塑料成型原理與工藝

1、.第第2章章 塑料成型原理與工藝塑料成型原理與工藝 塑料成型是指將各種形態(tài)的塑料（粉料、粒料、溶液）制成所需要形狀的塑件或坯件的過程。成型的種類很多，有注射成型，壓縮成型，壓注成型，擠出成型，氣動與液壓成型，泡沫塑料的成型等，其中前四種方法最為常用。.2.1 注射成型原理與工藝注射成型原理與工藝2.1.1 注射成型原理和特點(diǎn)注射成型原理和特點(diǎn)1.注射成型的特點(diǎn)注射成型的特點(diǎn)注射成型又稱注塑成型，是熱塑性塑料成型的一種重要方法，到目前為止，除氟塑料外，幾乎所有熱塑性塑料都可用此種方法成型。近年來，某些熱固性塑料也可以采用注射成型。.其特點(diǎn)：（1）成型周期短、生產(chǎn)率高；（2）能一次成型外形復(fù)雜、尺

2、寸精確，帶有金屬或非金屬嵌件的塑件；（3）易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)，廣泛用于各種塑件的生產(chǎn)，其產(chǎn)量約占塑料制品總量的30%。（4）注射成型所需設(shè)備昂貴；（5）模具結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，且制造成本高。因此注射成型特別適合大批量生產(chǎn)。 .2.注射成型原理注射成型原理（1）螺桿式注射機(jī)注射成型原理 如圖2-1所示，螺桿式注射成型原理是將顆粒狀或粉狀塑料從注射機(jī)的料斗送入加熱的料筒，塑料受到料筒的傳熱和螺桿對塑料的剪切摩擦熱作用而逐漸熔融塑化，并不斷被螺桿壓實而推向料筒前端，產(chǎn)生一定壓力，使螺桿在轉(zhuǎn)動的同時，緩慢地向后移動。當(dāng)螺桿退到預(yù)定位置，觸及限位開關(guān)時，螺桿即停止轉(zhuǎn)動并后退，然后注射活塞帶動螺

3、桿按一定的壓力和速度，將積存于料筒端部的塑料熔體經(jīng)噴嘴注入模具型腔，充滿模腔的熔料在受壓情況下，冷卻成型，獲得模腔賦于的型狀，開模分型取出塑件，即完成一個工作循環(huán)。.（2）柱塞式注射機(jī)注射成型原理 如圖2-2所示，塑料從料斗加入加熱料筒，受料筒的傳熱，經(jīng)活塞在高壓、高速中推進(jìn)，使塑料塑化并經(jīng)噴嘴注入模具型腔中，經(jīng)保壓、冷卻、開模，取得塑件，完成一個工作循環(huán)。.與螺桿式注射機(jī)成型相比，其控制溫度和壓力比較困難，且注射速度和塑料質(zhì)量不均勻。就目前工廠中所使用的注射機(jī)而言，廣泛使用的是螺桿式注射機(jī)。但還有不少是柱塞式注射機(jī)。一般在60克以下的小型塑件多用柱塞式，而對熱敏性塑料，流動性較差的各種塑料，

4、中型及大型注射機(jī)則多用螺桿式。.2.1.2 注射成型工藝過程注射成型工藝過程完整的注射成型過程包括：成型前準(zhǔn)備，注射過程和塑件的后處理。1.成型前準(zhǔn)備成型前準(zhǔn)備為確保注射過程順利進(jìn)行和保證質(zhì)量，應(yīng)對所用設(shè)備和塑料進(jìn)行以下準(zhǔn)備工作：（1）成型前對原料的預(yù)處理 （2）料筒的清洗 （3）嵌件的預(yù)熱 （4）脫模劑的使用 .2. 注射過程注射過程注射過程是塑料轉(zhuǎn)變?yōu)樗芗闹饕A段。它包括加料、塑化、加壓、注射、保壓、冷卻定型和脫模等步驟。（1）加料 （2）塑化 （3）加壓注射 （4）保壓 （5）冷卻定型 （6）脫模 .3. 塑件的后處理塑件的后處理塑件經(jīng)注射成型后，除去澆口凝料，修飾澆口處余料及飛邊毛刺

5、外，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，借以改善和提高塑件的性能，塑件的后處理主要指退火和調(diào)濕處理。（1）退火處理 退火處理是使塑件在定溫的加熱液體介質(zhì)或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間，然后緩慢冷卻的過程。其目的在于減少由于塑件在料筒內(nèi)塑化不均勻或在型腔內(nèi)冷卻速度不一致，而使塑件內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力。一般退火溫度控制在塑件使用溫度以上1020，或低于塑料的熱變形溫度1020。退火處理的時間取決于塑件品種、加熱介質(zhì)、溫度、塑件的形狀和成型條件。退火時間到達(dá)后，塑件應(yīng)緩慢冷卻至室溫，冷卻太快，有可能重新產(chǎn)生內(nèi)引力。 .2調(diào)濕處理 將剛脫模的塑件放在熱水中進(jìn)行處理，以隔絕空氣，防止塑件氧化而變色，同時，加快達(dá)到吸濕平衡

6、的一種處理方法。通過處理，使塑件的顏色、性能和尺寸達(dá)到穩(wěn)定。通常聚酰胺類塑件需進(jìn)行調(diào)濕處理，處理的時間隨塑料的品種，塑件的形狀、厚度及結(jié)晶度大小而異。.2.1.3 注射成型工藝條件選擇注射成型工藝條件選擇影響注射塑件質(zhì)量的因素較多，一般情況下，當(dāng)提出一種新塑件的使用性能和其它有關(guān)要求后，首先應(yīng)在經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)可行的原則下，選擇最合適的材料、生產(chǎn)形式、注射設(shè)備及模具結(jié)構(gòu)。當(dāng)這些條件確定之后，工藝條件的選擇和控制就是主要考慮的因素。注射成型工藝條件中最主要的因素為溫度、壓力和時間。.1. 溫度溫度注射成型過程需要控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度等，其中前兩種溫度主要是影響塑料的塑化和流動，

7、而后一種溫度主要是影響塑料的流動與冷卻。（1）料筒溫度 料筒溫度的選擇與塑料的特性有關(guān)，每種塑料具有不同的流動溫度Tf (對結(jié)晶型塑料則為熔點(diǎn)Tm ) 為了使塑料能正常流動，一般料筒溫度必須高于Tf 或Tm ，但還須低于塑料的分解溫度Td 。.（2）噴嘴溫度 為防止熔體在直通式噴嘴中可能產(chǎn)生“流涎現(xiàn)象”，通常噴嘴溫度要比料筒最高溫度略低。由噴嘴低溫產(chǎn)生的不利影響可以從塑料注射時所產(chǎn)生的摩擦熱中得到一定的補(bǔ)償。但噴嘴溫度不易過低，否則會造成熔體的早凝而將噴嘴堵死，或使冷料流進(jìn)模腔而影響塑件質(zhì)量。.（3）模具溫度 模具溫度對塑件的內(nèi)在性能及外觀質(zhì)量有很大影響，模具溫度的高低取決于塑料結(jié)晶性的有無、

8、塑件尺寸與結(jié)構(gòu)、性能的要求，以及其它工藝條件 （熔料溫度，注射速率及注射壓力，成型周期）。.2. 壓力壓力注射成型工藝過程中的壓力，包括塑化壓力和注射壓力兩種，它們直接影響塑料的塑化和塑件的質(zhì)量。（1）塑化壓力 采用螺桿式注射機(jī)時，螺桿頂部熔料在螺桿轉(zhuǎn)動后退時所受到的壓力稱為塑化壓力，也稱背壓。注射過程中，塑化壓力的大小隨螺桿不同、塑件質(zhì)量和塑料的種類不同而異的，如果這些情況和螺桿轉(zhuǎn)速都不變，則增加塑化壓力時會提高熔體溫度，減小塑化速率，同時還會延長成型周期，導(dǎo)致塑料降解的可能性。因此在一般操作中，塑化壓力的選擇應(yīng)在保證塑件質(zhì)量優(yōu)良的前提下越低越好。.（2）注射壓力 注射機(jī)的注射壓力指柱塞或螺

9、桿頭部對塑料熔體所施加的壓力，其作用是克服塑料熔體從料筒流向型腔的流動阻力，給予熔體一定的充模速率以及對熔體壓實等。注射壓力的大小決定于塑料品種、注射機(jī)類型、塑件壁厚、流程及及工藝條件等，關(guān)系十分復(fù)雜，其具體數(shù)值很難明確預(yù)定，在實際生產(chǎn)中根椐有關(guān)經(jīng)驗資料，從較低的注射壓力開始注射成型，再根椐塑件質(zhì)量，然后酌量增減，最后確定合理的注射壓力。.3. 時間時間 （成型周期）（成型周期）完成一次注射過程所需的時間稱為成型周期，它包括以下各部分： （1）注射時間 （充模時間 和保壓時間）（2）模具冷卻時間 （柱塞或螺桿后退時間包括在內(nèi)） （3）輔助時間（開模、脫模、涂脫模劑、安放嵌件、合模等時間） .作

10、業(yè)：思考題作業(yè)：思考題13.22 壓縮成型原理與工藝壓縮成型原理與工藝 2.2.1壓縮成型原理和特點(diǎn)壓縮成型原理和特點(diǎn) 壓縮成型（又稱壓縮成型（又稱壓塑成型、壓制成型、模壓塑成型、壓制成型、模壓成型或壓縮模塑壓成型或壓縮模塑）是塑料加工工業(yè)中出現(xiàn)較）是塑料加工工業(yè)中出現(xiàn)較早，并一直得到廣泛應(yīng)用的成型方法。目前主早，并一直得到廣泛應(yīng)用的成型方法。目前主要用于要用于熱固性熱固性塑料制品的生產(chǎn)，同時作為熱塑塑料制品的生產(chǎn)，同時作為熱塑性塑料注射成型工藝的補(bǔ)充，在某些熱塑性塑性塑料注射成型工藝的補(bǔ)充，在某些熱塑性塑料及制品如料及制品如聚四氟乙烯、聚氯乙烯硬板及增強(qiáng)聚四氟乙烯、聚氯乙烯硬板及增強(qiáng)塑料塑料

11、的成型加工上也得到廣泛使用。的成型加工上也得到廣泛使用。 .壓縮成型的原理如圖壓縮成型的原理如圖2-3所示。所示。 1凸模固定板凸模固定板 2上凸模上凸模 3凹模凹模 4下凸模下凸模 5凸模固定板凸模固定板 6墊板墊板 .壓縮成型與注射成型相比的優(yōu)點(diǎn)是：壓縮成型與注射成型相比的優(yōu)點(diǎn)是：（1 1）無澆注系統(tǒng)，耗料少；無澆注系統(tǒng)，耗料少；（2 2）設(shè)備使用及模具較簡單；設(shè)備使用及模具較簡單；（3 3）易于成型流動性較差如以纖維為填料的塑料；易于成型流動性較差如以纖維為填料的塑料；（4 4）制品收縮率小，變形小，各向性能比較均勻；制品收縮率小，變形小，各向性能比較均勻；（5 5）能成型面積大、厚度又

12、比較小的大型扁平制品。能成型面積大、厚度又比較小的大型扁平制品。.缺點(diǎn)是：缺點(diǎn)是：（1 1）生產(chǎn)周期長，效率低；生產(chǎn)周期長，效率低；（2 2）不易成型尺寸精度要求較高、形狀復(fù)雜、壁厚相不易成型尺寸精度要求較高、形狀復(fù)雜、壁厚相差較大及帶有精細(xì)易斷嵌件的制品；差較大及帶有精細(xì)易斷嵌件的制品；（3 3）勞動強(qiáng)度大，難以實現(xiàn)自動化，勞動條件較差；勞動強(qiáng)度大，難以實現(xiàn)自動化，勞動條件較差；（4 4）模具壽命較短。模具壽命較短。 .222 壓縮成型工藝過程壓縮成型工藝過程 壓縮成型工藝過程主要包括預(yù)壓、預(yù)熱和壓縮成型工藝過程主要包括預(yù)壓、預(yù)熱和干燥、嵌件的安放、加料、閉模、排氣、固化、干燥、嵌件的安放、

13、加料、閉模、排氣、固化、脫模、清理模具、制品后處理等。脫模、清理模具、制品后處理等。 1.壓縮成型前的準(zhǔn)備工作（1）預(yù)壓 在壓縮成型前，將松散的粉狀或纖維狀的在壓縮成型前，將松散的粉狀或纖維狀的熱固性塑料在室溫下預(yù)先用冷壓法（即模具不熱固性塑料在室溫下預(yù)先用冷壓法（即模具不加熱）壓成重量一定、形狀一致的密實體的過加熱）壓成重量一定、形狀一致的密實體的過程稱為預(yù)壓，所得到的物體稱為預(yù)壓物（或壓程稱為預(yù)壓，所得到的物體稱為預(yù)壓物（或壓錠、型坯、壓片）。錠、型坯、壓片）。 .預(yù)壓的作用主要有：預(yù)壓的作用主要有：（1）加料快而準(zhǔn)確。避免加料過多或不足而造成加料快而準(zhǔn)確。避免加料過多或不足而造成的殘次品

14、。的殘次品。（2）減小模具的加料室，降低模具制造成本。減小模具的加料室，降低模具制造成本。（3）減少物料中的空氣含量，加快物料中的熱傳減少物料中的空氣含量，加快物料中的熱傳導(dǎo)速度，提高了預(yù)壓物的預(yù)熱溫度，縮短預(yù)熱和導(dǎo)速度，提高了預(yù)壓物的預(yù)熱溫度，縮短預(yù)熱和固化時間，減少制品中的氣泡含量，提高制品質(zhì)固化時間，減少制品中的氣泡含量，提高制品質(zhì)量。量。（4）采用與制品相似的預(yù)壓物有利于模壓較大的采用與制品相似的預(yù)壓物有利于模壓較大的制品。制品。（5）避免壓縮粉的飛揚(yáng)，改善了勞動條件。避免壓縮粉的飛揚(yáng)，改善了勞動條件。 .（2）預(yù)熱和干燥預(yù)熱和干燥 采用預(yù)熱的熱固性塑料進(jìn)行模壓有以下優(yōu)點(diǎn)：采用預(yù)熱的熱

15、固性塑料進(jìn)行模壓有以下優(yōu)點(diǎn)：1）縮短了模塑周期，提高了生產(chǎn)率。縮短了模塑周期，提高了生產(chǎn)率。2）增進(jìn)了制品固化的均勻性，進(jìn)而提高了制品的增進(jìn)了制品固化的均勻性，進(jìn)而提高了制品的物理機(jī)械性能。物理機(jī)械性能。 3）提高了塑料的流動性，減小了制品的塑料損耗、提高了塑料的流動性，減小了制品的塑料損耗、收縮率和內(nèi)應(yīng)力，提高了制品的穩(wěn)定性、表面光收縮率和內(nèi)應(yīng)力，提高了制品的穩(wěn)定性、表面光潔度及成品率。潔度及成品率。4）降低了成型壓力，提高了設(shè)備利用率（用小噸降低了成型壓力，提高了設(shè)備利用率（用小噸位的壓機(jī)模壓較大的制品）。位的壓機(jī)模壓較大的制品）。 .2. 壓縮成型過程壓縮成型過程（1）嵌件的安放嵌件的安

16、放 嵌件通常是作為制品中導(dǎo)電部分或使制品與嵌件通常是作為制品中導(dǎo)電部分或使制品與其它物體結(jié)合用的，常用的嵌件有軸套、軸帽、其它物體結(jié)合用的，常用的嵌件有軸套、軸帽、螺釘和接線柱等。螺釘和接線柱等。 （2）加料加料 在模具內(nèi)加入模壓制品所需分量塑料的操作在模具內(nèi)加入模壓制品所需分量塑料的操作為加料。加料前應(yīng)仔細(xì)檢查型腔，清除異物和污為加料。加料前應(yīng)仔細(xì)檢查型腔，清除異物和污漬，加料時應(yīng)根據(jù)型腔的形狀對塑料流動阻力大漬，加料時應(yīng)根據(jù)型腔的形狀對塑料流動阻力大的部位多加些料，對嵌件周圍的粉料應(yīng)預(yù)先壓緊，的部位多加些料，對嵌件周圍的粉料應(yīng)預(yù)先壓緊，防止塑料受壓流動時沖擊嵌件。防止塑料受壓流動時沖擊嵌件

17、。 加料準(zhǔn)確。加料準(zhǔn)確。.（3）閉模）閉模 加料完畢后即進(jìn)行閉模，當(dāng)模具沒完全閉合加料完畢后即進(jìn)行閉模，當(dāng)模具沒完全閉合前，合模的速度應(yīng)盡可能快，目的是縮短模塑周前，合模的速度應(yīng)盡可能快，目的是縮短模塑周期和避免塑料過早固化或過多降解。當(dāng)凸模觸及期和避免塑料過早固化或過多降解。當(dāng)凸模觸及到塑料后，合模速度即行放慢（當(dāng)然速度也不應(yīng)到塑料后，合模速度即行放慢（當(dāng)然速度也不應(yīng)過慢），目的一是避免模具中嵌件、各種成型桿過慢），目的一是避免模具中嵌件、各種成型桿或型腔遭到損壞，二是可使模內(nèi)的氣體得到充分或型腔遭到損壞，二是可使模內(nèi)的氣體得到充分的排除。閉模所需的時間自幾秒至數(shù)十秒不等。的排除。閉模所需的

18、時間自幾秒至數(shù)十秒不等。.（4）排氣排氣 成型熱固性塑料時，由于化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生，成型熱固性塑料時，由于化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生，常有水分和低分子物放出，因此在模具閉合后，待常有水分和低分子物放出，因此在模具閉合后，待化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行到適當(dāng)時間時還需要將模具化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行到適當(dāng)時間時還需要將模具松動松動片刻片刻，以排除以上氣體，該工序稱為排氣。，以排除以上氣體，該工序稱為排氣。 （5）固化固化 熱塑性塑料的固化是將模具冷卻，以使制品獲熱塑性塑料的固化是將模具冷卻，以使制品獲得相當(dāng)強(qiáng)度而不致在脫模時發(fā)生變形即可。熱固性得相當(dāng)強(qiáng)度而不致在脫模時發(fā)生變形即可。熱固性塑料的固化是在規(guī)定模溫下保持一段時間

19、，使其性塑料的固化是在規(guī)定模溫下保持一段時間，使其性能達(dá)到最佳為度。能達(dá)到最佳為度。 .（6）脫模脫模 固化后制品與模具分開的工序稱為脫模。固化后制品與模具分開的工序稱為脫模。3. 壓后處理壓后處理（1）清理模具清理模具 脫模后，須用脫模后，須用銅刷（或銅簽）銅刷（或銅簽）刮出留在模刮出留在模具內(nèi)的塑料，然后再用壓縮空氣吹凈凸模和凹具內(nèi)的塑料，然后再用壓縮空氣吹凈凸模和凹模，當(dāng)上述方法不能將模具清理干凈時，需用模，當(dāng)上述方法不能將模具清理干凈時，需用拋光劑拭刷。拋光劑拭刷。（2 2）制品后處理）制品后處理 后處理的溫度為高于成型溫度的后處理的溫度為高于成型溫度的10105050。 .223 壓

20、縮成型工藝條件的選擇壓縮成型工藝條件的選擇 壓縮成型的工藝條件主要是成型（模壓）壓壓縮成型的工藝條件主要是成型（模壓）壓力、成型（模壓）溫度和成型（模壓）時間。而力、成型（模壓）溫度和成型（模壓）時間。而其中成型溫度和成型時間又有著密切的關(guān)系其中成型溫度和成型時間又有著密切的關(guān)系 .1壓縮成型壓力壓縮成型壓力 成型壓力是指壓縮成型時為迫使塑料充滿型成型壓力是指壓縮成型時為迫使塑料充滿型腔和進(jìn)行固化而由壓力機(jī)通過模具對塑料所施加腔和進(jìn)行固化而由壓力機(jī)通過模具對塑料所施加的壓力。其小于等于壓力機(jī)的最大公稱壓力。的壓力。其小于等于壓力機(jī)的最大公稱壓力。 其選取原則：其選取原則：（1 1）塑料的流動性

21、越小、硬化速度越快、壓縮率大，所塑料的流動性越小、硬化速度越快、壓縮率大，所需要的成型壓力也越大；需要的成型壓力也越大；（2 2）制品形狀復(fù)雜、深度大、薄壁和面積大時，所需要制品形狀復(fù)雜、深度大、薄壁和面積大時，所需要的成型壓力也越大；的成型壓力也越大；（3 3）當(dāng)壓制帶有布片、石棉纖維填料類的制品時，所需當(dāng)壓制帶有布片、石棉纖維填料類的制品時，所需的成型壓力也越大。的成型壓力也越大。 .2壓縮成型溫度壓縮成型溫度 成型溫度是指壓縮成型時所規(guī)定的模具溫度。成型溫度是指壓縮成型時所規(guī)定的模具溫度。成型溫度并不等于模具型腔內(nèi)塑料熔體的溫度成型溫度并不等于模具型腔內(nèi)塑料熔體的溫度 熱固性塑料在壓縮成型時，模具溫度是影響熱固性塑料在壓縮成型時，模具溫度是影響其其塑化流動塑化流動及及固化成型固化成型的主要因素，它決定著成的主要因素，它決定著成型過程中型過程中交聯(lián)反應(yīng)交聯(lián)反應(yīng)的速度，并影響塑料的的速度，并影響塑料的充模過充模過程程及制品的及制品的最終性能最終性能。 . 成型過程中模具溫度的選擇要成型過程中模具溫度的選擇要適度適度，過高雖，過高雖會加快硬化速度，縮短固