注射成型工艺及设备

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12.1 概 述
第12章 注射成型工艺及设备
注射成型相对于模压成型的特点：
(1)成型周期短，物料的塑化在注射机内完成。 (2)热耗量少 (3)闭模成型 (4)可使形状复杂的产品一次成型 (5)生产效率高，成本低
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12.1 概 述
注射成型的缺点：
(1)不适用于长纤维增强的产品，一般纤维小于7mm (2)模具质量要求高 注射成型工艺在CM生产中主要代替模压成型工艺， 近年来发展较快。 注射成型工艺发展较快：自动化、高速化、大型化及 微型化。
第12章 注射成型工艺及设备
12.3.2 注 射 成 型 工 艺 条 件
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3、注射料的品种和性能 是确立加工温度的决定因素，常用的树脂注射成型条 件见表12-4、12-5。 对于热塑性树脂，料筒温度略高于喷嘴温度，高于模 具温度。 对于热固性树脂，模具温度略高于喷嘴温度，高于料 筒温度。 判断料筒喷嘴温度的两种方法： a、熔体对空注射法。脱开模具，用低压注射，观察料 流，是否毛糙、变色、起泡、料流表面光滑者表明温度合 适。 b、产品直观分析法。对试生产制品观察有无毛糙、波 纹、气泡等弊病。
第12章 注射成型工艺及设备
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12.2 注 射 成 型 工 艺
在注射成型过程中玻璃纤维是不会收缩的，收缩主要 由树脂基体引起的。不同的树脂及树脂含量收缩不同，另 外收缩还与纤维长度有关。一般来讲，树脂含量愈大，收 缩率越大，纤维愈长收缩率愈小。
第12章 注射成型工艺及设备
影响FRTP成型收缩率的因素：
第12章 注射成型工艺及设备
2 复合材料注射成型特性
(1)注射料中挥发物的控制
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注 射 成 型 工 艺
注射过程中总是有一些低分子挥发物存在，如物料中的 水分，低分子物（苯酚、甲醛），固化时生成的水分、氨 等低分子物，在固化的过程中会放出。 挥发物的存在一般可降低粘度，对成型有利，但是挥发 物的含量过高会对产品造成不良影响。 对热塑性 CM ，挥发物过多会造成熔融物料起泡，树脂 水解等，给加工造成困难并使产品质量下降，一般控制挥 发物含量在0.5～2％以下。 对热固性 CM ，挥发物过多会造成物料贮存过程中结块， 产品收缩率大，易翘曲，产品质量下降等，一般控制挥发 物含量在2～7％以下。
第12章 注射成型工艺及设备
FRP注射成型过程：
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预浸渍料加入料筒，适当加温加压，当物料运动到喷 嘴时，粘度应达到最低值，并被迅速注入模腔。在热压 作用下固化定型，然后开模取出制品。
12.2 注 射 成 型 工 艺
第12章 注射成型工艺及设备
FRTP和FRP的注射成型特点对比
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(1)FRTP可以反复加热塑化，物料的熔融和硬化完全是物理 变化；FRP加热固化后不能再塑化，固化过程为不可逆反应。
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注 射 成 型 工 艺
1)玻璃纤维含量。含量愈高，收缩率愈低 2)制品壁厚的影响。制品厚度增加，收缩率明显增加。 3)浇口尺寸影响。增大浇口尺寸，收缩率明显降低。 4)熔融温度的影响 5)模具温度影响。对厚制品，温度升高，减少收缩率； 对薄制品，温度升高，增大收缩率。 6)成型压力影响。一般随成型压力的提高，收缩率降低。 7)硬化速度。一般硬化速度降低，可使收缩率降低。
12.2
＝
d dy
第12章 注射成型工艺及设备
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注 射 成 型 工 艺
因此在模具边缘纤维及大分子的定向更加明显。图1211 。纤维一经定向后不会再有改变，大分子定向当物料 充满模腔后，剪应力消除，在热运动的作用下，定向会有 一定的消除。 提高模具温度、物料温度、加大制品厚度、浇口放在 型腔最低部可减弱定向作用。 提高浇口温度、注射压力，会增加定向作用。
第12章 注射成型工艺及设备
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12.1 概 述
图12-1 注射成型工艺原理示意图
1-模具；2-喷嘴；3-料筒；4-分流梭；5-料斗；6-注射柱塞
第12章 注射成型工艺及设备
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12.1 概 述
SZL-125克
第12章 注射成型工艺及设备
名称 项目 螺杆直径 理论注射容积 注 射 装 置 注射量（PS） 注射压力 螺杆转速 注射速率 合模率 合 模 装 置 开模行程 容模 拉杆有效间距 顶出方式 顶出行程 油泵压力 电机功率 其 它 加热功率 机器尺寸 机器重量 mm MPa kw kw mm T mm cm3 g MPa r/min g/s KN mm mm mm SZL-125g A 40 150 140 150 60-120 85 600 320 300×420 245×365 启顶、液顶 60 16 7.5 4.8 800×950×2550 1.65 B 42 165 154 135 60-120 92
12.3.2 注 射 成 型 工 艺 条 件
(1）加料及剩余量
加料：一般要求定时、定量、均匀供料。 剩余量：保证每次注射后料筒底部有一定剩余的物料 剩料的作用：a、传压；b、补料（收缩后的补料） 剩料一般控制在10～20mm，不能太多，太少。 太多：注射压力损失大，剩料受热时间太长，易发生分 解或固化等。 太少：起不到很好的传压作用，模腔内物料受压不足。
12.2
注 射 成 型 工 (3)FRTP注射成型时，料筒温度必需高于模具温度，物料在模 艺 腔内冷却时会引起体积收缩，故需要有相应的料垫传压补料，
FRP注射成型时，料筒温度低于模具温度，物料在模腔内发生 固化收缩的同时，也发生热膨胀，因此，充模后不需要补料。
(2)FRTP受热时，物料由玻璃态变为熔融的粘流态，料筒温 度要分段控制，其塑化温度应高于粘流温度，但低于分解温 度；FRP在料筒中加热时，树脂分子链发生运动，物料熔融， 但接着会发生化学反应、放热，加速化学反应过程。因此， FRP注射成型的温度控制要比FRTP严格得多。
第12章 注射成型工艺及设备
12．2 注射成型工艺 1 注射成型工艺原理
FRTP和FRP的物理性能和固化原理不同
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12.2 注 射 成 型 工 艺
1． 1
FRTP注射成型原理
增强粒料在注射机的料筒内加热熔化至粘流态， 以高压迅速注入温度较低的闭合模内，经冷却使物 料恢复玻璃态并保持模腔形状。 FRTP的注射成型过程主要产生物理变化
第12章 注射成型工艺及设备
1．2 12.2 FRP注射成型原理
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注射料在加热过程中温度升高，粘 B 度下降，但随着时间的延长，分子间 A 粘 的交联反应增加，粘度又会上升。实 度 际加热过程应综合考虑两种作用的影 响。图12-2 实际加热过程中，粘度随时间的变 O 注 化有最小值，如图12-2。AO段随加热 射 加热时间 时间的增加粘度降低，到达O点时粘度 成 达到最低值（物理变化）。继续增加 型 12-2 热固性树脂纤维混 加热时间即OB 段，粘度随加热时间增 工图 合料加热时粘度与时间变化 大而变大（化学变化）。其粘度变化 艺 关系 是不可逆的。 FRP的注射成型过程是一个复杂的物理和化学过程
12.2
第12章 注射成型工艺及设备
(3)注射成型过程中纤维长度变化
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注 射 成 型 工 艺
在注射成型的混炼过程（螺杆旋转作用）及喷射过程 中纤维会产生不同程度的折断。 图 12-5 ， 12-6 表明了螺杆转速对玻璃纤维增强尼龙 6 和聚丙烯时纤维长度的影响。 最终产品中纤维长度一般在0.3～0.7mm，（最初小 于7mm），随着螺杆转速的增加，纤维变短。 纤维长度对制品性能的影响是显而易见的，如图12-7， 随纤维长度的增加，机械性能增大。 值得注意的是：热塑性CM废料利用时，其掺量过大， 经重复加工，会使纤维更短，机械性能下降幅度大。一般 废料回用量控制在物料量的20％以内。如图12-8、12-9。
第12章 注射成型工艺及设备
(2)成型温度
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12.3.2 注 射 成 型 工 艺 条 件
成型温度包括：料筒、喷嘴、模具温度。成型温度是三 大工艺条件之一，关系到物料的塑化、流动性、充模等工 艺条件。应考虑以下因素： 1、注射成型机的种类 螺杆式注射成型机所需的料筒温度比柱塞式低。 原因：a、螺杆式成型机料筒内的料层较薄； b、物料在螺杆推进的过程中不断翻转，有利于传 热； c、物料翻转运动，受剪切力作用，自身摩擦生热。 2、产品厚度 对薄壁制品要求物料有较高的流动性才能充满模腔， 因此需较高的成型温度；相反厚壁制品成型温度可低一些。
12.2
第12章 注射成型工艺及设备
(2)流动特性
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注 射 成 型 工 艺
指物料在加热、加压下的流动性能和充模能力。适当 加入增塑剂和浸润剂可提高流动性能。 纤维对物料流动性的影响：纤维含量愈多流动性愈差。 对于FRTP而言，压力愈高流动性愈好，温度愈高流动 性愈好。如图12-3、12-4。 在实际生产过程中为改善物料流动性，常采用的措施： 1、对热塑性CM：加大交口及流道直径；增加注射压 力；提高料筒温度及模具温度。 2、对热固性CM：尽量减少注模前的加热时间，防止 树脂过早凝胶固化。
12.2
第12章 注射成型工艺及设备
3 注射成型工艺过程 3．1 准备工作
(1)注射料选择及预处理
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12.3 注 射 成 型 工 艺 过 程
a、注射料原则 需根据产品性能和注射机性能合理选择注射料。 b、注射料的预处理 注射料应尽可能均匀，已结块的应粉碎。 粒料使用前应测水分及挥发物含量。超标时要干燥。比 如热风干燥、红外线干燥、真空干燥等。 干燥后的物料仍会吸湿。因此需密封贮存，加工时需用 加热等措施。
12.2
第12章 注射成型工艺及设备
(4)纤维定向性
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注 射 成 型 工 艺
热塑性CM：大分子定向；纤维定向 热固性CM：纤维定向 因此必须合理设计模具，确立物料的流动方向，得到 好的制品。 熔融物料在模腔内流动状态示意图见图 12-10 。流体 的流动过程在横断面上存在速度梯度，愈靠近模具速度梯 度愈大即剪应力愈大
12.2
第12章 注射成型工艺及设备
(6)体积收缩
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收缩率
冷却出模后的FRTP制品，其尺寸总是小于模 具的模腔尺寸，两者差值之比。
12.2 注 射 成 型 工 艺
收缩率＝
D－D1 100％ D
式中
D ——常温下模腔尺寸； D1——常温下制品尺寸。
制品在成型后 2 ～ 4h 的收缩率，称为 初期收缩率 ， 制品成型后24h～48h所测得的收缩率，称为成型收缩 率。
12.2
第12章 注射成型工艺及设备
(5)拼缝强度
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注 射 成 型 工 艺
在环形制品的注射时，物料往往通过两个以上流道流 动并在模腔内某一处相遇，此相遇部位称为拼缝部位。 在拼缝部位由于纤维的排向原因，使强度明显下降。 图 12-12 为 有 无 拼 缝 线 的 制 品 强 度 比 较 ， 强 度 可 下 降 30～60%. 当模具设计时就考虑此问题，可减弱拼缝及其影响。如 图12-13、12-14。 拼缝强度还与其他工艺条件有关，表 12-2 列出了玻璃 纤维增强尼龙6的成型条件对拼缝强度的影响。
12.3.1
第12章 注射成型工艺及设备
3．2 注射成型工艺条件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ课件
包括闭模、加料、塑化、注射、保压、固化(冷却定型)、 开模出料等工序。而成型温度、注射压力（包括注射速 度）、成型周期（包括注射、保压、固化时间）被称为注 射成型工艺的“三大工艺条件”。当然要顺利完成整个注 射过程需一步一步地加以控制。
第12章 注射成型工艺及设备
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准 备 工 作
(2)料简清洗 在注射成型过程中，如需换料生产时，一定要清洗料 斗。一般采用加入新料进行清洗的方法，可反复进行。 注意：如果用一台注射机加工几种不同物料时，为了 清洗方便，最好先加工成型温度低、色浅的物料。 (3)脱模剂选择 常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡、硅油等。 (4)嵌件预热 为了避免两种物质膨胀系数不同而产生的热应力或应 力开裂现象。因此，注射成型制品中的嵌件要提前预热。 预热温度一般钢铁嵌件110～130℃，铝、铜嵌件预热到 150℃。 嵌件预热温度越高越好，但不应高于物料的分解温度。
第12章 注射成型工艺及设备
粘度变化是不可逆的，特点 如下： 1)FRP注射成型不需要冷 却定型阶段 2)加热固化为不可逆的化 学反应过程
粘 度
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A
B
12.2 注 射 成 型 工 艺
O
加热时间
3)注射充模时机应控制在 粘度最低的O点左右 4)FRP的固化过程是放热反应
图12-2 热固性树脂纤维混 合料加热时粘度与时间变化 关系