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1、第第3章章 注射成型注射成型n驾驭注塑过程，注塑工艺参数；理解注塑过程驾驭注塑过程，注塑工艺参数；理解注塑过程中物料流淌、传热、凝合态和相形态发展变更；中物料流淌、传热、凝合态和相形态发展变更；基本会对通常聚合物注塑选取工艺条件；基本基本会对通常聚合物注塑选取工艺条件；基本会分析各种注塑条件变更对制品结构、表观、会分析各种注塑条件变更对制品结构、表观、性能等的影响；了解注塑原料的选择；了解注性能等的影响；了解注塑原料的选择；了解注塑制品应用领域和特点；了解注塑发展趋势和塑制品应用领域和特点；了解注塑发展趋势和探讨进展。探讨进展。13.1概述概述n什么是注射成型什么是注射成型?n注射成型是一种注
2、射兼模塑的成型方法，注射成型是一种注射兼模塑的成型方法，又称注塑成型。它是成型聚合物制品，又称注塑成型。它是成型聚合物制品，尤其是塑料制品的一种特别重要的方法。尤其是塑料制品的一种特别重要的方法。n注射成型的重要性：注射成型的重要性：n2030的通用塑料；的通用塑料；7080的的工程塑料制件是通过注射成型得到的。工程塑料制件是通过注射成型得到的。2注射成型过程注射成型过程 注射成型是将固态聚合物材料注射成型是将固态聚合物材料(粒料粒料或粉料或粉料)加热塑化成熔融状态，在高压作加热塑化成熔融状态，在高压作用下，高速注射进入模具中，赐予熔体模用下，高速注射进入模具中，赐予熔体模腔的形态，经冷却腔的
3、形态，经冷却(对于热塑性塑料对于热塑性塑料)、加、加热交联热交联(对于热固性塑料对于热固性塑料)或热压硫化或热压硫化(对对于橡胶于橡胶)而使聚合物固化。然后开启模具，而使聚合物固化。然后开启模具，取出制品。上述步骤为一次注射成型过程。取出制品。上述步骤为一次注射成型过程。3注射成型工艺过程注射成型工艺过程4合模合模注射座前移喷嘴注射座前移喷嘴与模具流道接触与模具流道接触在压力的作用下，螺杆在压力的作用下，螺杆推动塑化的物料注射入推动塑化的物料注射入模具并保压模具并保压物料在模具中物料在模具中冷却冷却开模，开模，顶出制品顶出制品注射成型周期注射成型周期53.2注射机注射机n3.2.1注射机的组成
4、及分类注射机的组成及分类注射机的组成注射机的组成注射机的分类注射机的分类6注射机的组成：主要包括塑化系统注射机的组成：主要包括塑化系统注射系统（塑化系统）、合模系统、注射系统（塑化系统）、合模系统、液压系统、电器限制系统。液压系统、电器限制系统。7注射机的分类注射机的分类注射机的合模系统与注射系统相对位置划分。注射机的合模系统与注射系统相对位置划分。卧式注射机（合模系统与注射系统一线水平排卧式注射机（合模系统与注射系统一线水平排列）、立式注射机（一线垂直）、角式注射列）、立式注射机（一线垂直）、角式注射机（垂直排列）、多模注射机（多工位注射机（垂直排列）、多模注射机（多工位注射机）机）8910
5、3.2.2注射系统注射系统n注射系统的主要作用注射系统的主要作用塑化塑化注射注射保压保压主要包括柱塞式和螺杆预塑式主要包括柱塞式和螺杆预塑式11柱塞式柱塞式注射系统注射系统n柱塞式注射系统由加料装置、料筒、柱柱塞式注射系统由加料装置、料筒、柱塞、分流梭和喷嘴等部件组成，其具体塞、分流梭和喷嘴等部件组成，其具体结构如下图所示。结构如下图所示。12柱塞式注射系统的不足：柱塞式注射系统的不足：1）塑化不匀整）塑化不匀整:物料靠加热器通过热传导供物料靠加热器通过热传导供应热量来进行塑化，导致料筒内物料的温差应热量来进行塑化，导致料筒内物料的温差较大；较大；2）注射压力损耗大：注射压力消耗包括进）注射压
6、力损耗大：注射压力消耗包括进入模腔的阻力、压实物料、物料的前移、通入模腔的阻力、压实物料、物料的前移、通过分流梭所遇到的阻力上。易造成充模困难。过分流梭所遇到的阻力上。易造成充模困难。3）注射速度不匀整：必需先把料筒中未塑）注射速度不匀整：必需先把料筒中未塑化的物料压实，然后注射柱塞的移动速度才化的物料压实，然后注射柱塞的移动速度才能与熔体的注射速度达到一样。能与熔体的注射速度达到一样。小型的注射机上才运用柱塞式注射系统。小型的注射机上才运用柱塞式注射系统。13螺杆预塑式螺杆预塑式 应用最为广泛的一种形式。由加料装置、料筒、应用最为广泛的一种形式。由加料装置、料筒、螺杆和喷嘴等部件组成。螺杆和
7、喷嘴等部件组成。14螺杆一线式注射系统的特点是：螺杆一线式注射系统的特点是：螺杆既起塑化物料的作用又具有注射物料的螺杆既起塑化物料的作用又具有注射物料的柱塞功能（当螺杆转动并后退时，其主要作柱塞功能（当螺杆转动并后退时，其主要作用是将物料进一步塑化匀整并输送到螺杆端用是将物料进一步塑化匀整并输送到螺杆端部；当螺杆前移时，就像柱塞一样，快速将部；当螺杆前移时，就像柱塞一样，快速将熔料经过喷嘴注射入模腔中）。熔料经过喷嘴注射入模腔中）。注射系统的优点：结构紧凑，塑化物料效率注射系统的优点：结构紧凑，塑化物料效率高，塑化匀整，注射压力损失小，对各种物高，塑化匀整，注射压力损失小，对各种物料注射的适应
8、性大。料注射的适应性大。15注射系统的主要零部件：加料装置注射系统的主要零部件：加料装置（由料斗、加料计量装置及其它协（由料斗、加料计量装置及其它协助装置组成）、料筒、柱塞与分流助装置组成）、料筒、柱塞与分流梭、螺杆、喷嘴、加压和驱动装置梭、螺杆、喷嘴、加压和驱动装置组成。组成。16u料筒是物料的预热室，又是塑化室料筒是物料的预热室，又是塑化室u柱塞与分流梭柱塞与分流梭u 分流梭是装在料筒前端内腔中形似鱼雷分流梭是装在料筒前端内腔中形似鱼雷体的部件，其作用是使料筒内物料分流，加体的部件，其作用是使料筒内物料分流，加大传热面积，削减物料层的厚度大传热面积，削减物料层的厚度u螺杆螺杆u长径比为长径
9、比为1518，压缩比，压缩比22.5；加料段、加料段、压缩段和均化段三段长度约为螺杆全长的压缩段和均化段三段长度约为螺杆全长的50、25和和25；注射螺杆头部一般为尖；注射螺杆头部一般为尖头，目的是防止物料残存在料筒端部而引起头，目的是防止物料残存在料筒端部而引起物料降解、螺杆头部装上一个止逆环，从而物料降解、螺杆头部装上一个止逆环，从而防止物料回流。防止物料回流。1718u喷嘴喷嘴u喷嘴是连接料筒和模具的过渡部件，主要喷嘴是连接料筒和模具的过渡部件，主要作用：作用：u1)将熔料的压能转变为速度能，使熔料获将熔料的压能转变为速度能，使熔料获得高速远射程；得高速远射程；u2)具有补缩作用，在压力
10、保持阶段，有少具有补缩作用，在压力保持阶段，有少量的熔料经喷嘴向模腔补缩量的熔料经喷嘴向模腔补缩;u3)使物料受到较大的剪切作用，因而获得使物料受到较大的剪切作用，因而获得进一步的塑化。进一步的塑化。u主要类型：直通式喷嘴；锁闭式喷嘴；特主要类型：直通式喷嘴；锁闭式喷嘴；特殊用途喷嘴殊用途喷嘴19喷嘴口的直径主要依据实践阅历确定，对于喷嘴口的直径主要依据实践阅历确定，对于高粘度熔料，喷嘴口的直径约为螺杆直径的高粘度熔料，喷嘴口的直径约为螺杆直径的1/10-1/15，对于中低粘度熔料，喷嘴口的直径，对于中低粘度熔料，喷嘴口的直径约为螺杆直径的约为螺杆直径的1/15-1/20，但要比主流道直径，但
11、要比主流道直径略小略小(约小约小0.51mm)。20加压和驱动装置加压和驱动装置供应柱塞或螺杆对物料施加的压力。使柱塞或螺杆在供应柱塞或螺杆对物料施加的压力。使柱塞或螺杆在注射周期中发生的往复运动进行注射的设施，就是加注射周期中发生的往复运动进行注射的设施，就是加压装置，它的动力来源有液压力和机械力两种。大多压装置，它的动力来源有液压力和机械力两种。大多数接受液压力。数接受液压力。使注射机螺杆转动而完成对物料预塑化的装置是驱动使注射机螺杆转动而完成对物料预塑化的装置是驱动装置。常用的驱动装置有单速沟通电机和液压马达两装置。常用的驱动装置有单速沟通电机和液压马达两种。接受电动机驱动可保证转速的稳
12、定性。接受液压种。接受电动机驱动可保证转速的稳定性。接受液压马达驱动的优点有：马达驱动的优点有：1)传动持性较软，启动惯性小。对螺杆过负载有爱护传动持性较软，启动惯性小。对螺杆过负载有爱护作用。作用。2)易平滑地实现螺杆转速的无级调速；易平滑地实现螺杆转速的无级调速；3)传功装置体积小，重量轻、结构简洁等。传功装置体积小，重量轻、结构简洁等。当前的发展趋势是接受液压马达驱动装置。当前的发展趋势是接受液压马达驱动装置。213.2.3注射机的合模系统注射机的合模系统 合模系统是注射机的一个重要组成部分，主要合模系统是注射机的一个重要组成部分，主要由导柱由导柱(又称拉杆又称拉杆)、定模板、动模板、调
13、模装、定模板、动模板、调模装置、顶出装置和传动装置等部件组成，主要作置、顶出装置和传动装置等部件组成，主要作用：用：1 1）锁紧模具，供应足够的合模力和系统刚度，）锁紧模具，供应足够的合模力和系统刚度，保证注射时在熔料压力作用下，不致溢料；保证注射时在熔料压力作用下，不致溢料；2 2）固定模具，有足够的安装模具的面积和开合、）固定模具，有足够的安装模具的面积和开合、取出制品的行程空间；取出制品的行程空间；3 3）启闭模具，开模：先慢后快再慢；合模先快）启闭模具，开模：先慢后快再慢；合模先快后慢。后慢。22常见的合模系统的基本形式有三大类，常见的合模系统的基本形式有三大类，即液压式合模系统、液压
14、一机械式合模系即液压式合模系统、液压一机械式合模系统、机械式合模系统。统、机械式合模系统。液压合模系统液压合模系统23液压机械式合模系统液压机械式合模系统24机械式合模系统机械式合模系统253.2.4注射模具注射模具 注射模具的作用在于利用本身注射模具的作用在于利用本身的特定形态，赐予聚合物形态和尺的特定形态，赐予聚合物形态和尺寸，赐予强度和性能，使其成为有寸，赐予强度和性能，使其成为有用的制品。模具主要由浇注系统、用的制品。模具主要由浇注系统、成型零件和结构零件三部分组成。成型零件和结构零件三部分组成。其中浇注系统和成型零件与聚合物其中浇注系统和成型零件与聚合物干脆接触，是注射模具中最困难、
15、干脆接触，是注射模具中最困难、变更最大、要求光滑度和精度最高变更最大、要求光滑度和精度最高的部分。的部分。26浇注系统是指聚合物从喷嘴进入型腔的流浇注系统是指聚合物从喷嘴进入型腔的流道部分，包括主流道、冷料井、分流道和道部分，包括主流道、冷料井、分流道和浇口等。浇口等。成型零件是指构成制品形态的各种零件，成型零件是指构成制品形态的各种零件，包括阳模、阴模、型腔、型芯、成型杆以包括阳模、阴模、型腔、型芯、成型杆以及排气口等。典型的注射模具结构如下图及排气口等。典型的注射模具结构如下图所示。所示。272学时学时283.2.5 注射机的基本参数及其选择注射机的基本参数及其选择 注射机的主要性能参数有
16、注射量、注射机的主要性能参数有注射量、注射压力、注射速率、塑化实力、合注射压力、注射速率、塑化实力、合模力、合模系统的基本尺寸等，这些模力、合模系统的基本尺寸等，这些参数是设计、制造、购置和运用注射参数是设计、制造、购置和运用注射机的依据。机的依据。29注注射射量量定义定义指机器在对空注射条件下，螺指机器在对空注射条件下，螺杆做一次最大注射行程所能射杆做一次最大注射行程所能射出的最大注射量。出的最大注射量。表示方法表示方法以聚苯乙烯为标准（密度以聚苯乙烯为标准（密度1.05g/cm3），用注射出的熔料），用注射出的熔料重量重量g表示，加工其他物料时，表示，加工其他物料时，应进行密度换算。应进行
17、密度换算。以注射出熔料的容积（单位：以注射出熔料的容积（单位：cm3）表示。）表示。我国注射机标准系统规定注射量（我国注射机标准系统规定注射量（cm3）的规格）的规格为为30，60，125，250，350，500，1000，2000，3000，4000，6000，8000，12000，16000，24000，32000，48000，64000等等18种。种。30理论注理论注射体积射体积螺杆外径螺杆外径螺杆最大螺杆最大注射行程注射行程型腔个数型腔个数制品、浇注系统、制品、浇注系统、飞边总体积飞边总体积制品、浇注系统、制品、浇注系统、飞边总重量飞边总重量制品密度制品密度31注注射射压压力力定义定义
18、指注射过程中螺杆作用于其头部熔料上指注射过程中螺杆作用于其头部熔料上的单位面积的压力。的单位面积的压力。作用作用压力大小与流动阻力、制品的形状、塑压力大小与流动阻力、制品的形状、塑料的性能、塑化方式、塑化温度、模具料的性能、塑化方式、塑化温度、模具温度及对制品精度要求等因素有关。温度及对制品精度要求等因素有关。选用选用注射压力过高，制品可能产生飞边，脱注射压力过高，制品可能产生飞边，脱模困难，影响制品的光洁度，使制品产模困难，影响制品的光洁度，使制品产生较大内应力，甚至成为废品。生较大内应力，甚至成为废品。注射压力过低，则易产生物料充不满模注射压力过低，则易产生物料充不满模腔，甚至根本不能成型
19、等现象。腔，甚至根本不能成型等现象。321）注射压力）注射压力70MPa，用于加工流淌性好的，用于加工流淌性好的物料，且制品形态简洁、壁厚较大；物料，且制品形态简洁、壁厚较大；2）注射压力）注射压力70一一100MPa，用于加工物料粘度，用于加工物料粘度较低、形态精度要求一般的制品；较低、形态精度要求一般的制品；3）注射压力注射压力100140MPa，用于加工中、高，用于加工中、高粘度的物料，且制品的形态、精度要求一般；粘度的物料，且制品的形态、精度要求一般；4）注射压力）注射压力140180MPa，用于加工较高粘，用于加工较高粘度的物料，且制品壁薄、流程长、制品壁厚不度的物料，且制品壁薄、流
20、程长、制品壁厚不均、精度要求较高。均、精度要求较高。注射压力的选取注射压力的选取33注注射射速速度度、注注射射速速率率、注注射射时时间间定义定义注射速度指注射时螺杆的移动速度；注射速度指注射时螺杆的移动速度；注射速率指注射过程中单位时间内从喷嘴注出熔体注射速率指注射过程中单位时间内从喷嘴注出熔体的容积；的容积；注射时间指完成一次最大注射行程所用的时间。注射时间指完成一次最大注射行程所用的时间。选用选用注射速率过低，制品易形成冷接缝，不易充满复杂注射速率过低，制品易形成冷接缝，不易充满复杂的模腔。的模腔。注射速率过高，当物料高速流经喷嘴时，易产生大注射速率过高，当物料高速流经喷嘴时，易产生大量摩
21、擦热，使物料产生热解和变色，模具中的空气量摩擦热，使物料产生热解和变色，模具中的空气由于被急剧压缩产生热量，在排气口处可能出现制由于被急剧压缩产生热量，在排气口处可能出现制品烧伤现象。品烧伤现象。注射速率一般依成型条件、模具结构、塑料性能、注射速率一般依成型条件、模具结构、塑料性能、制品形状、壁厚等确定。合理地提高注射速率，能制品形状、壁厚等确定。合理地提高注射速率，能缩短生产周期，减小制品的尺寸公差，能在较低的缩短生产周期，减小制品的尺寸公差，能在较低的模温下顺利地获得优良的制品。模温下顺利地获得优良的制品。34注射速度注射速度(cm/s)、注射速率、注射速率(cm3s)、注射时间、注射时间
22、(s)注射时，熔料经喷嘴进入温度较低的模腔内、注射时，熔料经喷嘴进入温度较低的模腔内、随着时间的延长，熔料的流淌性渐渐减弱为确保随着时间的延长，熔料的流淌性渐渐减弱为确保熔料充溢模腔，就必需缩短注射时间。也就是提熔料充溢模腔，就必需缩短注射时间。也就是提高注射速度或注射速率。高注射速度或注射速率。注射速度：指注射时，螺杆或柱塞移动速度，注射速度：指注射时，螺杆或柱塞移动速度，可用下式表示：可用下式表示：注射速度注射速度注射行程注射行程注射时间注射时间35注射速率：指单位时间内熔料从喷嘴射出的容量，可写为：注射速率：指单位时间内熔料从喷嘴射出的容量，可写为：注射时间：指螺杆或柱塞完成一次注射量所
23、需的注射时间：指螺杆或柱塞完成一次注射量所需的时间。时间。注射速率注射速率36塑塑化化能能力力定义定义指塑化装置在单位时间内所能塑化的物料指塑化装置在单位时间内所能塑化的物料量，由螺杆转速、传动功率、螺杆结构、量，由螺杆转速、传动功率、螺杆结构、物料性能等决定。物料性能等决定。应用应用塑化能力应与整个注射机的成型周期、注塑化能力应与整个注射机的成型周期、注射量相协调，才能保证在规定的时间内提射量相协调，才能保证在规定的时间内提供足够的均匀塑化熔料量。供足够的均匀塑化熔料量。37合模力合模力(kN)合模力是指注射机合模机构对模具合模力是指注射机合模机构对模具所施加的最大夹紧力。机器在注射时，熔所
24、施加的最大夹紧力。机器在注射时，熔料经料筒、喷嘴、模具的浇注系统后进入料经料筒、喷嘴、模具的浇注系统后进入模腔，使注射压力一部分损失在喷嘴和模模腔，使注射压力一部分损失在喷嘴和模具的浇注系统处。其余即为模腔内熔体压具的浇注系统处。其余即为模腔内熔体压力、常称做模腔压力。若使模具不被模腔力、常称做模腔压力。若使模具不被模腔压力所产生的胀模力顶开，就必需施加足压力所产生的胀模力顶开，就必需施加足够的夹紧力，即合模力或称锁模力。够的夹紧力，即合模力或称锁模力。38锁模力，锁模力，kNkN平安系数，平安系数，1.11.11.21.2平均模腔压力，平均模腔压力，MPaMPa制品在分型面上的制品在分型面上
25、的投影面积，投影面积，m2m2实践常接受流长比、制品壁厚来选取实践常接受流长比、制品壁厚来选取P0。流。流长比为熔料流经自浇注口到制品最边缘的极长比为熔料流经自浇注口到制品最边缘的极限流程与制品壁厚之比，其表达式为：限流程与制品壁厚之比，其表达式为：3940合合模模装装置置基基本本尺尺寸寸决定了模具的安装尺寸，因而也决定了所能加决定了模具的安装尺寸，因而也决定了所能加工制品的平面尺寸。工制品的平面尺寸。模板尺寸及拉杆间距模板尺寸及拉杆间距模板间的最大开距模板间的最大开距动模板行程动模板行程模具最小厚度与最大厚度模具最小厚度与最大厚度41合模系统的基本尺寸合模系统的基本尺寸 主要包括模板尺寸、拉
26、杆间距、模板主要包括模板尺寸、拉杆间距、模板最大开距、动模板行程、模具最大厚度最大开距、动模板行程、模具最大厚度和最小厚度等。和最小厚度等。42模板最大开距和行程模板最大开距和行程 模板最大开距是动模开启时，动模板模板最大开距是动模开启时，动模板与定模板之间的最大距离。与定模板之间的最大距离。43动模板行程动模板行程(mm)动模板行程是指动模板能够移动的最大值，动模板行程是指动模板能够移动的最大值，为了便于取出制品，一般动模板行程为为了便于取出制品，一般动模板行程为S2h。h成型制品的最大高度。成型制品的最大高度。模具最大厚度与最小厚度模具最大厚度与最小厚度(max，min)模具的最大厚度和最
27、小厚度是指动模板闭合模具的最大厚度和最小厚度是指动模板闭合后，达到规定合模力时，动模板与定模板之间所后，达到规定合模力时，动模板与定模板之间所达到的最大和最小距离，这两值之差就是调模机达到的最大和最小距离，这两值之差就是调模机构的调模行程。构的调模行程。44移移模模速速度度定义定义指动模板在开模、合模时的移指动模板在开模、合模时的移动速度。动速度。速度速度为了提高机械效率，移模速度为了提高机械效率，移模速度越快越好。高速机一般在越快越好。高速机一般在4550m/min之间，最高速已接近之间，最高速已接近70m/min。在闭模接近最终位置和开模过在闭模接近最终位置和开模过程的始末位置时，都要求慢
28、速程的始末位置时，都要求慢速移模。因此要求模板在整个行移模。因此要求模板在整个行程中速度可调，合模时从快到程中速度可调，合模时从快到慢，开模时从慢到快，再到慢，慢，开模时从慢到快，再到慢，慢速移模的速度一般在慢速移模的速度一般在0.243m/min范围内。范围内。45空空循循环环时时间间定义定义指不加料注射机转一个循环所指不加料注射机转一个循环所需时间，它由合模、注射座前需时间，它由合模、注射座前进和后退、开模以及动作间的进和后退、开模以及动作间的切换时间组成。切换时间组成。意义意义此参数与制件的成型工艺无关，此参数与制件的成型工艺无关，是一个纯粹的设备参数，它表是一个纯粹的设备参数，它表征机
29、器的综合性能，反映了注征机器的综合性能，反映了注射机机械结构的好坏、动作灵射机机械结构的好坏、动作灵敏度、液压及电气系统性能的敏度、液压及电气系统性能的优劣，也是衡量注射机生产能优劣，也是衡量注射机生产能力的指标。力的指标。1学时学时463.3注射成型过程分析注射成型过程分析 聚合物的注射模塑主要包括：聚合物的注射模塑主要包括：塑化熔融、注射充模，冷却定型三塑化熔融、注射充模，冷却定型三个基本过程。因为这些过程与制品个基本过程。因为这些过程与制品质量、注射成型的生产效率、被注质量、注射成型的生产效率、被注射物料、工艺性能等因素有亲密关射物料、工艺性能等因素有亲密关系，而关于热塑性聚合物，这些过
30、系，而关于热塑性聚合物，这些过程主要体现在所发生的各种物理变程主要体现在所发生的各种物理变更上。因此，本节着重探讨注射成更上。因此，本节着重探讨注射成型过程的物理变更及其影响因素。型过程的物理变更及其影响因素。473.3.1塑化过程塑化过程3.3.1.1物料在料筒内的塑化物料在料筒内的塑化 所谓塑化是指聚合物在料筒内经所谓塑化是指聚合物在料筒内经加热由固态转化为熔融的流淌状态并加热由固态转化为熔融的流淌状态并具有良好的可塑性的过程。塑化虽然具有良好的可塑性的过程。塑化虽然是预备性的操作，但塑化质量、塑化是预备性的操作，但塑化质量、塑化效率则对随后的操作过程、生产效率效率则对随后的操作过程、生产
31、效率以及制品质量有着极重要的影响。以及制品质量有着极重要的影响。对于塑化过程的要求是：使物料对于塑化过程的要求是：使物料完全熔融，获得充分的混合，达到规完全熔融，获得充分的混合，达到规定的成型温度，而且温度分布匀整，定的成型温度，而且温度分布匀整，无过热分解现象发生。无过热分解现象发生。48熔体温度均一性程度常常是造成注射制品质量熔体温度均一性程度常常是造成注射制品质量优劣的重要缘由，因而它亦是注射装置塑化质优劣的重要缘由，因而它亦是注射装置塑化质量的衡量标准。量的衡量标准。聚合物平均聚合物平均温度温度聚合物初始聚合物初始温度温度料筒温度料筒温度加热系数加热系数该值不应低于该值不应低于0.80
32、.8493.3.1.2 螺杆对物料的塑化的强化作用螺杆对物料的塑化的强化作用 对于粘流态物料在剪切力作用下，产生大对于粘流态物料在剪切力作用下，产生大量的热量。单位时间内，单位体积的熔体因剪量的热量。单位时间内，单位体积的熔体因剪切产生的热量切产生的热量Q可表示为：可表示为：简化计算，按牛顿流体处理简化计算，按牛顿流体处理:剪切热可以用下式计算剪切热可以用下式计算:50对于螺杆挤出机对于螺杆挤出机可以看出：聚合物熔体在螺槽内受剪切作用而可以看出：聚合物熔体在螺槽内受剪切作用而产生的热量与螺杆直径和转速的平方成正比，产生的热量与螺杆直径和转速的平方成正比，而与螺杆深度的平方成反比，而且熔体的粘度
33、而与螺杆深度的平方成反比，而且熔体的粘度越高，在其他条件相同时所生成的热量越大。越高，在其他条件相同时所生成的热量越大。51由表由表35看出，为提高熔体温度，增加背压看出，为提高熔体温度，增加背压比提高螺杆转速更为有效，但在高背压下塑比提高螺杆转速更为有效，但在高背压下塑于螺杆转动时的逆流和漏流流量增大、塑化于螺杆转动时的逆流和漏流流量增大、塑化时间延长，致使塑化效率下降。时间延长，致使塑化效率下降。转速/r/min背压/MPa熔体平均温度/塑化时间/s660240146635.72553312902401012935.725520表表3-5HDPE(MFR3.5g/10min)在在215 塑
34、化时转塑化时转速、背压、熔体平均温度及塑化时间数据速、背压、熔体平均温度及塑化时间数据523.3.2注射过程注射过程3.3.2.1物料通过料筒的压力损失物料通过料筒的压力损失 1 对于柱塞式注射系统，压紧粒料的压力降损失值对于柱塞式注射系统，压紧粒料的压力降损失值pg可用下式作近似计算：可用下式作近似计算：532 当柱塞连续将熔体向喷嘴方向推动时，熔料当柱塞连续将熔体向喷嘴方向推动时，熔料经过料筒的压力损失值可借用圆管中牛顿流经过料筒的压力损失值可借用圆管中牛顿流体的体积流率公式进行估算：体的体积流率公式进行估算：543.3.2.2熔体在喷嘴中的运动熔体在喷嘴中的运动注射速率确定时，注射速率确
35、定时，R，PL受两方面因素影响，受两方面因素影响，1）R减小，公式中减小，公式中PL，2）R，剪切速率增大，温度增高，对于假塑性流体，剪切速率增大，温度增高，对于假塑性流体，PL。注射速率确定时，喷嘴长度增加，注射速率确定时，喷嘴长度增加，PL。此外，注射压力对温度有很大的影响。间接影响压此外，注射压力对温度有很大的影响。间接影响压力损失。力损失。喷嘴半径喷嘴半径55注射压力对温注射压力对温度的影响度的影响图图3-26 聚苯乙烯在直径聚苯乙烯在直径1mm长长10mm的细孔喷嘴中的温度分布的细孔喷嘴中的温度分布压力：压力：a-73MPa b-77.5MPa c-100.5MPa d-115MPa
36、1-离开喷嘴后离开喷嘴后 2-在喷嘴细孔中在喷嘴细孔中 3-在喷嘴细孔的入口旁边在喷嘴细孔的入口旁边 4-9沿沿喷嘴长度的不同点喷嘴长度的不同点 10 料筒头部料筒头部料筒料筒喷嘴喷嘴563.3.2.3 熔体在模腔中的充模流淌分析熔体在模腔中的充模流淌分析熔体在模具浇注系统内的流淌熔体在模具浇注系统内的流淌对于热流道和冷流道是不同的，热流道对于热流道和冷流道是不同的，热流道（保温，熔体温度下降很小）压力降与喷嘴（保温，熔体温度下降很小）压力降与喷嘴基本相同。对于冷流道则形成冷硬壳层，熔基本相同。对于冷流道则形成冷硬壳层，熔体流淌半径下降，使得压力降增大。体流淌半径下降，使得压力降增大。熔体充模
37、流淌特点熔体充模流淌特点起始阶段起始阶段过渡阶段过渡阶段主阶段主阶段熔体遇到障碍物时的充模流淌熔体遇到障碍物时的充模流淌57 由图由图327可以看出，随料流前缘运动特点的不同。可将整个充模运可以看出，随料流前缘运动特点的不同。可将整个充模运动过程相对地分成三个典型阶段，即图中动过程相对地分成三个典型阶段，即图中1为起始阶段，相当于熔体流的起为起始阶段，相当于熔体流的起先部分，熔体流前缘呈圆弧形；先部分，熔体流前缘呈圆弧形；2为过渡阶段，前缘从圆弧形渐渐过渡到直为过渡阶段，前缘从圆弧形渐渐过渡到直线形；线形；3为主阶段，相当于熔体主流，前缘呈直线移动，直至充溢模腔。为主阶段，相当于熔体主流，前缘
38、呈直线移动，直至充溢模腔。图图3-27 充模时熔体前缘变更的各阶段充模时熔体前缘变更的各阶段1-起先阶段起先阶段 2-过渡阶段过渡阶段 3-主阶段主阶段58熔体遇到障碍物时的充模流淌熔体遇到障碍物时的充模流淌图图 3-31 热塑性塑料熔体围绕不同形态的障碍物热塑性塑料熔体围绕不同形态的障碍物流淌时速度流淌时速度v的变更及熔体的流淌状况的变更及熔体的流淌状况（a）矩形）矩形（b）圆柱形（）圆柱形（c）菱形）菱形金属镶嵌件的设计问题金属镶嵌件的设计问题59充模流淌长度充模流淌长度充模过程中凝固壳层的形成充模过程中凝固壳层的形成充模流淌长度的影响因素充模流淌长度的影响因素60熔体在模具中的流淌及凝固
39、熔体在模具中的流淌及凝固图图3-34 3-34 熔体流的速度分布熔体流的速度分布1-1-浇口浇口 2-2-熔体前缘熔体前缘 3-3-熔体流中的微元流淌方向熔体流中的微元流淌方向 4-4-聚合物的凝固层聚合物的凝固层61图图 3-35 螺旋线模试验模腔螺旋线模试验模腔62影响充模流淌长度的因素影响充模流淌长度的因素料筒温度，料筒温度，T，P，L模具温度，模具温度主要影响凝固层厚度，对熔模具温度，模具温度主要影响凝固层厚度，对熔体的充模流淌长度影响不大体的充模流淌长度影响不大注射压力，注射压力，P，L注射速度，提高充模时的体积流速，能够增大熔注射速度，提高充模时的体积流速，能够增大熔体在模腔内流淌
40、的动能，故可增加流淌长度。体在模腔内流淌的动能，故可增加流淌长度。螺线槽横截面尺寸，其它工艺条件确定时，影响螺线槽横截面尺寸，其它工艺条件确定时，影响较大，螺线槽横截面厚度、宽度较大，螺线槽横截面厚度、宽度，L聚合物分子结构与性能，聚合物分子结构与性能，M，L 6364653.3.2.5充模过程模腔的压力变更充模过程模腔的压力变更OA段：聚合物从喷嘴流入模具浇口，段：聚合物从喷嘴流入模具浇口，柱塞前端及喷嘴处压力快速上升，柱塞前端及喷嘴处压力快速上升，A点为充模的起先点。点为充模的起先点。tA一一tB为充模时间，此时模腔被充为充模时间，此时模腔被充溢。溢。tB一一tC：模腔充溢之后，柱塞或螺：
41、模腔充溢之后，柱塞或螺杆还要再注入一些熔体，在时间杆还要再注入一些熔体，在时间tB一一tC内，模内压力升至最高值。内，模内压力升至最高值。充充模模起起点点充充模模完完成成凝凝封封点点脱脱模模点点保保压压终终止止点点模腔模腔压力压力最高最高点点663.3.3 保压过程保压过程 须要维持一段时间，即须要维持一段时间，即tC一一tD，在这期间柱塞，在这期间柱塞或螺杆对模腔内进行补料，以使由于聚合物充模后或螺杆对模腔内进行补料，以使由于聚合物充模后温度下降体积收缩而出现的空间能得以接着充溢，温度下降体积收缩而出现的空间能得以接着充溢，熔体的这种流淌称保压流淌。这熔体的这种流淌称保压流淌。这过程就是保压
42、过过程就是保压过程。它持续到保压终止点程。它持续到保压终止点D为止。为止。67试验结果表明：聚苯乙烯注塑件保压时间试验结果表明：聚苯乙烯注塑件保压时间为为57秒时制品有缩孔，秒时制品有缩孔，917秒时，制品秒时，制品无缩孔。无缩孔。683.3.4倒流与冷却定型过程倒流与冷却定型过程3.3.4.1熔体的倒流（熔体的倒流（D点点-E点点)保压阶段结束后压力撤除，螺杆起保压阶段结束后压力撤除，螺杆起先后退预塑，这时模腔中的熔体就要发先后退预塑，这时模腔中的熔体就要发生倒流。生倒流。DE阶段表示模腔压力的变更。阶段表示模腔压力的变更。倒流始终持续到浇口凝封点倒流始终持续到浇口凝封点E为止。为止。69
43、3.3.4.2熔体的冷却定型熔体的冷却定型 从图从图346中曲线上的凝封点中曲线上的凝封点E到脱模点到脱模点F，这，这就是浇口凝固后的冷却时期，此时不会有熔体进行就是浇口凝固后的冷却时期，此时不会有熔体进行补料，对于只有可压缩性的粘流态高聚物，其比体补料，对于只有可压缩性的粘流态高聚物，其比体积积或密度或密度(1)、温度、温度T(用热力学温度用热力学温度K表表示示)和模腔压力和模腔压力P之间的关系可用修正的范德华方之间的关系可用修正的范德华方程表示程表示式中式中 p聚合物分子吸引力引起的内部压力；聚合物分子吸引力引起的内部压力；聚聚合物分子的比体积；合物分子的比体积；M r聚合物分子结构单元的
44、相聚合物分子结构单元的相对分子质量；对分子质量；R通用气体常数；其中通用气体常数；其中p，M r是是因高聚物不同而不同的常数。因高聚物不同而不同的常数。70冷却时，物料熔体的温度和压力都在下降，冷却时，物料熔体的温度和压力都在下降，只有温度降到玻璃化转变温度只有温度降到玻璃化转变温度Tg(或热变形或热变形温度温度)以下，压力下降到与大气压平衡以下，压力下降到与大气压平衡(即模即模内残余压力内残余压力PE0)时，才是制品脱模和抽时，才是制品脱模和抽芯的最佳条件。残余压力为零是冷却过程结芯的最佳条件。残余压力为零是冷却过程结束的重要标记。由于聚合物在模腔内，其温束的重要标记。由于聚合物在模腔内，其
45、温度下降不行能低于模具温度度下降不行能低于模具温度T。在制品冷。在制品冷却过程中，残余压力为零若出现在冷却过程却过程中，残余压力为零若出现在冷却过程的初期，则模腔内聚合物凝固层较薄，无足的初期，则模腔内聚合物凝固层较薄，无足够强度反抗随后的内部冷却收缩而使之出现够强度反抗随后的内部冷却收缩而使之出现负压，制品表面将出现凹痕；若零压力在冷负压，制品表面将出现凹痕；若零压力在冷却过程的中期出现，则内部未凝熔体会在足却过程的中期出现，则内部未凝熔体会在足够厚的外壳层拉应力作用下而产生缩孔；只够厚的外壳层拉应力作用下而产生缩孔；只有在冷却过程后期残余压力为零，制品内外有在冷却过程后期残余压力为零，制品
46、内外部已凝固，才不致发生上述的缺陷。部已凝固，才不致发生上述的缺陷。71 限制残余压力是很重要的，因为假如限制残余压力是很重要的，因为假如PE 过大，制品在开模后顶出时就会过大，制品在开模后顶出时就会发生应力断裂或表面严峻损伤。但假如发生应力断裂或表面严峻损伤。但假如PE过小，制品在有型芯的状况下，过小，制品在有型芯的状况下，由于冷却收缩，就会在型芯上产生收缩应力，当由于冷却收缩，就会在型芯上产生收缩应力，当PE 过小、收缩应力过大过小、收缩应力过大时，同样会造成脱模时制品断裂或严峻刮伤。所以，残余压力在制品服模时，同样会造成脱模时制品断裂或严峻刮伤。所以，残余压力在制品服模时也有一个范围要求
47、。由于制品脱模时温度必需低于时也有一个范围要求。由于制品脱模时温度必需低于Tg；而模温又为；而模温又为T，这样脱模温度范围确定是，这样脱模温度范围确定是TgT之间。这样利用温度一压力关系可以之间。这样利用温度一压力关系可以确定开模条件：在图确定开模条件：在图348中中PEPE，TgT围成的方块区域，构围成的方块区域，构成了较佳的脱模条件区域。成了较佳的脱模条件区域。72733.3.5注射成型过程中注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内应力聚合物的取向、结晶与内应力 1 取向取向 取向的形成：取向的形成：高分子链具有几何不对称性，在外力场的高分子链具有几何不对称性，在外力场的作用下（剪切和拉伸应力
48、），高分子链沿外力场方向作有序作用下（剪切和拉伸应力），高分子链沿外力场方向作有序排列就形成分子链的取向。取向是一种非平衡态，一旦外力排列就形成分子链的取向。取向是一种非平衡态，一旦外力场除去，分子热运动将使有序排列的结构自发趋向无序化，场除去，分子热运动将使有序排列的结构自发趋向无序化，这个过程为解取向。高分子的取向分为链段取向和大分子链这个过程为解取向。高分子的取向分为链段取向和大分子链取向两种。一般来讲，在高弹态仅发生链段取向，在粘流态取向两种。一般来讲，在高弹态仅发生链段取向，在粘流态就会发生大分子链取向。就会发生大分子链取向。74753.3.5注射成型过程中聚合物的取向、结晶注射成型
49、过程中聚合物的取向、结晶与内应力与内应力取向对性能的影响取向对性能的影响取向导致力学性能的各向异性，沿取向方向强度提高，取向导致力学性能的各向异性，沿取向方向强度提高，伸长率下降，而垂直于取向方向的性能与取向方向相反。伸长率下降，而垂直于取向方向的性能与取向方向相反。76影响制品取向的因素影响制品取向的因素熔体温度熔体温度，取向度，取向度，解取向，解取向；模具温度模具温度，取向，取向；注射压力注射压力，剪切增加，取向度，剪切增加，取向度；注射速度，快速充模，制品表面高度注射速度，快速充模，制品表面高度取向，内部取向较少；慢速充模表层取向，内部取向较少；慢速充模表层冻结，中心部位熔体温度因与冻结
50、，中心部位熔体温度因与Tg或或Tm的差值减小，导致解取向时间缩的差值减小，导致解取向时间缩短，取向度短，取向度。总之，随着模具温度、制品厚度、总之，随着模具温度、制品厚度、充模时熔料的温度的增加，分子取向充模时熔料的温度的增加，分子取向有减弱的趋势；增加浇口长度、压力，有减弱的趋势；增加浇口长度、压力，分子取向程度也随之增加；分子取向分子取向程度也随之增加；分子取向程度与浇口设定的位置和形态有很大程度与浇口设定的位置和形态有很大关系，直浇口比点浇口更简洁维持取关系，直浇口比点浇口更简洁维持取向效应。向效应。773.3.5注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内应注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内