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1、注射成型的工艺过程,塑料注射工艺过程,（一）成型前的准备-成型前对原料的预处理,对原料进行外观和工艺性能的检验，有的粉料还需造粒、染色和干燥等。,如：PC、PA、PMMA等须干燥。,小批量：热风循环烘箱、红外线加热烘箱、真空烘箱。,大批量：沸腾干燥、气流干燥。,常压时通常100以上，注意干燥时间和之后的防潮。,2.料筒的情况,初用某种塑料或初用注射机、生产中需改变产品、更换原料、塑料中有分解时需对注射机的料筒进行清洗或拆换。,柱塞式：拆卸清洗或用专用料筒。,螺杆式：直接换料清洗。要求掌握塑料的热稳定性、成型温度范围、各种塑料之间的相容性。,3.嵌件的预热,防止嵌件的周围出现裂纹或导致制品强度下
2、降。,预热可减少熔料与嵌件的温差，使嵌件周围的熔料冷却较慢，收缩均匀，产生热料补缩作用，防止内应力的产生。,预热温度：110130。,4.脱模剂的选用,使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面的一种助剂。如：硬脂酸锌（PA除外）、液体石蜡（PA常用）、硅油（较昂贵）。注意润滑剂的用量要适中。,（二）注射过程注射工序,一般地，注射过程要经历加料、塑化、充模、冷却、脱模等步骤。,1.加料,注射成型是一间歇过程，保持定量加料，以保证操作稳定，塑料塑化均匀，获得良好制品。,加料过多：受热时间过长，容易引起物料的热分解，注射机功率消耗增加。,加料过少：料筒内缺少传压物质，模腔中塑料熔体压力降低，难于补塑
3、，易引起制品收缩、凹陷、空洞等缺陷。,2.塑化,加入的塑料在料筒中进行加热，由固体粒子变成熔体，经过混合和塑化后，塑化好的熔体被柱塞或螺杆推挤至料筒的前端。,3.充模,经过喷嘴、模具浇注系统进入并充满型腔的过程。核心步骤,4.补塑,在模具中熔体冷却收缩时，继续保持施压状态的柱塞或螺杆，迫使浇口和喷嘴附近的熔体不断补充入模具中。,5.保压,使模腔中的塑料能形成形状完整而致密的制品。,6.退回柱塞或螺杆，加入新料,7.冷却,卸除料筒中塑料的压力，通冷却水、油等冷却介质，对模具进一步冷却。核心步骤,8.脱模,冷却到所需温度，可用人工或机械的方式脱模。,(三）冲模阶段,注射过程中的压力损失,物料熔体在
4、注射时要克服一系列阻力，包括熔体与料筒、喷嘴、浇注系统、型腔的摩擦阻力及熔体的内摩擦阻力，同时还需要对熔体进行压实，因此，所需的注射压力很高。在螺杆式注塑机中，物料在固体输送段已经形成固体塞，阻力较小，到计量段物料已经熔化，这时，无论固体、半固体还是熔体，其流动阻力均较小。因此，螺杆式注塑机的注射压力损失小。,充模过程中模腔内压力变化曲线,模腔内压力变化曲线说明,a-熔料在受压保持时间（保压时间），b-螺杆行程向前的时间，c-在塑模中冷却保持时间，d-浇口中熔料凝固时的压力（封口压力），e、e1、e2-压力曲线，f-开模时的残余压力。1-从螺杆推动到熔体填充模腔的时间，2-熔体填充模腔的时间，
5、3-塑料被压实的时间，4-保压时间，5-熔体倒流时间，6-浇口凝固后到脱模前熔体继续冷却时间。,模腔内压力变化曲线分析(1),充模阶段 该阶段是从柱塞或螺杆预塑后的位置开始向前移动起，直至塑料熔体充满模腔为止。时间为1、2、3这三段时间之和，其时间范围为几秒到十几秒，也有不到1秒的。充模阶段开始时，模腔内没有压力，曲线1；随着物料不断充满，压力逐渐建立起来，曲线2；待模腔充满对塑料压实时，压力迅速上升而达到最大值，曲线3。充模时，熔料的流动形式是铺展式向前流动，前沿呈圆弧形，两壁的交界处逐渐过渡到直线。呈现这种流动状态的原因是熔料在模内流动时是非等温流动，而且是不稳定流动，熔料前端的粘度很高。
6、,模腔内压力变化曲线分析(2),充模时间与注射压力的关系 充模时间长，也即慢速充模，首先进入模内的熔体，受到较多的冷却而粘度增大，后面的熔体就要在较高的压力下才能入模，因此，模内物料受到的剪切应力大、分子定向程度高，当定向的分子被冻结后，会使制品产生各向异性，在使用过程中会出现裂纹。充模时间长，制品的热稳定性也较低。充模时间短，也即快速充模，塑料熔体通过喷嘴及浇注系统时，将产生较高的摩擦热而使料温升高，这样有利减少分子定向程度，提高制品的熔接强度。但充模速度过快时，嵌件后部的熔接反而不好，使制品强度下降，另外，充模过快也容易裹入空气，使制品出现气泡或使热敏性塑料因料温高而发生分解。,模腔内压力
7、变化曲线分析(3),保压阶段 此阶段也称压实、补缩阶段，是从熔体充满模腔时起至柱塞或螺杆后退前为止。时间为曲线4（a或a1）这阶段，其时间范围为几秒、几十秒甚至几分钟。在这段时间内，塑料熔体因冷却而产生收缩，但由于塑料熔体仍处于柱塞或螺杆的稳压下，料筒内的熔料会继续向模腔内流入，以补充因收缩而留出的空隙。塑料工业中，把这段时间称为补料时间。保压阶段的压力可以维持原来的注射压力，一般是稍低于原来的注射压力。提高保压阶段的压力，延长保压时间，有利于提高制品密度，减少收缩，克服制品表面缺陷。保压压力越高，浇口凝封压力也越高，塑料还在流动，温度逐渐下降，因此，分子定向程度大。这是注射制品大分子取向形成
8、的主要阶段。,模腔内压力变化曲线分析(4),倒流阶段 该阶段是从柱塞或螺杆后退时开始到浇口处熔料冻结为止。时间为曲线5，其时间范围为0秒到几秒。此时，模腔内的压力比流道压力高，因此会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。如果柱塞或螺杆后退时，浇口处熔料已凝封或喷嘴中装有止逆阀，则倒流阶段就不会出现。实际工业生产中不希望出现倒流阶段，正常生产中也不会出倒流阶段，曲线e2。因此，在注塑过程中，倒流阶段是可避免的。曲线e1是倒流严重的情况。一般，保压时间长、凝封压力高，则倒流少、制品的收缩率降低。,模腔内压力变化曲线分析(5),浇口冻结后到脱模前的继续冷却阶段。该阶段是从浇口凝封时起到制品从模腔
9、中顶出时止，曲线6。其时间范围为几秒、几十秒甚至几分钟。模内塑料在该阶段内主要是继续进行冷却，以使制品在脱模时具有足够的刚性而不致发生扭曲变形。在此阶段，可以不考虑分子取向问题。,（四）冷却阶段,塑料熔体自进入模腔后即被冷却，直至脱模时为止。如果冷却过急或模具与塑料熔体接触的各部分温度不匀，则会由于冷却不均而导致收缩不均匀，使制品中产生内应力。但冷却速度慢，则会延长生产周期、降低生产效率，而且还会造成复杂制品脱模困难。,模内冷却结束时间的客观标准,制品最厚部位断面中心层的温度冷却到该种塑料的热变形温度以下所需的时间；制品断面的平均温度冷却到所要求某一温度以下所需的时间；某些较厚的制品，虽然断面
10、中心层部分尚未固化，但也有一定厚度的壳层已经固化，此时取出制品已可不产生过大的变形，这段时间也可以定为制品的冷却时间；结晶型塑料制品的最厚部位断面的中心层温度冷却到熔点温度以下所需要的时间，或结晶度达到某一指定值所需要的时间。,（五）整个注塑工艺过程,成型前的准备工作1 原材料的检验2 原材料的着色方法3 原材料的干燥4 嵌件的预热5 脱模剂的选用6 料筒的清洗注射成型过程包括塑化、注射和模塑冷却三个阶段。1.塑化2.注射过程中的压力损失3.充模与冷却过程制品的后处理 注塑制品经脱模或进行机械加工、修饰之后，为改善和提高制品的性能，通常需要进行适当的后处理。注塑制品的后处理，主要是指热处理(退
11、火)和调湿处理。,1 原材料的检验,原材料的检验内容为:原材料的种类、外观及工艺性能等。（1）原材料的种类：不同类型的塑料,采用的加工工艺不同,即使是同种塑料,由于规格不同,适用的加工方法及加工工艺也不完全一样。（2）原材料的外观：色泽、颗粒形状、粒子大小、有无杂质等。对外观的要求是:色泽均匀、颗粒大小均匀、无杂质。（3）原材料的工艺性能：MFR、流变性、热性能、结晶性及收缩率等。其中,MFR是重要的工艺性能之一。,2 原材料的着色方法,塑料原料的着色常用两种方法,即:干混法（也称浮染法）和色母料着色法。（1）干混法着色：将热塑性塑料颗粒与分散剂、颜料均匀混合成着色颗粒后直接注塑。（2）色母料
12、法着色：将热塑性塑料颗粒与色母料颗粒按一定比例混合均匀后用于注塑。色母料着色法操作简单、方便，着色均匀，无污染，成本比干混法着色高一些。目前，该法已被广泛使用。,（3）着色剂与树脂 着色剂与树脂的配合十分重要，有两方面的因素要考虑。其一，着色剂的分解温度与树脂的成型温度的配合。例如，能用于PVC塑料的着色剂就不一定能用于PC塑料，因为PVC的成型温度比较低，而PC的成型温度相当高。其二，即使某种着色剂对PVC和PC这两种塑料的成型温度都能适应，适用于PC用的着色剂就不一定适用于PVC，因为PVC在成型过程中或多或少地分解释放出HCl，而HCl就有可能对这种着色剂起着有害的化学作用。,（4）色母
13、粒料使用 载体树脂与主体树脂的关系；主要是指熔融温度的问题.颜色的深浅:色母粒料中颜料的浓度和色母料的添加量；分散的均匀性,主要考虑色母料的用量和基体树脂量的关系。,（5）颜色的控制 塑料制品颜色难以控制的内容有两个方面：一方面是指颜色的调配，使制品有光泽；另一方面，是指颜色的均匀性。第一个方面的问题是指颜色品种的选择和用量的多少，当然，也要注意色光方面的调配。第二方面的问题：设备问题，如果是柱塞式注塑机，则颜色的均匀性要差些，螺杆采用螺杆式注塑机，则颜料的均匀就好得多。工艺参数的设置得要适当，如果料筒温度不能过高，当然也不能太低。颜料的添加量要适当。,3 原材料的干燥,原材料干燥的必要性常用
14、塑料干燥工艺参数干燥方法干燥效果及其影响因素,原材料干燥的必要性,有些塑料原料要干燥，如：PA、PC、PMMA、PET、ABS、聚砜、聚苯醚等，由于其大分子结构中含有亲水性的极性基团，因而易吸湿，使原料中含有水分。当原料中水分超过一定量后，会使制品表面出现银纹、气泡、缩孔等缺陷，严重时会引起原料降解，影响制品的外观和内在质量。因此，成型前必须对这些塑料原料进行干燥处理,常用塑料干燥工艺参数,塑料名称 干燥温度/干燥时间/h 料层厚度/mm 含水量要求/%ABS 8085 24 3040 0.1PA 90 100 8 12 50 0.1PC 120 130 6 8 30 0.015PMMA 70
15、 80 4 6 30 40 0.1PET 130 5 20 30 0.02聚砜 110 120 4 6 30 0.05聚苯醚 110 120 2 4 30 40-,干燥方法,1.热风循环干燥2.红外线加热干燥3.真空加热干燥4.沸腾床干燥5.气流干燥 干燥方法的选用，应视塑料的性能、生产批量和具体的干燥设备条件而定。通常，小批量用料采用热风循环干燥和红外线加热干燥。大批量用料采用沸腾床干燥和气流干燥。高温下易氧化降解的塑料，如PA，则宜采用真空干燥。,干燥效果及影响因素,影响干燥效果的因素有三：干燥温度 一般，干燥温度应控制在塑料的软化温度以下、热变形温度以下或Tg以下；为了缩短干燥时间，可适
16、当提高温度，以干燥是时塑料颗粒不结成团为原则，一般不超过100。干燥温度也不能太低，否则不易排除水分。干燥时间 干燥时间长，有利于提高干燥效果，但时间过长不经济；时间太短，水分含量达不到要求。料层厚度 干燥时料层厚度不宜大，一般为2050mm。必须注意的是：干燥后的原料要立即使用，如果暂时不用，要密封存放，以免再吸湿；长时间不用的已干燥的树脂，使用前应重新干燥。,4 嵌件的预热,必要性 为了装配和使用强度的要求，在塑料制品内常常需嵌入金属嵌件。注塑前，金属嵌件应先放入模具内的预定位置上，成型后与塑料成为一个整体。由于金属嵌件与塑料的热性能差异很大，导致两者的收缩率不同，因此，有嵌件的塑料制品，
17、在嵌件周围易产生裂纹，既影响制品的表面质量，也使制品的强度降低。通过对金属嵌件的预热，可减少塑料熔体与嵌件间的温差，使嵌件周围的塑料熔体冷却变慢，收缩比较均匀，并产生一定的熔料补缩作用，以防止嵌件周围产生较大的内应力，有利消除制品的开裂现象。,嵌件的预热的设定,根据塑料的性质以及嵌件的种类、大小决定。对具有刚性分子链的塑料（如PC、PS、聚砜和聚苯醚等），由于这些塑料本身就容易产生应力开裂，因此，当制品中有嵌件时，嵌件必须预热；对具有柔性分子链的塑料（如PE、PP等）且嵌件又较小时，嵌件易被熔融塑料在模内加热，因此，嵌件可不预热。预热温度一般为110130,预热温度的选定以不损伤嵌件表面的镀层
18、为限。对表面无镀层的铝合金或铜嵌件，预热温度可提高至150左右。预热时间一般以几分钟即可。,5 脱模剂的选用,脱模剂是使塑料制品容易从模具中脱出而喷涂在模具表面上的一种助剂。可减少塑料制品表面与模具型腔表面间的粘接力，缩短成型周期，提高制品的表面质量。常见的脱模剂主要有三种，硬脂酸锌（除PA外，一般塑料都可使用）、白油（PA）及硅油（脱模效果好需要配成甲苯溶液，涂在模具表面，干燥使用）。,脱模剂的选用,使用方法：手涂和喷涂。手涂法成本低，但难以 形成规则均匀的膜层，脱模后影响制品的表观质量，尤其是透明制品表面会产生混浊现象。喷涂法是将液体脱模剂雾化后喷洒均匀。涂层薄脱模效果好、脱模次数多（喷涂
19、一次可脱十几模）。实际生产尽量选用喷涂法。凡要电镀或表面涂层的塑料制品，尽量不用脱模剂。,6 料筒的清洗,在挤出成型或注塑过程中，遇有需要更换用料时，以随后要用的塑料或另一种可以混容的清机物料纳入机中，以清除机筒内残留旧料的操作，称为料筒的清洗。生产中，当需要更换原料、调换颜色或发现塑料有分解现象时，都需要对注塑机的料筒进行清洗。,料筒的清洗,螺杆式注塑机的料筒清洗，通常采用换料清洗法。清洗前要掌握料筒内存留料和欲换原料的热稳定性、成型温度范围和各种塑料之间的相容性等技术资料，清洗时要掌握正确的操作步骤，以便节省时间和原料。,直接换料法清洗料筒,若欲换原料和料筒内存留料有共同的熔融温度时，可采
20、用直接换料法。直接换料的操作规程如下:若欲换原料的成型温度比料筒内存留料的温度高时，则应先将料筒和喷嘴温度升高到欲换原料的最低加工温度，然后加入欲换料（也可用欲换料的回料），进行连续的对空注射，直至料筒内的存留料清洗完毕后，再调整温度进行正常生产.若欲换料的成型温度低于料筒内存留料的温度时，则应先将料筒和喷嘴温度升到使存留料处于最好的流动状态，然后切断料筒和喷嘴的加热电源，用欲换料在降温下进行清洗，待温度降至欲换料加工温度时，即可转入生产。,间接换料法清洗料筒,若欲换原料和料筒内存留料没有共同的熔融温度时，可采用间接换料法。间接换料的操作规程如下：若欲换料的成型温度高，而料筒内的存留料又是热敏
21、性的，如PVC、POM等，为防止塑料降解，应采用二步法换料法清洗，即先用热稳定性好的PP、PS或LDPE塑料或这类塑料的回料作为过渡清洗料，进行过渡换料清洗，然后用欲换料置换出过渡清洗料。在许多情况下，采用PP、PE等塑料的回料作为过渡料。,用料筒清洗剂清洗料筒,直接换料清洗要浪费大量的清洗料。因此，目前已广泛采用料筒清洗剂来清洗料筒。料筒清洗剂的使用方法：首先将料筒温度升至比正常生产温度高1020，注净料筒内的存留料，然后加入清洗剂（用量为50200g），最后加入欲换料，用预塑的方式连续对空注射一段时间即可。若一次清洗不理想，可重复清洗。,用浅色料替换深色料时,在这种情况下，清洗料筒时要用大
22、量的料清洗料筒；并在生产很长一段时间后仍有深色料夹在制品中。所以，在有些厂家，有专用的浅色料注塑机。,注 射 过 程,1 塑化,(1)塑化 粒状或粉状的塑料原料在料筒内经加热达到流动状态，并具有良好可塑性的过程，是注塑的准备阶段。(2)塑化过程要求达到:物料在注射前达到规定的成型温度；保证塑料熔体的温度及组分均匀，并能在规定的时间内提供足够数量的熔融物料；保证物料不分解或极少分解。由于物料的塑化质量与制品的产量及质量有直接的关系，因此，加工时必须控制好物料的塑化。,对塑化的要求,（1）塑料熔体在进入模腔之前要充分塑化；既要达到规定的成型温度又要使塑化料各处的 温度尽量均匀一致，使热分解物的含量
23、达最小 值。,（2）提供上述质量的足够的熔融塑料以保证生产连 续而顺利地进行。,总之：与塑料的特性、工艺条件的控制、注射机塑化装置的结构有关。,塑料的塑化原理,以柱塞式注射机的塑化为例。,塑料塑化所需的温度来自,料筒壁对物料的传热,物料内部的摩擦热,设进入料筒的塑料初温为T1，料筒内壁温度为TW，则塑料可达到的最大温升为TW-T1。,但实际由喷嘴射出的塑料的平均温度T2总小于TW，所以实际温升为T2-T1。,（1）加热效率,则加热效率Eh,即：实际温升与最大温升之比。,Eh值高，有利于塑化。,（2）加热效率的影响因素,在料筒几何尺寸一定的情况下，塑料在料筒内的受热时间t与料筒中的存料量Vp，每
24、次注射量W和注射周期tc有如下关系：,则存料量多，注射周期长，都可增长受热时间。,塑料的热扩散速率的影响,料筒中料层的厚度a与料筒表面之间的温差的影响,可见：塑料的热扩散系数正比于热传导系数。,K：热传导系数；C：塑料的比热；：塑料的密度。,由于塑料的导热性差，故随料层厚度增大和料筒塑料间温差减小，料筒的加热效率会降低。,塑料中温度分布的影响,塑料的平均温度总是介于它的最低温度Tm（T1TmT2）与料筒温度TW之间。,温度分布宽,温度分布窄,T1,物料初温,Tm,最小温度,T2,平均温度,TW,控制温度,T1,TW,Tm,T2,物料所受热,物料可获热,温度分布,Eh=0.7,Eh=0.9,塑料
25、的性质和塑料是否受到搅动的影响,TW一定时，平均温度随温度分布的加宽而降低，Eh低，反之则高。,实践证明：Eh值不应小于0.8。,原料的特性-熔料的温度均匀性,螺杆式注塑机的在成型过程中，塑料的温度均匀性较好。螺杆式注塑机，如果剪切作用强烈时，料温能超过料筒温度。柱塞式注塑机的在成型过程中，塑料的温度均匀性较差。因为柱塞式注塑机在熔化塑料时没有剪切作用，因此，熔料各部位的温度很不均匀，所以，这种注塑机只能成型小型制品。,2 塑化能力与塑化量,塑化能力是指单位时间内，注塑机的塑化装置所能提供的，具有一定质量要求的熔体量。塑化量是指单位时间内注塑机塑化塑料的重量。柱塞式注射机塑化量小，螺杆式注射机
26、的塑化能力高。所以,大型塑料制品都用螺杆式注塑机成型。,制 品 的 后 处 理,制件的后处理,为改善和提高制件的性能及尺寸稳定性，注射制件经脱模或机械加工后，需进行适当的后处理。,退火处理目的：塑化不均匀，冷却速度不同，均会使制品内存在不均的结晶、定向、收缩，导致内应力的存在，从而使制品力学性能下降、光学性能变坏、表面银纹、变形开裂等。,退火的方法：使制品在定温的加热液体介质（水、矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等）或热空气循环烘箱中静置一段时间。,塑料的分子链刚性较大、壁厚较大、带有金属嵌件、使用温度范围较宽、尺寸精度要求较高、内应力较大又不易自行消失的制品，均须进行热处理；而分子链柔性较大、
27、产生的内应力能缓慢自行消失（如POM等）或制品的使用要求不高时，可不必进行热处理。退火处理的一般规律是：低温长时间；高温短时间，缓慢冷却到室温。热处理时间的长短，应以消除内应力为原则。热处理后的制品：薄壁制品，冷却速率为5060/；厚制品，冷却速率为110/h。热处理介质的要求：适当的加热温度范围；一定热稳定性；与被处理物不反应；不燃烧，不放出有毒的烟雾。,退火温度：使用温度以上1020，或低于塑料热变形温度1020。因为温度过高会使制品产生翘曲或变形，温度太低又达不到热处理目的。,退火的实质：,使强迫冻结的分子链得到松弛，凝固的大分子链段 转向无规位置，消除内应力；,提高结晶度、稳定结晶结构、提高制品的弹性模量和硬度，降低断裂伸长率。,2 调湿处理,聚酰胺类塑料，高温下与空气接触会变色，在空气中 存放易吸水膨胀，因此需将刚脱模的制件放在热水中进行处理，称为“调湿处理”。,塑料制品的其它处理方法,模外固定冷却 如果制品在模内的冷却时间太长，就会影响到生产效率。实际生产中，将制品脱模后立即用预制的木模固定，冷却一定时间后再从木模上取下来。这对于面积大的、薄壁制品，尤其是盒状制品，为了防止变形，特别适用。,
