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1、塑料成型工艺与设备,付宏生 刘国良 主编,第二章 塑料成型工艺,第一节 塑性材料的工艺性能及相关参数 第二节 塑料注射成型工艺过程 第三节 典型制品的注射成型工艺 第四节 注射成型制品的质量分析与质量工作规程,第一节 塑性材料的工艺性能及相关参数,一、塑料成型的收缩性 二、塑料成型的流动性 三、取向与结晶 四、热敏性与水敏性 五、应力开裂与熔体破裂 六、吸湿性 七、水分和挥发物含量 八、应力敏感性 九、相容性 十、比体积与压缩比 十一、硬化特性,塑件从温度较高的模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积发生收缩的现象，称为收缩性。它可用相对收缩量的百分率表示，即收缩率(S)。收缩不仅与热胀冷缩有关，
2、而且还与各种成型因素有关，因此成型后塑件的收缩，称为成型收缩。 塑料的成型收缩的大小可用塑料制件的实际收缩率S实来表示，即 S实=(a-b)/b100% 式中 a成型温度时的塑件尺寸； b常温时的塑件尺寸。 由于成型温度时的塑件尺寸无法测量，因此常采用常温时的型腔尺寸取代，故有 S计=(c-b)/b100% 式中c常温时的型腔尺寸。 s计塑件的计算收缩率。 当S计为已知时，可用S计来计算型腔尺寸，即 c=b(1+S计) 常用的塑料收缩率分别见表2-1、表2-2。,一、塑料成型的收缩性,一、塑料成型的收缩性,表2-1 收缩率较小的塑料,表2-2 收缩率较大的塑料,一、塑料成型的收缩性,一、塑料成
3、型的收缩性,1.影响热塑性塑料成型收缩的主要因素 2.收缩的形式,1.影响热塑性塑料成型收缩的主要因素,1)塑料因加热或冷却而按本身热膨胀系数进行膨胀或收缩，塑料的线膨胀系数大于钢，因此塑件冷却收缩比模具大，脱模后的塑件尺寸小于型腔相应尺寸。 2)熔料在成型压力下压缩，脱模后压力消失，产生弹性恢复而使塑件体积膨胀。 3)结晶塑料成型冷却过程中因结晶引起体积收缩，内应力强，塑件内残余应力大，结晶度越高，体积收缩越大。 4)成型时分子沿着流动方向取向，冷却中被强烈定向的分子要恢复原来状态，引起收缩。 5)一般随着壁厚的增加，收缩率增大。 6)采用直接浇口或大截面浇口时收缩小，但方向性明显。,1.影
4、响热塑性塑料成型收缩的主要因素,7)型腔内压力越高，弹性恢复越大，收缩率越小;保压时间长，则收缩小，但方向性明显;料温越高，热胀冷缩就越大，成型收缩率也增大，但引起黏度减小，有利于压力传递，会减小收缩，因此对于黏度大或黏度对温度不敏感的塑料，收缩率增大，对于黏度小或黏度对温度敏感的塑料，收缩率减小；注射时间越短，收缩率越大；模温高,熔料冷却慢，密度高，收缩大，尤其结晶塑料，结晶充分，收缩率增大；冷却时间长，冷却均匀，硬化充分，收缩率小，对于非结晶塑料，冷却时间影响较小。,1.影响热塑性塑料成型收缩的主要因素,影响塑料制品收缩的因素是多种多样的，所以要针对具体情况具体分析，期一般的选择原则如下：
5、 1)对于收缩率范围较小的塑料品种，可按收缩率的范围取中间值，此值称为平均收缩率。 2)对于收缩率范围较大的塑料品种，应根据制品的形状，特别是根据制品的壁厚来确定收缩率。,图2-1 聚丙烯制品各,3)制品各部分尺寸的收缩率不尽相同， 应根据实际情况进行选择。如图2-1所示的聚丙烯制品，壁厚为3mm。查表2-2得知，其高度方向的收缩大于水平方向的收缩，其百分比为120%140%,收缩率范围为1%2%,高度方向取平均收缩率1.5%乘以平均比值130%,内径取大值2%,外径取小值1%,以留有试模后修正的余地。,4)对于收缩量很大的塑料，可利用现有的或者材料供应部门提供的计算收缩率 的图表来确定收缩率
6、。,1.影响热塑性塑料成型收缩的主要因素,2.收缩的形式,(1)线尺寸收缩 由于热胀冷缩，脱模时弹性恢复及塑性变形等原因，塑件脱模冷却到室温后，其尺寸缩小。 (2)后收缩 塑件脱模后，因各种残余应力趋向平衡而产生时效变形，引起塑件尺寸缩小的现象，称为后收缩。 (3)后处理收缩 为了消除或减小后收缩对塑件的影响，稳定成型后的尺寸，对成型后塑件进行适当热处理，热处理后也会使塑件尺寸发生变化，称为后处理收缩。,二、塑料成型的流动性,图2-2 熔融指数测定仪示意图 1热电偶2料筒3出料 孔4保温层5加热棒 6柱塞7重锤,熔融流动指数测定法是在如图2-2所示的标准装置内进行的。将被测塑料装入其中，在一定
7、的温度和压力下，通过测定熔体在10min内通过小孔的塑料质量来表征其流动性，也称熔融指数。其单位为g/10min,通常以MI表示。,二、塑料成型的流动性,图2-3 螺旋线及流道横截面形式,螺旋线长度试验法是在螺旋线具中进行的。 其模具结构如图2-3所示。测试时塑料熔体从中央浇口进料，由里往外按阿基米德螺旋线方向将型槽线逐层延伸(盘式蚊香状),每转一周半径增大12.5mm,槽横截面是半圆形，直径为4.9mm,螺旋线槽总长为1925mm,制成盘式蚊香形状的试样，测定其螺旋线的总长度即为被测塑料的流动距离，并以此来表征该塑料的流动性。,二、塑料成型的流动性,图2-4 拉西格流动性测定模,对热固性塑料
8、通常是以拉西格流动值来表征其流动性。其测定原理如图2-4所示。测定步骤为:称取7.5g塑料粉，在205温度下并以50MPa的压力下在内径为28mm的模子内预压成圆链(片);将拉西格模具加热至1505，并保温5min；将圆键放入拉西格模的加料室，并在20s左右将压缩模增压至30MPa,保压3min；压好后，卸掉压板，推出锥形组合模，取出试样，测其长度L即为其流动值。数值越大则表明流动性越好。,1.流动性分类,表2-3 热固性塑料流动性等级及应用,塑料流动性按试样长度L分为3个不同的等级，其适用范围见表2-3。,二、塑料成型的流动性,1.流动性分类 2.影响流动性的因素,1.流动性分类,1)流动性
9、好的塑料，如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维素及聚4-甲基戍烯等。 2)流动性中等的塑料，如改性聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、聚甲醛、聚氯醚及聚甲基丙烯酸甲酯等。 3)流动性差的塑料，如聚碳酸酯、硬质聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜及氟塑料等。,2.影响流动性的因素,(1)温度 一般料温较高时，熔体流动性增大，易于流动成型，但易分解，而且脱模后收缩较大，因此料温要适宜才行。 (2)压力 适当增加压力能降低熔体黏度，流动性增大。 (3)模具结构 浇注系统的形式，流道与浇口的布置，流道、浇口、模腔的尺寸，型腔的表面粗糙度及型腔形状等因素，都会影响到熔料在型腔内的流动性。,三、取向与结晶,熔体在充
10、模过程中剪切流动，形成分子取向，使塑件力学性能和收缩率产生各向异性，一般平行于取向方向的力学性能较好，收缩率也较大；而垂直于取向方向的力学性能较低,收缩率也较小。 对于结晶型塑料在模具设计时应注意以下几点: 1)结晶型塑料上升到成型温度时需要热量多，应使用塑化能力强的设备。 2)冷凝结晶时放出的热量大，模具要充分冷却。 3)黏流态与固态的密度差值大，成型收缩也大，易发生缩孔和气泡。 4)塑件壁薄时，冷却快，结晶度低，收缩小。 5)各向异性明显，内应力大，脱模后未结晶化的分子有继续结晶化倾向，易产生翘曲和变形。 6)结晶熔点范围窄，易使未完全熔融塑料注入模具或堵塞浇口。,四、热敏性与水敏性,(1
11、)热敏性 塑料的化学结构在热量作用下都有可能发生变化，对热量作用的敏感程度,称为塑料的热敏性。具有热敏性的塑料，称为热敏性塑料，如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物、聚甲醛及聚三氟氯乙烯等。 (2)水敏性 在高温下，熔料对水降解的敏感性，称为水敏性。具有水敏性的塑料，称为水敏性塑料，如聚碳酸酯等塑料。,五、应力开裂与熔体破裂,(1)应力开裂 有些塑料在成型时易产生内应力而使塑件质脆易裂，塑件在不大的外力或溶剂作用下即发生开裂，把这种现象称为应力开裂。这类塑料有聚苯乙烯、聚碳酸酯及聚砜等。 (2)熔体破裂 它是指具有一定熔融指数的塑料，在恒温下通过喷嘴孔时，其流速超过一定值后，熔体表面发生明
12、显的横向裂纹的现象。常出现熔体破裂的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜及氟塑料等。,六、吸湿性 吸湿性是指塑料对水分子的亲疏程度。根据这种亲疏程度，塑料大致可分为两种类型，一种是具有吸湿或黏附水分的塑料，如纤维素塑料、有机玻璃、尼龙、聚碳酸酯、ABS、聚砜及聚苯醚等；一种是不吸湿也不黏附水分的，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯及氟塑料等。 七、水分和挥发物含量 塑料中的水分和挥发物来自两方面:一是塑料生产过程遗留下来及成型前在运输、储存时吸收的;二是在成型过程中化学反应产生的副产物。 八、应力敏感性 应力敏感性是指有的塑料对应力敏感，成型时质脆易裂，如聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚砜等。 九、相容性
13、 相容性是指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下不产生相分离现象的能力。 十、比体积与压缩比 比体积是单位重量所占的体积;压缩比为塑料粉与塑件两者体积的比值，其值恒大于1。 十一、硬化特性 硬化特性是热固性塑料特有的性能，专指热固性塑料的交联反应。,第二节 塑料注射成型工艺过程,一、注射成型工艺过程 二、注射成型工艺参数分析 三、常用热塑性塑料的注射成型制品工艺,一、注射成型工艺过程,图2-5 注射成型工艺过程,注射成型工艺过程包括注射前的准备、注射过程和制品的后处理三 个阶段，各阶段又可分为多个小的阶段，如图2-5所示。,一、注射成型工艺过程,1.注射前的准备 2.注射成型过程 3.制
14、件的后处理,1.注射前的准备,(1)原料的预处理 这个阶段包括原料的检验、着色和预热干燥等过程。 (2)料筒的清洗 生产中如需要改变塑料品种、更换物料、调换颜色或发现成型过程中出现了热分解或降解反应，均应对注射机的料筒进行清洗。 (3)嵌件的预热 当嵌件为金属时，由于金属与塑料的膨胀与收缩率相差较大，所以要对嵌件进行预热，也以避免嵌件周围塑料层强度下降而出现裂纹缺陷。 (4)脱模剂的选用 为了便于脱模，生产中常使用脱模剂。,(1)原料的预处理,1)分析检验成型物料的质量。 2)着色。 染料具有着色力强、色彩鲜艳和色谱齐全的特点，但由于对热、光和化学药品的稳定性比较差，故在塑料中较少应用。当塑料
15、成型温度不高又希望制品透明时，可采用耐热性较好的蒽醌类和偶氮类染料。 颜料是塑料的主要着色剂，按化学组成又分成无机颜料和有机颜料两种。无机颜料对热、光和化学药品的稳定性都比较高而且价格低廉，但色泽都不十分鲜艳，只能用于不透明塑料制品的着色。有机颜料的着色特性介于染料和无机颜料之间，对热、光和化学药品的稳定性一般不及无机颜料，但所着色制品色彩较鲜艳，用这种颜料的低浓度着色可得到彩色的半透明制品。 3)预热干燥。,(2)料筒的清洗,1)欲换料的成型温度高于料筒内残料的成型温度时，应将料筒和喷嘴温度升高到欲换料的最低成型温度，然后加入欲换料或其回头料，并连续对空注射，直到全部残料除尽为止。 2)欲换
16、料的成型温度低于料筒内残料的成型温度时，应将料筒和喷嘴温度升高到欲换料最高成型温度，切断电源，加入欲换料的回头料后，连续对空注射，直到全部残料除尽为止。 3)两种物料成型温度相差不大时，不必变更温度，先用回头料，后和欲换料对空注射即可。 4)残料属热敏性塑料时，应从流动性好、热稳定性高的聚乙烯、聚苯乙烯等塑料中选择粘度较高的品级作为过渡料对空注射。,(3)嵌件的预热当嵌件为金属时，由于金属与塑料的膨胀与收缩率相差较大，所以要对嵌件进行预热，也以避免嵌件周围塑料层强度下降而出现裂纹缺陷。但对于小嵌件在模内易被塑料熔体加热，可不预热。 (4)脱模剂的选用为了便于脱模，生产中常使用脱模剂。常用的脱模剂有三种:硬酯酸锌、液态石蜡和硅油。硬酯酸锌除尼龙塑料外，其余塑料均可使用。,2.注射成型过程,(1)加料 注射成型是一个间歇过程，在每个生产周期中，加入到料筒中的料量应保持一定，当操作稳定时，物料塑化均匀，最终制品性能优良。 (2)塑化
