31.5 常用塑料的注射工艺参数

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31.5   常用塑料的注射工艺参数
    注射成型工艺的核心问题，就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。影响注射成型工艺的重要 参数是塑化流动和冷却的温度、压力以及相应的各个作用时间。
31. 5. 1 温度
; E& G0 \* _6 u) y3 T; V    注射成型过程需控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动，而后一种温度主要影响塑料的流动和冷却。
: w/ W% Y( |( w( L1.    料筒温度料筒温度的选择与各种塑料的特性有关。每一种塑料都具有不同的黏流 态温度心（对结晶型塑料即为熔点0℃)，为了保证塑料熔体的正常流动，不使物料发生变质分解，料筒最合适的温度范围应在黏流态温度心和热分解温度之间。
; i0 b: W: V# F8 l: c; E    料筒温度过高、时间过长（即使是温度不十分高的情况下）时，塑料的热氧化降解量就 会变大。因此，对热敏性塑料，如聚甲醛、聚三氟氯乙烯、硬聚氣乙烯等，除需严格控制料 筒最高温度外，还应控制塑料在加料筒中停留的时间。
    选择料筒温度还应结合塑件及模具的结构特点。由于薄壁塑件的型腔比较狭窄，熔体注 入的阻力大，冷却快，因而，为了顺利充型，料筒温度应选择高一些；相反，注射厚壁塑件 时，料筒温度可降低一些。对于形状复杂及带有嵌件的塑件，或者熔体充模流程曲折较多或 较长时，料筒温度也应该选择高一些。
    料筒温度的分布，一般是从料斗一侧（后端）起至喷嘴（前端）止逐步升髙的，使塑料 温度平稳地上升以达到均匀塑化的目的。但当原料含湿量偏高时也可适当提高后端温度。由 于螺杆注塑机的剪切摩擦热有助于塑化，因而前段的温度不妨略低于中段，以便防止塑料的 过热分解。
2.    喷嘴温度喷嘴温度一般略低于料筒最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴发生“流 延现象”。由喷嘴低温产生的影响可以从塑料注射时所发生的摩擦热得到一定的补偿。当然， 喷嘴温度也不能过低，否则将会造成熔料的早凝而将喷嘴堵死，或者由于早凝料注入模腔而 影响塑件的质量。
" E+ t- F  @# M8 O+ L% r$ Z    料筒和喷嘴温度的选择不是孤立的，与其他工艺条件存有一定关系。例如，选用较低的 3注射压力时，为保证塑料流动，应适当提髙料筒温度；反之，料筒温度偏低就需要较髙的 注塑压力。由于影响因素很多，一般都在成型前通过“对空注射法”或“塑件的直观分析法”进行调整，以便从中确定最佳的料筒和喷嘴温度。
6 ^( }5 m) N/ c, R3.    模具温度。模具温度对塑料熔体的充型能力及塑件的内在性能和外观质量影响很大。 模具温度的高低决定于塑料结晶性的有无、塑件的尺寸和结构、性能要求以及其他工艺条件 (熔料温度、注射速度及注射压力、模具周期等）。
    模具温度通常是由通人定温的冷却介质来控制的，也有靠熔料注入模具自然升温和 自然散热达到平衡而保持一定的模温。在特殊情况下，也有采用电阻加热圈和加热棒对 模具加热等而保持定温。不管采用什么方法使模具保持定温，对塑料熔体来说都是冷却， 保持的定温都低于塑料的玻璃化温度〜或工业上常用的热变形温度，这样才能使塑料成型 和脱模。
2 ^3 e% E7 j" }4 f& T% C8 X" }    无定形塑料熔体注人模腔后，随着温度的不断降低而固化，但并不发生相变。模温主要 影响熔料的黏度，也就是充型速率。如果充型顺利，则采用低模温是可取的。因为这样可以 缩短冷却时间，从而提高生产效率。因此对于熔融黏度较低或中等的无定形塑料（如聚苯乙 烯、醋酸纤维素等），模具的温度常偏低；反之，对于熔融黏度髙的塑料（如聚碳酸酯、聚 苯醚、聚砜等），则必须采取较高的模温（聚碳酸酯为90〜12℃，聚苯醚为110〜130℃， 聚砜为13〜15℃)。不过应该说明的是，对于软化点较高的塑料，提高模温可以调整塑件 的冷却速率使其均匀一致，以防因温差过大而产生凹痕、内应力和裂纹等缺陷。结晶型塑料注入模腔后，当温度降低到熔点以下即开始结晶。
! C, B" a5 ]; p4 \    结晶的速率受冷却速率的 控制，而冷却速率是由模具温度控制的，因而模具温度直接影响到塑件的结晶度和结晶构 型。模具的温度高时，冷却速率小，但结晶速率可能大，因为一般塑料最大结晶速率的温度 都在熔点下的高温一边；其次，模具温度髙时还有利于分子的松弛过程，分子取向效应小， 这种条件仅适于结晶速率很小的塑料，如聚对苯二甲酸乙二酯等，在实际注射中很少采用， 因为模温高也会延长成型周期和使塑件发脆。模具温度适当时，冷却速率适宜，塑料分子的结晶和定向也都适中，这是通常用得最多的条件。模具温度低时，冷却速率大，熔体的流动与结晶同时进行，但熔体在结晶温度区间停留时间缩短。此外，模具的结构和注射条件也会影响冷却速率，例如，提高料筒温度和增加塑件厚度都会使冷却速率发生变化，对高压聚乙 烯其变化可达2%〜3%，低压聚乙烯可达10%，聚酰胺可达40%。即使是同样一塑件，其 中各部分的密度也可能是不相同的，这说明各部分的结晶度不一样。造成这种现象的主要原 因是熔料各部分在模内的冷却速率差别太大。

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31.5.2    压力
    注 射 过 程 中 的 压 力 包 括 塑 化 压 力 和 注 射 压 力 两 种，它 们 直 接 影 响 塑 料 的 塑 化 和 塑 件 质 量。
(1) 塑化压力
    塑 化 压 力 又 称 背 压，是 指 采 用 螺 杆 式 注塑 机 时，螺 杆 头 部 熔 料 在 螺 杆 转 动 后 退 时 所 受 到 的 压 力。这 种 压 力 的 大 小 是 可以通过液压系统中 的 溢 流 阀 来调整 的。注射中，塑化 压 力的大 小是随螺杆的设计、塑件质量的要求以及塑 料的 种类 等的不同 而异 的。如 果 这些 情 况和 螺杆 的转速都不变，则增加 塑 化 压 力 时 即 会 提 高 熔 体 的 温 度，并 使 熔 体 化 压 力 应 在 保证  塑件质 量的 前 提下 越 低 越 好，其 具 体 数 值 是 随 所用 塑 料 的 品 种而异的，但通常一般不超过2MPa(很少超过6MPa)。注 射 聚 甲醛 时，较 髙 的 塑 化 压力 （也 就是  较高 的 熔 体温度 ）会使塑 件 的 表 面 质 量 提髙，但也可能使 塑料变 色、 塑 化 速 率  降 低 和 流 动 性下降。对 聚 酰 胺 来 说， 塑化压力必 须降 低，否则塑 化 速 率 将很 快降低，这 是 因 为 螺 杆中逆流和  漏 流 增 加 的 缘 故。如 需 增 加 料 温，则应采   提 高 料 筒温 度 的方 法。 聚 乙 烯 的热 稳 定 性较 高， 提高 塑 化 压力 不会 有降 解 的 危 险，这有利于混料 和 混 色，不过 塑化速率会降低。
/ c% I( e! }) x(2) 注射压力注
    塑机 的 注 射压 力 是指 柱  塞或 螺杆头部 对 塑 料熔 体所 施 加 的压力 。在注塑机 上 常 用表  压指 示 注 射压力的大小，一般在40〜130MPa之间。其作用是克服塑料熔体从 料筒 流向型腔的流动阻力，给予熔体一定的充型速率以及对熔体进 行压实等。
    注射压  力的 大 小 取 决于  注塑机 的类 型，塑料的品种，模具浇注系统的结构、尺寸与表面 粗糙度，模 具 温 度，塑 件   的 壁 厚 及 流程的大小等，关系十分复杂，目前难以 作出具有定 量关系的 结论。在 其他条 件 相 同 的 情 况 下，柱 塞 式 注 塑 机 作 用 的 注 射压力应比螺杆式的大，其原 因 在于塑料在柱塞式注塑机料筒内的 压 力  损 耗 比 螺杆 式 的大。塑 料 流动 阻力 的另一决定因 素 是塑料与模具浇注系统及型腔之间的 摩 擦系 数 和 熔  融 黏 度，两 者 越 大 时，注射压力应越高， 同一种塑 料 的 摩 擦 因 数 和 熔 融 黏 度 是 随 所 用 料 筒 温 度 和 模 具 温 度 而 变 动 的。此外，注 射 压 力 的 大 小还 与 是 否 加 有 润 滑 剂 有 关。
, c" x: N( C" C  w# X/ b8 A    为了保 证 塑 的 质量，对注射 速度（熔 融 塑料 在喷 嘴 处的喷 出 速 度）常有一定的要求， 而  对注 射 速 度 较 为 直 接的 影 响因 素 是 注射压力。就 塑  件 的 机 械 强 度 和 收 缩 率 来 说，每一 种 塑 件 都 有 各 自 的 最 佳 注射 速 度，而 且 经 常 是一 个 范 围 性 的 数 值 。这 一 数 值 与 很 多 因素有关，其 中最主要 的 影 响 因素 是 塑 件的 壁 厚。厚 壁 的 塑 件 用 低 的 注 射 速 度，薄 壁 的 塑 件 用 高 的 注 射 速度。
    型腔充满后，注射压力的作用全在于对模内熔料的压实。在生产 中，压实时的压力等于 或小于注射时所用的注射压力。如 果 注 射 和 压 实时的压力相等，则往往可以使塑 件的收 缩 率  减小，并且它们 的尺寸 稳定性较好。缺 点 是  会 造 成 脱 膜 时 的 残 余 压 力 过 大 和 成 型 周 期 过 长。 但对结晶型塑料来说，成 型 周 期 不一定增长，因为 压实 压 力 大 时可 以 提 高 塑 料 的 熔 点（例 如 聚 甲 醛，如 果 压 力加 大到50MPa，则其熔点可提高90)，脱模可以提前。
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（2） 注射压力注
4 D# M, r" S$ s3 E4 g6 D  l    塑 机 的 注 射 压 力  是 指 柱 塞 或 螺 杆 头 部 对 塑料 熔  体 所 施 加的 压力。在 注塑 机上 常  用 表 压 指 示 注 射 压 力 的 大 小，一 般 在40〜130MPa之间。其作用是 克 服 塑 料 熔体从料筒 流 向型  腔的 流动 阻力，给予 熔 体 一定 的充  型 速 率以及对熔体进行压实等。
    注 射 压 力 的大 小 取 决 于 注 塑 机 的 类 型，塑 料 的 品 种，模 具 浇  注 系 统 的 结 构、尺 寸 与 表 面 粗 糙 度，模 具 温 度，塑 件 的 壁 厚 及流程的大小等，关系十分复杂，目前难以作出具有定量关系的结论。在其他条件相同的情况下，柱塞式注塑机作用的注射压力应比螺杆式的大，其原 因在于 塑 料 在 柱 塞 式 注 塑 机 料 筒内 的压 力 损耗 比螺杆式的 大。塑料流动阻力的另一决定因素 是塑料与模具浇注系统及型腔之间的摩擦系数和熔融黏度，两者越大时，注射 压力应越高， 同 一 种 塑 料 的 摩 擦  因 数 和 熔 融 黏 度  是 随  所 用 料 筒 温 度 和 模 具 温 度 而 变 动 的。此 外，注 射 压力 的 大 小 还 与 是 否 加 有 润 滑 剂 有 关。
+ J( J$ J5 ^% s# p7 f' v* n9 g% `9 C. l% m    为了保 证 塑 件 的质量，对注射速度（熔 融 塑  料 在 喷 嘴 处 的 喷 出 速度）常 有 一定 的 要 求， 而 对 注 射 速 度 较 为 直 接 的 影 响 因 素 是 注  射 压 力。就 塑 件 的 机 械 强 度 和 收 缩 率 来说，每 一 种 塑 件 都 有 各自 的 最 佳 注 射 速 度，而 且 经常是一个范围性的数值。这一数值与很多因素有关，其 中最主要的影响因素是塑件的壁厚。厚 壁 的 塑 件 用 低 的 注  射速 度，薄 壁的 塑 件用高 的 注射 速度。
0 W( K9 M) T& u, R5 ~    型 腔 充 满 后，注 射 压 力 的 作 用 全 在 于 对 模 内 熔 料 的 压 实。在 生 产 中，压 实 时 的 压 力 等 于  或 小 于 注 射 时 所 用 的 注 射 压力 。如 果 注 射 和 压 实 时 的 压 力 相 等，则 往 往 可 以 使 塑 件 的 收 缩 率 减小，并 且 它 们 的 尺 寸 稳 定 性 较 好。缺点是会造成脱膜时的残余压力过 大 和 成 型 周 期 过 长。 但 对 结 晶 型 塑 料 来 说，成 型 周 期 不 一 定 增 长，因 为 压 实 压 力 大 时 可 以 提 高 塑 料 的 熔 点（例 如 聚 甲 醛，如 果 压 力 加大到 50MPa，则 其 熔 点 可 提 高 90℃)，脱 模 可 以 提 前。

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