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1、第八章 注射成型 注射成型是高分子材料成型加工中一种重 要方法。它的特点是成型周期短、生产效 率高，能一次成型外形复杂、尺寸精确的 制品，成型适应性强，制品种类繁多。而 且容易实现生产自动化，应用广泛，几乎 所有热塑性塑料及多种热固性塑料和橡胶 制品都可用此法成型。属间歇生产，除很 大的管、棒、板等型材不能用此法生产。一、注射机的结构和作用 1、注射机的分类 按结构特点分：根据不同注射机结构和塑 料在料桶中的塑化形式划分。 柱塞式注射机 双阶柱塞式注射机 螺杆预塑化柱塞式注射机 移动螺杆式注射机 按注射机外形特征分： 根据注射机的合模装置和注射装置的相对 位置进行划分。 立式注射机 卧式注射机
2、 角式注射机 按注射机的加工能力分类： 反应注射机加工能力的主要参数和锁模力 。 有两种表示法： 一种是以PS原料为标准，一种是以注射出 的容积为标准。 按注射机用途分类 按合模机构特征进行分类，可分为机械式 、液压式和液压机械式注射机。 2、注射机的基本结构 柱塞式注射机和移动螺杆式注射机的作用 原理大致相同，所不同的是前者用柱塞施 加压力，而后者用螺杆。都是由注射系统 、锁模系统、液压系统及注射模具等组成 。 注射系统是注射机的主要部分，其作用是 使塑料受热、均匀塑化直至黏流态，并以 一定的压力和速度注射入模具型腔，并经 保压补塑而成形。 注射螺杆与挤出螺杆在结构上有如下区别 ： 注射螺杆
3、的长径比较小，约在1015之间。 注射螺杆压缩比较小，约在22.5间。 注射螺杆均化段长度较短，但螺槽深度较 深，以提高速化率。 折射螺杆的头部呈尖头型，与喷嘴能很好 地混合，以防止物料残存在料筒端部而引 起降解。 热塑性塑料的注射喷嘴类型很多，结构各 异，但使用最普遍的有如下三种形式： 通用式喷嘴 延伸式喷嘴 弹簧针阀式喷嘴 上述前两种直通式，后一种喷嘴通道内部 设有止回阀。 锁模系统 注射成型时，一般是高压注射入模的，为 了保持模具严密闭合，要求有足够锁模力 。 液压传动与电气控制系统 目前注射机一般是油泵作为压力来源，通 过电气控制系统，可将高低压油泵经压力 配制装置送往锁模系统，使模具
4、开启和闭 合，或送往注射系统使螺杆前进或退回。 注射模具 根据模具上各个部件所应起的作用，可分 为以下几个部分： 成型零部件 浇注系统：主流道、分流道、浇口、冷料 井所组成 导向零件 分型抽芯机构 顶出装置 冷却加热系统 排气系统 注射模具必须与注射机相配合，在设计时 要考虑以下几个问题： 装配尺寸、注射机允许的最大和最小模具 厚度、注射机模板的行程 3、注射剂的工作过程 尽管注射机不同，但要完成的工艺内容和 基本过程大致是相同的，大致为：加热塑 化、注射充模、保压固化和脱模。二、注射过程原理 热塑性塑料的注射过程包括加料、塑化、 注射充模、冷却固化和脱模等几个工序。 其中关键是塑化、充模和冷
5、却。 1、塑化过程 对塑料塑化的要求是：塑料在进入模腔之 前要充分塑化，既要达到规定的成型温度 ，又要使熔体各点温度尽量均匀一致，而 其中的热分解物含量则尽可能少。 塑化质量主要由塑料的受热情况和所受剪 切力所确定的。一定的温度是使塑料得以 形变、熔融和塑化的必要条件。通过对料 筒的加热，使聚合物由固体向液体转变， 而剪切作用则是以机械力的方式强化了混 合和塑化过程，使熔体温度分布均匀，物 料组成和高分子形态也发生改变，趋于均 匀。 通常用聚合物在塑化过程中的加热效率E来 分析柱塞式注射机内熔体的热均匀性。E值 与下列因素有关： 增加料筒的长度和传热面积，或延长塑料 在料筒内的受热时间和增大塑
6、料的热扩散 速率，都能使E值增大。 与料筒的塑料层厚度、塑料与料筒表面的 温差有关。 还受到塑料温度分布的影响。 注射机的生产能力取决于加热料筒的塑化 能力和注射成型周期。塑化能力可用下式 表示： 2、注射充模过程 塑化良好的塑料熔体在柱塞或螺杆的推动 下，由料筒前端经喷嘴和模具浇注系统流 入型腔而获得型养的过程是注射成型最重 要和最复杂的阶段。 注射成型周期： 塑料熔体进入模腔内的流动情况可分为充 模、保压、倒流和浇口冻结后的冷却四个 阶段。 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。对大多数塑 料熔体来
7、说，增大浇道截面积提高冲模式 的体积流量有一定的限值，当超过此值时 ，反而会使体积流量下降。 熔体在模腔中的流动 熔体在典型模腔中的流动方式： 由轴向浇口进入圆柱形模腔、从扁浇口流 入扁形模腔、从圆形浇口流入、从制品平 面内的浇口进入矩形截面的模腔。 熔体在模腔内的流动类型：主要由熔体通 过浇口进入模腔的流速决定，分为快速注 射和慢速注射两种极端情况。3、增密与保压过程 1、增密过程 充模流动结束后，熔体进入模腔的快速流 动虽已停止。这时压力并未最大，会进一 步压实使成型物增密。 2、保压过程 压实结束后柱塞或螺杆不立即退回，而必 须在最大前进位置上再停留一段时间，使 成型物在一定压力下进一步
8、冷却三、注射成型工艺及工艺条件 成型工艺流程 成型前准备包括原材料的预处理、料筒的 清洗、嵌件的预热、脱模剂的选用 注射成型过程 包括加料、塑化、注射充模、保压、冷却 固化和脱模几个工序。 制品后处理大致包括：热处理、调湿处理 、整修2、注射成型工艺条件的选择注射成型工艺最重要的条件是影响塑化流 动和冷却的温度、压力和相应的各个作用 时间。 温度：注射成型过程需要控制的温度包括料 筒温度、喷嘴温度和模具温度，前两者关 系到塑料的塑化和流动，后者关系到塑料 的流动和冷却成型。 压力： 注射过程中的压力包括塑化压力和注射压 力，是影响塑料塑化、充模和成型的重要 因素。 时间: 完成一次注射成型所需
9、的全部时间称为注 射成型周期，它包括注射时间、冷却时间 及其他辅助时间。四、橡胶注射成型 橡胶注射成型是将胶料通过注射机进行加 热，然后在压力作用下从机筒进入密闭的 模型中，经热压硫化而成为制品的生产方 法。 橡胶注射室在模压法和移模法生产基础上 发展起来的。模压法是使用平板硫化机生 产模型制品的方法，设备简单，更换产品 方便，但模压法存在劳动强度大、自动化 程度低、废品率较高等特点，尤其是生产 形状复杂，胶层较厚的金属骨架制品时， 困难较大，故发展了移模工艺，该法胶料 流动性好，产品较均匀致密，特别是对某 些形状较复杂的制品，所得产品的质量优 于普通模压法，然而该法劳动强度较大， 生产率低。
10、 橡胶注射成型具有工序简单，机械化，自 动化程度高，劳动强度小，成型周期短， 生产效率高，产品质量稳定，废品少，制 品机械性能优异等优点。 1、注射成型设备 橡胶注射机的加热冷却装置的作用是保证 机筒和模腔中的胶料达到注射工艺和硫化 所要求的温度。由于胶料塑化温度较低， 为防止胶料在机筒中停留较长时间而烧焦 ，通常机筒用水和油作加热介质，而注射 模则用电或蒸汽加热。 模型系统是橡胶注射成型设备的重要主成 部分，其包括模台、模具和合模装置，他 对制品的生产效率、外观、质量和胶料消 耗量等有重要的影响。模具本身要经受住 高温高压，因此需要特殊的钢材制作。 注射过程及原理 橡胶注射成型与塑料注射成型
11、工艺相似， 在橡胶注射成型过程中，胶料主要经历了 塑化注射和热压硫化两个阶段。注射阶段 黏度下降，流动性增加；热压硫化阶段中 胶料通过胶料而硬化。 胶料加热硫化过程一般经历四个阶段： 胶料预热阶段 交联度增加阶段 交联度最高阶段 网状结构降解阶段五、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。但热固 性塑料一直依靠压缩模型成型，成型工艺 复杂，生产效率差，模具易损坏，劳动强 度大，产品质量不稳定，从而发展了热固 性塑料注射成型工艺。 1、热固性塑料注射成型原理 料筒内塑化温度必须严格控制，温度低时 物料的流动性差,料筒的温度尽可能均一， 所含固化物应
12、尽可能少，流动性应满足从 料筒中顺利挤出。 2、热固性塑料熔体在充模过程中的流动 充模的流动过程中也是熔体进一步塑化的 过程，其黏度显著降低，故进入模腔后有 良好的充模能力。 3、热固性塑料在模腔内的固化 实质上固化反应为缩聚反应，故注射机应 满足能将这些反应副产物及时排除模腔的 要求。 二、热固性塑料注射机的结构特征 与热塑性注射机的结构特征基本相同，结 构形式有螺杆式与柱塞式两种，长径比一 般1416，压缩比A为0.81.2六、反应注射成型 反应注射成型是一种将两种具有化学活性 的低相对分子质量液体原料在高压下撞击 混合，然后注入密闭模具内进行聚合、交 联固化等化学反应形成制品的工艺方法。
13、 ，可用来成型发泡制品和增强制品。 1、反应注射成型工艺特点 反应注射直接采用液态单体和各种添加剂 作为成型原料而不用配置好的原料，不经 热塑化即注入模腔从而省去了操作简化了 过程。二是原料黏度低流动性好，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产品，反应速度快， 成型周期短。 RIM成型设备组成 蓄料系统 计量和输送系统 混合系统 混合头的混合阀芯在油压控制下进行操作 有再循环、调合及调合过程 反应注射成型的工艺控制流程 两组份物料的储存加热、计量、在高压下 碰撞混合、注射充模、聚合交联过程、脱 模、后交联七、气体辅助注射成型 工艺过程： 塑料充模阶段、切换延迟阶段、气体注射 阶段、保压阶段、气体释放阶段、冷却开 模阶段 设备： 注射机、气辅装置、气体喷嘴 成型方法： 标准成型法、副腔成型法、熔体回流法、 活动型芯法。 注射特点： 优点：注射应力低、制品翘曲变形小、表 面质量提高、可成型壁厚差异较大的制品 、制品的刚度和强度提高、可通过气体的 穿透使制品中空、减轻质量、缩短成型周 期。
