注射成型新技術(shù)分析

§6.2.1熱固性塑料的注射成型(Thermosettingplasticinjectionmolding)

我國從20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用注射成型技術(shù)取代以往的壓縮和壓注方法成型熱固性塑料制件。優(yōu)點(diǎn)：簡化操作工藝縮短成型周期 提高生產(chǎn)效率（5~20倍） 降低勞動(dòng)強(qiáng)度 提高產(chǎn)品質(zhì)量 模具壽命較長（10~30萬次） 是熱固性成型技術(shù)的一次重大改革。

一、熱固性塑料注射成型原理固化熱油、水加熱螺桿旋轉(zhuǎn)摩擦進(jìn)一步加熱取出塑件保壓補(bǔ)縮交聯(lián)反應(yīng)充模（高溫模腔）關(guān)鍵區(qū)別料斗（熱固性專用注射機(jī)）將粉狀、粒狀成型物料二、熱固性塑料的注射工藝條件

1.壓力：注射壓力取大一些（100~170MPa）：含有填料，黏度與摩擦阻力較大，且注射過程中有溫升要求；注射速度也應(yīng)取大一些，有利于縮短流動(dòng)充型和硬化定型時(shí)間，避免出現(xiàn)早期硬化，減少熔接痕和流動(dòng)紋的出現(xiàn)，但過大容易卷入空氣，一般取3~4.5m/min;

保壓壓力可比注射壓力稍低一些，約為30~70MPa；保壓時(shí)間根據(jù)不同物料以及塑件厚度和澆口凍結(jié)速度而定，通常取5~20s;

背壓比注射熱塑性塑料時(shí)取得小，約為3.4~5.2MPa，主要是為了防止物料在螺桿中受到長距離壓縮過早硬化；螺桿轉(zhuǎn)速在30~40r/min范圍呢選取。

2.時(shí)間：

熱固性塑料的成型周期通常為45~120s，熔體在料筒內(nèi)的停留周期應(yīng)在物料所允許的最長塑化時(shí)間內(nèi)。成型周期①注射時(shí)間充模時(shí)間3～5s充模時(shí)間2～10s保壓時(shí)間20～120s,特厚5～10min保壓時(shí)間5～20s總冷卻時(shí)間②閉模冷卻時(shí)間30-120s

硬化定型時(shí)間15-100s③其它時(shí)間（開模、脫模、涂試脫模劑，安放嵌件和閉模時(shí)間）3.溫度：

①料筒溫度：②噴嘴溫度：熔體經(jīng)過噴嘴后，通常要求其溫度要能使熔體具有良好的流動(dòng)性，同時(shí)又能接近硬化溫度的臨界值。噴嘴溫度在75~100℃內(nèi)選擇和控制，經(jīng)過噴嘴后溫度可達(dá)100~130℃料筒溫度對(duì)塑化的影響不及剪切摩擦的影響，為防止早期硬化的產(chǎn)生傾向于取較小值。生產(chǎn)中控制嚴(yán)格，料筒主要由熱水或熱油加熱，溫度可控制在±1℃，分兩段或三段設(shè)定。兩段設(shè)定時(shí)，后段溫度可在20~70℃內(nèi)選取，前段在70~95℃內(nèi)選取。③模具溫度：——硬化速度過快，難于排出低相對(duì)分子質(zhì)量揮發(fā)氣體，塑件出現(xiàn)組織疏松、起泡和顏色發(fā)暗等缺陷。溫度過高溫度太低——成型周期長。模具溫度是影響熱固性塑件硬化定型的關(guān)鍵因素，直接關(guān)系到成型質(zhì)量得好壞和生產(chǎn)效率的高低。模具溫度通常保持在150~220℃。有時(shí)動(dòng)模溫度還需比定模高出10~15℃。4.排氣：排氣問題對(duì)熱固性物料注射非常重要，因?yàn)樵谟不ㄐ瓦^程中會(huì)有大量反應(yīng)氣體揮發(fā)，為避免氣泡和流痕必須設(shè)排氣系統(tǒng)，有時(shí)還采用卸壓開模放氣的措施，時(shí)間可控制在0.2s。

三、熱固性塑料注射模

1.澆注系統(tǒng)：

1）主流道斷面積小一些以增加摩擦熱，是經(jīng)過主流道熔體升溫，黏度下降，有利于加熱裝置向熔體傳熱同時(shí)減少凝料。尺寸區(qū)別：主流道錐角略小于熱塑性注塑模，一般為2~4度，與分流到過渡處圓角半徑較大，可在3~5mm內(nèi)選用。

2）拉料腔類似于冷料穴，其收集料流前端因局部過熱而提前硬化的熔體的作用。常采用倒錐形，錐度不宜過大，否則難以推出硬料。

3）分流道圓形、梯形、U形、半圓形和矩形。選用原則要求分流道比表面積適當(dāng)取較大值，以促使模具內(nèi)的熱量比較容易的向分流道內(nèi)的熔體傳遞。通常結(jié)合流道長度綜合考慮其截面形狀，較長時(shí)，選用圓形、梯形或U形以減小流動(dòng)阻力；較短時(shí)，采用半圓形或矩形這樣比表面積較大的來增加傳熱面積。4）澆口由于熱固性塑料較脆，澆口長度可適當(dāng)取大一些。澆口尺寸不宜過小，為防止熔體溫度升高過大，加速化學(xué)反應(yīng)，黏度上升，充型困難。一般點(diǎn)澆口直徑應(yīng)大于1.2mm,通常在1.2~2.5mm內(nèi)取側(cè)澆口深度尺寸取0.8~3mm2.型腔位置及對(duì)成型零件的要求

1）型腔位置注射成型時(shí)壓力比熱塑性大，因此型腔在分型面上的布置應(yīng)使其投影面積的中心與注射機(jī)的合模力中心相重合，無法重合時(shí)力求兩者的偏心距盡可能小。

2）對(duì)成型零件的要求

與塑料熔體接觸的零部件盡量采用整體式結(jié)構(gòu)，以防在較大注射壓力下溢料。成型零件尺寸的計(jì)算時(shí)要注意熱固性塑料的收縮率與成型方法有關(guān)，注射最大，壓縮和壓注最小。熱固性注射成型易產(chǎn)生飛邊，零件磨損大且工作在高溫和腐蝕環(huán)境下，因此應(yīng)選用腳好材料并進(jìn)行拋光和鍍鉻。3.脫模推出機(jī)構(gòu)：推出零件工作部分與模板的配合采用較小的間隙值，可取0.01~0.03μm，為提高模具分型面合模后的接觸精度盡量不采用或少采用推管和推件板形式。4.排氣槽：交聯(lián)反應(yīng)要放出大量氣體，因此熱固性塑料注射模在分型面上一般都開設(shè)排氣槽。其深度可取0.03~0.05mm，必要時(shí)深度可達(dá)0.1~0.3mm，6mm以外深度可加到0.8mm；寬度約取5~10mm。5.加熱系統(tǒng)：熱固性模具中必須配有加熱裝置，通常將電熱棒或加熱套安裝在定模板和動(dòng)模板上，加熱溫度控制嚴(yán)格，保證模腔表面的溫差在5度內(nèi)。注射機(jī)與注射模之間還要加設(shè)石棉墊板等絕熱材料。§6.2.2無流道成型技術(shù)

runnerlessinjectionmoulding/hotrunner

指在澆注系統(tǒng)中無流道凝料，通常需在注射模中采用絕熱或加熱的方法，是從注射機(jī)噴嘴到型腔入口間的塑料一直保持熔融狀態(tài)。（絕熱流道和熱流道模具兩種）特點(diǎn)：

1）可實(shí)現(xiàn)無廢料加工，節(jié)約原料；

2）不必進(jìn)行去除料把、修整塑件、破碎回收料等工序，因此節(jié)省人力，簡化設(shè)備，縮短成型周期，提高生產(chǎn)率，降低成本。

3）省去取澆注系統(tǒng)凝料的工序內(nèi)容而開模取塑件，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)連續(xù)生產(chǎn)。尤其對(duì)于點(diǎn)澆口和潛伏式澆口等必須使用三板模的結(jié)構(gòu)，利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

4）澆注系統(tǒng)熔料始終處于熔融狀態(tài)，壓力損失小，澆注系統(tǒng)順暢。

5）無澆注系統(tǒng)凝料，縮短開模行程，提高設(shè)備成型深腔制品的能力。

6）成型準(zhǔn)備時(shí)間長，模具費(fèi)用高，小批量生產(chǎn)時(shí)效果不大，對(duì)于多腔模具技術(shù)難度較高。

7）模具的設(shè)計(jì)和維護(hù)困難，開發(fā)和維護(hù)管理要求高。

8）對(duì)塑料品種和制件形狀有一定要求。對(duì)塑料品種的要求：

1）黏度隨溫度變化小，低溫下流動(dòng)性好，高溫下穩(wěn)定性好，適宜加工范圍寬。

2）對(duì)壓力變化敏感，不施壓不流動(dòng)，施以很小的壓力既可流動(dòng)。

3）固化和熱變形溫度高，縮短成型周期。

4）比熱容小，能夠快速凝固和熔融。

設(shè)計(jì)無流道成型模具的要點(diǎn)：

1）流道與模體間進(jìn)行熱隔離（空氣或絕熱材料），保證可靠前提下減少模具零件與流道的接觸面積；

2）熱流道板最好采用穩(wěn)定性好、膨脹系數(shù)小的材料；

3）合理選擇加熱元件，通過計(jì)算確定；

4）需要部位配溫控系統(tǒng)，以便根據(jù)工藝要求監(jiān)測和調(diào)解工作狀況，保證熱流道工作在理想狀態(tài)；

5）設(shè)計(jì)時(shí)考慮模具裝拆檢修方便。

§6.2.3共注射成型技術(shù)Co-injectionMolding

1.定義：用兩個(gè)或兩個(gè)以上注射單元的注射成型機(jī)，將不同的品種或不同色澤的塑料，同時(shí)或先后注入模具內(nèi)的成型方法。2.作用：可生產(chǎn)多種色彩或多種塑料的復(fù)合制品。3.典型代表：雙色注射和雙層注射。4.雙色注射成型原理：用兩個(gè)料筒和一個(gè)公用的噴嘴所組成的注射機(jī)，通過液壓系統(tǒng)調(diào)整兩個(gè)推料柱塞注射熔料進(jìn)入模具的先后次序，來取得所要求的不同混色情況的雙色塑料制品。（圖3-5）也有用兩個(gè)注射裝置、一個(gè)公用合模裝置和兩付模具制得明顯分色的混合塑料制品的。（圖3-6）5.雙層注射成型原理：注射時(shí)先注入第一種塑料，當(dāng)這些塑料與模具成型表壁接觸的部分開始固化，而內(nèi)部仍處于熔融狀態(tài)時(shí)，再注入第二種塑料。6.雙色花紋注射成型原理：雙色花紋注射機(jī)具有兩個(gè)平行設(shè)置的注射單元，噴嘴通路中裝有啟閉機(jī)構(gòu)，就能制得各種花紋的塑件。還可采用不同花紋成型噴嘴，如圖b）所示?！?.2.4氣體輔助注塑成型（GIM）

一種新型塑料加工技術(shù)，1985年首次應(yīng)用于生產(chǎn)，發(fā)展很快。產(chǎn)生原因：克服了注射成型的一個(gè)重要的缺限——縮痕由于塑料固有的絕緣性，部件腔壁的冷卻速度不均勻，導(dǎo)致了縮痕的產(chǎn)生。Gasassistinjectionmolding1.原理：第一階段，在注射過程中，首先把部分熔體（60%~70%）注入模具型腔；第二階段，然后把一定壓力的氣體通過附加的氣道注入到型腔內(nèi)的塑料熔體里，由于靠近模腔表面的塑料溫度低、黏度大，而處于熔體中心部位的溫度高、黏度低。因而氣體易在中心部位或較厚壁的部位形成氣體空腔，氣體壓力推動(dòng)熔體充滿模具型腔；第三階段，充模結(jié)束后，熔體內(nèi)氣體的壓力保持不變或有所升高進(jìn)行保壓補(bǔ)縮。當(dāng)制品冷卻固化后，通過排氣孔泄出氣體，即可開模取出制品。2.與普通注塑成型相比，GIM有以下有點(diǎn)：1、減少產(chǎn)品變形：低的注射壓力使內(nèi)應(yīng)力降低，使翹曲變形降到最低；2、減少鎖模壓力：低的注射壓力使合模力降低，可以使用小噸位機(jī)臺(tái)；3、提高產(chǎn)品精度：低的殘余應(yīng)力同樣提高了尺寸公差和產(chǎn)品的穩(wěn)定性；4、減少塑膠原料：成品的肉厚部分是中空的，減少塑料最多可達(dá)40％；5、縮短成型周期：與實(shí)心制品相比成型周期縮短，不到發(fā)泡成型一半；6、提高設(shè)計(jì)自由：氣體輔助注射成型使結(jié)構(gòu)完整性和設(shè)計(jì)自由度提高；7、厚薄一次成型：對(duì)一些壁厚差異大的制品通過氣輔技術(shù)可一次成型；8、提高模具壽命：降低模腔內(nèi)壓力，使模具損耗減少，提高工作壽命；9、降低模具成本：減少射入點(diǎn)，氣道取代熱流道從而使模具成本降低；10、消除凹陷縮水：沿筋板和根部氣道增加了剛度，不必考慮縮痕問題。3.適用塑料：幾乎所有的熱塑性塑料和部分熱固性塑料。例如聚丙烯、聚酰胺和PBT樹脂等晶體材料是比較理想的材料，因?yàn)樗鼈兌季哂芯_的熔點(diǎn)、較低的粘稠度、氣體容易穿透。要依據(jù)對(duì)產(chǎn)品性能的要求，諸如剛性、強(qiáng)度、特殊條件下的表現(xiàn)、耐化學(xué)腐蝕等來選擇原材料。4.應(yīng)用范圍氣體輔助注射成型技術(shù)目前的應(yīng)用多集中在較厚塑料產(chǎn)品，如手把、扶手、衣架、衣架、家具、鞋底等；板件如電視機(jī)外殼、桌面、汽車保險(xiǎn)杠等。5.何時(shí)應(yīng)用GAM工藝？當(dāng)設(shè)計(jì)的成型件符合下列參數(shù)中的一個(gè)或以上時(shí)，生產(chǎn)商和設(shè)計(jì)者應(yīng)該考慮使用氣體輔助射出成型：●成型件有許多內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致縮痕。●成型件表面必須平整，模內(nèi)壓力較低?！癯尚图谛螤钌媳仨毞€(wěn)定?！癯尚图?gòu)造復(fù)雜且有較高的結(jié)構(gòu)要求?！裼捎趯?duì)性能的要求，不可避免地會(huì)用到厚的型材。6.氣輔注塑的進(jìn)展：1）在復(fù)雜形狀制品整體成型中的應(yīng)用整體成型指將原來需要分別成型的零件一次成型為一個(gè)復(fù)合件的方法。2）在夾芯結(jié)構(gòu)材料成型中的應(yīng)用生產(chǎn)中空厚壁雙組分復(fù)合制品：先將兩種材料分別注入模具，在即將完成充模的前一刻，注入氣體，完成注氣過程。3）在結(jié)構(gòu)發(fā)泡成型中的應(yīng)用保持了氣輔注塑法的優(yōu)點(diǎn)，但制品中空部分用發(fā)泡芯材代替。具體方法是在材料充模，注入氣體后，控制氣體壓力，使其以一定速率降壓，這樣，內(nèi)層熔體向中心膨脹發(fā)泡，形成雙組分結(jié)構(gòu)泡沫體，用于輕質(zhì)、剛性制品?！?.2.5結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑成型技術(shù)

1.定義：把結(jié)構(gòu)發(fā)泡塑料注入模腔，在模腔內(nèi)發(fā)泡膨大，形成表層致密，內(nèi)部呈微孔泡沫結(jié)構(gòu)的塑件。2.工藝方法：結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑成型是比較新穎的注塑技術(shù)，該技術(shù)自60年代初出現(xiàn)以來，已經(jīng)發(fā)展了很多種結(jié)構(gòu)發(fā)泡的注塑成型方法。如：單組分法，雙組分法；低壓法，中壓法，高壓法；還有以許多公司進(jìn)行研究和試驗(yàn)而命名的方法，如：BASF法、GE法等等。3.工藝系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)發(fā)泡塑料、結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑機(jī)、結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑模plasticstructuralblowinginjectionmoulding

4.結(jié)構(gòu)發(fā)泡塑料:在塑料中加入發(fā)泡劑，常用塑料由PVC、ABS、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯。5.結(jié)構(gòu)發(fā)泡制件優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)發(fā)泡能制成壁厚在5mm以上或壁厚突變的制品，其制品是一種具有致密的連體發(fā)泡材料，其單位重量的強(qiáng)度和剛度比同種未發(fā)泡的材料高3~4倍，相對(duì)密度小，比一般塑料質(zhì)量減少15%~50%；外觀近似木材，有一定強(qiáng)度和剛度，而且制品的內(nèi)部應(yīng)力集中小，使用過程中不易產(chǎn)生大的變形，具有優(yōu)良的耐潮濕性和成型加工型，還具有機(jī)械加工性能好的特點(diǎn)。6.結(jié)構(gòu)發(fā)泡制件缺點(diǎn)：表面粗糙，顏色不鮮亮。§6.2.6液態(tài)注塑成型技術(shù)

(LiquidInjectionMolding)

1.定義：將液體從儲(chǔ)存容器中先泵入混合頭的混合室內(nèi)進(jìn)行混合，然后注入模腔，并經(jīng)加熱而固化成型。2.所用樹脂：環(huán)氧樹脂、低黏度的硅橡膠等熱固性塑料3.液態(tài)注塑機(jī)組成:供料部分、定量及注塑部分、混合及噴嘴部分4發(fā)展過程1872年，JohnWesleyHyatt發(fā)明的首款注塑機(jī)取得專利時(shí)使用了一種名為賽璐珞（硝化纖維塑料）的粗制塑料材料。在此后的50年間，制造商們開始利用液體注射(LIM)工藝加工一些簡單的產(chǎn)品，例如：紐扣和便攜式梳子。二戰(zhàn)期間，由于需要生產(chǎn)大量廉價(jià)的產(chǎn)品，LIM技術(shù)迅速得到廣泛應(yīng)用。今天，制造商們利用LIM技術(shù)生產(chǎn)各種醫(yī)療部件和產(chǎn)品，例如：腦積水分流器、嬰兒奶嘴、球囊、墊圈、O型環(huán)和多種植入式醫(yī)療器械。其產(chǎn)品表現(xiàn)為較好的熱穩(wěn)定性、抗寒性，優(yōu)良的電絕緣性能，燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有毒的物質(zhì)等。因此在健康用品、汽車、嬰兒用品、醫(yī)療用品、潛水用品、廚房用具以及密封件等的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中成為不可替代的工藝?！?.2.7反應(yīng)注塑成型技術(shù)

（ReactionInjectionMoulding；簡稱RIM）1.定義：是將兩種或兩種以上的低黏度液體以一定比例分別加到混合頭中，在加壓下混合均勻，立即注射到閉合模具中，在模具內(nèi)聚合固化,定型成制品（圖1）。

一種將聚合反應(yīng)與注射模塑結(jié)合為一體的新工藝，1967年開始應(yīng)用于生產(chǎn)，發(fā)展很快。通過配方調(diào)整可得出不同密度范圍的軟硬制品，由低密度的發(fā)泡材料到高低密度的結(jié)構(gòu)發(fā)泡材料，由低到高不同模量的彈性體。如聚氨酯或聚氨酯/聚酯復(fù)合塑料。2.優(yōu)點(diǎn)：物料混合效率高、節(jié)能、產(chǎn)品性能好、成本低。3.適用塑料：聚氨酯、環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯等多種熱固性塑料