高分子材料成型加工第八章

1、第八章 注射成型 注射成型是高分子材料成型加工中一種重要方法。它的特點是成型周期短、生產(chǎn)效率高，能一次成型外形復雜、尺寸精確的制品，成型適應性強，制品種類繁多。而且容易實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，應用廣泛，幾乎所有熱塑性塑料及多種熱固性塑料和橡膠制品都可用此法成型。屬間歇生產(chǎn)，除很大的管、棒、板等型材不能用此法生產(chǎn)。一、注射機的結(jié)構(gòu)和作用 1、注射機的分類 按結(jié)構(gòu)特點分：根據(jù)不同注射機結(jié)構(gòu)和塑料在料桶中的塑化形式劃分。 柱塞式注射機 雙階柱塞式注射機 螺桿預塑化柱塞式注射機 移動螺桿式注射機 按注射機外形特征分： 根據(jù)注射機的合模裝置和注射裝置的相對位置進行劃分。 立式注射機 臥式注射機 角式注射機 按注

2、射機的加工能力分類： 反應注射機加工能力的主要參數(shù)和鎖模力。 有兩種表示法： 一種是以ps原料為標準，一種是以注射出的容積為標準。 按注射機用途分類 按合模機構(gòu)特征進行分類，可分為機械式、液壓式和液壓機械式注射機。 2、注射機的基本結(jié)構(gòu) 柱塞式注射機和移動螺桿式注射機的作用原理大致相同，所不同的是前者用柱塞施加壓力，而后者用螺桿。都是由注射系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及注射模具等組成。 注射系統(tǒng)是注射機的主要部分，其作用是使塑料受熱、均勻塑化直至黏流態(tài)，并以一定的壓力和速度注射入模具型腔，并經(jīng) 保壓補塑而成形。 注射螺桿與擠出螺桿在結(jié)構(gòu)上有如下區(qū)別： 注射螺桿的長徑比較小，約在1015之間。 注射

3、螺桿壓縮比較小，約在22.5間。 注射螺桿均化段長度較短，但螺槽深度較深，以提高速化率。 折射螺桿的頭部呈尖頭型，與噴嘴能很好地混合，以防止物料殘存在料筒端部而引 起降解。 熱塑性塑料的注射噴嘴類型很多，結(jié)構(gòu)各異，但使用最普遍的有如下三種形式： 通用式噴嘴 延伸式噴嘴 彈簧針閥式噴嘴 上述前兩種直通式，后一種噴嘴通道內(nèi)部設(shè)有止回閥。 鎖模系統(tǒng) 注射成型時，一般是高壓注射入模的，為了保持模具嚴密閉合，要求有足夠鎖模力。 液壓傳動與電氣控制系統(tǒng) 目前注射機一般是油泵作為壓力來源，通過電氣控制系統(tǒng)，可將高低壓油泵經(jīng)壓力配制裝置送往鎖模系統(tǒng)，使模具開啟和閉合，或送往注射系統(tǒng)使螺桿前進或退回。 注射模具

4、 根據(jù)模具上各個部件所應起的作用，可分為以下幾個部分： 成型零部件 澆注系統(tǒng)：主流道、分流道、澆口、冷料井所組成 導向零件 分型抽芯機構(gòu) 頂出裝置 冷卻加熱系統(tǒng) 排氣系統(tǒng) 注射模具必須與注射機相配合，在設(shè)計時要考慮以下幾個問題： 裝配尺寸、注射機允許的最大和最小模具厚度、注射機模板的行程 3、注射劑的工作過程 盡管注射機不同，但要完成的工藝內(nèi)容和基本過程大致是相同的，大致為：加熱塑化、注射充模、保壓固化和脫模。二、注射過程原理 熱塑性塑料的注射過程包括加料、塑化、注射充模、冷卻固化和脫模等幾個工序。其中關(guān)鍵是塑化、充模和冷卻。 1、塑化過程 對塑料塑化的要求是：塑料在進入模腔之前要充分塑化，既

5、要達到規(guī)定的成型溫度，又要使熔體各點溫度盡量均勻一致，而其中的熱分解物含量則盡可能少。 塑化質(zhì)量主要由塑料的受熱情況和所受剪切力所確定的。一定的溫度是使塑料得以形變、熔融和塑化的必要條件。通過對料筒的加熱，使聚合物由固體向液體轉(zhuǎn)變，而剪切作用則是以機械力的方式強化了混合和塑化過程，使熔體溫度分布均勻，物料組成和高分子形態(tài)也發(fā)生改變，趨于均勻。 通常用聚合物在塑化過程中的加熱效率e來分析柱塞式注射機內(nèi)熔體的熱均勻性。e值與下列因素有關(guān)： 增加料筒的長度和傳熱面積，或延長塑料在料筒內(nèi)的受熱時間和增大塑料的熱擴散速率，都能使e值增大。 與料筒的塑料層厚度、塑料與料筒表面的溫差有關(guān)。 還受到塑料溫度分

6、布的影響。 注射機的生產(chǎn)能力取決于加熱料筒的塑化能力和注射成型周期。塑化能力可用下式表示：3.6smmmqtq式中：塑化能力，kg/h m-注射量,g t-一個注射周期， 2、注射充模過程 塑化良好的塑料熔體在柱塞或螺桿的推動下，由料筒前端經(jīng)噴嘴和模具澆注系統(tǒng)流入型腔而獲得型養(yǎng)的過程是注射成型最重要和最復雜的階段。 注射成型周期： 塑料熔體進入模腔內(nèi)的流動情況可分為充模、保壓、倒流和澆口凍結(jié)后的冷卻四個 階段。 熔體在模具澆道系統(tǒng)中的流動 熔體流過模具澆道系統(tǒng)與流過噴嘴一樣，也會出現(xiàn)溫度和壓力的變化。這種變化還與澆道系統(tǒng)的冷熱狀態(tài)有關(guān)。對大多數(shù)塑料熔體來說，增大澆道截面積提高沖模式的體積流量有

7、一定的限值，當超過此值時，反而會使體積流量下降。 熔體在模腔中的流動 熔體在典型模腔中的流動方式： 由軸向澆口進入圓柱形模腔、從扁澆口流入扁形模腔、從圓形澆口流入、從制品平面內(nèi)的澆口進入矩形截面的模腔。 熔體在模腔內(nèi)的流動類型：主要由熔體通過澆口進入模腔的流速決定，分為快速注射和慢速注射兩種極端情況。3、增密與保壓過程 1、增密過程 充模流動結(jié)束后，熔體進入模腔的快速流動雖已停止。這時壓力并未最大，會進一步壓實使成型物增密。 2、保壓過程 壓實結(jié)束后柱塞或螺桿不立即退回，而必須在最大前進位置上再停留一段時間，使成型物在一定壓力下進一步冷卻三、注射成型工藝及工藝條件 成型工藝流程 成型前準備包括

8、原材料的預處理、料筒的清洗、嵌件的預熱、脫模劑的選用 注射成型過程 包括加料、塑化、注射充模、保壓、冷卻固化和脫模幾個工序。 制品后處理大致包括：熱處理、調(diào)濕處理、整修2、注射成型工藝條件的選擇 注射成型工藝最重要的條件是影響塑化流動和冷卻的溫度、壓力和相應的各個作用時間。溫度：注射成型過程需要控制的溫度包括料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度，前兩者關(guān)系到塑料的塑化和流動，后者關(guān)系到塑料的流動和冷卻成型。 壓力： 注射過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力，是影響塑料塑化、充模和成型的重要因素。 時間: 完成一次注射成型所需的全部時間稱為注射成型周期，它包括注射時間、冷卻時間及其他輔助時間。四、橡膠注射

9、成型 橡膠注射成型是將膠料通過注射機進行加熱，然后在壓力作用下從機筒進入密閉的模型中，經(jīng)熱壓硫化而成為制品的生產(chǎn)方法。 橡膠注射室在模壓法和移模法生產(chǎn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。模壓法是使用平板硫化機生產(chǎn)模型制品的方法，設(shè)備簡單，更換產(chǎn)品方便，但模壓法存在勞動強度大、自動化程度低、廢品率較高等特點，尤其是生產(chǎn) 形狀復雜，膠層較厚的金屬骨架制品時，困難較大，故發(fā)展了移模工藝，該法膠料流動性好，產(chǎn)品較均勻致密，特別是對某些形狀較復雜的制品，所得產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)于普通模壓法，然而該法勞動強度較大，生產(chǎn)率低。 橡膠注射成型具有工序簡單，機械化，自動化程度高，勞動強度小，成型周期短， 生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，廢品少

10、，制品機械性能優(yōu)異等優(yōu)點。 1、注射成型設(shè)備 橡膠注射機的加熱冷卻裝置的作用是保證機筒和模腔中的膠料達到注射工藝和硫化所要求的溫度。由于膠料塑化溫度較低，為防止膠料在機筒中停留較長時間而燒焦，通常機筒用水和油作加熱介質(zhì)，而注射模則用電或蒸汽加熱。 模型系統(tǒng)是橡膠注射成型設(shè)備的重要主成部分，其包括模臺、模具和合模裝置，他對制品的生產(chǎn)效率、外觀、質(zhì)量和膠料消耗量等有重要的影響。模具本身要經(jīng)受住高溫高壓，因此需要特殊的鋼材制作。 注射過程及原理 橡膠注射成型與塑料注射成型工藝相似，在橡膠注射成型過程中，膠料主要經(jīng)歷了 塑化注射和熱壓硫化兩個階段。注射階段黏度下降，流動性增加；熱壓硫化階段中膠料通過膠

11、料而硬化。 膠料加熱硫化過程一般經(jīng)歷四個階段： 膠料預熱階段 交聯(lián)度增加階段 交聯(lián)度最高階段 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)降解階段五、熱固性塑料注射成型 熱固性塑料以其優(yōu)良的耐熱性、電性能和物理性能，具有廣泛的應用范圍。但熱固性塑料一直依靠壓縮模型成型，成型工藝復雜，生產(chǎn)效率差，模具易損壞，勞動強度大，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，從而發(fā)展了熱固性塑料注射成型工藝。 1、熱固性塑料注射成型原理 料筒內(nèi)塑化溫度必須嚴格控制，溫度低時 物料的流動性差,料筒的溫度盡可能均一，所含固化物應盡可能少，流動性應滿足從料筒中順利擠出。 2、熱固性塑料熔體在充模過程中的流動 充模的流動過程中也是熔體進一步塑化的過程，其黏度顯著降低，故進入模腔

12、后有良好的充模能力。 3、熱固性塑料在模腔內(nèi)的固化 實質(zhì)上固化反應為縮聚反應，故注射機應滿足能將這些反應副產(chǎn)物及時排除模腔的要求。 二、熱固性塑料注射機的結(jié)構(gòu)特征 與熱塑性注射機的結(jié)構(gòu)特征基本相同，結(jié)構(gòu)形式有螺桿式與柱塞式兩種，長徑比一般1416，壓縮比a為0.81.2六、反應注射成型 反應注射成型是一種將兩種具有化學活性的低相對分子質(zhì)量液體原料在高壓下撞擊混合，然后注入密閉模具內(nèi)進行聚合、交聯(lián)固化等化學反應形成制品的工藝方法。，可用來成型發(fā)泡制品和增強制品。 1、反應注射成型工藝特點 反應注射直接采用液態(tài)單體和各種添加劑作為成型原料而不用配置好的原料，不經(jīng) 熱塑化即注入模腔從而省去了操作簡化了過程。二是原料黏度低流動性好，有利于降低成型設(shè)備和模具的造價，而且適宜生產(chǎn)大型及形狀復雜的產(chǎn)品，反應速度快，成型周期短。 rim成型設(shè)備組成 蓄料系統(tǒng) 計量和輸送系統(tǒng) 混合系統(tǒng) 混合頭的混合閥芯在油壓控制下進行操作 有再循環(huán)、調(diào)合及調(diào)合過程 反應注射成型的工藝控制流程 兩組份物料的儲存加熱、計量、在高壓下碰撞混合、注射充模、聚合