塑料的注射成型

塑料专业知识分享

汽车塑料件的注射成型集团质量管理部楼晓敏第一页，共一百一十九页。一、概述

二、注射成型机

三、汽车用塑料件及模具的设计

四、汽车用塑料的构成与配料

五、汽车用塑料件的注射成型

六、注射成型汽车塑件的质量分析目录第二页，共一百一十九页。

汽车塑料件的成型汽车塑料件的成型方法多种多样，即便是一种塑料件也可以由几种成型方法制得；汽车塑料件的成型方法有：1.挤出成型：片状挤出压延成型异型材挤出成型【如车窗条】复合材料挤出成型。

第三页，共一百一十九页。2.注射成型：通用注射成型【吉利汽车大部分塑件】双层注射成型【新型注射工艺DL】气体辅助注射成型【新型注射工艺GAIM】反应注射成型3.吹塑成型：中空吹塑成型多层中空吹塑成型【如油箱】结构吹塑成型

第四页，共一百一十九页。4.模压成型：片状模压成型【SMC】

块状模压成型【BMS】

5.旋转成型：如搪塑成型

6.热成型：如吸塑成型

第五页，共一百一十九页。

我们吉利汽车上的塑料件大多以注射成型为主，本次知识分享着重讲注射成型。第六页，共一百一十九页。一．概述第七页，共一百一十九页。1.原理：

将置于加热筒内的塑料熔融塑化，用螺杆施压，使熔融塑料在压力下快速注入一适当温度的模具内，经冷却得到塑料制件的方法，叫注射成型。第八页，共一百一十九页。2.注射成型的优点：

【1】模塑周期短，生产率高；

【2】制件尺寸精度好；

【3】制件后加工量少；

【4】可以成型各种多形复杂的制件；第九页，共一百一十九页。3.注射成型的过程：

合模——注射——保压——预塑——冷却——开模——制件；【这个过程的时间，称为成型周期】第十页，共一百一十九页。二．注射成型机第十一页，共一百一十九页。【一】注射成型机的分类：

1.按塑化方式分类：【1】柱塞式

【2】螺杆式【3】其他

2.按外形特征分类：【1】立式

【2】角式

【3】卧式

【4】旋转式(通常按外形特征分类）第十二页，共一百一十九页。卧式注射机第十三页，共一百一十九页。立式注塑机

第十四页，共一百一十九页。旋转式注塑机

第十五页，共一百一十九页。【二】注射成型机的结构：

注射机通常由锁模系统、注射系统、液压和控制系统组成。1.锁模系统：

【1】启闭模具

【2】锁紧模具

【3】顶出制件第十六页，共一百一十九页。锁模系统注射系统液压系统控制系统第十七页，共一百一十九页。2.注射系统：

【1】注射【2】预塑【3】保压3.液压和控制系统：

【1】保证按预定的工艺条件；【2】准确地按动作程序工作；第十八页，共一百一十九页。三．汽车塑件及模具的设计第十九页，共一百一十九页。【一】塑件的结构：

塑件的结构除了满足使用的要求，还要符合模具的设计和制造以及成型工艺的要求，否则是不能成型；为了成型顺利，避免出现凹痕、气泡、翘曲及发脆等制品缺陷，设计时应注意以下几点。第二十页，共一百一十九页。

汽车用塑料件第二十一页，共一百一十九页。1.制品的壁厚：

制品的壁厚一般为0.6—3.5毫米，常用为1.8—2.5毫米，壁厚低于0.33毫米时，由于取向作用导致的纵向裂纹，使制品丧失实用性。壁厚应均匀，若壁厚必须不同时，其不均匀度应在50%以下；壁厚应避免急剧变化，变化斜度宜小于45°，或者用大的圆弧过渡。带有圆板结构的制品宜从中心向外圆逐渐增加壁厚；而设计长方形的侧壁时，

则宜逐渐向中心部位增加壁厚，以利于减小制品的翘曲及弯曲变形。第二十二页，共一百一十九页。2.熔体流程比:

表示溶体在流道、浇口、型腔内流动的距离L与相应的壁厚t之比，L/t随原料、模具及成型工艺而变化，当注射压力为70—120兆帕时，聚丙烯的L/t值约为200—280。3.加强筋：当需用加强筋时，设与筋相连的基壁厚度为T，则选用的筋宽≤0.25—0.5T，筋高≤1.5T，筋的斜度为2°，筋与基壁的过渡圆半径为0.125T或取为0.3—0.5毫米；采用多条筋时，筋间距离为4T，筋与筋、筋与边壁要避免采用垂直连接的封闭式结构。第二十三页，共一百一十九页。4．圆角：

壁厚为t的两壁直交，宜选用外圆角R≥1.5t，内圆角R≥0.25t，并且R≥0.5毫米；边缘位置的圆角R≥0.4毫米。5.孔：

直径为d的孔，则宜选用闭孔的深度≤2d，通孔的深度≤4d，孔壁厚度≥d，并且＞0.8毫米，孔中心距≥2d，孔壁和边壁的间距＞d。【螺纹、标志、嵌件等不一一论述】第二十四页，共一百一十九页。【二】模具的结构：

注射模具结构是由注塑机的形式和塑件的复杂程度等因素决定的，但不管其复杂程度如何，大多均可分为动模和定模这两大部分；注射时动模和定模闭合，构成型腔系统和浇注系统，开模时，动、定模分离，塑件脱出。注射模具的各部件的作用，大致如下：第二十五页，共一百一十九页。汽车保险杠模具阳模阴模第二十六页，共一百一十九页。型腔系统：型腔是直接成型塑件部分，由阳模【构成塑件内部形状】，阴模【构成塑件外部形状】等联合构成。2.浇注系统：熔融塑料自注塑成型机喷嘴出口到进入型腔所经的称为浇注系统；包括主流道、分流道、浇口和冷料井等；为了保证熔融塑料按工艺要求顺利充满型腔，避免主流道内熔料紊流而混入气泡，并保持熔体温度，使压力损失较小和便于脱膜，注射模具的主流道宜为圆形截面，斜度2—6°，冷料井第二十七页，共一百一十九页。

的截面积要比主流道稍大，而主流道截面积要比分流道稍大。为减少熔体的热量和压力损失，有利于熔体流向转变和流量分配，分流道截面应选用圆形、U形或梯形，不同制品其分流道的大小应满足传压良好及充填合理的需要。其中以侧浇口、点浇口和直接浇口最为普遍。选择浇口的形状及尺寸应考虑不同制品在注射过程中的熔体流动及保压结束时，控制型腔物料倒流和脱膜后便于除去浇口等因素。浇口设在制品的非主要受力位置有利于提高制品强度，设在厚壁或筋的附近能减少凹痕和气泡的发生。第二十八页，共一百一十九页。3.导向、分型抽芯：

为确保动模和定模平稳合模的导向部件；在带有外测凹槽或侧孔的塑件，被顶出以前必须先进行分型，拔出侧向凸模或先抽出侧型芯，然后才能脱出塑件。4.顶出系统：

在开模过程中，将塑件从模具中顶出的装置。第二十九页，共一百一十九页。汽车保险杠模具导柱冷却系统第三十页，共一百一十九页。5.排气系统：

为了在注射过程中能使熔融塑料顺利地把型腔内的空气排出，在分型面处所开设的排气槽。6.冷却、加热系统：

为了满足注射工艺对模具温度的要求，模具应设有冷却或加热系统。第三十一页，共一百一十九页。【三】模具的强度计算与选材【略】【四】塑件收缩与公差：1.收缩：塑料在注射成型后发生收缩是塑料的固有特性；收缩量通常以室温下，模具和塑件直线尺寸之差与塑件直线尺寸的比值表示【mm/mm】。这一数值用百分率表示即注塑收缩率。通常模具设计采用线收缩率，【收缩率=(L-L0)/L0】第三十二页，共一百一十九页。

大家都知道改性PP的收缩率0.9—1.2%；ABS的收缩率0.4—0.6%；如果在同一模具、同一设备、同一工艺条件下，改性PP的塑料随着加入辅料的种类、数量的不同；ABS也随着产地、牌号的不同，其收缩率也相应发生变化，这对汽车大型塑件影响非同小可，【塑件的挺括度、饱满度、感观度、装配精度】，因此稳定改性PP的配方、ABS的相同产地、牌号，有着非常重要的意义。

第三十三页，共一百一十九页。2.公差：

影响塑件公差的因素很多，归纳起来有几条；【1】模具精度的影响：模具设计、模具类型、模具制造。【2】塑料收缩波动的影响：材料的特性、成型的工艺条件。【3】塑件在贮存过程尺寸的变化。第三十四页，共一百一十九页。四．汽车用塑料的构成与配料

第三十五页，共一百一十九页。

注射成型汽车用的塑料种类颇多；有通用PP、PE、增强PP、ABS、PA、改性PP、PC/ABS、PVC、等等。【一】塑料配方的设计要求及配方的计量方法：

1.塑料配方的设计要求：

作为注射成型的物料，应能满足起码几点要求：第三十六页，共一百一十九页。【1】热稳定性好；【2】流动性好；【3】收缩率低；【4】脱模方便；【5】物化性能满足使用要求。第三十七页，共一百一十九页。2.塑料配方的计量方法：【1】质量份数表示法：这是一种最常见的塑料配方计量方法。它以配方中主体成分树脂的加入量为基准【100质量份】，配方中其他组分以树脂的含量为对照物，用其占树脂的质量百分比来表示。举以PVC配方为例：【PVC100；DOP40；3PbO、2PbO5；BaSt1.5；PbSt0.5；HSt1；】第三十八页，共一百一十九页。

【2】质量百分数表示法：塑料配方的质量百分比表示法也比较常用；它将整个配方各组分的总质量定为100份，其中各组分总质量为对照物，用其占总质量的百分比表示其加入量。举以PVC配方为例：【PVC67.5%；DOP27%；3PbO、2PbO3.4%；BaSt1%；PbSt0.3%；HSt0.8%；】【3】此外还有，质量、体积混合表示法、直接质量表示法、质量比例表示法等。

【不一一介绍】第三十九页，共一百一十九页。【二】塑料的组分：1.汽车用的塑料组分：塑料由树脂、助剂构成，具体地由：树脂、稳定剂、增塑剂、润滑剂、改性剂、填充剂、着色剂等组成。2.塑料助剂分述：

塑料助剂是指那些为改善它的加工特性和使用性能而分布于聚合物中，对聚合物分子结构又无明显影响的物质。塑料助剂又常称添加剂。大家知道影响塑料制品质量的三大要素是树脂、助剂、加工，可见助剂对塑料加工和应用起着举足轻重的作用。第四十页，共一百一十九页。塑料助剂分为三大类：

【A】稳定剂【热稳定剂、氧稳定剂、光稳定剂、】【B】加工助剂【润滑剂、脱模剂、加工改性剂】【C】功能性助剂【改善物理力学性能】、【柔软化和轻量化】、【表面和外观改性】、【阻燃和抗静电剂】、【净化环境】。第四十一页，共一百一十九页。【1】稳定剂：

塑料在成型、储存和使用过程中，由于内外因素的综合作用，塑料物理力学性能渐渐变坏，以致丧失使用价值。内因主要指聚合物本身的化学结构和物理结构，外因主要指外界的环境因素【光、热、氧、生物等】。a．氧稳定剂【抗氧剂】：能限制或延缓塑料自动氧化反应速度的物质；如抗氧剂BHT264；1076；1010；CA；TBDP；TNP；等。第四十二页，共一百一十九页。b．光稳定剂【紫外线吸收剂】：能吸收紫外线波长290—400nm的物质；如UV—327；UV—513；UV—9；LS—770；三嗪类等。c．热稳定剂：能改善聚合物热稳定性而不被热所分解的物质；【主要用在PVC、及其共聚物】；如BaSt、CaSt、3PbO、2PbO、有机锡、复合热稳定剂等。e．防生物剂：用来防止塑料被鼠、白蚁、霉变的物质；如R—55、PCP等。第四十三页，共一百一十九页。【2】增塑剂：

能够增加聚合物塑性、改善加工性、赋予制品柔软性的物质；如DOP、DBP、DOS、TOTM、樟脑等。【3】填充剂：

在不影响塑料质量的情况下能降低成本，同时又赋予塑料各种优良性能；如提高塑料电绝缘性、耐高温性、刚性、拉伸强度、尺寸稳定性等。常用有碳酸钙、陶土、石英粉、滑石粉、木粉、玻璃纤维等。第四十四页，共一百一十九页。【4】着色剂：

可分为有机着色剂和无机着色剂；有机着色剂，着色力强，色泽鲜艳，耐热、耐光性差；无机着色剂，耐热、耐光性好，价格便宜，但着色力、鲜艳度不及有机着色剂。【5】润滑剂：

为了能改进塑料加工成型时的流动性和脱模性的物质；如石蜡、硬脂酸、油酸酰胺、硅油、PE蜡等。第四十五页，共一百一十九页。【6】增韧剂：能改善塑料的柔韧性、耐折性、回弹性、耐寒性，提高塑料冲击强度的物质；主要有橡胶类和树脂类；橡胶类：EPDM、NBR、EPR等。树脂类：SBS、EVA、CPE、SEBS、等。【7】其他：偶联剂、抗静电剂、发泡剂、交联剂、阻燃剂等。第四十六页，共一百一十九页。【三】常用配方举例：

1.汽车改性PP专用料：

【1】汽车保险杠改性PP专用料的配比与性能：第四十七页，共一百一十九页。

表一名称数量PP100增韧剂25——30滑石粉20——25润滑剂0.5——1.0抗氧剂0.20——0.3紫外线吸收剂0.1——0.15着色剂、相容剂适量第四十八页，共一百一十九页。表二试验项目性能指标熔融指数16收缩率%1.04拉伸强度/Mpa21断裂伸长率%520弯曲强度/Mpa23弯曲弹性模量/Mpa1320缺口冲击强度42第四十九页，共一百一十九页。附：丰田汽车用纳米PP保险杠料：TSOP—1【丰田超级烯烃聚合物—1】配比

名称数量PP60EPR30纳米TD10其他适量第五十页，共一百一十九页。附：丰田汽车用纳米PP保险杠料：TSOP—1【丰田超级烯烃聚合物—1】性能试验项目性能指标熔融指数18弯曲弹性模量/Mpa1500断裂伸长率%>500线膨胀系数6.5冲击强度>500热变形温度°C120低温脆化°C—40洛氏硬度65第五十一页，共一百一十九页。【2】汽车仪表板改性PP专用料的配比与性能：

表三名称数量PP100增韧剂20——25滑石粉32——40润滑剂0.8——1.3抗氧剂0.15——0.22紫外线吸收剂0.06——0.1着色剂、相容剂适量第五十二页，共一百一十九页。表四试验项目性能指标熔融指数11收缩率%1.14拉伸强度/Mpa23断裂伸长率%85弯曲强度/Mpa47弯曲弹性模量/Mpa2410缺口冲击强度22第五十三页，共一百一十九页。【3】汽车门内饰板改性PP专用料的配比与性能：

表五名称数量PP100增韧剂5——12滑石粉15——20润滑剂0.5——1.0抗氧剂0.1——0.15紫外线吸收剂0.06——0.1着色剂、相容剂适量第五十四页，共一百一十九页。表六试验项目性能指标熔融指数19收缩率%0.98拉伸强度/Mpa28断裂伸长率%120弯曲强度/Mpa42弯曲弹性模量/Mpa2200缺口冲击强度14第五十五页，共一百一十九页。【4】汽车风扇改性PP专用料的配比与性能：

表七名称数量PP100复合增韧剂20——25复合增强剂10——20润滑剂0.3——0.5复合抗氧剂0.1——0.15紫外线吸收剂0.03——0.05着色剂、相容剂、适量第五十六页，共一百一十九页。表八试验项目性能指标日本性能指标熔融指数2.13>2.0拉伸强度/Mpa24.7>20断裂伸长率%48>30弯曲强度/Mpa36.5>35弯曲弹性模量/Mpa3020>3000缺口冲击强度23°C97.8>130热变形温度（0.46Mpa）°C108>110第五十七页，共一百一十九页。2.汽车的发动机线束的PVC电线料：

表九名称数量PVC100增塑剂30——45热稳定剂5——8碳酸钙或陶土10——15内外润滑剂0.8——1.5着色剂等适量第五十八页，共一百一十九页。表十试验项目性能指标氧指数%31.8单位质量烟密度14.5g体积电阻率5.9*10热老化质量损失<22.7g/㎡耐热性>105°C热老化后拉伸强度/Mpa（135°C168h）20.7第五十九页，共一百一十九页。3.汽车配件用PC/ABS合金：

表十一名称数量PC54ABS36相容剂6刚性粒子、抗氧剂、紫外线吸收剂4第六十页，共一百一十九页。表十二试验项目性能指标拉伸强度/Mpa64断裂伸长率%60弯曲强度/Mpa109弯曲弹性模量/Mpa3080缺口冲击强度23°C266注：以上塑料配比及性能仅供参考。要经可靠性试验后，方可使用。第六十一页，共一百一十九页。车门塑料内饰件，经冷热交变试验（+90°~-30°），表面出油，发粘。表面出油发粘第六十二页，共一百一十九页。机盖启动手柄，原先用ABS材料，不断裂；现改成PP材料后，出现破裂。改成PP后断裂ABS材料第六十三页，共一百一十九页。五．汽车用塑料件的注射成型【一】汽车用改性PP类塑件的注射成型：

汽车用改性PP塑件是指，用改性PP为材料的汽车保险杠、仪表板、仪表板及中部面板、车门内板等。

第六十四页，共一百一十九页。【一】汽车用改性PP类塑件的注射成型：

汽车用改性PP塑件是指，用改性PP为材料的汽车保险杠、仪表板、仪表板及中部面板、车门内板等。1.理想的汽车用改性PP料物化特性：【1】无毒、无味、无臭、环保型的。【2】吸水性很低，染色性好。【3】成型温度范围较宽，熔体流动性好；加工容易。【4】抗氧化能力强，耐候性能好。第六十五页，共一百一十九页。【5】具有良好的拉伸强度、刚性、硬度、耐热性和低温冲击性能。【6】收缩率低，尺寸稳定性好，蠕变性小。【7】化学性稳定，抗腐蚀性好。【8】能满足汽车各种的可靠性要求。【9】当注射浇口料掺入量大于10%以上时，也不会降低塑件物化性能。第六十六页，共一百一十九页。

2.工艺条件：【1】、影响塑件质量的因素：

在汽车用改性PP类塑件的注射成型过程中，影响塑件质量的主要因素是：改性PP粒料中水份、设备的参数、注射温度、注射压力、注射速度、模具温度。a．粒料中的水份：如果粒料中含有水份，则塑件表面就会缺乏光泽并产生银纹，从而降低塑件的物化性能。为此，粒料应在成型前先进行干燥处理，干燥温度为80℃，时间为2—3h。第六十七页，共一百一十九页。b．注射温度：众所周知，当改性PP熔融的粘度较低时成型容易。从原料流动性、制品及模具结构和注射机类型等方面考虑，在需要注射压力和注射速度较少时，可以选择较低的注射温度。一般料筒温度控制在210—

280℃，喷嘴温度一般比料筒温度低10—30℃。当成型薄壁、复杂制品时，料筒温度可提高到280—300℃；制品较厚时，料筒温度应降低至200—230℃，以防止熔料在料筒内停留时间过长而分解；料筒温度过低，大分子取向程度增加，制品易产生翘曲变形。第六十八页，共一百一十九页。c．模具温度：应根据制品厚薄及性能要求而定，改性PP的结晶能力较强，提高模具温度有助于制品结晶度的增加，生产上常将模具温度调节在70—90℃这不仅有利于制品，而且也有利于熔体注射及大分子松驰，减少分子的取向作用，从而降低制品的内应力，减少缺料、气泡等缺陷。模温高低直接影响到熔体在模具内的冷却速度。模具温度高时，结晶缓慢；反之，模具温度低，熔体冷却快，浇口过早冷凝，不仅结晶度低，密度小，而且制品内应力较大，甚至引起充模不满和制品缺料的现象，还会发生后变形，影响制品尺寸形状精度及内在质量。第六十九页，共一百一十九页。d．注射压力：在注射充模时，通过提高注射压力或注射速度来增大熔体的流动性比通过提高温度更有效。一般注射压力控制在68—118兆帕；若喷嘴和模具浇注系统截面较小，制品的壁薄，转角多和形状复杂时，要求注射压力和注射速度大，具体数值以试模时制品不缺料、溢料以及不产生凹痕和气泡为准。

第七十页，共一百一十九页。e．背压：背压是在螺杆转动后退时，由液压系统在后部所给的压力。背压高时，螺杆送人的物料受到较大的摩擦而产生较多的热量，致使物料塑化均匀，如果摩擦而产生的热量过大，容易使物料发生分解，因此背压应控制在0.5—1.5兆帕为宜。f．注射速度与螺杆转速：注射速度是物料冲模的速度，它和注射压力与注射油泵的流量有关。螺杆转速就是预塑时间，螺杆转速大时，容易产生过热，因此螺杆转速应控制在50—120转/分。第七十一页，共一百一十九页。【2】、通常改性PP注射成型的工艺参数，供参考。

改性PP注射成型工艺条件工艺条件螺杆式料筒温度（℃）

后段中段前段喷嘴

170~250190~260200~270180~260

模具温度（℃）

20~100注射压力（MPa）预塑压力（MPa）螺杆转速（r/min）注射时间（S）成型周期（S）

50~1500~1750~1205~3020~90

第七十二页，共一百一十九页。3.塑件缺陷及解决办法：【1】收缩性异常：制品的收缩率大小随制品的壁厚、形状、成型条件及原料性质而变化。收缩性异常有两种：一种是制品收缩率偏大或纵（熔体流动方向）横向的收缩率差异大。减少收缩率的措施是延长注射时间、增加注射压力和降低模具温度。此外，改性PP的熔体流动速率增加，制品收缩率减小；制品壁厚增加收缩率增大。浇口截面减小到一定程度后收缩率也会急剧增大。制品纵横向收缩率差异也会随冷却时间的延长而下降。

第七十三页，共一百一十九页。另一种收缩性异常是后收缩，即制品脱模后在室温放置，由于结晶继续进行，使制品仍在收缩。后收缩量随制品的厚度而变，壁越厚，则后收缩越大。后收缩总量的90%一般在制品脱模后6小时内完成，剩余的10%均发生在随后的10天内。成型时，提高模具温度和熔体温度、缩短注射和保压时间都可减少后收缩。对尺寸稳定性要求较高的制品，最好成型后再进行热处理。通常制品热处理0.5—1小时。第七十四页，共一百一十九页。【2】变形汽车保险杠、仪表板、仪表板中部面板、车门内板，脱模后容易在板面方向出现翘曲变形；产生变形的原因很多，但几乎与制品内应力分布不均有关。熔体在模具内流动和冷却不一致导致应力分布不均并引起不均衡性结晶与取向。选用熔体流动速率大、流动性好、收缩率较小的改性聚丙烯能减小制品变形。工艺方面减少制品变形的措施有：适当提高熔体温度，使纵横向收缩率差异最小；提高注射速度及延长注射时间；控制模具不同部位的温度，使制品各自都能得到相同的冷却速度；延长冷却时间或采用校正夹具整形等。在模具及制品设计方面,第七十五页，共一百一十九页。如果采用侧浇口、平缝浇口、多个点浇口及直接浇口，可通过调整浇口位置及个数，放大浇口截面，开设沟槽等方面来改变熔体流向和流量；增设筋、翻边和阶梯壁等刚性结构；变更四周壁平面为外凸圆弧面、四角用大圆弧过渡以及调整壁厚等都能减少变形。变形、褪色变形第七十六页，共一百一十九页。

【3】气泡及凹痕：改性PP熔体冷却过程中密度增大，体积缩小，如果厚壁处因冷却不均匀或相应收缩部分，在注射过程中没有熔料继续充填时，就容易出现气泡及凹痕。气泡是制品表层固化、冷却收缩的拉应力使内层半熔态的物料向表层移动后形成的泡状空间；反之冷却收缩的拉应力使尚未硬固的表层凹陷，则制品表面产生凹痕，有时气泡和凹痕能同时出现。改性PP熔体流动速率较小及模具温度较低时，凹痕可减少。第七十七页，共一百一十九页。

此外，适当降低熔料温度，减慢注射速度，增加保压压力，延长保压和冷却时间以及适当扩大浇口和改善壁厚均匀性等措施都可以减少气泡和凹痕。注射成型制品有时会出现缺料、溢料、熔接痕、脱模不良、黑线条及烧伤等问题。【见以下】

出现异常现象的原因及解决办法:第七十八页，共一百一十九页。【供参考】第七十九页，共一百一十九页。第八十页，共一百一十九页。第八十一页，共一百一十九页。第八十二页，共一百一十九页。第八十三页，共一百一十九页。第八十四页，共一百一十九页。第八十五页，共一百一十九页。六、注射成型汽车塑件的质量分析第八十六页，共一百一十九页。【一】制品的内应力：当贮存于制品内部的力处于不平衡状态时，欲释放出以取得平衡，会使制品变形或开裂。内应力的本质是高弹变形被冻结在制品内而形成的。用注射法制造的制品的缺点是有内应在力存在，这一缺点影响制品的力学性能和使用性能。如聚苯乙烯制品有分布不匀的内应力，在使用过程中，会形成细微裂纹，使光学性能变坏，表面出现银纹，制品变浑浊等。

第八十七页，共一百一十九页。

为了制得内应力较小的制品，确定热塑性塑料注射过程的最佳工艺条件和工艺参数很重要，使制品截面上的内应力减少或均匀化。油、脂肪、溶剂以及其他物质都可引起热塑性塑料开裂，而且其影响程度还会随温度的提高而增大。第八十八页，共一百一十九页。JL7152前门外手柄孔盖，如果注射成型时，工艺控制不当，产品成型后有较大的应力存在，在酸、溶剂等作用下，产生裂纹使之失效。第八十九页，共一百一十九页。

1.内应力产生原因及种类注射时制品中可能产生以下几种内应力：【1】取向应力：取向应力是在充模的流动过程中和冷却时由于塑料大分子形状发生变化和一定的构象被固定下来而产生的。注射制品内部大分子取向后容易产生应力，取向方向的不同，取向程度的不同，取向与非取向的界面都容易造成应力集中。第九十页，共一百一十九页。熔体温度对取向应力的影响很大。提高熔体温度时，熔体的粘度下降，因而剪切应力和取向降低。此外，在高的熔体温度下，取向应力的松驰程度较大。但当粘度降低时，注射机的螺杆传递至模腔内的压力增大，可能使剪切速率提高，因而导致取向应力增大。在延长保压时间时取向应力不断增大，直到压力解除或热塑性塑料在浇注的浇口内凝固为提高注射压力同样会因剪切应力和剪切速率的提高而引起取向应力的增大。第九十一页，共一百一十九页。取向应力随制品厚度的增加而减小，因为厚制品冷却缓慢，使粘度的增加变缓，松驰过程的时间较长。模具温度高时，制品冷却缓慢，使制品产生的取向应力较小。

第九十二页，共一百一十九页。【2】温度应力：温度应力是由于塑料在注射过程中冷却不均所产生的。注射时，塑料熔体温度和模具温度有很大差异，靠近模壁的熔体冷却较迅速，制品表层比中心层冷却得快，在制品表层形成凝固的壳层，会阻碍制品内部继续冷却和自由收缩，结果在制品内部产生拉应力，在表层产生压应力。这就是制品体积内因温度分布不均匀产生的应力。

制品厚度不均匀也容易产生温度应力和取向应力。制品有嵌件也易产生温度应力，所以嵌件和浇口应设置在制品壁较厚处。第九十三页，共一百一十九页。【3】不平衡体积应力：与注射过程中塑料分子本身的平衡状态受到破坏而形成不平衡体积有关的应力，如结晶区与非结晶区界面上产生的应力；结晶程度不同，收缩率不一致产生的应力等。第九十四页，共一百一十九页。

【4】变形应力：与脱模时制品变形有关的应力，如模具设计不合理，脱模操作不当等会使制品变形而产生应力。

以上几种内应力中，取向应力和温度应力对制品力学性能影响很大，而不平衡体积应力是难于消除的。因为塑料凝固时，甚至在极其缓慢的冷却下，制品也不可能达到平衡体积，不过这种应力实际上并不大。对于变形应力，当制品从模腔顶出时受到弯曲以及由于热塑性塑料并未在整个截面上凝固而产生应力，如果采用结构合理的顶出系统，保证最佳注射条件，降低开模时模内的剩余压力，可以使其减少到最小。第九十五页，共一百一十九页。2.内应力的消除与分散：要完全避免内应力，实际上是不可能的，只能尽量减小内应力，并使内应力分布均匀，不使应力集中，一般可采取下列措施:【1】、塑料原材料：塑料中含杂质易造成内应力，如PC在聚合后,应用溶剂去掉相对低分子质量的单体。塑料的平均相对分子质量较高，相对分子质量分布较窄的，内应力较小。多组分塑料的各组分分散均匀，可消除制品内部缺陷而造成应力集中。第九十六页，共一百一十九页。结晶塑料在成型中加入成核剂，使形成的球晶体体积小、数量多，制品内应力较小。若是大球晶，与非晶界面容易造成内应力。【2】、制品设计：在制品的形状与尺寸上，应力求表面积与体积之比尽量小，使冷却缓慢，从而使制品内应力较小。厚薄尽量均匀，厚薄相差大，因冷却速率不同，易产生内应力。对厚薄结合处应采用流线圆弧过度或阶梯式过渡，否则会在转折处产生应力。制品中有缺口、直角、锐角、嵌件，都易造成应力集中。制品带第九十七页，共一百一十九页。有嵌件时，嵌件最好用铜或铝质，并预热。造型上以曲面、双曲面较好，它们能够吸收冲击能，使制品内应力较小。开孔合理，也可减少内应力，如圆孔周围内应力大，因为圆孔容易产生缩孔，即轴向和径向收缩不一致，而椭圆孔沿轴向不会因取向等产生内应力。第九十八页，共一百一十九页。【3】模具设计：模具设计对制品内应力大小影响也很大。浇口小，保压时间短，封口压力低，内应力较小；反之则较大。浇口位置设置在壁厚处，注射压力和保压压力低，内应力小。流道大，内应力小，因为大流道注射时间短，熔体不易降温，温度应力小；反之则内应力大。冷却系统设计应使制品冷却均匀一致，定、动模冷却均匀，内应力较小。顶出装置的顶出面宜大，则内应力较小。脱模斜度大些，脱模能顺利进行，内应力较小。第九十九页，共一百一十九页。【4】工艺条件：注射温度对注射制品内应力大小的影响很大，因为热塑性塑料的取向度、收缩率和内应力随着注射温度的提高而减小，为此适当提高注射机的料筒温度，保证物料塑化良好，各组分分散均匀，可减小内应力。模具温度提高，制品冷却速度缓慢使取向降低，制品的内应力也小。压力也对取向作用产生影响，较高的注射压力产生较高的剪切应力，这种剪切应力造成更多的分子有序排列，制品的内应力较大。保压时间长，模内压力由于补压作用而增高，熔料产生较大的剪切作用，分子易取向，制品的内应力也较大。第一百页，共一百一十九页。注射速度对制品内应力的影响比温度、压力等条件要小。当注射速度过低时，制品易产生熔接痕，取向作用较大。最好采用变速注射，开始时快速注射，当模腔充满时用低速，剪切应力较小，取向度低，内外温差小，内应力较低。内应力在某种程度上用热处理方法可以消除，热处理实质是使塑料的链节、链段有一定的活动能力，让冻结的高弹变形得以松驰，同时也能使结晶塑料的结晶完善，内应力减小。第一百零一页，共一百一十九页。【5】应力消除法：a、热处理消除法：ABS65°；PP80°；POM90°PC110°；PA80°；由于热处理成本高，国外已经很少应用。b、溶剂消除法：如，ABS在常温下用丙酮的水溶液浸泡5分钟，就可消除应力。【6】塑件应力的测试：（有三个方法）a、仪器法：用偏振光透视；b、温度骤变法：利用高低温冷热交变，根据塑件裂纹出现的时间长短来评定内应力大小。第一百零二页，共一百一十九页。C、溶剂法：依据‘介质应力破裂’现象；5——15秒出现裂纹，表示应力大，2——5分钟不出现裂纹，则表示无应力或应力小；PS、ABS、AAS等用冰乙酸溶液；PA用正庚烷；PC用四禄化碳；PMMA用沸水检测。第一百零三页，共一百一十九页。【二】、制品的收缩：1.制品的收缩的条件和特征：注射成型的制品，其尺寸一般小于模具的型腔尺寸，这说明塑料在成型的冷却过程中，体积发生了收缩。塑料制品自模具蹑出，尺寸缩减的性能称为收缩性。制品冷却时的收缩，按发生收缩的条件和特征的不同，可分为三个阶段。第一、二个阶段在模具内进行，从充模时开始到脱模为止，称作模塑收缩性；第三个阶段在脱模后直到24小时止，称作后收缩性。

第一百零四页，共一百一十九页。第一阶段的收缩主要取决于模内压力，并在很大可通过保压过程得到补偿。在保压期间物料温度下降，密度增大，最初进入模内的物料体积缩小，但在此期间料筒不断地供给塑料熔体，补偿了模内物料体积的减少。模内制品质量的增加和塑料的不断压实，可一直进行到物料在浇口凝固时为止。在适当的压力和保压时间下，第一阶段的收缩可以完全得到补偿。第二阶段是在浇口处的塑料凝固之后开始的，并延续到制品脱模时为止。第一百零五页，共一百一十九页。这一阶段已无熔体进入模内，模内物料的质量不再改变。在这种条件下，无定形塑料按体积膨胀系数进行，收缩的大小取决于模温，模温越低，收缩越小。结晶塑料的收缩主要取决于结晶过程，而结晶过程决定因素是模温，模温越高，结晶会更安全，收缩越大。结晶使制品尺寸减小很多。当注射成型部分不妨碍物料收缩时，第二阶段的模内收缩是自由收缩；当成型部分妨碍物料当成型部分妨碍物料收缩时，如制品中有金属嵌件时，则是非自由收缩。第一百零六页，共一百一十九页。第三阶段，即制品脱模之后，是发生自由收缩（假设制品未被夹持于任何框架之中），这时制品体积的缩小取决于制品脱模时的温度与环境温度之差，也取决于线胀系数。测定收缩性，系采用直径为100±0.3毫米、厚度4±0.2毫米的圆片或用边长25±0.5毫米的立方体，作为标准试样。收缩性大小用收缩率表示，公式如下：【收缩率=(L-L0)/L0】

第一百零七页，共一百一十九页。制品在模外冷却，在最初6小时内产生的收缩约占总收缩率的90%，在最初10天内几乎完成收缩。测定收缩率，一般指24小时之内的收缩，以后的收缩性就不考虑了。后收缩是难解决的问题，有的制品需要几个月甚至更长的时间，如聚甲醛制品在6个月后的收缩为0.001毫米/毫米，聚苯乙烯制品在3个月后的收缩为0.0005毫米/毫米。第一百零八页，共一