热塑性塑料制品的注射成型

热塑性塑料制品的注射成型

一、实验目的

1、了解柱塞式和移动螺杆式注射机的结构特点及操作程序；

2、掌握热塑性塑料注射成型的实验技能及标准测试样条的制备方法；

3、掌握注射盛开工艺条件的确定及其与注射制品质量的关系。

二、实验原理

1、注射过程原理

注射成型是高分子材料成型加工中一种重要的方法，应用十分广泛，几乎所有的热塑性塑料及多种热固性塑料都可用此法成型。热塑性塑料的注射成型又称注塑，是将粒状或粉状塑料加入到注射机的料筒，经加热溶化后呈流动状态，然后在注射机的柱塞或移动螺杆快速而又连续的压力下，从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具内。充满膜腔的熔体在受压的情况下，经冷却固化后，开模得到与模具型腔相应的制品。

注射成型机主要的有柱塞式和移动螺杆式两种，以后者为常用。不同类型的注射机的动作程序不完全相同，但塑料的注射成型原理及过程是相同的。

本实验是以聚丙烯为例，采用移动螺杆式注射机的注射成型。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。

（1）合模锁紧注射成型的周期一般是以合模为起始点。动模前移，快速闭合。在与定模将要接触时，依靠合模系统自动切换成低压，提供试合模压力和低速；最后切换成高压将模具合紧。

（2）注射充模模具闭合后，注射机机身前移使喷嘴与模具贴合。油压推动与油缸活塞杆相连接的螺杆前进，将螺杆头部前面已均匀塑化的物料以一定的压力和速度注射入模腔，直到熔体充满模腔为止。

熔体充模顺利与否，取决于注射的压力和速度、熔体的温度和模具的温度等。这些参数决定了熔体的粘度和流动特性。注射压力是为了使熔体克服料筒、喷嘴、浇注系统和模腔等处的阻力，以一定的速度注射入模；一旦充满，模腔内压迅速到达最大值，充模速度则迅速下降。模腔内物料受压紧，密实，符合成型制品的

要求。注射压力的过高或过低，造成充模的过量或不足，都将影响制品的外观质量和材料的大分子取向程度。注射速度影响熔体填充模腔时的流动状态。速度快，充模时间短，熔体温差小，则制品密度均匀，熔接强度高，尺寸稳定性好，外观质量好；反之，若速度慢，充模时间长，由于熔体流动过程的剪切作用使大分子取向程度大，则制品各向异性。

（3）保压熔体注入模腔后，由于模具的低温冷却作用，使模腔内的熔体产生收缩。为了保护注射制品的致密性、尺寸精度和强度，必须使注射系统对模具施加一定的压力（螺杆对熔体保持一定压力），对模腔塑件进行补塑，直到浇注系统的塑料冻结为止。

保压过程包括控制保压压力和保压时间的过程，它们均影响制品的质量。保压压力可以等于或低于充模压力，其大小以达到补塑增密为宜。保压时间以压力保持到浇口凝封时为好。若保压时间不足，模腔内的物料会倒流，使制品缺料；若时间过长或压力过大，充模量过多，将使制品的浇口附近的内应力增大，制品易开裂。

（4）制品的冷却和预塑化当模具浇注系统内的熔体冻结到其失去从浇口回流可能性时，即浇口封闭时，就可卸去保压压力，使制品在模内充分冷却定型。其间主要控制冷却的温度和时间。

在冷却的同时，螺杆传动装置开始工作，带动螺杆转动，使料斗内的塑料经螺杆向前输送，并在料筒的外加热和螺杆剪切作用下使其熔融塑化。物料由螺杆运到料筒前端，并产生一定压力。在此压力作用下螺杆在旋转的同时向后移动，当后移到一定距离，料筒前端的熔体达到下次注射量时，螺杆停止转动和后移，准备下一次注射。

塑料的预塑化与模具内制品的冷却定型后，合模装置即开启模具，并自动顶落制品。

2、注射成型工艺条件

注射成型工艺的核心问题是要求得到塑化良好的塑料熔体并把它顺利注射到模具中去，在控制的条件下冷却定型，最终得到合乎质量要求的制品。因此，注射最重要的工艺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的时间。

（1）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，后者关系到塑料的成型。

a. 料筒温度料温的高低，主要决定于塑料的性质，必须把塑料加热到粘流温度（T f）或熔点（T m）以上，但必须低于其分解温度（T d）。

料温对注射成型工艺过程及制品的物理机械性能有密切关系。随着料温升高，熔体粘度下降，料筒、喷嘴、模具的浇注系统的压力降减小，塑料在模具中流程就长，从而发送了成型工艺性能，注射速度大，塑化时间和充模时间缩短，生产率上升。但若料温太高，易引起塑料热降解，制品物理机械性能降低。而料温太低，则容易造成制品缺料，表面无光，有熔接痕等，且生产周期长，劳动生产率降低。

在决定料温时，必须考虑塑料在料筒内的停留时间，这对热敏性塑料尤其重要，随着温度升高物料在料筒内的停留时间缩短。

料筒温度通常从料斗一侧起至喷嘴分段控制，由低到高，以利于塑料逐步塑化。各段之间的温差约为30℃~50℃。

b. 喷嘴温度塑料在注射时是以高速度通过喷嘴的细孔的，有一定的摩擦热产生，为了防止塑料熔体在喷嘴可能发生“流涎现象”，通常喷嘴温度略低于料筒的最高温度。

c. 模具温度模具温度不但影响塑料充模时的流动行为，而且影响制品的物理机械性能和表观质量。

结晶型塑料注射入模型后，将发生相转变，冷却速率将影响塑料的结晶速率。缓冷，即模温高，结晶速率大，有利结晶，能提高制品的密度和结晶度，制品成型收缩性较大，刚度大，大多数力学性能较高，但伸长率和冲击强度下降。骤冷所得制品的结晶度下降，韧性较好。但骤冷不利于大分子的松驰过程，分子取经向作用和内应力较大。中速冷塑料的结晶和取向较适中，是常用的条件。

无定型塑料注射入模时，不发生相转变，模温的高低主要影响熔体的粘度和充模速率。在顺利充模的情况下，较低的模温可以缩短冷却时间，提高成型效率。所以对于熔融粘度较低的塑料，一般选择较低的模温；反之，必须选择较高模温。选用低模温，虽然可加快冷却，有利提高生产效率，但过低的模温可能使浇口过早凝封，引起缺料和充模不全。

（2）压力注射过程中的压力包括塑化压力（背压）和注射压力，是塑料塑化充模成型的重要因素。

a. 塑化压力（背压）预塑化时，塑料随螺杆旋转，塑化后堆积在料筒的前部，螺杆的端部塑料熔体产生一定的压力，称为塑化压力，或称螺杆的背压，