工學注射成型

工學注射成型第1頁/共67頁2023/4/2

可成型幾乎所有的熱塑性塑料和多種熱固性塑料，可用于樹脂的直接注射，可復合材料、增強塑料及泡沫塑料的成型，或注射—吹塑成型。成型周期短、生產效率高、能一次成型外形復雜、尺寸精度高、帶嵌件的制品、適應性強、制品種類繁多，容易實現(xiàn)自動化。注射成型的特點注射成型定義p274第2頁/共67頁2023/4/24.1注射機結構與作用加熱塑料，使其達到熔化狀態(tài)對熔融塑料施加高壓，使其充滿模具型腔第3頁/共67頁2023/4/24.1.1注射機的基本結構注射系統(tǒng)鎖模系統(tǒng)液壓傳動注射模具等第4頁/共67頁2023/4/2塑化——使塑料受熱、均勻塑化到粘流態(tài)；注射——以一定速度和壓力將熔料注入模具；保壓——保壓補縮

一、注射系統(tǒng)作用第5頁/共67頁2023/4/2柱塞式注射系統(tǒng)

柱塞式注射系統(tǒng)第6頁/共67頁2023/4/2注射系統(tǒng)主要組成加料裝置：錐形漏斗（容1～2h用料量）料筒：螺桿式2～3倍最大注射量；2-3段加熱螺桿，或柱塞與分流梭

噴嘴：組成：第7頁/共67頁2023/4/2（1）注射螺桿注射螺桿注射螺桿和擠出螺桿能不能通用？為什么？主要作用：輸送、壓實、塑化和傳遞注射壓力第8頁/共67頁2023/4/2

（2）噴嘴噴嘴類別：主要作用：第9頁/共67頁2023/4/2二、鎖模系統(tǒng)

鎖合模具、啟閉模具、固定模具和頂出制件。

鎖模結構應保證足夠的鎖模力，模具啟閉靈活、準確、迅速而安全。在閉模時，模板運行速度先快后慢，開模時先慢后快再慢。

鎖模力——注射壓力——制品面積大小P280導柱（拉桿）固定模板移動模板調模裝置頂出裝置第10頁/共67頁2023/4/2常用的啟閉模具和鎖模機構：機械式、液壓式、液壓－機械組合式頂出裝置：機械式、液壓式第11頁/共67頁2023/4/2三、注塑模具模具澆注系統(tǒng)成型零件結構零件主流道冷料穴分流道澆口動模定模型腔型芯成型桿排氣口第12頁/共67頁2023/4/2型腔動模定模澆注系統(tǒng)第13頁/共67頁2023/4/24.1.2注塑機的工作過程工作循環(huán)周期第14頁/共67頁2023/4/2工作過程P282P281第15頁/共67頁2023/4/24.2注射過程原理第16頁/共67頁2023/4/24.2.1塑化過程1、塑化定義：2、對塑料塑化的要求:

一、物料在料筒內的塑化3、實施塑化方式：受外加熱與剪切作用.

第17頁/共67頁2023/4/21、熱均勻性*加熱效率E表征熔體熱均勻性*E高，對塑化有利，料筒中物料溫度分布均勻性趨好P284。

熔體溫度均一性第18頁/共67頁2023/4/22、塑化能力定義：P285影響塑化能力的因素：第19頁/共67頁2023/4/2螺桿強化了料筒內物料的塑化過程螺桿對塑化的強化作用__與螺桿轉速有關__與背壓有關第20頁/共67頁2023/4/2

3、料溫分布1螺桿剪切強2螺桿剪切平緩3柱塞靠料筒料4柱塞靠中心料第21頁/共67頁2023/4/2課堂練習

簡述擠出成型和注射成型的塑化過程主要區(qū)別是什么？二者所用的螺桿有何異同？第22頁/共67頁2023/4/2

熔體流動歷程：

料筒噴嘴澆注系統(tǒng)模腔

4.2.2注射充模過程非連續(xù)、非等溫體系第23頁/共67頁2023/4/2一、注射成型周期充模保壓倒流澆口凍結后的冷卻壓力、溫度、時間關系第24頁/共67頁2023/4/2t0

–

t1

OA段：螺桿前移，開始充模，螺桿噴嘴P↑

t1—tB，,AB段,充模時間

tB模腔充滿，模腔P↑tB—t2,BC段,壓實流動，螺桿繼續(xù)前移，再擠入物料，模腔Pmax

充模階段t0–t2第25頁/共67頁2023/4/2

CD段：保壓時間t2—t3

，螺桿保持壓力，補縮，

T↓，ρ↑

#倒流階段t3–t4DE段：螺桿回撤，噴嘴P≈0，模腔P↓，倒流，澆口凝封，#凍結后冷卻階段t4–t5

EF段：繼續(xù)冷卻，脫模，殘余應力

#保壓階段t2–t3第26頁/共67頁2023/4/2二、熔體在噴嘴中的運動噴嘴孔直徑小，熔體注射壓力損失較大，熔體通過時溫度上升，且有溫度分布。熱穩(wěn)定差的塑料不宜采用細孔噴嘴高速注射充模第27頁/共67頁2023/4/2

三、熔體在模腔中的充模流動

澆注系統(tǒng)模腔（主流道、分流道、澆口）流速、溫度、壓力復雜變化第28頁/共67頁2023/4/2（1）熔體在澆注系統(tǒng)內流動冷澆道：

T＜＜Tf，模壁形成不動殼層，流動阻力↑，壓力損失↑，充模的模腔壓力↓熱澆道：

T＞Tf，溫度變化與壓力損失與經過噴嘴相似。澆口：

澆口↓，壓力損失↑，γ↑，△T↑↑，焦燒、降解，不穩(wěn)定流動。減小澆口截面積，體積流量增大。第29頁/共67頁2023/4/2（2）熔體充模流動特點層流流動隨料流前緣運動特點,圖8-20

起始階段——圓弧形過渡階段主階段——直線移動三階段第30頁/共67頁2023/4/2第31頁/共67頁2023/4/2（3）熔體遇到障礙物時的充模流動模腔帶型芯或嵌件

如何解決？熔接縫第32頁/共67頁2023/4/2（4）充模流動長度*充模過程中凝固殼層的形成

熱塑性熔體充模時，伴隨冷卻降溫，為非等溫流動過程。熔體與冷模壁接觸，形成不動殼層，殼層厚度不斷增大，達模腔厚度一半時，熔體停止在模腔中流動。模腔橫截面存在溫度梯度，中心最高（＞Tf），靠模壁最低（＜Tg），充模時，熔料可能處于玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。獲得完整制品極限流動長度≥制品長度熔體充滿模腔第33頁/共67頁2023/4/2*充模流動長度的影響因素

熔體流變性能、熱物理參數(shù)、模具冷卻效應等影響極限流動長度。*料筒溫度↑，流動性↑，流動長度↑。*模具溫度↑，影響凝固層厚度，對充模流動長度影響不大。*注射壓力↑，流動長度↑。*注射速度↑，流動長度↑。*M↑，流動長度↓。第34頁/共67頁2023/4/24.2.3增密和保壓過程（1）增密過程（壓實）

tB—t2,，壓力梯度變化大，影響模腔最高壓力C點。圖8-22（2）保壓過程CD段：螺桿極慢前移，保壓補料，制品質量↑影響保壓補料的主要因素——保壓時間、保壓壓力。圖8-23

高壓下的致密流動第35頁/共67頁2023/4/24.2.4倒流冷卻定型過程*熔體的倒流

DE段，螺桿回撤，撤除保壓壓力，熔體可能倒流。至澆口基本凝封。凝封壓力和溫度密度內應力圖8-24*熔體的冷卻定型

熔體冷卻，進入模腔開始——到脫模點F結束。最佳脫模條件：T＜Tg，模內殘余壓力PE=0。

調整保壓時間第36頁/共67頁2023/4/24.3注射成型工藝及工藝條件一、注射成型工藝參數(shù)的選擇塑化、流動、冷卻T、P、t第37頁/共67頁2023/4/2幾種常用塑料的注射模塑特點特點成型工藝參數(shù)后處理PS吸水率小、流動性、穩(wěn)定性較好，成型溫度范圍較寬Tw＝140～260℃、T噴嘴＝170～190℃、P＝60～150MPa65～80℃熱水，處理1～3h消除內應力PP吸水率很低、熔點流動性好Tm＝160～175℃Td＝350℃成型溫度范圍寬200～315℃Tw＝200～280℃、厚壁Tw＝200～230℃薄壁Tw＝280～300℃P＝70～120MPa后收縮PA吸水率大，干燥Tm＝200～290℃，熔體流動性大，熱穩(wěn)定性差，成型收縮率大PA熔化范圍窄，高壓縮比螺桿、螺桿頭上裝止逆環(huán)、自鎖噴嘴，熱油、液體石蠟100～120℃處理調濕處理PC很好的韌性和機械性能，耐環(huán)境應力開裂性差，缺口敏感性高，不宜帶嵌件

Tg=150℃,Tm=215~225℃Tw＝250～310℃P注塞＝100～160MPaP螺＝80～130MpaT模＝85～140℃熱處理125～135℃第38頁/共67頁2023/4/2（一）溫度

影響成型工藝過程及制品質量第39頁/共67頁2023/4/2選擇原則：良好塑化，快速流動注射，不降解。

溫度范圍：

Tf（Tm）～Td，

窄——低料溫，比Tf（Tm）稍高；寬——較高料溫。

料溫分布：從料斗到噴嘴，由低到高，以利塑化。*料筒溫度第40頁/共67頁2023/4/2噴嘴溫度噴嘴溫度略低于料筒最高溫度，防止“流涎”。第41頁/共67頁2023/4/2模具溫度#冷卻速度：Tm-Tc

#無定形塑料：

η↓（PS）T?！?/p>

η↑（PC）T模↑

結晶塑料：

中速冷卻速度，

Tφ

稍大于Tg，

Tg~Tvmax，質量↑，效率↑。由冷卻介質控制，保持恒定。第42頁/共67頁2023/4/2

（二）壓力第43頁/共67頁2023/4/2*塑化壓力（背壓）背壓剪切作用熔體T塑化均勻性塑化量一般為注射壓力的5-20%

第44頁/共67頁2023/4/2*注射壓力補償壓力損失圖8-27注射壓力——料溫關系圖8-28注射壓力——注射速度注射壓力選擇依據P298第45頁/共67頁2023/4/2

注射時間+冷卻時間+其它時間（三）時間（注射成型周期）制品質量生產效率第46頁/共67頁2023/4/24.4熱固性塑料的注射成型

第47頁/共67頁2023/4/2一、熱固性塑料注射成型原理*熱固性塑料的特點：物理變化+化學反應

P306*熱固性塑料注射成型的特點：

成型溫度必須嚴格控制，滿足流動、交聯(lián)要求塑化料筒溫度較低，料筒停留時間不能過長注射機的合模部分應能滿足放氣的要求注射壓力和鎖模壓力高交聯(lián)——固化劑T、t第48頁/共67頁2023/4/2二、熱固性塑料注射成型的工藝性1、注射用熱固性塑料具有良好流動性較高的流動性，在一定溫度、壓力下充滿模腔；粘度穩(wěn)定。流動性過大容易產生飛邊或粘模。2、良好熱穩(wěn)定性在料筒溫度加熱下能塑化，不過早交聯(lián)。3、塑化溫度范圍要大4、高溫下在膜腔內快速交聯(lián)第49頁/共67頁2023/4/2三、熱固性塑料注射成型過程及工藝條件熱固性塑料注射成型過程：第50頁/共67頁2023/4/2*注射過程溫度粘度變化第51頁/共67頁2023/4/2第52頁/共67頁2023/4/2四、熱固性塑料注射機螺桿長徑比、壓縮比小，螺槽深，減少磨擦、縮短在料筒停留時間，如酚醛用等距、等深、無壓縮比螺桿，僅起輸送作用。噴嘴用敞開式，料筒、噴嘴便于拆卸。注射機的鎖模結構應滿足放氣操作的要求。模具有精確加熱裝置和溫控系統(tǒng)。與熱塑性注射機的結構區(qū)別：注射裝置與合模裝置第53頁/共67頁2023/4/24.5反應注射模塑

將兩種或兩種以上具有化學活性的低相對分子量液體原料，在一定溫度下，通過高壓（14～20MPa）作用，使它們相互撞擊混合，并立即注入密閉的模腔中，完成聚合、交聯(lián)固化等化學反應形成制品的工藝過程。

特點：混合效率高、節(jié)能、產品性能好、成本低等。

表8-5應用：制備發(fā)泡制品、增強制品等

第54頁/共67頁2023/4/24.5.1反應注射成型工藝流程和原料聚氨酯RIM工藝流程圖

第55頁/共67頁2023/4/2對設備要求：

4.5.2反應注射模塑設備技術關鍵：RIM的原料體系+RIM設備原料的精確計量高效混合氨基甲酸乙酯（聚氨酯）尼龍6、苯乙烯類樹脂環(huán)氧樹脂不同原料反應注射成型工藝參數(shù)不同第56頁/共67頁2023/4/2RIM成型設備

蓄料系統(tǒng)計量和輸送系統(tǒng)（液壓系統(tǒng)）混合系統(tǒng)兩組分物料的貯存加熱和計量撞擊混合充模固化脫模第57頁/共67頁2023/4/2

RIM成型設備工作原理第58頁/共67頁2023/4/2聚氨酯的反應注塑（RIM）、增強反應注塑（RRIM）反應溫度：聚醚預熱溫度32℃

異氰酸酯預熱溫度32℃

模具溫度60℃注射壓力：15MPa生產周期：充模1～4s

生產周期32～120s第59頁/共67頁2023/4/24.6氣體輔助注射成型特點：普通注射成型制品:

壁厚需均勻厚壁制品需保壓補料易產生較大殘余應力