《复合材料工艺与设备》-第12章--注射成型工艺及设备.ppt

课件第12章 注射成型工艺及设备图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12.1 概述 课件第12章 注射成型工艺及设备SZL-125克 12.1 概述 课件第12章 注射成型工艺及设备12.1 概述 课件第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：注射成型相对于模压成型的特点： (1)(1)成型周期短，物料的塑化在注射机内完成。成型周期短，物料的塑化在注射机内完成。(2)(2)热耗量少热耗量少(3)(3)闭模成型闭模成型(4)(4)可使形状复杂的产品一次成型可使形状复杂的产品一次成型(5)(5)生产效率高，成本低生产效率高，成本低注射成型的缺点：注射成型的缺点： (1)(1)不适用于长纤维增强的产品，一般纤维小于不适用于长纤维增强的产品，一般纤维小于7mm7mm (2) (2)模具质量要求高模具质量要求高 注射成型工艺在注射成型工艺在CMCM生产中主要代替模压成型工艺，近年来发展较快。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。注射成型工艺发展较快：自动化、高速化、大型化及微型化。 12.1 概述 课件第12章 注射成型工艺及设备12122 2 注射成型工艺注射成型工艺 1 1 注射成型工艺原理注射成型工艺原理 FRTPFRTP和和FRPFRP的物理性能和固化原理不同的物理性能和固化原理不同 1 11 FRTP1 FRTP注射成型原理注射成型原理 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。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。 FRTPFRTP的注射成型过程主要产生物理变化的注射成型过程主要产生物理变化 12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备1 12 FRP2 FRP注射成型原理注射成型原理 FRPFRP的注射成型过程是一个复杂的物理和化学过程的注射成型过程是一个复杂的物理和化学过程 注射料在加热过程中温度升高，粘度下降，但注射料在加热过程中温度升高，粘度下降，但随着时间的延长，分子间的交联反应增加，粘度又随着时间的延长，分子间的交联反应增加，粘度又会上升。实际加热过程应综合考虑两种作用的影响。会上升。实际加热过程应综合考虑两种作用的影响。图图12-212-2 实际加热过程中，粘度随时间的变化有最小值，实际加热过程中，粘度随时间的变化有最小值，如图如图12-212-2。AOAO段随加热时间的增加粘度降低，到达段随加热时间的增加粘度降低，到达O O点时粘度达到最低值点时粘度达到最低值（物理变化）（物理变化）。继续增加加。继续增加加热时间即热时间即OBOB段，粘度随加热时间增大而变大段，粘度随加热时间增大而变大（化学（化学变化）变化）。其粘度变化是不可逆的。其粘度变化是不可逆的。 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12.2 注射成型工艺加热时间粘度AOB 课件第12章 注射成型工艺及设备粘度变化是不可逆的，特点如下：粘度变化是不可逆的，特点如下： 1)FRP1)FRP注射成型不需要冷注射成型不需要冷 却定型阶段却定型阶段 2)2)加热固化为不可逆的化加热固化为不可逆的化 学反应过程学反应过程 3)3)注射充模时机应控制在注射充模时机应控制在 粘度最低的粘度最低的O O点左右点左右 4)FRP4)FRP的固化过程是放热反应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12.2 注射成型工艺加热时间粘度AOB 课件第12章 注射成型工艺及设备 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。品。FRPFRP注射成型过程：注射成型过程：12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备FRTPFRTP和和FRPFRP的注射成型特点对比的注射成型特点对比 (1)FRTP(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；可以反复加热塑化，物料的熔融和硬化完全是物理变化；FRPFRP加热固化后加热固化后不能再塑化，固化过程为不可逆反应。不能再塑化，固化过程为不可逆反应。(2)FRTP(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；化温度应高于粘流温度，但低于分解温度；FRPFRP在料筒中加热时，树脂分子链发在料筒中加热时，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，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，FRPFRP注射成型的温度控制要比注射成型的温度控制要比FRTPFRTP严格得多。严格得多。 (3)FRTP(3)FRTP注射成型时，料筒温度必需高于模具温度，物料在模腔内冷却时会引起体注射成型时，料筒温度必需高于模具温度，物料在模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，积收缩，故需要有相应的料垫传压补料，FRPFRP注射成型时，料筒温度低于模具温度，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。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。12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备2 2 复合材料注射成型特性复合材料注射成型特性 (1)(1)注射料中挥发物的控制注射料中挥发物的控制 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。（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。产品造成不良影响。 对热塑性对热塑性CMCM，挥发物过多会造成熔融物料起泡，树脂水解等，给加工造成，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困难并使产品质量下降，一般控制挥发物含量在0.50.52 2以下。以下。 对热固性对热固性CMCM，挥发物过多会造成物料贮存过程中结块，产品收缩率大，易，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翘曲，产品质量下降等，一般控制挥发物含量在2 27 7以下。以下。 12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备(2)(2)流动特性流动特性 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。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。纤维对物料流动性的影响：纤维含量愈多流动性愈差。 对于对于FRTPFRTP而言，压力愈高流动性愈好，温度愈高流动性愈好。如图而言，压力愈高流动性愈好，温度愈高流动性愈好。如图12-312-3、12-412-4。在实际生产过程中为改善物料流动性，常采用的措施：在实际生产过程中为改善物料流动性，常采用的措施： 1 1、对热塑性、对热塑性CMCM：加大交口及流道直径；增加注射压力；提高料筒温度：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。及模具温度。 2 2、对热固性、对热固性CMCM：尽量减少注模前的加热时间，防止树脂过早凝胶固化。：尽量减少注模前的加热时间，防止树脂过早凝胶固化。 12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备(3)(3)注射成型过程中纤维长度变化注射成型过程中纤维长度变化 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。程度的折断。 图图12-512-5，12-612-6表明了螺杆转速对玻璃纤维增强尼龙表明了螺杆转速对玻璃纤维增强尼龙6 6和聚丙烯时纤维长和聚丙烯时纤维长度的影响。度的影响。 最终产品中纤维长度一般在最终产品中纤维长度一般在0.30.30.7mm0.7mm，（最初小于，（最初小于7mm7mm），随着螺杆），随着螺杆转速的增加，纤维变短。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，如图纤维长度对制品性能的影响是显而易见的，如图12-712-7，随纤维长度的增，随纤维长度的增加，机械性能增大。加，机械性能增大。 值得注意的是：热塑性值得注意的是：热塑性CMCM废料利用时，其掺量过大，经重复加工，会使废料利用时，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2020以内。以内。如图如图12-812-8、12-912-9。 12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备(4)(4)纤维定向性纤维定向性 热塑性热塑性CMCM：大分子定向；纤维定向：大分子定向；纤维定向 热固性热固性CMCM：纤维定向：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。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熔融物料在模腔内流动状态示意图见图12-1012-10。流体的流动过程在横断。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dyd12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备 因此在模具边缘纤维及大分子的定向更加明显。图因此在模具边缘纤维及大分子的定向更加明显。图12-1112-11。纤维一经定。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。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。定向作用。 提高浇口温度、注射压力，会增加定向作用。提高浇口温度、注射压力，会增加定向作用。 12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备(5)拼缝强度 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。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。图在拼缝部位由于纤维的排向原因，使强度明显下降。图12-1212-12为有无拼为有无拼缝线的制品强度比较，强度可下降缝线的制品强度比较，强度可下降303060%.60%. 当模具设计时就考虑此问题，可减弱拼缝及其影响。如图当模具设计时就考虑此问题，可减弱拼缝及其影响。如图12-1312-13、12-1412-14。 拼缝强度还与其他工艺条件有关，表拼缝强度还与其他工艺条件有关，表12-212-2列出了玻璃纤维增强尼龙列出了玻璃纤维增强尼龙6 6的成的成型条件对拼缝强度的影响。型条件对拼缝强度的影响。 12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备冷却出模后的冷却出模后的FRTPFRTP制品，其尺寸总是小于模具的模腔尺寸，制品，其尺寸总是小于模具的模腔尺寸，两者差值之比。两者差值之比。收缩率收缩率收缩率收缩率100DDD1 式中式中 D D 常温下模腔尺寸；常温下模腔尺寸； D D1 1常温下制品尺寸。常温下制品尺寸。 制品在成型后制品在成型后2 24h4h的收缩率，称为的收缩率，称为初期收缩率初期收缩率，制品成型后，制品成型后24h24h48h48h所测得的收缩率，称为所测得的收缩率，称为成型收缩率成型收缩率。 (6)(6)体积收缩体积收缩 12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备 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。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，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。树脂含量愈大，收缩率越大，纤维愈长收缩率愈小。 12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备影响影响FRTPFRTP成型收缩率的因素：成型收缩率的因素： 1)1)玻璃纤维含量。含量愈高，收缩率愈低玻璃纤维含量。含量愈高，收缩率愈低2)2)制品壁厚的影响。制品厚度增加，收缩率明显增加。制品壁厚的影响。制品厚度增加，收缩率明显增加。3)3)浇口尺寸影响。增大浇口尺寸，收缩率明显降低。浇口尺寸影响。增大浇口尺寸，收缩率明显降低。 4)4)熔融温度的影响熔融温度的影响 5)5)模具温度影响。对厚制品，温度升高，减少收缩率；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。对薄制品，温度升高，增大收缩率。6)6)成型压力影响。一般随成型压力的提高，收缩率降低。成型压力影响。一般随成型压力的提高，收缩率降低。7)7)硬化速度。一般硬化速度降低，可使收缩率降低。硬化速度。一般硬化速度降低，可使收缩率降低。12.2 注射成型工艺 课件第12章 注射成型工艺及设备3 3 注射成型工艺过程注射成型工艺过程 3 31 1 准备工作准备工作 (1)(1)注射料选择及预处理注射料选择及预处理 a a、注射料原则、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。需根据产品性能和注射机性能合理选择注射料。b b、注射料的预处理、注射料的预处理 注射料应尽可能均匀，已结块的应粉碎。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。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。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。12.3 注射成型工艺过程 课件第12章 注射成型工艺及设备(2)(2)料简清洗料简清洗 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。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。加工成型温度低、色浅的物料。 (3)(3)脱模剂选择脱模剂选择 常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡、硅油等。常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡、硅油等。(4)(4)嵌件预热嵌件预热 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，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110110130130，铝、，铝、铜嵌件预热到铜嵌件预热到150150。 嵌件预热温度越高越好，但不应高于物料的分解温度。嵌件预热温度越高越好，但不应高于物料的分解温度。 12.3.1 准备工作 课件第12章 注射成型工艺及设备3 32 2 注射成型工艺条件注射成型工艺条件 包括闭模、加料、塑化、注射、保压、固化包括闭模、加料、塑化、注射、保压、固化( (冷却定型冷却定型) )、开模出料等工、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、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固化时间）被称为注射成型工艺的“三大工艺条件三大工艺条件”。当然要顺利完成整个。当然要顺利完成整个注射过程需一步一步地加以控制。注射过程需一步一步地加以控制。 (1(1）加料及剩余量）加料及剩余量 加料：一般要求定时、定量、均匀供料。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：剩料的作用：a a、传压；、传压；b b、补料（收缩后的补料）、补料（收缩后的补料）剩料一般控制在剩料一般控制在101020mm20mm，不能太多，太少。，不能太多，太少。 太多：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。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：太少：起不到很好的传压作用，模腔内物料受压不足。起不到很好的传压作用，模腔内物料受压不足。12.3.2 注射成型工艺条件 课件第12章 注射成型工艺及设备(2)(2)成型温度成型温度 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，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：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 1、注射成型机的种类、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。螺杆式注射成型机所需的料筒温度比柱塞式低。 原因：原因：a a、螺杆式成型机料筒内的料层较薄；、螺杆式成型机料筒内的料层较薄； b b、物料在螺杆推进的过程中不断翻转，有利于传热；、物料在螺杆推进的过程中不断翻转，有利于传热； c c、物料翻转运动，受剪切力作用，自身摩擦生热。、物料翻转运动，受剪切力作用，自身摩擦生热。 2 2、产品厚度、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。温度；相反厚壁制品成型温度可低一些。12.3.2 注射成型工艺条件 课件第12章 注射成型工艺及设备 3 3、注射料的品种和性能、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12-412-4、12-512-5。 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。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：判断料筒喷嘴温度的两种方法： a 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、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。变色、起泡、料流表面光滑者表明温度合适。 b 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。、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。 12.3.2 注射成型工艺条件 课件第12章 注射成型工艺及设备(3)(3)螺杆转速及背压螺杆转速及背压必须根据所选用的树脂热敏程度及熔体粘度进行调整。必须根据所选用的树脂热敏程度及熔体粘度进行调整。转速慢：塑化好，物料易降解、早期固化。转速慢：塑化好，物料易降解、早期固化。转速快：有利于塑化，但物料停留时间短可能塑化不够。还可使纤维变短。转速快：有利于塑化，但物料停留时间短可能塑化不够。还可使纤维变短。背压：指螺杆转动推进物料塑化时，传给螺杆的反向压力。背压：指螺杆转动推进物料塑化时，传给螺杆的反向压力。背压的作用：能使物料在运动过程中不断排出空气和挥发物，并使物料逐渐背压的作用：能使物料在运动过程中不断排出空气和挥发物，并使物料逐渐密实。密实。背压过小起不到以上作用，背压大，功率消耗大，并在物料温度较低时能使背压过小起不到以上作用，背压大，功率消耗大，并在物料温度较低时能使纤维粉化，影响制品性能。图纤维粉化，影响制品性能。图12-2112-21背压与玻璃纤维长度的关系。背压与玻璃纤维长度的关系。12.3.2 注射成型工艺条件 课件第12章 注射成型工艺及设备(4)(4)注射速度及注射压力注射速度及注射压力 注射压力大小与注射机种类、物料流动性、模具浇口尺寸、产品厚度、模注射压力大小与注射机种类、物料流动性、模具浇口尺寸、产品厚度、模具温度及流程等因素有关。具温度及流程等因素有关。 一般注射压力略高于热塑性塑料的注射压力。一般注射压力略高于热塑性塑料的注射压力。 注射压力对制品性能的影响见图注射压力对制品性能的影响见图12-2212-22。 保压的作用：使制品冷却收缩时得以补料，尺寸准确，表面光洁，有利于保压的作用：使制品冷却收缩时得以补料，尺寸准确，表面光洁，有利于消除气泡。保压时间一般消除气泡。保压时间一般0.30.32 2分钟，特厚制品可达分钟，特厚制品可达5 51010分钟。分钟。 注射速度与注射压力、温度、模口尺寸等因素有关。注射速度慢不利于充注射速度与注射压力、温度、模口尺寸等因素有关。注射速度慢不利于充模，生产效率低，注射速度过快易混入气泡。需通过实际实验确定。模，生产效率低，注射速度过快易混入气泡。需通过实际实验确定。 12.3.2 注射成型工艺条件 课件第12章 注射成型工艺及设备 (5)(5)成型周期成型周期 成型周期即完成一次注射成型制品所需的时间。成型周期即完成一次注射成型制品所需的时间。 包括：包括： 1 1）注射加压时间（保压时间、注射时间）；注射加压时间（保压时间、注射时间）； 2 2）冷却时间（模内冷却或固化时间）；）冷却时间（模内冷却或固化时间）； 3 3）其他时间（开模、取出制品、涂脱模剂、安放嵌件、闭模等时间）。）其他时间（开模、取出制品、涂脱模剂、安放嵌件、闭模等时间）。 成型周期是提高生产率的关键，在保证产品质量的前提下，应尽量缩成型周期是提高生产率的关键，在保证产品质量的前提下，应尽量缩短成型周期。短成型周期。12.3.2 注射成型工艺条件 课件第12章 注射成型工艺及设备3.3 3.3 制品后处理制品后处理 作用作用 提高制品的尺寸稳定性，消除内应力提高制品的尺寸稳定性，消除内应力 热处理热处理 分类分类 调湿处理调湿处理 （1 1）热处理）热处理 热处理的实质：迫使冻结的分子链松弛，凝固的大分子链段转向无规热处理的实质：迫使冻结的分子链松弛，凝固的大分子链段转向无规位置，消除部分内应力，提高结晶度，稳定结晶结构，提高弹性模量，降位置，消除部分内应力，提高结晶度，稳定结晶结构，提高弹性模量，降低断裂延伸率。低断裂延伸率。（2 2）调湿处理）调湿处理 将刚脱模的制品放入水中，与空气隔绝、防止氧化。调湿条件：将刚脱模的制品放入水中，与空气隔绝、防止氧化。调湿条件：9090110 4h110 4h3.4 3.4 注射成型过程中易出现的缺陷、产生原因及处理方法注射成型过程中易出现的缺陷、产生原因及处理方法 12.3.3 制品后处理 课件第12章 注射成型工艺及设备 作业：作业：1 1、与模压成型工艺相比，注射成型工艺有什么特点？、与模压成型工艺相比，注射成型工艺有什么特点？2 2、 试比较热塑性试比较热塑性CMCM与热固性与热固性CMCM注射成型各有哪些特点？注射成型各有哪些特点？3 3、为什么在注射成型的模具边缘处纤维容易定向排列？、为什么在注射成型的模具边缘处纤维容易定向排列？12.3.3 制品后处理 课件第12章 注射成型工艺及设备 12.3 12.3 注射成型设备注射成型设备主要包括注射成型机和模具。主要包括注射成型机和模具。12.3.1 12.3.1 注射机注射机一、分类一、分类（1 1）按物料的塑化形式分：柱塞式和往复螺杆式）按物料的塑化形式分：柱塞式和往复螺杆式, ,其中往复螺杆式用的最多。其中往复螺杆式用的最多。 往复螺杆式注射机的优点：往复螺杆式注射机的优点：简化了预塑结构，不需要分流梭，因而使注射压力降低了很多。简化了预塑结构，不需要分流梭，因而使注射压力降低了很多。螺杆转动使物料翻滚，传热条件好。物料内部受到剪应力大，塑化效率高。螺杆转动使物料翻滚，传热条件好。物料内部受到剪应力大，塑化效率高。因无分流梭，更换物料方便。因无分流梭，更换物料方便。注射速度快。注射速度快。对原料的适应性广，能加工热敏树脂。对原料的适应性广，能加工热敏树脂。12.3 注射成型设备 课件第12章 注射成型工艺及设备（2 2）按照注射机的外形特征分类）按照注射机的外形特征分类 常见的有五种形式常见的有五种形式立式注射成型机立式注射成型机 注射装置和合模装置与地面垂直。图注射装置和合模装置与地面垂直。图12-2312-23。 特点：占地面积小，模具折装方便。料斗高，加料不方便，仅适用于注特点：占地面积小，模具折装方便。料斗高，加料不方便，仅适用于注射量小于射量小于60cm60cm3 3的制品生产。的制品生产。卧式注射机卧式注射机 注射装置，合模装置均水平排列。图注射装置，合模装置均水平排列。图12-2412-24。 特点：机身低，加料方便，操作维修方便，制品顶出后可自由落下，易特点：机身低，加料方便，操作维修方便，制品顶出后可自由落下，易实现自动化。实现自动化。 缺点：占地面积大，模具拆卸比较麻烦。缺点：占地面积大，模具拆卸比较麻烦。角式注射机角式注射机 注射装置与合模装置呈垂直排列。图注射装置与合模装置呈垂直排列。图12-2512-25。 特点：介于立式与卧式之间，适用于加工中心部分不允许留有浇口的制特点：介于立式与卧式之间，适用于加工中心部分不允许留有浇口的制品。品。 12.3 注射成型设备 课件第12章 注射成型工艺及设备螺杆预塑和柱塞注模式螺杆预塑和柱塞注模式 图图12-2612-26 利用螺杆预塑并采用柱塞进行注模，是一种新型的注射成型机，生产利用螺杆预塑并采用柱塞进行注模，是一种新型的注射成型机，生产效率很高（最高）。效率很高（最高）。转盘式注射机转盘式注射机 将多副模具装在一个可转动的盘上，转盘去年定时旋转，使各模具与将多副模具装在一个可转动的盘上，转盘去年定时旋转，使各模具与喷嘴相对注射成型。图喷嘴相对注射成型。图12-2712-27 特点：生产效率高，特别适用于冷却时间长或安放嵌件费时的制品生特点：生产效率高，特别适用于冷却时间长或安放嵌件费时的制品生产。产。12.3 注射成型设备 课件第12章 注射成型工艺及设备12.3.2 12.3.2 注射机的构造注射机的构造 螺杆式注射机主要由注射、合模、传动、控制四部分组成。螺杆式注射机主要由注射、合模、传动、控制四部分组成。一、注射系统一、注射系统 包括螺杆、料筒、加料加热装置、喷嘴等。包括螺杆、料筒、加料加热装置、喷嘴等。（1 1）螺杆）螺杆 注射机螺杆与挤出机螺杆的区别：注射机螺杆与挤出机螺杆的区别： a a、注射机螺杆既能旋转，又能轴向移动，挤出机螺杆仅转动；、注射机螺杆既能旋转，又能轴向移动，挤出机螺杆仅转动； b b、注射机螺杆的长径比和压缩比都比挤出机小；、注射机螺杆的长径比和压缩比都比挤出机小； 注射机：长径比注射机：长径比 15151818，压缩比，压缩比 2 22.52.5 挤出机：长径比挤出机：长径比 20203030，压缩比，压缩比 （压缩比：加料口的螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比）（压缩比：加料口的螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比）12.3.2 注射机的构造 课件第12章 注射成型工艺及设备 c c、注射机均化段螺槽比同直径挤出机螺槽深、注射机均化段螺槽比同直径挤出机螺槽深15152525； d d、与挤出机螺杆比，加料段增长，均化段缩短；、与挤出机螺杆比，加料段增长，均化段缩短； e e、注射机螺杆头为尖锥形，挤出机为圆锥形或半圆形；、注射机螺杆头为尖锥形，挤出机为圆锥形或半圆形； 注射机与挤出机螺杆参数对比见表注射机与挤出机螺杆参数对比见表12-812-8； 12.3.2 注射机的构造 课件第12章 注射成型工艺及设备（2 2）料筒）料筒 注射机的料筒与挤出机的构造和选材相同。注射机的料筒与挤出机的构造和选材相同。（3 3）喷嘴）喷嘴 喷嘴的作用：提高熔融物料的流速，使其能迅速充模。喷嘴的作用：提高熔融物料的流速，使其能迅速充模。 分为开式喷嘴与闭式喷嘴。分为开式喷嘴与闭式喷嘴。开式喷嘴开式喷嘴 图图12-2812-28 12-8 12-8（a a）不能加热）不能加热 12-812-8（b b）可进行加热）可进行加热 闭式喷嘴闭式喷嘴 图图12-2912-29 通过弹簧弹力、挡圈、导杆、顶针实现闭锁。通过弹簧弹力、挡圈、导杆、顶针实现闭锁。 注射时，熔料顶开顶针进入模腔。这种喷嘴使用方便，可防止流延，但结注射时，熔料顶开顶针进入模腔。这种喷嘴使用方便，可防止流延，但结构复杂，压力损失大，射程小，补缩作用小，适用于加工粘度低的树脂。构复杂，压力损失大，射程小，补缩作用小，适用于加工粘度低的树脂。12.3.2 注射机的构造 课件第12章 注射成型工艺及设备二、合模系统二、合模系统 作用：开启和闭合模具。作用：开启和闭合模具。 要求有足够的锁模力，足够的模板面积和强度；要求有足够的锁模力，足够的模板面积和强度； 运动速度要求：闭合时先快后慢，开启时先慢后快；运动速度要求：闭合时先快后慢，开启时先慢后快； 合模系统由固定板、移动板、合模油缸、顶出装置等组成，如图合模系统由固定板、移动板、合模油缸、顶出装置等组成，如图12-3012-30 常见的顶出装置有三种形式常见的顶出装置有三种形式 （1 1）全机械式合模装置）全机械式合模装置 靠电机、曲柄连杆机构实现开模和闭模的动作，图靠电机、曲柄连杆机构实现开模和闭模的动作，图12-3012-30（b b），此设备），此设备的优点：结构简单、制作方便、耐用、便于维修。缺点：模板行程短，只适的优点：结构简单、制作方便、耐用、便于维修。缺点：模板行程短，只适合小制品生产；噪音大，设备磨损（连杆部分）较大。合小制品生产；噪音大，设备磨损（连杆部分）较大。 12.3.2 注射机的构造 课件第12章 注射成型工艺及设备 （2 2）液压式合模装置）液压式合模装置 靠液压的力量，由活塞联动模具开模、闭模。其合模力靠液压的力量，由活塞联动模具开模、闭模。其合模力 P P油缸面积油缸面积油压油压/4.D02.P0 (N) D0油缸直径，油缸直径，m m P0油压油压PaPa P 合模力合模力N N 液压合模装置的优点：液压合模装置的优点： 结构简单（仅油缸、活塞组成），制造方便，合模力调节方便，模板行结构简单（仅油缸、活塞组成），制造方便，合模力调节方便，模板行程大可加工大制品，模具更换方便。如图程大可加工大制品，模具更换方便。如图12-3012-30（a a）。）。 12.3.2 注射机的构造 课件第12章 注射成型工艺及设备 顶出装置：顶出装置： 作用：用于制品脱模的机构。分为机械式和液压式。一般设计成与合模作用：用于制品脱模的机构。分为机械式和液压式。一般设计成与合模装置联动，开模后一时间间隔联动顶模装置将制品顶出。装置联动，开模后一时间间隔联动顶模装置将制品顶出。（3 3）传动部分）传动部分 主要由油缸、电机、各种阀门、开关等组成。通过油路供给的压力驱动主要由油缸、电机、各种阀门、开关等组成。通过油路供给的压力驱动各部分动作。各部分动作。12.3.2 注射机的构造 课件第12章 注射成型工艺及设备三、注射机的参数三、注射机的参数 （1 1）注射部分参数）注射部分参数 最大注射量最大注射量 是指注射螺杆完成一次最大注射行程时（有轴向移动），注射机的最是指注射螺杆完成一次最大注射行程时（有轴向移动），注射机的最大注射量。大注射量。 表示方法：表示方法： a a、以注射出的聚苯乙烯熔料质量（克）来表示；、以注射出的聚苯乙烯熔料质量（克）来表示； b b、以注射出的熔料体积（、以注射出的熔料体积（cm3）表示。）表示。 第二种表示方法即容积法与物料的密度无关，用起来比较方便，采用此第二种表示方法即容积法与物料的密度无关，用起来比较方便，采用此表示方法的较多。表示方法的较多。 注射压力注射压力 指注射时螺杆对熔融物料的压强，用指注射时螺杆对熔融物料的压强，用MPaMPa表示。表示。 常见的塑料注射压力及加工温度范围见表常见的塑料注射压力及加工温度范围见表12-912-9。12.3.2 注射机的构造 课件第12章 注射成型工艺及设备 注射速度注射速度 指在最大注射量时，螺杆单位时间内的行程。指在最大注射量时，螺杆单位时间内的行程。 v= S/t (m/s)v= S/t (m/s) v v注射速度注射速度m/sm/s S S注射行程（螺杆）注射行程（螺杆） tt注射时间注射时间s s 塑化性能指标塑化性能指标 与螺杆直径、长径比、物料性能、螺杆转速等多种因素有关。与螺杆直径、长径比、物料性能、螺杆转速等多种因素有关。12.3.2 注射机的构造 课件第12章 注射成型工艺及设备四、合模部分参数四、合模部分参数 （1 1）锁模力）锁模力 用下式计算用下式计算 PcmkPFPcm 锁模力，锁模力，NK 安全系数，安全系数， 取取2左右左右P 模腔压力，模腔压力， PaF 分型面上的投影面积，分型面上的投影面积， m2 常见的模腔平均压力如表常见的模腔平均压力如表2-10。 （2 2）模板尺寸）模板尺寸 一般是成型面积的一般是成型面积的3 31010倍。倍。 12.3.2 注射机的构造 课件第12章 注射成型工艺及设备 （3 3）模具厚度、模板行程及最大间距）模具厚度、模板行程及最大间距 模具的最大厚度，表示注射机安装模具的最大厚度，根据这个厚度确定模具的最大厚度，表示注射机安装模具的最大厚度，根据这个厚度确定加工制品的最大厚度。（如超过这个厚度则无法开启脱模）加工制品的最大厚度。（如超过这个厚度则无法开启脱模） 模板行程是指模板开闭时行走的最大距离。其大小直接影响制品取出是模板行程是指模板开闭时行走的最大距离。其大小直接影响制品取出是否方便。它不能小于模具最大厚度的否方便。它不能小于模具最大厚度的2 2倍。倍。 模板最大间距是指移动模板移动到终点位置时与固定模板的距离。一般模板最大间距是指移动模板移动到终点位置时与固定模板的距离。一般为最大制品高度的为最大制品高度的3 3倍。倍。 12.3.2 注射机的构造 课件第12章 注射成型工艺及设备12.3.3 12.3.3 注射机的牌号和性能注射机的牌号和性能 部分国内、外注射机产品如图部分国内、外注射机产品如图12-1112-11、12-1212-12。 12.3.4 12.3.4 模具模具 对复合材料的注射成型，应考虑的工艺特性主要有：注射压力高、注对复合材料的注射成型，应考虑的工艺特性主要有：注射压力高、注射速度快、模具和熔料温度高、玻纤的摩擦力大等。射速度快、模具和熔料温度高、玻纤的摩擦力大等。 （1 1）流动特性、流道、浇口及排气）流动特性、流道、浇口及排气 热塑性热塑性CMCM与未增加塑料相比，熔融指数低与未增加塑料相比，熔融指数低30307070，物料流动性差，物料流动性差，凝固快。凝固快。 浇口和流道的转弯处应成园角，流道转弯处应设冷料穴。图浇口和流道的转弯处应成园角，流道转弯处应设冷料穴。图12-3112-31 浇口的大小应根据实际情况确定，太小易损坏玻纤且阻力大，太大玻浇口的大小应根据实际情况确定，太小易损坏玻纤