降不可能低于模具温度T。在制品。在制品冷却过程中，残余压力为零若出现在冷却冷却过程中，残余压力为零若出现在冷却过程的初期，则模腔内聚合物凝固层较薄，过程的初期，则模腔内聚合物凝固层较薄，无足够强度抵抗随后的内部冷却收缩而使无足够强度抵抗随后的内部冷却收缩而使之出现负压，制品表面将出现凹痕；若零之出现负压，制品表面将出现凹痕；若零压力在冷却过程的中期出现，则内部未凝压力在冷却过程的中期出现，则内部未凝熔体会在足够厚的外壳层拉应力作用下而熔体会在足够厚的外壳层拉应力作用下而产生缩孔；只有在冷却过程

47、后期残余压力产生缩孔；只有在冷却过程后期残余压力为零，制品内外部已凝固，才不致发生上为零，制品内外部已凝固，才不致发生上述的缺陷。述的缺陷。72 控制残余压力是很重要的，因为如果控制残余压力是很重要的，因为如果P PE E 过大，制品在过大，制品在开模后顶出时就会发生应力断裂或表面严重损伤。但如开模后顶出时就会发生应力断裂或表面严重损伤。但如果果P PE E过小，制品在有型芯的情况下，由于冷却收缩，就过小，制品在有型芯的情况下，由于冷却收缩，就会在型芯上产生收缩应力，当会在型芯上产生收缩应力，当P PE E 过小、收缩应力过大过小、收缩应力过大时，同样会造成脱模时制品断裂或严重刮伤。所以，残时

48、，同样会造成脱模时制品断裂或严重刮伤。所以，残余压力在制品服模时也有一个范围要求。由于制品脱模余压力在制品服模时也有一个范围要求。由于制品脱模时温度必须低于时温度必须低于TgTg；而模温又为；而模温又为T T，这样脱模温度范，这样脱模温度范围一定是围一定是TgTgTT之间。这样利用温度一压力关系可以之间。这样利用温度一压力关系可以确定开模条件：在图确定开模条件：在图3 34848中中P PE EP PE E ，TgTgTT围围成的方块区域，构成了较佳的脱模条件区域。成的方块区域，构成了较佳的脱模条件区域。73743.3.5注射成型过程中注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内应力聚合物的取向、结晶

49、与内应力 1 取向取向 取向的形成：取向的形成： 高分子链具有几何不对称性，在外力场的高分子链具有几何不对称性，在外力场的作用下（剪切和拉伸应力），高分子链沿外力场方向作有序作用下（剪切和拉伸应力），高分子链沿外力场方向作有序排列就形成分子链的取向。取向是一种非平衡态，一旦外力排列就形成分子链的取向。取向是一种非平衡态，一旦外力场除去，分子热运动将使有序排列的结构自发趋向无序化，场除去，分子热运动将使有序排列的结构自发趋向无序化，这个过程为解取向。高分子的取向分为链段取向和大分子链这个过程为解取向。高分子的取向分为链段取向和大分子链取向两种。一般来讲，在高弹态仅发生链段取向，在粘流态取向两种。

50、一般来讲，在高弹态仅发生链段取向，在粘流态就会发生大分子链取向。就会发生大分子链取向。75763.3.5注射成型过程中聚合物的取向、结晶注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内应力与内应力取向对性能的影响取向对性能的影响取向导致力学性能的各向异性，沿取向方向强度提高，取向导致力学性能的各向异性，沿取向方向强度提高，伸长率下降，而垂直于取向方向的性能与取向方向相反。伸长率下降，而垂直于取向方向的性能与取向方向相反。77影响制品取向的因素影响制品取向的因素l熔体温度熔体温度，取向度，取向度，解取向，解取向；l模具温度模具温度，取向，取向；l注射压力注射压力，剪切增加，取向度，剪切增加，取向度；l注射速

51、度，快速充模，制品表面高度取向，内部取向注射速度，快速充模，制品表面高度取向，内部取向较少；慢速充模表层冻结，中心部位熔体温度因与较少；慢速充模表层冻结，中心部位熔体温度因与Tg或或Tm的差值减小，导致解取向时间缩短，取向度的差值减小，导致解取向时间缩短，取向度。 总之，随着模具温度、制品厚度、充模时熔料的温度总之，随着模具温度、制品厚度、充模时熔料的温度的增加，分子取向有减弱的趋势；增加浇口长度、压力，的增加，分子取向有减弱的趋势；增加浇口长度、压力，分子取向程度也随之增加；分子取向程度与浇口设定的分子取向程度也随之增加；分子取向程度与浇口设定的位置和形状有很大关系，直浇口比点浇口更容易维持

52、取位置和形状有很大关系，直浇口比点浇口更容易维持取向效应。向效应。783.3.5注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内应注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内应力力2 注射成型中聚合物的结晶注射成型中聚合物的结晶结晶的形成结晶的形成 结晶性聚合物在冷却条件下，分子链作有序排列，形结晶性聚合物在冷却条件下，分子链作有序排列，形成晶体。晶核生长速度和晶粒生长速度（链断的重排能成晶体。晶核生长速度和晶粒生长速度（链断的重排能力）。温度力）。温度，晶核生长速度，晶核生长速度，有利于形成不完整的晶，有利于形成不完整的晶体；温度体；温度，链断的重排能力，链断的重排能力，晶粒生长速度，晶粒生长速度，有利于，有利

53、于形成完整的晶体。形成完整的晶体。79803.3.5注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内应注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内应力力2 注射成型中聚合物的结晶注射成型中聚合物的结晶影响制品结晶的因素影响制品结晶的因素温度和过冷度温度和过冷度结晶温度范围及原因结晶温度范围及原因 TTm，分子难以形成有序排列而无法结晶；而，分子难以形成有序排列而无法结晶；而 TTg，大分子链段运动被冻结，不易有序排列，也不，大分子链段运动被冻结，不易有序排列，也不容易结晶。所以，结晶的温度范围是在容易结晶。所以，结晶的温度范围是在Tg和和Tm之间。之间。81在在TgTm高温区高温区(接近于接近于Tm)，晶核不，晶

54、核不稳定，单位时间内成核数量少；而在稳定，单位时间内成核数量少；而在低温区低温区(接近于接近于Tg )自由能低，结晶时自由能低，结晶时间长，结晶速度慢。在间长，结晶速度慢。在Tm与与Tg 之间之间存在一个最高的结晶速度和相应的结存在一个最高的结晶速度和相应的结晶温度，如图晶温度，如图353所示。所示。822 注射成型中聚合物的结晶注射成型中聚合物的结晶过冷度过冷度 T=Tm-T；T，接触模具的聚合物迅速冷，接触模具的聚合物迅速冷却，结晶度低，中心部位结晶度仍较高，易形成却，结晶度低，中心部位结晶度仍较高，易形成“皮芯结构皮芯结构”；T很小，容易形成均匀的晶体；很小，容易形成均匀的晶体；T中等，

55、有利于皮层和中心部位的结晶。但在中等，有利于皮层和中心部位的结晶。但在考虑结晶的同时还应该考虑冷却时间的因素和脱考虑结晶的同时还应该考虑冷却时间的因素和脱模因素。模因素。832 注射成型中聚合物的结晶注射成型中聚合物的结晶熔体压力熔体压力 熔体压力提高，剪切作用增强，有利于结晶，原熔体压力提高，剪切作用增强，有利于结晶，原因在于：应力对聚合物结晶有诱导作用，应力会使因在于：应力对聚合物结晶有诱导作用，应力会使分子链沿受力方向取向，形成有序区，结晶度提高。分子链沿受力方向取向，形成有序区，结晶度提高。结晶度对性能的影响结晶度对性能的影响 结晶度结晶度，密度，密度；力学性能；力学性能；原因在于晶体

56、类似；原因在于晶体类似于交联点的作用，从而限制了聚合物分子链之间的于交联点的作用，从而限制了聚合物分子链之间的滑移，力学性能滑移，力学性能；结晶度；结晶度，耐热性能提高，耐热性能提高；结晶；结晶度度，耐化学溶剂性能提高，耐化学溶剂性能提高。843 注射成型制品的内应力注射成型制品的内应力内应力的种类：内应力的种类：体积温差应力、取向应力、结晶聚合物的内应力、体积温差应力、取向应力、结晶聚合物的内应力、金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力表层限制其收缩，受到表层限制其收缩，受到拉应力拉应力受内层的限制压应力受内层的限制压应力1）体积温差应力）体积温差应力 表层受到压应

57、力，内层受到拉表层受到压应力，内层受到拉应力应力收缩收缩852）取向应力）取向应力 非晶性聚合物，充模流动和保压过程中，由非晶性聚合物，充模流动和保压过程中，由于应力作用使高分子链取向，自发的解取向受到于应力作用使高分子链取向，自发的解取向受到熔体迅速冷却的阻碍。于是就形成了取向的内应熔体迅速冷却的阻碍。于是就形成了取向的内应力。力。 部分结晶的聚合物，当聚合物温度高于部分结晶的聚合物，当聚合物温度高于Tg时，时，非结晶相的分子链段可以进行运动。取向的分子非结晶相的分子链段可以进行运动。取向的分子链段则要自发地回复到无序的卷曲状态，解取向链段则要自发地回复到无序的卷曲状态，解取向过程受到结晶相

58、分子的限制，阻止拉伸链分子返过程受到结晶相分子的限制，阻止拉伸链分子返回，于是也形成了取向应力。回，于是也形成了取向应力。86结晶聚合物产生的内应力结晶聚合物产生的内应力 聚合物结晶过程是分子链的有序排列聚合物结晶过程是分子链的有序排列过程，结晶的使密度增大，体积减小，因过程，结晶的使密度增大，体积减小，因此结晶作用会引起聚合物收缩。如果这种此结晶作用会引起聚合物收缩。如果这种收缩受到限制，就会产生内应力。对结晶收缩受到限制，就会产生内应力。对结晶性制品还可能产生由于制品各部位结晶结性制品还可能产生由于制品各部位结晶结构和结晶度差异、冷却时收缩不均匀而产构和结晶度差异、冷却时收缩不均匀而产生的

59、内应力。生的内应力。 87由金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力由金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力 注射制品中如有金属嵌件，金属与聚合注射制品中如有金属嵌件，金属与聚合物的热膨胀系数相差较大，制品冷却过程中，物的热膨胀系数相差较大，制品冷却过程中，金属嵌件的收缩小，聚合物收缩大，至使嵌金属嵌件的收缩小，聚合物收缩大，至使嵌件受到压力，而包住嵌件部分的聚合物则受件受到压力，而包住嵌件部分的聚合物则受到拉伸应力。制品在模腔内顶出时受到弯曲到拉伸应力。制品在模腔内顶出时受到弯曲也可能产生内应力。也可能产生内应力。 由于不同的原因，形成了各种可能的内由于不同的原因，形成了各种可能的内应力，其中温度应力和取

60、向应力是最重要的应力，其中温度应力和取向应力是最重要的两种，它对制品的物理机械性能的影响最大两种，它对制品的物理机械性能的影响最大。883.3.5注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内应注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内应力力影响内应力的因素影响内应力的因素温度应力的影响因素、取向应力的影响因素温度应力的影响因素、取向应力的影响因素注射过程中，保压过程的补料注射过程中，保压过程的补料可以使表层材料受到拉应力，可以使表层材料受到拉应力，使得所受的压应力减小。增大使得所受的压应力减小。增大模内压力、延长保压时间是减模内压力、延长保压时间是减小温差应力的手段。小温差应力的手段。89取向应力产生的原因