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1、1,注塑成型工作原理,組織者：模具中心講述人：吳春益日 期：2016年10月,2,一、注射成型原理,二、注射成型工藝過程,三、注射成型工藝條件,四、注射成型的特點及應用,五、注射成型過程的物理與化學變化,六、影響注射成型塑膠成型收縮的因素,七、影響注射成型塑膠成型流動的因素,八、注射成型的幾個常見概念,3,常見的塑膠成型方法,壓鑄成型,半溢式壓縮成型,吹塑成型,注塑成型,4,一、注射成型工作原理及工藝特點,注射成型又稱注塑成型，是熱塑性塑膠成型的主要方法。注射成型即將粒狀或粉狀的塑膠加入到注射機的料斗，在注射機內塑膠受熱熔融並使之保持流動狀態，然後在一定壓力下,經注射機噴嘴，模具的澆注系統，注
2、入閉合的模具中，經冷卻定型後，熔融的塑膠就固化成為所需的塑件。,注射成型工作原理,5,塑膠的充填模式,注塑是通過注塑機來實現的，注塑機的基本功能是：1、加熱塑膠，使其達到熔融狀態；2、對熔體施加高壓，使其射出而充滿模腔。,充填動畫模擬1,充填動畫模擬2,6,注射成型工藝過程包括成型前準備、注射過程及塑件的後處理等。成型前的準備工作包括：對原料外觀的檢驗及工藝性能的測定、預熱和乾燥、注射機料筒的清洗、嵌件的預熱和脫模困難時脫模劑的選用等。有時還需對模具進行預熱。,二、注射成型工藝過程,7,成型時，先交粉狀或粒狀物料從料斗送入高溫機筒內加熱熔融塑化使之成為粘流態熔體，然後在柱塞或螺杆的高壓推動下以
3、很大的流速通過噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中。熔體在壓力作用下充滿型腔並被壓實，經過一段保壓後柱塞或螺杆回程。此時，熔體可能從型腔向澆注系統倒流。冷卻定型後開啟模具，製品便可從模腔中脫出。,塑膠在注射機筒內經過加熱、塑化達到流動狀態後，由模具的澆注系統進入模具型腔，最終冷卻定形的過程稱為澆注過程。,注射成型工藝過程,8,注射過程一般包括：加料、塑化、充模、保壓、倒流、冷卻和脫模等步驟。,(1)、加料 將粒關或粉狀塑膠加入到注射機的料斗中。(2)、塑化 加入的塑膠在料筒中進行加熱，使其由固體顆粒轉變成熔融狀態並具有良好的可塑性，這一過程稱為塑化。(3)、充模 塑化好的熔體被柱塞或螺杆推擠至料筒
4、前端，經過噴嘴、模具澆注系統進入並充滿型腔，這一階段稱為充模。,注射成型工藝過程,9,(4)、保壓 在模具中熔體冷卻收縮時，柱塞或螺杆迫使料筒中的熔料不斷補充到模具中，從而形成形狀完整、質地緻密的塑件，這一階段稱為保壓。(5)、倒流 保壓結束後，柱塞或螺杆後退，型腔中壓力解除，這時型腔中的熔料壓力將比澆口前方的高，如果澆口尚未凍結，型腔中的熔料就會通過澆口流向澆注系統，這一過程稱為倒流。倒流使塑件產生收縮、變形及質地疏鬆等缺陷。如果保壓結束時澆口已經凍結，那就不會存在倒流現象。,注射成型工藝過程,10,(6)、冷卻 塑件在模內的冷卻過程是指從澆口處的塑膠熔體完全凍結時起到塑件將從模腔內推出為止
5、的全部過程。實際上冷卻過程從塑膠注入型腔起就開始了，它包括從充模完成、保壓開始到脫模前的這一段時間。(7)、脫模 塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出模外。,決定製品成形品質的關鍵參數有：溫度、時間、壓力、速度和位置。,注射成型工藝過程,11,塑件的後處理,塑件在成型脫模後，尚不能直接投入使用，還需進行一些處理，因這種處理是在成型、脫模後進行的，故稱後處理，現分述如下：,一、修整 在塑件脫模後，塑件上總要帶有一些澆口飛邊等多餘物，它們對塑件的外觀和使用均帶來不利，因此需將之去除，這種去除較為簡單，一般可用手工操作一些簡單工具將之除去。,12,塑件的後處理,二、熱處理（1）
6、熱處理的目的。由於塑膠在料筒內塑化不均勻或在模腔內的冷卻速度不同，常使塑件產生不均勻的結晶、取向和收縮，使得塑件中產生內應力，這種內應力的存在對塑件的品質帶來極大危害，而消除這種內應力的最常用辦法就是對塑件施行熱處理。（2）熱處理消除內應力的機理。熱處理之所以能消除內應力，其機理主要有：通過加熱，使被強迫凍結的大分子鍵得到鬆弛，凝固的大分子鍵轉向無規位置，從而消除這一部分內應力。提高結晶度，穩定結晶結構，從而提高結晶塑膠製品的物理性能和降低內應力。（3）熱處理的方法。將塑件置於一定溫度的液體介質（水、礦物油、甘油、乙二醇等）或熱空氣迴圈烘箱中，經過一段時間加熱後，再取出緩慢冷卻至室溫。,13,
7、塑件的後處理,熱處理溫度。一般熱處理溫度應控制在高於塑件使用溫度1020,或低於塑件的熱變形溫度1020為宜。溫度過高會使塑件發生翹曲或變形，溫度過低又消除不了內應力。熱處理時間。熱處理時間取決於塑膠品種、塑件形狀和成型工藝條件。通常，分子鍵的剛性越大，塑件壁越厚，熱處理時間越長。以達到消除塑件的內應力為原則。,14,塑件的後處理,三、調濕處理（1）調濕處理的目的，使塑件隔絕空氣，防止氧化，加快吸濕平衡，使尺寸穩定。（2）調濕時間取決於塑件形狀、厚度和結晶度的大小，一般數小時即可。（3）調濕處理的溫度。調濕處理是將剛脫模的塑件放到熱水中進行處理，熱水溫度一般為80100，熱變形溫度高者取大值，
8、低者取小值。在進行調濕處理時，當達到所需要的溫度和時間後，一定要緩慢地冷卻到室溫，若速度過快則會產生新的內應力。,15,塑件的後處理,四、表面印刷、電鍍、超聲波焊接等。,超聲波在塑膠加工中的應用原理：塑膠加工中所用的超聲波，現有的幾種工作頻率有15KHZ、18KHZ、20KHZ、40KHZ等。其原理是利用縱波的波峰位傳遞振幅到塑膠件的縫隙，在加壓的情況下，使兩個塑膠件或其它件與塑膠件接觸位的分子相互撞擊產生融化，使接觸位塑膠熔合，達到加工目的。,16,注射成型工藝條件主要是指成形時的溫度、時間、壓力、速度及位置。(1)、溫度 注射成型過程需控制的溫度有原料乾燥溫度、料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度
9、等。料筒溫度是決定塑膠塑化品質的主要依據。料筒溫度低，塑化不充分；料筒溫度過高，塑膠可能會發生分解。料筒溫度的選擇與各種塑膠的特性有關，溫度的分佈一般應遵循前高後低的原則，即料筒後端溫度最低，噴嘴處的前端溫度最高。,三、注射成型工藝條件,17,噴嘴溫度應控制在防止塑膠發生“流涎”現象。噴嘴溫度一般略低於料筒最高溫度。模具溫度對塑膠熔體的充型能力及塑件的內在性能和外觀品質影響很大。模具溫度高，塑膠熔體的流動性就好，塑件的密度和結晶度就會提高，但塑件的收縮率和塑件脫模後的翹曲變形會增加，塑件的冷卻時間會變長，生產率下降。模具溫度越低，因熱傳導而散失熱量的速度越快，熔體的溫度越低，流動性越差。當採用
10、較低的注射速率時，這種現象尤其明顯。,注射成型工藝條件,18,注射成型工藝條件,定義：為保證成型品質而事先對聚合物進行乾燥所需要的溫度。,作用：保證聚合物的含濕量盡量低而不致於起過允許的限度。,設定原則：(1)聚合物不致於分解或結塊(聚合)；(2)乾燥時間儘量短,乾燥溫度盡量低而不致於影響其乾燥效果；(3)乾燥溫度和時間因不同原料而異。,乾燥溫度,19,定義：為保證成型順利進行而設加在料管上之溫度。,作用：保證聚合物塑化(熔膠)良好，順利充模，成型。,設定原則：(1)不致引起塑膠分解碳化；(2)從加料段至噴嘴依次上升；(3)噴嘴溫度應比料筒前段溫度略低；(4)依材料種類不同而所需溫度不同；(5
11、)不至對製品產生壞的質量影響。,料筒溫度,注射成型工藝條件,20,定義：製品所接觸的模腔表面溫度。,作用：控制影響產品在模腔中的冷卻速度,以及製品的表觀質量。,設定原則：(1)考慮聚合物的性質；(2)考慮製品大小和形狀；(3)考慮模具的結構，澆道系統。,模具溫度,注射成型工藝條件,21,(2)、時間(成型週期)完成一次注射成型過程所需的時間稱為成型週期。,成型週期,注射時間,模內冷卻時間,其他時間,射出時間(柱塞或螺杆前進時間),保壓時間(柱塞或螺杆停留在前進位置的時間),(柱塞後撤或螺杆轉動後退的時間均在其中),(指開模、脫模、噴塗脫模劑、安放嵌件和合模時間),注射成型工藝條件,22,定義：
12、利用乾燥機事先對原料進行乾燥所需要的時間。,作用：(1)增進表面光澤，提高抗彎曲及拉伸強度,避免內部裂紋和氣泡；(2)提高塑化能力，縮短成型週期；(3)降低原料中水份及濕氣；,設定原則：(1)乾燥時間因原料的不同而不同；(2)乾燥時間的設定要適宜,太長會使得乾燥效率降低甚至會使原料結塊，太短則乾燥效果不佳。,注射成型工藝條件,乾燥時間,23,熔膠時間,定義：注射終止後,螺杆到達計量終止位置所需要的時間。,作用：保證熔膠充分。,設定原則：(1)由螺杆轉速和背壓相互控制；(2)不要讓熔融塑膠體在螺杆中停留的時間過長，以免引起塑膠在長時間的高溫狀態下分解、碳化。,注射成型工藝條件,24,注射成型工藝
13、條件,射出時間,定義：熔體在充滿整個型腔所用的時間。,作用：射出時間由射出壓力、射出速度以及製品的大小等因素來決定。,設定原則：(1)在保證製品成型的條件下盡可能讓射出時間短；(2)射出時間受料溫、模溫等因素的影響。,25,注射成型工藝條件,保壓時間,定義：為防止注射後塑膠倒流以及冷卻補縮作用,在注塑完後繼續施加的壓力。,作用：(1)防止注塑完後熔體倒流；(2)冷卻收縮的補縮作用。,設定原則：(1)保壓時間因製品厚度不同而異；(2)保壓時間要因熔料溫度的高低而異，溫度高者所需時間長，低者則短；(3)為提高生產效率，在保證製品質量的前提下儘量可能使保時間短。,26,注射成型工藝條件,冷卻時間,定
14、義：產品冷卻固化而脫模後又不致於發生變形所需的時間。,作用：(1)讓製品固化；(2)防止製品變形。,設定原則：(1)冷卻時間是週期時間的重要組成部分,在保證製品質量的前提下盡可能使其短；(2)冷卻時間因熔體的溫度，模具溫度，產品大小及厚度而定。,27,注射成型工藝條件,注射時間對注塑過程的影響表現在三個方面：（1）縮短注射時間，熔體中的剪應變率也會提高，為了充滿型腔所需要的注射壓力也要提高。（2）縮短注射時間，熔體中的剪應變率提高，由於塑膠熔體的剪切變稀特性，熔體的粘度降低，為了充滿型腔所需要的注射壓力也要降低。（3）縮短注射時間，熔體中的剪應變率提高，剪切發熱越大，同時因熱傳導而散失的熱量少
15、,因此熔體的溫度高，粘度越低，為了充滿型腔所需要的注射壓力也要降低。以上三種情況共同作用的結果，使充滿型腔所需要的注射壓力的曲線呈現“U”形。也就是說，存在一個注射時間，此時所需的注射壓力最小。,28,(3)、壓力 注射成型過程中的壓力包括塑化壓力、注射壓力、保壓壓力、鎖模壓力及頂出壓力，它們直接影響塑膠的塑化和塑件品質。塑化壓力又稱背壓，是指採用螺杆式注射機時，螺杆頭部熔料在螺杆轉動後退時所受到的壓力。一般操作中，塑化壓力應在保證塑件品質的前提下越低越好，其具體數值隨所用塑膠的品種而異，但很少超過20MPa。注射壓力是指注射機柱塞或螺杆頭部對塑膠熔體所施加的壓力。其大小取決於注射機的類型、模
16、具結構、塑膠品種和塑件壁厚等。,注射成型工藝條件,29,注射成型工藝條件,鎖模壓力,定義：合模系統為克服在注射和保壓階段使模具分開的張模力 而施加在模具上的閉緊力。,作用：(1)保證注射和保壓過程中模具不致於被張開；(2)保證產品的表面品質；(3)保證產品的尺寸精度。,設定原則：(1)合模力的大小依據產品的大小，機台的大小而定；(2)一般來說，在保證產品不出毛邊的情況下，合模力要求越小越好；(3)合模力的設定不應超出機台之額定壓力。,30,注射成型工藝條件,射出壓力,定交：螺杆先端射出口部位發生之最大壓力，其大小與射出油缸內所產生油壓緊密關連。,作用：用以克服熔體從噴嘴-流道澆口-型腔的壓力損
17、失，以確保型腔被充滿，獲得所需的製品。,設定原則：(1)必在注塑機的額定壓力範圍內；(2)設定時儘量用低壓；(3)盡量避免在高速時採用高壓，以免異常狀況發生。,31,注射成型工藝條件,背壓,定義：塑膠在塑化過程建立在熔腔中的壓力。,作用：(1)提高熔體的比重；(2)使熔體塑化均勻；(3)使熔體中含氣量降低，提高塑化質量。,設定原則：(1)背壓的調整應考慮塑膠原料的性質；(2)背壓的調整應參考制品的表面品質和尺寸精度。,32,注射成型工藝條件,保壓,定義：從模腔填滿塑膠，繼續施加於模腔塑膠上的注射壓力，直至落口完全冷卻封閉的一段時間，要靠一個相當高的壓力支持，這個壓力叫保壓。,作用：(1)補充靠
18、近澆口位置的料量，並在澆口冷卻封閉以前制止模腔中尚未硬化的塑膠在殘餘壓力作用倒流，防止製件收縮、避免縮水、減少真空泡；(2)減少製件因受過大的注射壓力而易產生粘模爆裂或彎曲。,33,設定原則：(1)保壓壓力及速度通常設定至塑膠充滿模腔時最高壓力及速度的50-60%；(2)保壓時間的長短與料溫有關，溫度高的澆口封閉時間長，保壓時間也長；(3)保壓與產品投影面積及壁厚有關，厚而大者需要的時間較長；(4)保壓與澆口尺寸形狀、大小有關。,注射成型工藝條件,34,注射成型工藝條件,模具保護壓力,定義：成型生產為防止模具內有異物而導致模具被壓壞，通常在高壓鎖模前需有一個高速高壓向低速低壓切換過程，高壓鎖模
19、前之低壓即為模具保護壓力。,作用：避免在高速高壓狀態下模具中有異物而導致模具被壓壞。,設定原則：(1)設定調試前一定先調模厚；(2)初設值應儘量低，不能超過鎖模力的20%；(3)不能修正合模時，應慢慢提高設定值。,35,注射成型工藝條件,頂出壓力,定義：為使製品從模具上落下而所需要克服製品和模具的附著力。,作用：使製品脫離模面。,設定原則：(1)能使製品從模具上脫離下來；(2)製品頂出時不致於破裂，變形；(3)彈簧復位之頂杆頂出力必需能使頂針頂到預設位置。,36,(4)、速度,注射成型工藝條件,射出速度之設定是控制熔膠充填模具之時間及流動模式，是流動過程中之最重要條件。射出速度的調整正確與否對
20、產品外觀品質有絕對的支配。射出速度設定的基本原則是配合塑膠在模穴內流動時，按其流動所形成之斷面大小來升降，並且遵守（慢快慢）而儘量快（確認外觀有無瑕疵）的要領。,37,注射成型工藝條件,開合模具速度,定義：模具打開，閉合時的速度。,作用：合理的開鎖模速度是保證機台及生產正常運行的必要條件。,設定原則：(1)保證機台運行平穩，振動最小；(2)所設定的開鎖模速度應使得開鎖模所需時間應盡量短；(3)開鎖模的速度切換合理；(4)遵循由慢-快-慢的原則。,38,注射成型工藝條件,熔膠速度,定義：塑化過程中螺杆熔膠時的轉速。,作用：影響塑化能力，塑化質量的重要參數，速度越高，熔體溫度越高，塑化能力越強。,
21、設定原則：(1)熔膠速度調整時一般由低向高逐漸調整；(2)螺杆直徑大於50MM之機台轉速應控制在50RPM以下，小於50MM之機台應控制在100RPM以下為宜。,39,注射成型工藝條件,鬆退速度,定義：螺杆(計量)到位後以一定的速度倒退一段距離，後退速度即為松退速度。,作用：減少熔體比容，使熔腔內壓下降，防止其外流。,設定原則：設定時應與螺杆轉速，背壓相適應。,40,注射成型工藝條件,頂針前進後退速度,定義：開模後頂針頂出及後退之速度。,作用：保證產品順利脫模而又不致於使產品變形，扭曲或被頂裂。,設定原則：(1)前段頂出益慢，防止產品變形或頂裂。(2)後段速度益快，但需保證頂出平穩。,41,注
22、射成型工藝條件,注射速度,定義：在一定壓力作用下，熔膠從噴嘴注射到模具中的速度。,作用：(1)注射速度提高將使充模壓力提高；(2)提高注射速度可使流動長度增加，製品質量均勻；(3)高速射出時粘度高，冷速快，適合長流程製品；(4)低速時流動平穩，製品尺寸穩定。,設定原則：(1)防止撐模及避免產生溢邊；(2)防止速度過快導致燒焦；(3)保證製品品質的前提下盡量選擇高速充填，以縮短成型週期。,42,注射成型工藝條件,使塑膠流動時，溫度降低較慢，流動容易。壓力損失較小，模穴內壓力分佈差異減少。增加成品表面光澤，降低結合線明顯程度及提高其強度；但也增加表面流痕、氣痕和毛邊的機會。減少充填時，肉薄部位較易
23、充填，但肉厚部位可能易於凹陷的現象。增加塑膠分子結構的均勻性或結晶度。初期慢速充填的效果 減少噴痕及澆口部位的焦痕、霧點等瑕疵。可使多模穴成形較易獲得流動平衡。末期減速充填的效果 增加氣體逃逸的機會及避免對其產生絕熱壓縮，可減少流路末端的短射或燒焦。保壓的切換較準確，避免模腔內壓太高或過度充填；當然成形品質（精度及變形量）也能較穩定。,過度充填1,過度充填2,43,(5)、位置,注射成型工藝條件,計量行程,射出行程,鬆退量,緩衝量,開模位置,頂出後退行程,44,注射成型工藝條件,計量行程,定義：塑化開始後，螺杆在旋轉過程中，由注射終止位置開始在塑膠熔體的作用力下後退，直至後退限位開關為止，這個
24、過程稱為計量。,作用：保證有足夠的塑膠充填模腔，以獲得所需外觀和尺寸的制品。,設定原則：(1)計量行程要依據產品的大小及機台大小而設定；(2)計量行程不能太大，以免注射多餘的塑膠在料管中停留的時間太長而引起碳化；(3)計量行程不能太小，以確保充填有足夠的計量及避免螺杆與噴嘴發生機械損傷，應有3-5mm的緩衝量。,45,注射成型工藝條件,射出行程,定義：注射過程中螺杆所處的位置變化。,作用：結合速度，壓力控制塑膠流動狀態。,設定原則：(1)計量完位置由成品之充填量決定，通常在此值上加3-5mm緩衝量來決定最終設定；(2)向第二速的轉換點，通常切換至充滿熱澆道、料頭位置；(3)向第三速的轉換點，用
25、成型品的90%的充填程度來設定切換的位置；(4)保壓切換點一般設定在成品的90%的充填程度之位置。(注:以上以四段為例),46,注射成型工藝條件,鬆退量,定義：螺杆預塑(計量)到位後又直線地倒退一段距離，這個後退的動作稱為後松退，松退的距離稱為鬆退量或防延量。,作用：後鬆退的作用是使計量室中的熔體比容增加，內壓下降，防止熔體從計量室向外流出。,設定原則：(1)可視塑膠原料的粘度，相對密度和制品的實際情況進行設定，較大的松退量會使熔體混雜氣泡，影響制品品質；(2)鬆退量的設定應與螺杆轉速，背壓相適應；(3)對於粘度較大的原料如PC料可不設松退量。,47,注射成型工藝條件,緩衝量,定義：螺杆注塑完
26、成，並不希望把螺杆中頭部的熔料全部射出，還希望留一些，形成一個祭料量，此料量即為緩衝量。,作用：(1)防止螺杆頭部與噴嘴接觸發生機械破壞事故；(2)控制注射量的重複精度。,設定原則：(1)緩衝量不宜過大，也不宜過小。過大會使得餘料過多，造成壓力損失及原料降解，過小則達不到緩衝之目的。(2)緩衝量的確定，一般取35mm為宜。,緩衝量,48,注射成型工藝條件,開模位置,定義：公、母模分開後公模所處的位置。,作用：保證脫模取件時各動作能而利地執行。,設定原則：(1)各切換位置間距不得小於30MM；(2)最大的距離應由最大的速度來跑完；(3)最大開模位置應由方便取件(包括機械手)且取件時不致於傷及母模
27、模面為原則；(4)最大開模位置應使得成型週期盡量短為依據。,49,注射成型工藝條件,頂出後退行程,定義：頂針頂出，退回的極限位置。,(1)用以限制頂針前進，後退的距離，確保製品順利脫模以及頂針準確復位；(2)對部分彈簧復位之模具，頂出行程兼有頂出限位保護之作用。,設定原則：(1)頂出距離應遵循由小到大能順利脫模的原則；(2)無頂出限位柱之彈簧復位模具應保證頂出時彈簧不致於被壓壞；(3)頂針退回時不能讓頂針高出公模模面；(4)有滑塊之模具頂針一定要退到位，避免其間相互產生干涉。,：,作用,50,四、注射成型的特點及應用,注射成型是熱塑性塑膠成形的一種主要方法。它能一次成形形狀複雜、尺寸精確、帶有
28、金屬或非金屬嵌件的塑件。注射成型的成形週期短、生產率高、易實現自動化生產。到目前為止，除氟塑料以外，幾乎所有的熱塑性塑膠都可以用注射成形的方法成形，一些流動性好的熱固性塑膠也可用注射方法成形。注射成型的缺點是所用的注射設備價格較高，注射模具的結構複雜，生產成本高，不適合於單件小批量塑件的生產。,51,液體在外力作用下流動時，分子間的內聚力阻礙分子間的相對運動而產生一種內摩擦力，液體的這種性質叫做液體的粘性。其特點是：只有在流動時液體才表現出粘性，靜止液體（液體質點間沒有相對運動的液體）是不呈現粘性的。表示液體粘性大小的物理量是粘度。粘度大，液層間的內摩擦力就大，油液就稠；反之，油液就稀。,粘度
29、的概念,52,將剪應力與剪切應變率之間滿足線性關係的流體稱為牛頓流體，而把不滿足線性關係的流體稱為非牛頓流體。,對於非牛頓流體，其表現粘度受多種因素影響，具體如下：,1、聚合物結構和其他組分的影響；,3、剪切速率的影響。,4、壓力的影響；,2、溫度的影響；,粘度的概念,53,聚合物結構和其他組分的影響 聚合物相對分子品質越大，熔體的粘底和非牛頓性越大。相對分子品質分佈較寬的聚合物，其粘度對剪切速率的敏感性較大，非牛頓性也較強。,溫度的影響 在粘流態，熱塑性熔體的粘度隨溫度升高而呈指數規律降低，但不同熔體粘度對溫度的敏感程度不同。,粘度的概念,54,剪切速率的影響 塑膠熔體的表現粘度隨著剪切速率
30、或切應力的增大而減少，不同種類的塑膠對剪切速率的敏感性不同。,壓力的影響 隨外部壓力增大，熔體受壓縮體積減少，分子間作用力增加致使粘度也隨之增大。由於塑膠熔體的壓縮率不同，不同熔體的粘度對壓力的敏感性也不同。,粘度的概念,55,五、注塑成型過程的物理和化學變化,1、聚合物的結晶 在一定的外界條件下，聚合物分子在空間作規則性的排列稱為結晶。聚合物結晶態與低分子物質結晶有很大區別，主要表現為晶體不整齊、結晶不完全、結晶速度慢、沒有明晰的熔點等。其形態常為球晶，用結晶度來表示其程度。一般聚合物的結晶度為1060%。,56,結晶度的提高可增加聚合物的密度、抗拉強度、剛度和熱變形溫度，但降低了聚合物衝擊
31、韌性。由於結晶時形成球晶，致使製品的透明度降低。另外結晶度提高會在製品內產生較高的附加應力引起製品翹曲。在塑性加工中影響結晶度的因素有：溫度及冷卻速度、熔融溫度與熔融時間和壓力。,注塑成型過程的物理和化學變化,57,2、聚合物取向 聚合物的大分子及其鏈段或結晶聚合物的微晶粒子在應力作用下形成的有序排列叫做取向。塑膠在成形過程中會發生不同類型的取向。一種是流動取向，另一種是拉伸取向。,注塑成型過程的物理和化學變化,58,取向會使製品產生明顯的各向異性；其不利之處為增加了製品翹曲的可能性；有利之處為製品受力方向與取向方向一致可改善製品品質。同時使結晶提前，使製品密度和強度都相應提高。另外，取向程度
32、的提高會使線收縮率增加，線膨脹係數也隨之變化。,注塑成型過程的物理和化學變化,59,影響取向的因素有：塑膠熔體的加工程度，提高加工溫度有利於產生解除取向效應；聚合物分子鬆弛時間，結晶型塑膠鬆弛時間短容易使取向凍結，其取向成熟高於無定形塑膠；模具溫度低時熔體冷卻速度加快，冷凍取向效應提高；,影響取向的因素有：,60,塑膠比熱大，熱導率低會降低熔體冷卻速度，有利於取向的解除。注射壓力可提高熔體的切應力和剪切速率，有助於分子取向；大澆口冷卻慢，澆口封閉晚，取向作用加強；快速充模使製品表面導分子取向增高，中心部位取向減弱。,影響取向的因素有：,61,3、聚合物的降解 聚合物相對分子品質降低的現象稱為聚
33、合物的降解。通常聚合物分子是在受到熱和應力或者微量水份、酸、堿等雜質及空氣中氧的作用而使大分子結構改變，產生降解。降解是有害的，按輕重不同會使聚合物變色、出現氣泡和流紋、甚至焦化變黑。,注塑成型過程的物理和化學變化,62,六、影響熱塑性塑膠成型收縮的因素,1、塑膠品種熱塑性塑膠成型過程中由於還存在結晶化形成的體積變化，內應力強，凍結在塑件內的殘餘應力大，分子取向性強等因素，因此因此與熱固性塑膠相比則收縮率較大，收縮率範圍寬、方向性明顯，另外成型後的收縮、退火或調濕處理後的收縮率一般也比熱固性塑膠大。,63,2、塑件特性成型時熔融料與型腔表面接觸外層立即冷卻形成低密度的固態外殼，由於塑膠的導熱性
34、差，使塑件內層緩慢冷卻而形成收縮大的高密度固態層，所以壁厚、冷卻慢、高密度層厚的則收縮大。另外，有無嵌件及嵌件佈局、數量都直接影響料流方向，密度及收縮阻力大小等，所以塑件的特性對收縮大小、方向性影響較大。,影響熱塑性塑膠成型收縮的因素,64,3、進澆口形式、尺寸、分佈這些因素直接影響料流方向、密度分佈、保壓補縮作用及成型時間、直接進料口、進料口截面大（尤其截面較厚的）則收縮小但方向性大，進澆口寬及長度短的則方向性小，距進澆口近的或與為料流方向平行的則收縮大。,影響熱塑性塑膠成型收縮的因素,65,4、成型條件模具溫度高，熔融料冷卻慢、密度高、收縮大，尤其對結晶料則因結晶度高，體積變化大，故收縮更
35、大，模溫頒與塑件內外冷卻及密度均勻性也有關，直接影響到各部分收縮量大小及方向性，另外，保壓壓力及時間對收縮也影響較大，壓力大、時間長的則收縮小但方向性大，注塑壓力高，熔融料粘度較小，層間剪切應力小，脫模後彈性回跳大，故收縮也可適量的減小，料溫高、收縮大，但方向性小，因此在成型時調整模溫、壓力、注射速度及冷卻時間等因素也可適當改變塑件的收縮情況。,影響熱塑性塑膠成型收縮的因素,66,七、影響熱塑性塑膠成型流動的因素,熱塑性塑膠流動大小，一般可從分子量大小、熔融指數、阿基米德螺旋線流動長度、表面粘度及流動比（流動長度/塑件壁厚）等一系列指數進行分析，分子量小，分子量分佈寬，分子結構規整性差，熔融指
36、數高、螺旋流動長度長、表面粘度小，流動比大的則流動性就好，對同一品名的塑膠必須檢查其說明書判斷其流動性是否適用於注塑成型。,67,流動性好：尼龍PA、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚丙烯PP、醋酸纖維素、聚四甲基戌烯；,流動性中等：ABS、有機玻璃PMMA、聚甲醛POM；,流動性差：聚碳酸酯PC、硬聚氯乙烯PVC、聚碸、聚芳碸、聚苯醚PPO、氟塑料等。,按模具設計要求大致可將常用塑膠的流動性分三類：,影響熱塑性塑膠成型流動的因素,68,各種塑膠的流動性也因各種成型因素而變，主要影響的因素有如下幾點：,1、溫度料溫高則流動性增大，但不同塑膠也各有差異，聚苯乙烯PS（尤其耐衝擊型及MFR值較高的）、聚
37、丙烯PP、尼龍PA、有機玻璃PMMA、改性聚苯乙烯（如ABS、AS）、聚碳酸酯PC、醋酸纖維素等塑膠的流動性隨溫度變化較大，對聚乙烯PE、聚甲醛POM，則溫度增減對其流動性影響較小，以前者在成型時宜調節溫度來控制流動性。2、注射壓力增大則熔融料受剪切作用大，流動性也增大，特別是聚甲醛、聚乙烯較為敏感，所以成型時宜調節注射壓力來控制流動性。,影響熱塑性塑膠成型流動的因素,69,3、模具結構澆注系統形式、尺寸、佈置、冷卻系統設計、熔融料流動阻力（如表面光潔度、流道截面厚度、型腔形狀，排氣系統）等因素都直接影響到熔融料在型腔內的實際流動性，凡促使熔融料降低溫度，增加流動性阻力的則流動性就降低，模具設
38、計時應根據所用塑膠的流動性，選擇合理的結構，成型時則可控制料溫，模溫及注射壓力、注射速度等因素來適當地調節填充情況以滿足成型需要。,影響熱塑性塑膠成型流動的因素,70,1、結晶,熱塑性塑膠按其冷凝時無出現結晶現象可劃分為結晶型塑膠與非結晶型（又稱無定形）塑膠兩大類。,所謂結晶現象即為塑膠由熔融狀態到冷凝時，分子由獨立移動，完全處於無次序狀態，變成分子停止自由運動，按略微固定的位置，並有一個使分子排列成為正規模型的傾向的一種現象。,八、注塑成型中常見的幾個概念,71,作為判別這兩類塑膠的外觀標準可視塑膠的厚壁塑件的透明性而定，一般結晶性料為不透明或半透明（如聚甲醛POM等），無定形料為透明（如有
39、機玻璃PMMA等），但也有例外情況，如聚四甲基戌烯為結晶型塑膠卻高透明性，ABS為無定形料但並不透明。,注塑成型中常見的幾個概念,72,在模具設計及選擇注塑機時應注意對結晶型塑膠有下列要求及注意事項：1、料溫上升到成型溫度所需的熱量多，要用塑化能力大的設備。2、冷卻固化時放出熱量大，要充分冷卻。3、熔融態與固態的比重差大，成型收縮大，易發生縮孔、氣孔。,注塑成型中常見的幾個概念,73,4、冷卻快、結晶度低、收縮小、透明度高、結晶度與塑件壁厚有關，壁厚則冷卻慢、結晶度高、收縮大、物性好，所以結晶性料應按要求必須控制模溫。5、各向異性顯著，內應力大，脫模後未結晶化的分子有繼續結晶化傾向，處於能量不
40、平衡狀態，易發生變形、翹曲。6、結晶化溫度範圍窄，易發生熔粉末注入模具或堵塞進澆料口。,注塑成型中常見的幾個概念,74,2、易水解塑膠及熱敏性塑膠,熱敏性系指某些塑膠對熱較為敏感，在高溫下受熱時間較長或進料口截面過小，剪切作用力過大時，料溫增高容易發生變色、降解、分解的傾向，具有這種特性的塑膠稱為熱敏性塑膠。,有的塑膠如聚碳酸酯PC，即使含有少量水分，但在高溫、高壓下也會發生分解，這種性能稱為易水解性，對此必須預先加熱乾燥。,注塑成型中常見的幾個概念,75,常見的熱敏性塑膠有：聚氯乙烯PVC、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物，聚甲醛POM、聚三氟氯乙烯等。熱敏性塑膠在分解時產生單體、氣體、固體等副產
41、物，特別是有的分解氣體對人體、設備、模具都有刺激、腐蝕作用或毒性，因此，模具設計、選擇注塑機及成型時都應注意，應選用螺杆式注塑機，澆注系統截面宜大，模具和料筒應鍍鉻，不得有死角滯料，必須嚴格控制成型溫度、塑膠中加入穩定劑，減弱其熱敏性能。,注塑成型中常見的幾個概念,76,3、應力開裂及熔體破裂,有的塑膠對應力敏感，成型時易產生內應力並質脆易裂，塑件在外力作用下或溶劑作用下即發生開裂現象。為此，除了在原料內加入添加劑提高開抗裂性外，對原料應注意乾燥，合理的選擇成型條件，以養活內應力和增加抗裂性，並應選擇合理的塑件形狀，不宜設置嵌件等措施來減少應力集中。,注塑成型中常見的幾個概念,77,模具設計時
42、應增大脫模斜度，選用合理的進澆口及頂出機構，成型時應適當的調節料溫、模溫、注射壓力及冷卻時間，晝避免塑件過於冷脆時脫模，成型後塑件還宜進行後處理提高抗開裂性，消除內應力並禁止與溶劑接觸。,當一定融體流動速率的聚合物熔體，在恒溫下通過噴嘴孔時其流速超過某值後，熔體表面發生明顯橫向裂紋稱為熔體破裂，有損塑件外觀及物性。故在選用熔體流動速率高的聚合物時，應增大噴嘴、流道、進澆口截面、減少注塑速度、提高料溫。,注塑成型中常見的幾個概念,78,4、熱性能及冷卻速度,各種塑膠有不同比熱、熱傳導率、熱變形溫度等熱性能。比熱高的塑化時需要熱量大，應選用塑化能力大的注塑機。熱變形溫度高塑膠的冷卻時間可短、脫模早
43、，但脫模後要防止冷卻變形。熱傳導率低的塑膠冷卻速度慢（如離子聚合物等冷卻速度極慢），故必須充分冷卻，要加強模具冷卻效果。熱流道模具適用於比熱低、熱傳導率高的塑膠。比熱大、熱傳導率低、熱變形溫度低、冷卻速度慢的塑膠則不利於高速成型，必須選用適當的注塑機及加強模具冷卻。,注塑成型中常見的幾個概念,79,各種塑膠按其種類特性及塑件形狀，要求必須保持適當的冷卻速度。所以模具必須按成型要求設置加熱和冷卻系統，以保持一定模溫。當料溫使模溫升高時應予冷卻，以防止塑件脫模後變形，縮短成型週期，降低結晶度。當塑膠餘熱不足以使模具保持一定溫度時，則模具應設有加熱系統，使模具保持在一定溫度，以控制冷卻速度，保證流動
44、性，改善填充條件或用以控制塑件使其緩慢冷卻，防止厚壁塑件內外冷卻不均提高結晶度等。對流動性好、成型面積大、料溫不均的則按塑件成型情況有時需要加熱或冷卻交交替使用或局部加熱與冷卻並用。為此模具應設有相應的冷卻或加熱系統。,注塑成型中常見的幾個概念,80,塑膠中因有各種添加劑，使其對水分有不同的親疏程度，所以塑膠大致可分為吸濕、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的兩種，料中含水量必須控制在允許範圍內，不然在高溫、高壓下水分變成氣體或發生水解作用，使樹脂起泡、流動性下降、外觀及力學性能不良。所以吸濕性塑膠必須按要求採用適當的加熱方法及規範進行預熱，在使用時還需用紅外線輻照以防止再吸濕。,5、吸濕性,注塑成型中常見的幾個概念,81,小 結,一、注射成型原理,二、注射成型工藝過程,三、注射成型工藝條件,四、注射成型的特點及應用,五、注射成型過程的物理與化學變化,六、影響注射成型塑膠成型收縮的因素,七、影響注射成型塑膠成型流動的因素,八、注射成型的幾個常見概念,
