注射成型基础

第四章注射成型1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.1概述注射模塑，注射成型，或注塑1/14/2023塑料成型工艺学注射成型工作循环周期合模开模顶出制品制品冷却和预塑化保压注射图3-2P2201/14/2023塑料成型工艺学注射成型

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。注射成型的特点1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.2注射机加热塑料，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1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.2.1注射机的组成和分类注射系统合模系统液压传动电器控制系统1/14/2023塑料成型工艺学注射成型外形特征不同

分类1/14/2023塑料成型工艺学注射成型按结构特点分类移动螺杆式注射机柱塞式注射机螺杆预塑化柱塞式注射机双阶柱塞式注射机分类1/14/2023塑料成型工艺学注射成型

注射机作一次最大注射行程时的注射量，以PS为标准，用g或cm3表示。注射机加工能力分类分类1/14/2023塑料成型工艺学注射成型

热塑性塑料通用型、热固性型发泡型排气型……

注射机用途分类分类1/14/2023塑料成型工艺学注射成型塑化——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——

4.2.2注射系统作用1/14/2023塑料成型工艺学注射成型一、两种类型的注射系统

柱塞式注射系统1/14/2023塑料成型工艺学注射成型螺杆式注射系统1/14/2023塑料成型工艺学注射成型二、注射系统主要零部件加料装置：锥形漏斗（容1～2h用料量）料筒：螺杆式2～3倍最大注射量；2-3段加热螺杆，或柱塞与分流梭

喷嘴：组成：1/14/2023塑料成型工艺学注射成型注射螺杆主要作用：

输送、压实、塑化和注射注射螺杆注射螺杆和挤出螺杆能不能通用？为什么？1/14/2023塑料成型工艺学注射成型喷嘴主要作用：P225喷嘴类别：1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.2.3合模系统

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。导柱（拉杆）固定模板移动模板调模装置顶出装置1/14/2023塑料成型工艺学注射成型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1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.2.4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1/14/2023塑料成型工艺学注射成型1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.2.5注射机的基本参数及其选择一、注射量（cm3、g）指注射机的最大注射量，反映注射机的加工能力，可作为机器的规格参数。当选择注射机时，首先应考虑注射量参数。P232二、注射压力（MPa）注射时，螺杆或柱塞端面施加于料筒中熔料单位面积上的压力。（由应克服的流动阻力决定）

正确选择注射压力有何意义？1/14/2023塑料成型工艺学注射成型三、注射速度（cm/s）、注射速率（cm3/s）、

注射时间（s）注射速度：注射时，螺杆或柱塞移动速度。注射速率：单位时间内，熔料从喷嘴射出的容量。注射时间：螺杆或柱塞完成一次注射量所需的时间。

均是描述熔体流动速度的参数。表3-1为什么注射速度的快慢，直接影响制品的质量和生产效率？1/14/2023塑料成型工艺学注射成型1/14/2023塑料成型工艺学注射成型四、塑化能力

1h内（单位时间）所能塑化物料的质量。在一个成型周期内，塑化量必须与注射量相平衡。1/14/2023塑料成型工艺学注射成型五、合模力

合模机构对模具所施加的最大夹持力。为注射机的规格参数

模腔内熔体压力——胀模力——合模力

1/14/2023塑料成型工艺学注射成型六、合模系统的基本尺寸p236模板尺寸（mm）模板的最大开距和行程动模板的行程模具最大厚度和最小厚度开合模速度1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.3注射过程分析1合模与锁紧；2注射；3保压；4制品冷却和预塑化;5开模顶出制品；1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.3.1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P2373、实施塑化方式：受热情况与剪切作用影响塑化过程．

1/14/2023塑料成型工艺学注射成型熔体温度均一性*加热效率E表征熔体温度均一性*E越高，对塑化有利，料筒中物料温度分布的均匀性趋好1/14/2023塑料成型工艺学注射成型二、螺杆强化了料筒内物料的塑化过程注射螺杆的作用：注射螺杆的结构：加料段、压缩段、均化段。在各段，螺杆转动时的机械功转变为热的机理各异。1/14/2023塑料成型工艺学注射成型

料温轴向分布1螺杆剪切强2螺杆剪切平缓3柱塞靠料筒料4柱塞靠中心料螺杆对塑化的强化作用，与螺杆转速有关1/14/2023塑料成型工艺学注射成型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？1/14/2023塑料成型工艺学注射成型非连续、非等温体系熔体流动历程：料筒喷嘴浇注系统模腔

4.3.2注射充模过程1/14/2023塑料成型工艺学注射成型一、物料通过料筒的压力损失*螺杆式：熔体磨擦阻力和喷嘴阻力柱塞式：

压实粒料压力损失+熔体流动压力损失1/14/2023塑料成型工艺学注射成型二、熔体在喷嘴中的运动喷嘴孔直径小，熔体通过时温度上升，且有温度分布。图3-26

1/14/2023塑料成型工艺学注射成型

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）流速、温度、压力复杂变化1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（1）熔体在浇注系统内流动热浇道：T＞Tf，温度变化与压力损失与经过喷嘴相似。冷浇道：T＜＜Tf，模壁形成不动壳层，浇口：

浇口↓，压力损失↑，γ↑，△T↑↑，焦烧、降解，不稳定流动流动阻力↑，压力损失↑，充模的模腔压力↓1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（2）熔体充模流动特点层流流动随料流前缘运动特点，分三阶段：图3-27起始阶段——圆弧形过渡阶段主阶段——直线移动1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（3）熔体遇到障碍物时的充模流动模腔带型芯或嵌件——图3-31熔接缝1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（4）充模流动长度获得完整制品A、充模过程中凝固壳层的形成

热塑性熔体充模伴随冷却降温，为非等温的流动过程。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。

极限流动长度≥制品长度时，熔体才能充满模腔。

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。1/14/2023塑料成型工艺学注射成型B、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↑。表3-6*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↓。1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（5）充模流动时，

模腔中压力变化OA段：螺杆前移，开始充模，螺杆喷嘴P↑

AB段：充模时间tA—tB，tB模腔充满，模腔P↑BC段：压实流动，螺杆继续前移，再挤入物料，tB—tC，模腔Pmax

CD段：保压时间tC—tD，螺杆几乎不动，T↓，ρ↑，DE段：浇口凝封，螺杆回撤，喷嘴P≈0，模腔P↓PE封口压力，倒流现象。

EF段：继续冷却，脱模，残余应力

压力、温度、时间关系1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.3.3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：tC—tD保压压力：或二次注射压力，指保压时模腔内的压力。例：PS注射制品P256，

1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.3.4

倒流与冷却定型过程一、熔体的倒流DE段，螺杆回撤，撤除保压压力，熔体将倒流。浇口基本凝封。二、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：T＜Tg，模内残余压力PE=0。

实际较佳脱模条件：T模~Tg；

残余压力有一定范围，如图3-48方框

最短冷却时间：估算，如公式3-27；

1/14/2023塑料成型工艺学注射成型1/14/2023塑料成型工艺学注射成型

一、取向充模过程中，聚合物流动取向，不同部位取向分布不同，如图3-51。*影响注射制品取向因素

充模、保压阶段取向，取向与解取向的综合结果。

总则：P262

4.3.5注射过程中聚合物的取向、结晶和内应力1/14/2023塑料成型工艺学注射成型二、注射成型聚合物结晶（1）影响充模结晶的因素*温度：结晶温度Tg~Tm，存在最高结晶速度Vmax

和最大结晶温度Tvmax

*过冷度（冷却速度）：熔体温度与模具温度之差。△T=Tm-Tφ

#缓慢冷却：Tφ≈Tvmax，△T小，均相成核，大球晶#快速冷却：Tφ＜＜Tg，△T很大，非等温结晶，来不及结晶，非晶结构

#中速冷却：

Tφ稍大于Tg，△T小，结晶完整，结构稳定。

模温控制在Tg~Tvmax，对制品成型有利。

1/14/2023塑料成型工艺学注射成型三、注射制品的内应力成型后，制品内部分子间仍然存在的应力。*内应力产生原因P265*影响内应力因素#温度应力：增大模内压力，延长保压压力，#取向应力：

用热处理方法降低或消除内应力。

1/14/2023塑料成型工艺学注射成型

4.4.1注射用聚合物

4.4注射成型工艺1/14/2023塑料成型工艺学注射成型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、稳定性较好，成型温度范围较宽Tw＝140～260℃、喷嘴温度＝170～190℃、P＝60～150MPa65～80℃热水，处理1～3h消除内应力PP吸水率很低、熔点流动性好Tm＝160～175℃Td＝350℃成型温度范围宽205～315℃Tw＝210～280℃、厚壁Tw＝200～230℃薄壁Tw＝280～300℃P＝70～120MPa后收缩PA吸水率大，干燥Tm＝200～290℃，熔体流动性大，热稳定性差，成型收缩率大PA熔化范围窄，高压缩比螺杆、螺杆头上装止逆环、自锁喷嘴，热油、液体石蜡或充氮炉100～120℃处理调湿处理PC很好的韧性和机械性能，耐环境应力开裂性差，缺口敏感性高，不宜带嵌件Tg=150℃,Tm=215~225℃Tw＝250～310℃P注塞＝100～160MPaP螺＝80～130MpaT模＝85～140℃热处理125～135℃1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.4.2热塑性塑料的注射成型工艺过程（１）粒料的预热与干燥（２）料筒的清洗（３）嵌件的预热（收缩率相差大，使收缩均匀，减少内应力）（４）脱模剂的选用一、成型前的准备1/14/2023塑料成型工艺学注射成型二、注射成型过程P270注射成型周期1/14/2023塑料成型工艺学注射成型三、制件后处理热处理P271调湿处理1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.4.3注射成型工艺参数的选择与制品质量控制一、注射成型工艺参数的选择塑化、流动、冷却T、P、t1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（一）温度

（1）料筒温度

影响成型工艺过程及制品质量

选择原则：良好塑化，快速流动注射，不降解。

温度范围：Tf（Tm）～Td

Tf（Tm）～Td窄，低料温，比Tf（Tm）稍高；宽，较高料温。

料温分布：从料斗到喷嘴，由低到高，以利塑化。一般柱塞注射机料温比螺杆式高10-20℃。1/14/2023塑料成型工艺学注射成型1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（2）喷嘴温度喷嘴温度略低于料筒最高温度，防止“流涎”。1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（3）模具温度#由冷却介质控制，保持恒定。#成型冷却作用一般T模＜Tg（T热变形）#无定形塑料：η↓（PS）T模↓η↑（PC）T模↑

结晶塑料：

中速冷却速度，

Tφ稍大于Tg，

Tg~Tvmax，质量↑，效率↑。1/14/2023塑料成型工艺学注射成型

（1）塑化压力（背压）（2）注射压力

P274（二）压力1/14/2023塑料成型工艺学注射成型

注射时间+冷却时间+其它时间生产效率（三）时间（注射成型周期）制品质量生产效率1/14/2023塑料成型工艺学注射成型二、制品质量控制因素分析内部性能（力学性能）、外观质量(1)注射制品力学性能的影响因素

力学性能↑（流动方向）取向T注射↓、T模↓P模腔↑、t保压↑浇口↑、薄制品

1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（2）注射制品力学性能各向异性P277

例：PS注射样品A、浇口在样条端部，熔体充模沿轴向方向流动。同一样品沿流动方向和垂直方向力学性能各向异性。B、两样条浇口位置不同，力学性能各向异性。1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（3）注射制品的熔接强度

熔接缝力学性能影响熔接强度因素：

*聚合物材料：结晶↑，熔接缝δ拉↓、δ冲↓*工艺条件：熔体温度↑，模温↑，注射压力↑，充模速度↑熔接强度↑1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（4）注射制品的收缩影响制品尺寸精度，收缩产生三阶段：

*保压阶段：在模具中，熔体温度↓，密度↑，体积↓。保压，补偿熔体收缩率↓保压压力↑保压时间↑*浇口凝固—制品脱模

*脱模——使用阶段模温↓，收缩率↓与制品脱模与环境温差，及热膨胀系数收缩率↓P模腔↑，T料筒↑1/14/2023塑料成型工艺学注射成型（5）表观质量表面缺陷的出现往往表明了注射工艺条件的不合理，或制品和模具结构有缺点。1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.4.4热固性塑料的注射成型

1/14/2023塑料成型工艺学注射成型一、热固性塑料注射成型的特点1、热固性塑料的特点：2、热固性塑料注射成型的特点：

（1）成型温度必须严格控制，满足流动、交联要求（2）塑料在料筒内停留的时间不能过长（3）注射机的合模部分应能满足放气的要求（4）注射压力和锁模压力高交联——T、P、t1/14/2023塑料成型工艺学注射成型二、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、压力下能充满模腔；粘度稳定，而流动性过大容易产生飞边或粘模。2、良好热稳定性在料筒温度加热下能塑化，但不会过早硬化。3、塑化温度范围要大4、高温下在膜腔内快速固化1/14/2023塑料成型工艺学注射成型三、热固性塑料注射成型过程及工艺条件塑化过程注射过程固化过程热固性塑料注射成型过程：P2851/14/2023塑料成型工艺学注射成型1、料筒温度、螺杆转速和背压1/14/2023塑料成型工艺学注射成型2、注射充模过程P287注射压力：注射速度：保压时间1/14/2023塑料成型工艺学注射成型3、固化过程模具温度固化时间1/14/2023塑料成型工艺学注射成型1/14/2023塑料成型工艺学注射成型四、热固性塑料注射机螺杆长径比、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。喷嘴用敞开式，料筒、喷嘴便于拆卸。注射机的锁模结构应满足放气操作的要求。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1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.5反应注射模塑

将两种或两种以上具有高化学活性的低相对分子量液体原料，在一定温度下，通过高压（14～20MPa）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、交联固化等反应，并形成制品的工艺过程。

具有混合效率高、节能、产品性能好、成本低等特点。表3-21应用：制备发泡制品、增强制品等

1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.5.1反应注射成型工艺流程和原料聚氨酯RIM工艺流程图

1/14/2023塑料成型工艺学注射成型对设备的要求：P297

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高效混合氨基甲酸乙酯（聚氨酯）尼龙6、苯乙烯类树脂环氧树脂不同原料反应注射成型工艺参数不同表3-231/14/2023塑料成型工艺学注射成型RIM成型设备蓄料系统计量和输送系统（液压系统）混合系统设备的组成两组分物料的贮存加热和计量撞击混合充模固化脱模1/14/2023塑料成型工艺学注射成型

RIM成型设备工作原理P2971/14/2023塑料成型工艺学注射成型聚氨酯的反应注塑（RIM）

增强反应注塑（RRIM）原料及配方：工艺条件：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1～4s生产周期32～120s1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.6结构发泡注塑结构发泡注射单组分双组分低压注塑高压注塑夹心注塑结构发泡材料特点：应用：1/14/2023塑料成型工艺学注射成型一、低压结构发泡注射模腔压力低；欠料注射75%~85%注射工艺：P305普通注射模腔压力：30~60MPa低压结构发泡：2~7MPa高压结构发泡：7~15MPa1/14/2023塑料成型工艺学注射成型二、高压结构发泡注射成型二次锁模保压装置1/14/2023塑料成型工艺学注射成型4.7共注射成型

用两个或两个以上注