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1、注射成型,教学时数：16学时教学目的：（1）掌握注射成型机的基本结构与作用；（2）熟练掌握注射过程原理；（3）了解橡胶注射成型机的工作原理；（4）了解热固性塑料注射成型特点；（5）对反应注射成型工作原理及设备有基本了解；（6）了解气体辅助注射成型的特点及工作原理,第五章 注射成型,定义：将粒状或粉状塑料加入到注射机的料筒。经加热熔（融）化呈流动状态，然后在注射机的柱塞或移动螺杆快速而又连续的压力下，从料筒前端的喷嘴中以很高的的压力和很快的速度注入到闭合的模具内。充满模腔的熔体在受压的情况下，经冷却或加热固化后，开模得到与模具型腔相应的制品。,注射成型过程示意图,注射成型,特点：1、生产周期短，
2、生产效率高，易实现生产自动化2、间歇生产过程，除管、板和棒之外均可生产3、适应范围广：可加工大多数热塑性塑料，复合材料，增强树脂，泡沫塑料等。,注射成型,注射成型技术的发展：理论研究方向：1、反应注射成型（RIM）2、气体辅助注射成型（GAIM）3、结构发泡注射成型4、共注射成型,51注射机结构与作用,注射机的发展1872年 美国人发明柱塞式注射机1926年 用压缩空气推动的柱塞式1932年 德国 弗兰，布芬恩发明柱塞式卧式注射机（全自动）1948年 开始使用螺杆塑化装置1956年 第一台往复式注射机全世界2530%塑料制品采用注射成型方法成型，注射机的生产约占塑机产量的50%。,511 注射
3、机的分类,1 按结构特点分类（1）柱塞式注射机特点：利用柱塞将物料向前推进，通过分流梭经喷嘴注入模具。料筒内物料熔化热量由电阻加热器供给。塑化靠导热和对流传热。历史：发展最早，工艺操作简单，目前仍在小制品生产方面应用。（2）双阶柱塞式注射机特点：两只柱塞式注射装置串联。第一阶预塑化料筒内物料经传热、熔融塑化后，再进入第二阶料筒内，然后熔体在柱塞压力下经喷嘴注入模腔内。,注射机的分类,优点：对（1）的改进，塑化效率及生产能力均有所提高(3)螺杆预塑化柱塞式注射机 特点：预塑化用单螺杆挤出装置，物料熔融塑化后经单向阀进入注射料筒，柱塞注射。优点：较大地提高了塑化效果和生产能力，可应用于高速精密和大
4、型注射装置及低发泡注射。,注射机的分类,（4）移动(往复）螺杆式注射机 特点：类似挤出机，螺杆既能旋转，又能作水平往复运动。螺杆旋转完成加料、输送、塑化，边旋转边后退，熔体充满喷嘴与螺杆头之间。注射时，螺杆前移，起柱塞作用。优点：结构严密，塑化效率高，生产能力大.,2 按注射机外形特征分类,（1）立式注射机 特点：合模装置与注射装置的运动轴线呈一线并垂直排列。优点：占地面积小，模具拆装方便，安放嵌件方便 缺点：制件不易自动脱模，不易实现全自动化，维修不方便 应用：小型注射机,立式注射机,(2）卧式注射机,特点：合模装置与注射装置的运动轴线呈一线水平排列优点：机身低，操作、维修方便，自动化程度高
5、应用：目前注射机最基本的形式，对大、中、小型均适用（3）角式注射机 特点：合模装置和注射装置的运动轴线互成垂直排列优缺点：介于立式和卧式之间应用：较普遍，大、中、小型注射机均有,卧式注射机,角式注射机,1、合模机构，2、注射机构，3、机架,二板注射机结构示意图,3按注射机的加工能力分类,注射量和锁模力是反映注射机加工能力的主要参数类别 锁模力/KN 注射量/cm3超小型 2000超大型 20000,4按注射机用途分类,热塑性塑料型、热固性塑料型、发泡型、排气型、高速型、多色、精密，等。5 按合模机构特征分类机械式、液压式、液压机械式6 注射机的基本参数公称注射量、注射压力、注射速率、塑化能力、
6、锁模力，合模装置的基本尺寸、开合模速度、空循环时间。,注射机的基本参数,（1）（公称）注射量(cm3,或g)定义：机器在对空注射条件下，注射螺杆（或柱塞）作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。表示法：a.以PS为标准=1.05g/cm3b.以注射熔体(常温下的体积)的容积表示 理论注射容量(cm3),注射机的基本参数,Vc=Ds2*S/4其中：Vc：理论注射容量Ds：螺杆直径S：注射行程（最大）公称注射容量 最大注射量 最大射胶量V=Vc=Ds2*S/4其中：为注射系数，在注射整个过程中，在T，P变化下，也变化（非结晶变化7%，结晶变化15%），另有返流，为0.70.9，一般取0
7、.8注射量W=V PS=0.880.9，PE=0.750.8,注射机的基本参数,（2）注射压力定义：注射压力是指注射时螺杆（或柱塞）施于料筒中物料的压力（MPa）有时设计多根螺杆以获得不同注射压力（3）注射速率定义：是指注射过程中，每秒钟注入模具的理论容量 注射速度：是指注射时，螺杆或柱塞轴向移动速度。,注射机的基本参数,(4)塑化能力定义：单位时间内所能塑化的物料量（以PS为准）（5）锁模力定义：注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力FXKpA103其中 F：锁模力，KN p：注射压力，MpaA：与施压方向垂直的制品投影面积，m2K：压力损耗系数，一般在0.30.6之间X：安全系数，一般
8、在11.3之间,注射机的基本参数,（6）合模装置的基本尺寸模板尺寸，拉杆空间，模板间最大开距，动模板行程，模具最大厚度与最小厚度（7）空循环时间定义：是在没有塑化、注射保压、冷却、取出制品等动作的情况下，完成一次循环所需要的时间（s），由合模、注射座前进和后退、开模以及动作间的切换时间所组成。,512 注射机的基本结构,1 注射系统组成：加料装置、料筒、螺杆（或柱塞及分流梭）、喷嘴，整体移动缸。（1）加料装置加料料斗：容量（12h产量），加料特征为间歇性，柱塞式注射系统采用定量计量装置（能定容或定量加料），加热，干燥装置。（2）料筒塑化量：柱塞式 最大注射量的68倍 螺杆式 最大注射量的23倍
9、要求：保证物料有足够的停留时间和接触传热面，塑化效率高，混合效果好。,注射系统,（3）柱塞及分流梭（柱塞式注射系统）柱塞：在料筒内作往复运动，传递施加在塑料上的压力分流梭：两端锥行的金属圆锥体，形如鱼雷，其表面有48条流线型的凹槽。其作用是将料筒内流经该处的料分为薄层，使流体产生分流和收敛流动，缩短传热导程。,（4）螺杆（螺杆式注射系统）,作用：对塑料输送、压实、塑化、传递注射压力注意区别注射螺杆与挤出螺杆在结构上的不同点：1）注射螺杆长径比比较小，15252）注射螺杆压缩比较小，在22.5之间3）注射螺杆均化段长度较短，但螺槽深度较深，以提高生产率。加料段较长4）注射螺杆的头呈尖头型，与喷嘴
10、能很好地吻合，螺杆头结构特殊，注射螺杆间歇工作。,注射螺杆及螺杆头,螺杆头部结构,螺杆头,要注意防止出现熔融塑料积存、回流现象。一般黏度()大的塑料，用锥行尖头；小的塑料，必须装止逆环以防回流。,（5）喷嘴,作用：连接料筒和模具的通道，引导塑料从料筒进入模具。保持较高注射压力和速度，使物料进一步塑化。喷嘴与模具的浇注系统的配合要注意。(错误1,错误2,正确)1）通用式喷嘴粘度大，热稳定性差的物料，采用大口径直通式。如用于：PS、PE、PVC等的加工2）延伸式喷嘴有加热装置，注射压力降较小如用于：PMMA、POM、PC等的加工3）弹簧针阀式喷嘴自锁式喷嘴，结构复杂，注射压力降较大。如用于：PA、
11、PET等低粘度塑料的加工,喷嘴,2 锁模系统,作用：闭合模具，并在模腔内注入高压物料时仍能保持模具的闭合状态，以及成型完毕时能克服制品对模具的附着力而打开模具。3 液压传动与电器控制系统电动机，油泵，管道，多类阀件，电器控制箱。液压传动和电器控制则是为了保证注射成型机按照成型工艺的要求（如压力、速度、温度等）和动作程序准确有效地进行工作而设置的。4注射模具,模具,安装在注射机上的模具,513 注射机的工作过程,1一个注射成型过程称之为一个工作循环2注射机的程序操作（1）合模与锁紧模板移动开始 低压保护阶段 高压锁紧模具（2）注射装置前移整体前移，使喷嘴和模具浇道口贴合（3）注射注射螺杆（柱塞）
12、前移，以高速高压将料筒前部的熔体注入模腔，并将模腔中的气体从模具分型面驱赶出去。,(4)保压低温冷却，熔体产生收缩，为保证制品的致密性、尺寸精度及强度，螺杆对熔体保持一定压力，对塑件进行补缩直到冻结。（5）制品的冷却和预塑化 冷却的同时，螺杆传动装置开始工作，当物料由螺杆输送到料筒前端，螺杆头部的熔料压力达到能克服注射油缸活塞退回时的阻力（所谓背压）时，螺杆在旋转的同时向后移动，进行计量，与此同时料筒前端螺杆头部的熔料逐渐增多，当达到所需要的注射量时（即,螺杆退回到一定位置时），计量装置工作，螺杆停止转动和后移。（6）注射装置后退和开模顶出制品注射装置整体后退的目的：避免喷嘴与冷的模具长时间接
13、触影响料温和注射。（7）防流涎操作 对于开式喷嘴和粘度低的物料，预塑结束后，由于背压的作用，物料会沿喷嘴流涎，为了避免该现象，螺杆预塑结束后，再后退一定距离，在螺杆头部与物料之间形成局部负压，以减少流涎现象。,思考题,1.设定的注射压力起何作用？2.一般保压力应设定得比注射压力高还是低？3.解释注射机基本参数（1）注射量（2）锁模力（3）注射速率（4）注射压力4.注射机参数和注射成型工艺参数有何不同？5.什么叫“背压”？如何调节？6.何为“对空注射”？,52 注射过程原理,注射成型工序：加料、塑化、注射充模、保压、冷却固化、脱模。其中关键是塑化、流动、冷却。,521 塑化过程,定义：塑料在料筒
14、内受热达到充分熔融状态，且有良好的可塑性的过程。要求：塑料在进入模腔之前要充分塑化，既达到规定成型温度，各点温度尽量均匀一致。影响因素：塑料的特性、工艺条件的控制、注射机塑化装置的结构。塑化质量：主要由塑料的受热情况和所受的剪切作用所决定。,塑化过程,与挤出机挤出过程相比：挤出机料筒内物料的熔融是稳定的连续过程，而移动螺杆式注射机料筒内物料的熔融是一个非稳定的间歇式过程。1 热均匀性热源：对于柱塞式注射系统绝大多数靠料筒的外加热，由于柱塞推动，几乎无混合作用。剪切摩擦热很小，对热传递不利。易形成不均匀的温度分布：近料筒壁的温度偏高，料筒中心的温度偏低。无论横截面上还是长度方面均有很大温度梯度。
15、,塑化过程,柱塞式塑化系统加热效率EE=（T-T0）/（Tw-T0）（TwTT0）式中 T0：进入料筒的塑料的初始温度 Tw：料筒内壁达到的温度 T：塑料实际温度影响E的因素（1）增加料筒长度和传热面积（2）延长塑料在料筒内的受热时间，提高T（3）增大塑料的热扩散速率，吸收更多的热量。,塑化过程,（4）E与料筒中料层的厚度和塑料与料筒表面的温差有关E会随着料层厚度的增大和料筒与塑料间的温差减小而降低。分析：有上可知，安装分流梭，可减小料层厚度，使塑料产生减切和收敛流动，加强热扩散作用。并增大加热面积，增强塑化。（5）受塑料温度分布的影响在Tw固定的条件下，温度分布（Ti-Tw）宽，塑料热均匀性
16、差，物料的平均温度Ta 降低，Ta-To的值就会小，对应的E较低。反之，物料温度分布窄，则Ta升高，E提高。,塑化过程,结论：延长塑料在料筒中受热时间t，增大塑料的热扩散速率，减小料筒中料层的厚度，在允许的条件下提高料筒壁温Tw，都能提高E。,2 塑化能力,qm=3.6W/t式中 qm：塑化能力 kg/h W：注射量，g t：一个注射周期，s 3 料温分布,422 注射充模过程,注射成型过程包括:充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却四个阶段。1.充模阶段这一阶段从柱塞或螺杆开始向前移动起，直到模腔被塑料熔体充满为止。该过程经历时间短、变化大、复杂，对制品有重大影响，物料注入模腔需要克服流经喷嘴、
17、流道、模腔的流动阻力（压力损失）。,充模过程中模具内压力变化,2 熔体在喷嘴中的流动喷嘴：是注射机料筒与模具之间的连接件,充模时熔体经过喷嘴通道中，剪切速率的变化相当大，熔体流经喷嘴会有较多的压力损失和较大的温升。结论：熔体流经喷嘴的温升，主要由熔体通过喷嘴时的压力损失决定，充模时，速度、压力越高（可以调节），熔体温升越大，热稳定性差的塑料不宜采用细孔喷嘴高速注射充模。,3 熔体在模具浇道系统中的流动熔体流过模具浇道系统与流过喷嘴一样，也会出现温度和压力的变化，这种变化还与浇道系统的冷、热状态有关。热流道系统：单独加热，温度保持在物料流动温度或熔点以上。冷流道系统：物料通过时，浇道系统由金属组
18、成，其温度远低于熔体温度，所以熔体表层与壁面接触后迅速冷却形成冷凝料壳层 浇道实际截面积减小，计算压力损失时，应考虑流道半径的减小。,分析：增大浇口面积,流体通过时的剪切速率下降，熔体粘度上升。增大浇口截面积以提高流率qv有一极限值，当浇口面积此值后，qv反而下降 减小浇口截面积，剪切速率会因流速上升而上升，同时高剪切速率下产生的摩擦热会使熔体T明显上升，这二者均使浇口处熔体粘度下降，导致熔体qv上升。结论：模具系统常采用小浇口。,4 熔体在模腔中的流动,注射过程中最为复杂而又重要的阶段是高温熔体在相对较低温的模腔中流动，聚合物熔体在这期间的行为决定了成型速率及聚合物的取向和结晶，因而直接影响
19、产品的质量。（1）熔体在典型模腔内的流动方式主要与浇口的位置和模腔的形状及结构有关，典型模腔内的流动方式分为：（a）由轴向浇口进入圆柱形模腔（b）扁浇口 扁形模腔（c）圆形浇口 沿径向辐射状（d）平面浇口 矩形截面模腔，圆弧状,（2）熔体在模腔内的流动类型 主要由熔体通过浇口进入模腔时流速决定。快速充模：当从浇口进入模腔的熔体流速很高时，熔体流首先射向对壁，使熔体流成湍流，严重的湍流引起喷射而带入空气，模底先被熔体充满，空气无法排除而被压缩，这种高压高温气体会引起熔体的局部烧伤及分解，使制品质量不均匀，内应力也较大，表面有裂纹。慢速注射：熔体以层流形式自浇口向模腔底部逐渐扩展，能顺利排出空气，
20、制品质量较均匀。但过慢速度会延长充模周期，易使,熔体在流道内冷却降温，造成熔体粘度上升，流动性下降，充模不完全，或出现分层、结合不好的熔接痕，影响制品强度。（3）熔体流动的机理熔体从浇口处向模腔底部以层流方式推进时，形成扩展流的前锋波形分成三个典型阶段：（a）熔体流前缘呈圆弧形的初始阶段（b）前缘从圆弧渐变为直线的过渡阶段（c）前缘呈直线移动的主流充满模腔阶段。,分析：熔体流中心的运动速度是大于前缘的运动速度的。质点赶上运动着的前缘后，运动速度就减小到前缘的速度，并在邻近模壁处作层状移动。因此，在前缘区域内，熔体质点的运动方向指向模腔。质点在位于模壁处与冷模壁和冷空气接触界面形成高粘前缘膜，不
21、同点（在截面处）的前进速度会产生很大的速度梯度，使大分子链的两端因处于不同的速度层而受到拉伸和取向。,靠近模壁区域内的取向机理不同于熔体流的其它部分。开始取向是指向模壁的，但当熔体由于冷却而粘度上升，使大分子一端的活性变小，大分子就转过弯来，另一端就沿前缘运动方向移动，大分子受到运动的熔体流动的拉伸。结论：熔体在模内的推进过程是通过熔体质点被前缘膜阻止转向并被拉伸和新熔体质点不断从内层压出的方式进行的。,523 增密与保压过程,1 增密过程（压实过程）充模流动结束后，熔体进入模腔内的快速流动虽已停止，但这时模腔内的压力并未达到最高值。此时喷嘴内熔体压力在短时间达到最大值（理论上此时间为零），浇
22、道内熔体仍能以缓慢速度继续流入模腔，使压力升高并平衡。目的：充满模腔各部分缝隙取得精确模腔型样，且本身受到压缩使成型物增密，以上过程就是在这一极短时间内依靠模腔内的迅速增压完成的。,2 保压过程 压实结束后柱塞或螺杆不立即退回，而是在最大前进位置上再停留一段时间，使物料在一定压力（保压压力）下进行冷却。保压流动：保压阶段熔体仍能流动，称保压流动；保压压力：又称二次注射压力。保压阶段的注射力称保压压力；熔体致密流动：保压流动和充模阶段的压实流动均是在高压下的流动；产生保压流动的原因：模腔壁附近的熔体因冷却而产生体积收缩，不补缩就得不到合格的制品；,补缩的客观条件：浇口尚未冻结，熔体在保压压力作用
23、下继续向模腔补充熔体，产生保压流动，此时浇道也未冻结。处理方法：调整工艺，使螺杆前端尚余少量熔体，作为缓冲垫；结论1：保压阶段压力为影响模腔压力和模内物料被压缩程度的主要因素。分析：保压压力高，补进物料增加，制品密度上升，模腔压力增加，提高制品密实度，制品强度增大。保压压力高，物料温度下降后制品内应力上升，大分子取向，对制品性能提高不利。,结论2：保压时间亦是影响模腔压力的重要因素。分析：保压压力一定，增加保压时间，能向模腔中补进更多的熔体，其效果与提高保压压力相似。保压时间越短，且压实程度又小，物料从模具中的倒流会使模腔内压力降低得越快，最终模腔压力越低，保压时间长，或浇口截面积大，模腔中的
24、熔体凝固之后，浇口才冻结。,524 倒流与冷却定型过程,1 熔体的倒流保压阶段结束后，保压压力即被撤除，螺杆或柱塞后退，熔体从模腔内可发生倒流。倒流过程的压力曲线由倒流时间t3t4决定。如浇口还未冻结就撤除保压压力，则模腔压力在高位发生倒流，压力很快下降，倒流将一直持续到浇口冻结点E为止。分析：保压切换越早，即保压时间越短，凝封点的压力越低。将这些与保压切换D1D5相对应的凝封点E1E5相连接就形成凝封压力曲线，此为直线。,2 浇口冻结后的冷却,当模腔浇口冻结后，就进入冷却阶段t4t5，模腔压力随着冷却时间的延长进一步下降直至开模。结论：制品密度在很大程度上由凝封时模腔内的温度和压力决定的。制
25、品的密度或质量一般随凝封时压力的增大而增加，但残余应力也大，保留在制品中，形成制品的内应力，从而对制品性能形成很大影响。控制：改变保压时间（CD线长短）来调节物料的温度T和压力，以此改善制品性能。,脱模条件：冻结浇口后还应该冷却，达到表层足够厚或整体温度降至物料玻璃化温度或热变形温度以下；无外压作用下的冷却时间：即撤消保压压力，浇口凝封后的冷却时间，缩短这一时间，对提高注射机效率有重要意义；措施：降低模温，缩短冷却时间.但若模具与熔体二者之间的温差过大,降温速率过快易造成制品具有较大的内应力；,浇口冻结后的冷却,冷却过程：内部熔体将热量传导给外面的凝固层，凝固层再将热量传给模壁，模壁传给冷却介
26、质。由于塑料的导热性远小于模具所用的金属，所以制品冷却速度制约于凝固层。,思考题：,1 注射成型过程中，螺杆预塑为什么要按排在保压结束后进行？2 螺杆在预塑时，注射螺杆作何种运动？3 为什么说对于小压缩比的螺杆，通过调节背压对温度的影响更明显？4 背压可以调节吗？5 螺杆预塑结束的标记是什么?6 注射成型周期中柱塞或螺杆前进到终点时应处在那个阶段？7 从料筒各段温度控制中反映出的实际温度是指那些部位的温度，它与真正的物料温度有何区别？8 倒流是不是都会发生，由那些因素决定的？9 试分析熔体在喷嘴中流动时的压力和温度的变化。,525 合模装置,合模装置是保证成型模具可靠的闭模、开启并取出制品的部
27、件。一个完善的合模装置应该具备下列三个基本条件：（1）足够的锁模力，充模时不该有开缝现象；（2）足够的模板面积、行程和模板间的开距，以适应不同外形尺寸的制品；（3）模板的运动速度，闭模时先快后慢，开模时慢、快、慢以防止模具的碰撞。总之是力、速度、空间位置三方面要求：装置主要由：固定模板、活动模板、拉杆、油缸、连杆模具调整结构、制品顶出机构,1、合模装置种类,（1）机械式（2）全液压式 a.直压式b.增压式c.充液式，等。（3）液压机械式单曲肘双曲肘（四孔，五孔，外翻式等）,2、全液压式合模装置（1）充液式合模装置 a.不同直径油缸满足不同要求，特点是小直径移模移模动作时，锁模油缸也同时充液。b
28、.混合式：充液式和增压式合模装置优点：可实现快速移模。可获得大的锁模力。有充液阀，油从油箱自行流入，减少油泵供油。缺点：较大的油箱显为笨重。（2）液压闸板合模装置优点：移模速度先快后慢，锁模力先小后大。,移模速度高，缩短循环周期。机器重量减轻，用油量减少。（3）液压啮合螺母合模装置优点：制造小油缸比大油缸方便。拉杆承受锁模力的长度大为缩短，刚性增加。小结：优点：固定和移动模板间开距大，能加工制品的高度范围大。移动模板可以在行程范围内任意位置停留。,调节油压，就能调节锁模力的大小。零件能自润滑，磨损小。靠各种调节回路就能方便地实现保压压力，注射速度，合模速度以及锁模力等的调节，以更好地适应加工工
29、艺的要求。缺点：发生渗漏时，锁模力的稳定性差，影响制品的质量。管路、阀件维修工作量大，油缸尺寸大。,(4)增压式合模装置,优点：(1)合模缸尺寸小，可提高移模速度。(2)在不用高压油泵的情况下提高锁模力。缺点：(1)油压增高对液压系统和密封有更高的要求。(2)因为实际上合模油缸直径还是较大的。所以合模速度不是十分快。(5)二次动作液压式 为满足注射机对合模装置提出的速度和力的要求，较多地采用不同直径的油缸，分别实现快速移模，加大锁模力。,3、液压-机械式合模装置,单曲肘合模机构,合模力计算,b.二线相切,切点a处出现Pm=Pc,但为纯理论计算,不计摩擦.c.既不相交也不相切 PmPcd.在生产
30、中如出现锁不紧模具时,如肘杆机构的几何位置已得到正确调整的情况下,可以通过:1.减少机构的预调量L(即减小0)2.提高油缸推力(不超过机器的设计使用值),计算题:,已知单曲肘注射机合模机构合模力为Pcm=80t,拉杆长度Lp=145cm,拉杆直径dp=5cm,后肘杆L1=20cm,截面F1=911cm2,前肘杆L2=30cm,截面F2=911cm2,E=2105MPa,K=1.45,n=4 求:(1)移模油缸最大驱动力POC.(2)如POC=3t,机器能否正常工作,为什么?,53橡胶注射成型,橡胶注射成型：是将胶料通过注射系统进行加热，然后在压力作用下从料（机）筒注入密闭的模具中，经热压硫化而
31、成为制品的生产方法。在橡胶行业也称为注压，注出。发展过程：是在模压法和移模法基础上发展而来：,橡胶注射成形机,模压法：使用平板硫化机生产模型制品（为密封圈、防震垫等）的方法。设备简单，更换产品方便。缺点：劳动强度大，自动化程度低，废品率较高，不适宜生产形状复杂，胶层较厚的的金属骨架制品。移模法：与热固性塑料的传递模塑类似。预先准备好胶料，加入模具上的料筒，在较高压力的作用下注入模腔，移入硫化系统。优点：流动性好，产品均匀致密，质量优于模压法。适用于某些形状较复杂的制品。缺点：劳动强度大，生产效率低。,注射成型法：与移模法有相似之处，区别：注射模具直接装在注射机上，可自动开闭。生产时，将带状（或
32、粒状）胶料喂入加料口，经预热、塑化借注射机螺杆或柱塞直接注入模具就地硫化，不必再将模具移入硫化罐内。当模具中胶料硫化时，注射机同时进行下一次注射塑化动作，成型周期短。优点：工序简单，自动化程度高，生产效率高；缺点：机器模具结构复杂，设备投资大，机器加工精度和维修保养要求高，适于大批量产品鞋类、密封圈、带等复杂制品。,531 橡胶注射成型设备,特殊性（与普通热塑性塑料注射机相比）（1）胶料塑化温度低，为防止停留时间过长而焦烧。机筒（夹套式）用水和油作为加热介质，注射模用电或蒸汽加热，以保证工艺和硫化所要求的温度。（2）合模机构：供硫化模具进行合模、注射、硫化、开模等操作之用。单合模机构注射机的模
33、台是固定的；多模台注射机的模台则有多种形式（一种模台安装在转台上，注射装置固定；一种是模台固定，注射装置是旋转注胶的）。（3）模具：因要开设流道，所以结构复杂，经受高温（有的240以上）和高压（100Mpa），所以用特殊钢制造，精度高，价格昂贵。,橡胶注射成型机,典型橡胶注射制品,532 橡胶注射过程及原理,一般过程：预热、塑化、注射、保压、硫化、出模等几个过程。两个阶段：塑化注射和热压硫化。前者：胶料粘度下降，流动性增强；后者：胶料通过交联而硬化。二者之中温度条件相当重要。粘度和流动性影响因素：机械、配方、温度、压力等。注射之前要求：粘度尽量低，在较低温度下胶料应具有好的流动性，以便注满；为
34、防焦烧，温度不应过高：7080。经过喷嘴，摩擦生热，温度在120以上。,模内加热至：180220，可完成硫化（一般用蒸汽或电加热）成型最大特点：内外层胶料的温度较均匀，可高温快速硫化，从而保证了质量。,胶料加热硫化四阶段：a、胶料预热（硫化前的整个升温阶段）b、交联度增加（开始交联（焦烧）、欠联阶段）c、交联度最高阶段（进入正硫化）d、网状结构降解（过硫阶段）分析：获得最佳硫化性能的条件：由于高温快速硫化，要求胶料具有较好的流动性，同时不易焦烧，不易过硫化。,533 注射工艺条件,注射工艺条件确定受诸多因素影响，且有些因素互相联系，互相影响。注射工艺的中心课题：在怎样的温度和压力下，使胶料获得
35、良好的流动性，并在尽可能短的时间内硫化，获得质量合格的产品。橡胶注射工艺条件小结1 温度：料筒温度：要求进入型腔前尽可能接近模腔温度。注射温度：为胶料通过喷嘴之后的温度。注射温度,硫化时间；注射温度,易产生焦烧,注射温度除与料（机）筒温度有关外，还与其他因素有关螺杆转速n、注射背压或注射压力或喷嘴直径,均会导致注射温度升。模腔温度T：即胶料产生硫化的温度T模,t硫化T模,充模时会焦烧,流动性,充不满。2 注射压力注射压力,剪切速率,粘度,胶料流动性,注射时间。注射压力,胶料温度,硫化周期,3 螺杆转速与注射速度 螺杆转速n,胶料受剪切，塑化均匀效果好,注射温度,注射时间,硫化时间。但n（过高）
36、,螺杆表面的橡胶分子链发生拉伸取向,形成多层取向状态，会产生一种收缩力，起到一种钳制作用，使胶料成团抱着螺杆一起转动，产生较严重的“包轴现象”，不能使胶料很好地受到剪切作用，故胶温反而下降，注射温度降低，硫化时间延长。一般n100,4 喷嘴直径,剪切速率,热量,胶料温度,焦烧可能性增加。,注射时间t,注射温度T,焦烧可能性,硫化时间t5 时间t 充模时间小于焦烧时间，否则胶料会在喷嘴和模腔流道处硫化。影响因素：喷嘴大小、注射压力、流浇道结构，主要取决于胶料配方、制品厚度结论：采用高温快速有效硫化体系,54 热固性塑料注射成型,热固性塑料以其优良的耐热性、电性能和物理性能，具有广泛的应用范围以前
37、主要采用压缩模塑成型，工艺操作复杂，生产效率低，工人劳动强度大，生产质量不稳定，满足不了生产发展的需求。1930年：美国首创注热固性塑料射成型1963年：投入实用化生产当前，85%以上热固性塑料制品以注射成型方法制得的。主要应用场合：电器开关,要求：先在温度相对较低的料筒内预塑化到半熔融状态，注射充模过程中受到进一步塑化，通过喷嘴时达到最佳粘度状态，注入高温模腔后继续加热，物料通过自身反应基团或反应活性点与加入的硬化剂作用，经一定时间的交联固化反应，线性树脂逐渐变成体型结构，反应时放出低分子物（如氯，水等），须及时排出，以使反应顺利进行，模内物料的物理机械性能达到最佳。,541 热固性塑料注射
38、成型原理,热固性塑料受热成型过程中不仅发生物理状态的变化，而且还发生不可逆的化学变化。热固性塑料的主要组分：线型或稍带支链的低相对分子质量聚合物，且聚合物分子链上存在可反应的活性基团。成型过程：物料加入料筒中，受热转变为粘流态而成为有一定流动性的熔体，注入加热的模腔中后在一定的温度和时间下，因发生化学反应而使粘度加大，交联硬化为固体。,1 热固性塑料在料筒内的塑化1）严格控制料筒温度温度低时物料的流动性差，但温度稍高又会使物料发生硬化，流动性变小。要求温度的均一且尽可能提高，所含的固化物应尽可能少。2）通过控制温度，影响流动性，满足充模过程中的流动性要求。eg 酚醛树脂：90熔融，T100，能
39、观察到交联反应产生的热量。料筒高温加热T在8595,3）螺杆转速n和背压也不宜过高强烈剪切易引起温升使物料受热不均，部分物料早期固化。4）尽量减少料筒内熔体的停留时间2 热固性塑料熔体在充模过程中的流动 充模流动过程是熔体进一步塑化的过程，此时，喷嘴和模具均处于加热的高温状态。1）流体流过喷嘴和浇道时状态不会象热塑性塑料那样在通道壁面上形成不流动的固体塑料隔热层。近壁面存在很大的速度梯度近壁面熔体的湍流形成流动,提高热壁面向熔体的传热效果,2）充模流速高通过喷嘴和浇道时所产生大量的剪切摩擦热，使温度迅速升高，进一步塑化，粘度显著降低，有良好的充模能力。3）提高剪切应力对粘度的影响非牛顿假塑性流
40、体，提高剪切应力，粘度下降；热固性塑料，由于剪切应力对交联反应有活性作用，促使反应加速，粘度升高。应对充模流动阶段进行准确的工艺控制技术关键：采用高压高速和尽量缩短浇注系统长度等。目标：在交联反应显著进行之前将熔体注满模腔.,3 热固性塑料在模腔内的固化熔体取得模腔型样后的定型是依靠高温下的固化反应完成的。分析：1）模具温度上升，树脂交联反应速率提高，塑料在模腔中固化时间缩短。2）制品厚度及形状复杂程度会影响固化定型时间。3）交联产生的热量，促使模腔中物料升温膨胀，对由交联反应而引起的体积收缩有补偿作用，充模后不需要保压补料。4）通常浇口内物料比模腔内物料更早固化，充模后也无法往模内补料，也不
41、会出现倒流。,5）缩聚反应有低分子物析出，合模部分应满足能将这些反应副产物及时排出模腔的要求。542 注射原料的要求目前几乎所有的热固性塑料都能采用注射成型，但用量最大的仍然是酚醛树脂。基本要求：在低温料筒内塑化产物能较长时间保持良好流动性，而在高温的模腔内能快速反应固化。最适宜注射成型技术难度由易到难依次是：酚醛树脂，邻苯二烯丙酯（PDAP），不饱和聚酯，三聚氰胺，环氧树脂（由于固化反应对温度很敏感，故技术难度大）。,适于注射的原料，对其关键的要求是：1）较好的流动性和热稳定性。2）在料筒中加热不会过早发生交联固化。3）有较高的流动性和稳定的粘度。4）能保持以上状态一定的时间。eg酚醛压缩粉
42、 8095时，保持流动时间10min，在7585则应1h以上，熔体在料筒内停留1520min，粘度应无大的变化。为达到这个要求，往往在原料中添加稳定剂，在低温下起阻止交联反应的作用。在模具高温状态下即失去这种作用，充满模腔后能迅速固化。,543 热固性塑料注射机的结构特征柱塞式注射机：仅用于不饱和聚酯树脂增强塑料的注射。螺杆式注射机特点：1）螺杆L/D和（压缩比）较小，L/D：1416；：0.81.22）几乎无加料段、压缩段、计量段三部分，等距等深的无压缩比螺杆为常见3）采用止回环之类阻止逆流和湍流的螺杆头结构，防止注射后反流。4）喷嘴常采用敞开式=22.5mm5）料筒设计特殊：夹套筒体采用水
43、和油加热循环系统,6）温控精度高，加热温度较低，加热均匀稳定，其波动控制范围：17）合模机构能快速降低锁模力，满足及时放气要求，配以增压油缸实现快速开、合模动作的控制8）模具相对复杂，表面粗糙度要求极高，价格昂贵。设置加热装置和温控系统，以利物料在模内化学反应的顺利进行。发展：解决浇口废料，采用冷流道（又称温流道）模具、无浇口（少浇口）注射成型或细流道成型等方法。,544 注射工艺及成型条件在注射机成型动作、成型步骤和操作方式等与热塑性塑料的注射相似，但工艺控制有较大差别。分析酚醛树脂温度和粘度变化，如书上图8-40（308页）；由图可见：物料进入料筒后，经预热，温度逐渐上升，粘度逐渐下降，积
44、在料筒前端的物料温度并不很高，这一状态中物料主要发生物理变化注射充模，物料迅速通过喷嘴和浇道，因剪切摩擦生热而使料温上升，到达浇口时熔体粘度降至最低点，呈现出最佳流动性能，接近固化的“临近塑性状态”。,熔体进入模腔后，受到模具的加热使其温度到达最高点，交联反应开始快速进行，物料粘度很快增加，在高温状态下交联反应不断进行，物料粘度不断上升，固化为制品。小结：注射过程包括三大阶段：塑化过程 注射充模过程 固化过程 塑化过程工艺参数：料筒温度，螺杆转速，螺杆背压；注射充模过程工艺参数：注射压力，充模速度，保压时间,固化过程工艺参数：模具温度，固化时间1）料筒温度：重要性：对塑料的流动性，硬化速率有重
45、要影响。料筒温度过低，物料在螺杆与料筒壁之间将产生较大的剪切力，造成近螺槽表面的一层塑料因剧烈摩擦发热而固化；而内部因温度低，流动性差，注射困难。料筒温度过高，造成过早交联，失去流动性，注射不能顺利进行。控制要点：逐步升温塑化。2）螺杆转速螺杆转速高：适用于粘度小的热固性塑料，因为塑料摩擦力小，螺杆后退时间长。,螺杆转速低：适用于粘度较大的注射料，因为预塑时摩擦力大，混炼状态不好控制要点：预塑化工序与热压固化反应工艺同时进行，转速不必很高，通常3070r/min3）螺杆背压是预塑计量时加在注塑料上的压力背压过高，预塑料在料筒内停留时间长，温度上升，可使流动性变好，但又可能过早发生固化，粘度提高
46、，流动性下降，不利于充填。控制要点：为减少摩擦热，避免早期固化，通常采用较低背压。4）材料配方中所含填料约占50%以上，粘度大，摩擦阻力大，注射压力一般比热塑性塑料注射时要大。,注射速度受注射压力影响：注射速度提高，从喷嘴、流道、浇口等处获得更多的摩擦热，对固化有利。注射速度过高，产生过大的摩擦热，易发生制件局部过早固化，同时模具内低分子气体来不及排出，会在制件深凹槽、凸筋、四角等部位出现缺料、气痕等现象。5）保压压力一般比注射压力低一些，保压时间长，则浇口处物料易固化，密度大，收缩率降低.,6）模具温度模具温度升高，缩短成型周期模具温度过高，硬化太快，低分子物不易排除，制品表面有焦斑等缺陷。
47、7）固化时间合理选择固化时间.,思考题：1 热固性塑料成型中对原料有哪些要求？2 热固性塑料注射成型中，温度和粘度如何变化？3 热固性塑料注射成型过程包括哪几个阶段？4 热固性塑料注射成型中要控制的工艺条件有哪些？5 试分析热固性塑料在料筒内塑化时，料筒温度、转速、背压和物料停留时间高低或大小带来的影响？6 热固性塑料注射成型中，物料在模腔内的固化是在什么条件下完成的？,55 反应注射成型,反应注射成型（Reactive Injection Moulding）简称RIM，这种成型方法，是将两种具有化学活行的低相对分子质量的液体原料，在高压下撞击混合，然后注入密闭模具内聚合、交联固化，而形成制品
48、。新工艺特点：将液态单体的聚合反应与注射成型结合为一体，具有混合效率高、节能、产品性能好、成本低等优点。可应用场合：成型发泡制品和增强制品，应用领域越来越广泛。,反应注射应用范围,反应注射成型应用,反应注射成型PU轮胎,551 反应注射成型工艺特点,与普通塑料注射成型的不同之处：（1）直接采用液态单体和各种添加剂作为成型原料而不是用已聚合的塑料，且不经塑化加热即注入模腔，从而省去了聚合、配料和塑化等操作，简化了制品的成型工艺过程。（2）由于液体原料粘度低，流动性好，易于输送和混合，充模压力和锁模力低，这不仅有利于降低成型设备和模具的造价，而且适宜生产大型及形状复杂的制品。,（3）一般能以加成聚
49、合反应生成树脂的单体都可以作为RIM的成型物料基体，工业上已采用的主要包括聚氨酯、不饱和聚酯、环氧树脂、聚酰胺、甲基丙烯酸系共聚物、有机硅等几种树脂单体。但目前RIM产品以聚氨酯体系为多见。历史：20世纪60年代首创，70年代正式投产，随着成型设备和原材料的改进，80年代发展迅速，应用十分广泛。应用：汽车工业座仪椅泡沫，电器制品，民用建筑及其他工业承载件。,552 RIM成型设备,设备组成：是一组计量泵，由组分储存槽（罐）、过滤器、轴向柱塞泵、电动机及带有混合头的液压系统组成。基本要求：具有很高的灵活性和计量精度。采用电脑控制系统，实现对计量装置、工艺参数及操作程序的控制和调节。,1 RIM对
50、设备的要求,（1）流量及混合比率要准确，原料各组分的流量及混合比例是保证RIM制品质量的重要因素，只有准确的配比，均匀的混合才能保证RIM制品的最终质量。（2）快速加热或冷却原料，能在较短的时间内达到所需的加热温度，这样不但节省了时间，而且提高了生产能力。,RIM对设备的要求,（3）两组分应同时进入混合头，不允许某一组分超前或滞后，两组分在混合头内能获得充分的混合。（4）混合头内的原料以层流形式注射入模内，入模后固化速度快，能进行快速的成型循环。,2 RIM设备的工作原理,工作过程：（1）加料比例的控制：高反应活性的液体用计量泵精确控制比例以获得准确计量；（2）组分的均匀混合：高速度通过喷嘴孔
