第 14 ~1 8 天 塑料注射成型工艺

1. 塑料注射成型 http://ecourse.gdqy.edu.cn 第14~18天 塑料注射成型工艺

2. 塑料注射成型工艺 学习指南 本章主要介绍注射成型过程、注射成型工艺条件分析、常用塑料的注射成型、特种注射成型工艺、注射制品质量分析与质量管理、典型制品注射成型工艺。 通过本章学习，要求： • 掌握注射成型过程，能分析注射成型工艺条件； • 掌握常用塑料的注射成型工艺特点； • 能进行注射制品的质量分析，并通过工艺参数的调节解决问题。

3. 塑料注射成型工艺 第一节 注射成型过程 一、成型前的准备工作 （一）塑料原料的检验 1.塑料原料的种类：多种多样，影响加工过程和产品性能。 2.塑料原料的外观：色泽、颗粒形状、粒子大小、有无杂质等。 3.塑料原料的工艺性能：熔体流动速率、流变性、热性能、结晶性及收缩率等。

4. 塑料注射成型工艺 （二）塑料原料的着色 1．染色造粒法：将着色剂和塑料原料在搅拌机内充分混合后经挤出机造粒，成为带色的塑料粒子供注射成型用。 2．干混法着色：干混法着色是将热塑性塑料原料与分散剂、颜料均匀混合成着色颗粒后直接注射成型。 3．色母料着色法：色母料着色法是将热塑性塑料原料与色母料按一定比例混合均匀后用于注射成型。 色母料着色法操作简单、方便，着色均匀，无污染，成本比干混法着色高一些。目前，该法已被广泛使用。

5. 塑料名称 干燥温度/℃ 干燥时间 /h 料层厚度/mm 含水量/% ABS PA PC PMMA PET 聚砜 聚苯醚 80～85 90～100 120～130 70～80 130 110～120 110～120 2～4 8～12 6～8 4～6 5 4～6 2～4 30～40 <50 <30 30～40 20～30 <30 30～40 < 0.1 < 0.1 < 0.015 < 0.1 < 0.02 < 0.05 ---- 塑料注射成型工艺 （三）塑料原料的干燥 常见塑料原料干燥条件

6. 塑料注射成型工艺 （四）嵌件的预热 　　一般为110～130℃ ；无镀层的铝合金或铜嵌件，可达150℃左右。预热时间一般为几分钟 。 （五）脱模剂的选用 　　定义：脱模剂是使塑料制品容易从模具中脱出而喷涂在模具表面上的一种助剂。 　　作用：可减少塑料制品表面与模具型腔表面间的黏接力，以便缩短成型周期，提高制品的表面质量。 　　种类：硬脂酸锌、白油及硅油。 　　使用方法：手涂和喷涂。 　　注意：凡要电镀或表面涂层的塑料制品，尽量不用脱模剂 。

7. 塑料注射成型工艺 （六）料筒的清洗 1．直接换料：在加工温度下直接加入欲换料，进行连续对空注射，待料筒内的存留料清洗完毕后，即可进行正常生产。 2．间接换料：若欲换料的成型温度高，而料筒内的存留料又是热敏性的，如聚氯乙烯、聚甲醛等，为防止塑料分解，应采用二步法清洗，即间接换料。 3．料筒清洗剂 ：首先将料筒温度升至比正常生产温度高10～20℃，注净料筒内的存留料，然后加入清洗剂（用量为50～200g），最后加入欲换料，用预塑的方式连续挤一段时间即可。若一次清洗不理想，可重复清洗。

8. 塑料注射成型工艺 • 例1：以PC换PP： • 欲换料（PC）温度高，料筒内的（PP）温度低 • 成型温度：PP： 200～270℃ • PC： 270～330℃ • 换料时：料筒喷嘴调至270℃，换料后调至295℃ • 例2：以PS换PA1010 • 欲换料（PS）温度低，料筒内的料（PA1010）温度高 • 成型温度：PS：180～215℃ • PA1010： 210～225℃ • 换料时：料筒喷嘴调至210℃，然后用PS进行降温清洗。换料后调至195℃

9. 塑料注射成型工艺 • 例3：以PC换POM： • 欲换料（PC）温度高黏度大，而且料筒内的料（POM）为热敏性料。 • 成型温度：PC：270～330℃ • POM ：190～200℃ • 换料时：195℃以LDPE或PS换POM • 270℃用PC换LDPE或PS • 换料后：调至300℃生产

10. 塑料注射成型工艺 二、注射成型过程 （一）加料 在每个生产周期中，加入到料筒中的料量应保持一定，当操作稳定时，物料塑化均匀，最终制品性能优良。加料过多时，受热时间长，易引起物料热降解，同时使注射成型机的功率损耗增加；加料过少时，料筒内缺少传压介质，模腔中塑料熔体压力降低，补缩不能正常进行，制品易出现收缩、凹陷、空洞等缺陷。

11. 塑料注射成型工艺 (二)塑化 　　定义：粒状或粉状的塑料原料在料筒内经加热达到流动状态，并具有良好可塑性的过程，是注射成型的准备阶段。 　　要求: 物料在注射前达到规定的成型温度；保证塑料熔体的温度及组分均匀，并能在规定的时间内提供足够数量的熔融物料；保证物料不分解或极少分解。由于物料的塑化质量与制品的产量及质量有直接的关系，因此加工时必须控制好物料的塑化。 　影响因素：塑料原料的特性、加工工艺、注射机的类型等。

12. 塑料注射成型工艺 １．柱塞式注射成型机 　工作过程:用柱塞将料筒内的物料向前推送,使其通过分流梭，再经喷嘴注入模具。 　柱塞式注射成型机的注射量不宜过大，一般为30—60g，且不宜用来成型流动性差、热敏性强的塑料制件。难以满足生产大型、精密制品，以及加工热敏性高黏度塑料的要求。

13. 塑料注射成型工艺 2. 螺杆式注射成型机 预塑过程：螺杆在在料筒内转动，将物料向前输送、压实；在料筒外加热和螺杆摩擦热作用下，物料逐渐熔融塑化为熔融态。螺杆头部熔体的压力使其逐步后退。当积存的熔体达到一次注射量时，螺杆转动停止，预塑阶段结束，准备注射。 　螺杆式注射机料筒内的物料除靠料筒外加热外，还有大量的摩擦热，从而使物料温升很快，甚至超过料筒温度。故塑化良好。

14. 塑料注射成型工艺 （三）注射 注射是指用柱塞或螺杆，将具有流动性、温度均匀、组份均匀的熔体通过推挤注入模具的过程。注射过程时间虽短，但熔体的变化较大，这些变化对制品的质量有重要影响。 在螺杆式注射机中，物料在固体输送段已经形成固体塞，阻力较小，到计量段物料已经熔化。因此，螺杆式注射机的注射压力损失小，注射速率高。

15. 塑料注射成型工艺 （四）充模冷却过程 充模与冷却过程：塑料熔体从注入模腔开始，经型腔充满、熔体在控制条件下冷却定型、直到制品从模腔中脱出为止的过程。 无论采用何种形式的注射机，塑料熔体进入模腔内的流动情况都可分为充模、压实、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。

16. 塑料注射成型工艺 1．充模阶段 ：从柱塞或螺杆预塑后的位置开始向前移动起，直至塑料熔体充满模腔为止 ，一般为几秒到十几秒 。 充模时间长使先进入模内的熔体，受到较多的冷却而黏度增大，后面的熔体就要在较高的压力下才能入模，因此，模内物料受到的剪切应力大、分子定向程度高，会使制品产生各向异性，在使用过程中易出现裂纹，而且制品的热稳定性也较低。 充模时间短使塑料熔体通过喷嘴及浇注系统时产生较高的摩擦热，有利于减少分子定向程度，提高制品的熔接强度。但充摸过快时，嵌件后部的熔接反而不好，使制品强度下降，而且也易裹入空气，使制品出现气泡，并且使热敏性塑料因料温高而发生分解。

17. 塑料注射成型工艺 2．压实阶段（保压阶段）：从熔体充满模腔时起至柱塞或螺杆后退前止，一般为几秒、几十秒甚至几分钟。 压实阶段内，塑料熔体因冷却而产生收缩，但由于塑料熔体仍处于柱塞或螺杆的稳压下，料筒内的熔料会继续向模腔内流入，以补充因收缩而留出的空隙。如果柱塞或螺杆保持压力不变，也即随着熔料入模的同时向前作少许移动，则在此段中模内压力维持不变。 提高压实阶段的压力，延长压实时间，有利于提高制品密度，减少收缩，克服制品表面缺陷。但此时塑料还在流动，温度逐渐下降过程中，定向的分子易被冻结，故该阶段是注射成型制品中大分子定向形成的主要阶段。保压时间越长，浇口凝封压力越大，分子定向程度也越大。

18. 塑料注射成型工艺 3．倒流阶段：从柱塞或螺杆后退时开始到浇口处熔料冻结为止，一般为0秒到几秒。 倒流阶段内模腔内的压力比流道压力高，因此会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。如果浇口处熔料已凝封或喷嘴中装有止逆阀，则倒流阶段就不会出现。实际工业生产中不希望出现倒流阶段。在注射成型过程中，倒流阶段是可避免的。 一般，保压时间长、凝封压力高，则倒流少、制品的收缩率低。

19. 塑料注射成型工艺 4．浇口冻结后的冷却阶段：从浇口凝封时起到制品从模腔中顶出时止。该阶段的时间范围为几秒、几十秒甚至几分钟 。 （1）模内压力 制品脱模时的模内压力与外界压力之差称为残余压力。残余压力与压实阶段的时间长短及凝封压力的高低有关。当残余压力为正值时，脱模较困难，制品易被刮伤或发生断裂；当残余压力为负值时，制品表面易产生凹陷或内部有真空泡；只有当残余压力接近零时制品脱模才比较顺利。 （2）冷却速度 塑料熔体如果冷却过急或模具与塑料熔体接触的各部分温度不匀，则会由于冷却不均而导致收缩不均匀，使制品中产生内应力。但冷却速度慢，则会延长生产周期、降低生产效率，而且会造成复杂制品脱模困难。

20. 塑料注射成型工艺

21. 塑料注射成型工艺 三、制品的后处理 1．热处理(退火) 就是将制品在一定温度的液体介质（如水、矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等）或热空气（如循环热风干燥室、干燥箱等）中静置一段时间，然后缓慢冷却到室温的过程。 热处理的实质:①使强迫冻结的分子链得到松弛，取向的大分子链段转向无规位置，从而消除这一部分的内应力；②提高结晶度，稳定结晶构型，从而提高结晶塑料制品的硬度、弹性模量。 凡所用塑料的分子链刚性较大、壁厚较大、带有金属嵌件、使用温度范围较宽、尺寸精度要求较高、内应力较大又不易自行消失的制品，均须进行热处理。

22. 塑料注射成型工艺 热处理温度：制品使用温度以上10～20℃或低于塑料热变形温度10～20℃。温度过高会使制品产生翘曲或变形，温度太低又达不到热处理目的。 热处理时间的：应以消除内应力为原则。 热处理介质的要求：适当的加热温度范围；一定的热稳定性；与被处理物不反应；不燃烧，不放出有毒的烟雾。

23. 塑料名称 热处理温度/℃ 时间/h 热处理方法 ABS 聚碳酸酯 聚甲醛 聚酰胺66 聚甲基丙烯酸甲酯 聚砜 聚对苯二甲酸丁二醇酯 70 110～135 100～110 140～145 100～110 70 110～130 120 4 4～8 8～12 4 4 4 4～8 1～2 烘箱 红外灯、烘箱 红外线加热或烘箱 油、盐水 红外线加热、烘箱 红外线加热、甘油、烘箱 烘箱 塑料注射成型工艺 常用塑料热处理条件

24. 塑料注射成型工艺 2．调湿处理 将刚脱模的聚酰胺类塑料制品放在热水中进行处理，不仅可隔绝空气，防止制品氧化变色，而且可以加快制品吸湿，达到吸湿平衡，使制品尺寸稳定，该方法就称为调湿处理。 调湿处理时的适量水份能对聚酰胺起类似增塑作用，从而增加制品的韧性和柔软性，提高冲击强度、拉伸强度等力学性能。 调湿处理的时间与温度，由聚酰胺塑料的品种、制品的形状、厚度及结晶度的大小而定。调湿介质除水外，还可选用醋酸钾溶液（沸点为120℃左右）或油。

25. 塑料注射成型工艺 第二节 注射成型工艺参数分析 一、温度 1．料筒温度 料筒温度是指料筒表面的加热温度。 选定料筒温度考虑的因素： 塑料特性：Tf（Tm）~Td； 塑料来源及牌号； 添加剂：填料种类、含量，增塑剂含量； 注塑机类型：螺杆式低，柱塞式比螺杆式高10~20℃； 制品壁厚及形状； 温度分布：机身由低→高，螺杆机均化段比压缩段稍低。 料筒温度与注射压力的关系：低温高压，高温低压。 采用对空注射的方法来确定料筒的温度和压力。

26. 塑料注射成型工艺 • 2. 喷嘴温度：稍低于料筒最高温度。 • 3. 模具温度 • 模温控制方法：冷却介质（水）控温；自然散热（要求不高时）；加热模具。 • 无定型塑料（PC、PPO等）的模温控制：冷却固化无相变，保证顺利脱模，降温可缩短冷却时间，提高生产效率。 • 结晶型塑料的模温控制：冷却过程发生结晶，结晶速率与形态和冷却速度有关。模温较高：冷却速度小，结晶度高、球晶大、脆、冷却时间长、效率低； 模温较低：冷却速度快，结晶度低。若料的Tg又低，如：PE（ -55～-70℃），PP（-15℃），将产生后期结晶，引起后收缩和性能变化；模温适中：使冷却速度适宜，制品性能好。

27. 塑料名称 模具温度/℃ 塑料名称 模具温度/℃ ABS PC POM 聚砜 聚苯醚 聚三氟氯乙烯 60～70 90～110 90～120 130～150 110～130 110～130 PA-6 PA-66 PA-1010 PBT PMMA 40～110 120 110 70～80 65 塑料注射成型工艺 常见塑料模温参考值

28. 塑料注射成型工艺 4．油温 油温是指液压系统的压力油温度。油温的变化影响注射工艺参数，如：注射压力、注射速率等的稳定性。 当油温升高时，液压油的黏度降低，增加了油的泄漏量，导致液压系统压力和流量的波动，使注射压力和注射速率降低，影响制品的质量和生产效率。因此，在调整注射成型工艺参数时，应注意到油温的变化。正常的油温应保持在30～50℃。

29. 塑料注射成型工艺 二、 压力 1. 塑化压力（背压）： • 对螺杆机，螺杆顶部熔料在螺杆旋转后退时所受到的压力。 • 背压高： 螺杆后退慢，延长物料塑化时间，摩擦大，料温高，物料均匀 • 背压过高的不利：漏流、逆流增大，延长成型周期，料易降解 • 故：在保证制品性能优良的前提下，塑化压力应低（＜2MPa）

30. 塑料注射成型工艺 2. 注射压力： • 定义：指注射时，螺杆或柱塞顶部单位面积对塑料所施加的作用力。 • 注射压力作用：物料克服注射阻力向前移动、混合与塑化；使料有足够充模能力；压实物料、补料和增强熔接作用。 • 注射压力增加的影响：充模加快、流动长度↑ 、制品熔接强度↑、制品密度、重量↑ （尺寸大、形状复杂、薄壁、黏度大用高压）、制品应力大（故应进行热处理） • 注射压力与料温关系

31. 塑料注射成型工艺 注射成型面积图 1— 缺料线，2—溢料线，3—分解线，4—塑化不良线 Ⅰ—着色焦化区，Ⅱ—溢料变形区，Ⅲ—充模不足区，Ⅳ—成型困难区

32. 制 品 形 状 要 求 注射压力/MPa 适 用 塑 料 品 种 1.熔体黏度较低、精度一般、流动性好、形状简单 2．中等黏度、精度有要求、形状复杂 3．黏度高、薄壁长流程、精度高且形状复杂 4．优质、精密、微型 70～100 100～140 140～180 180～250 PE、PS等 PP、ABS、PC等 聚砜、聚苯醚、PMMA等 工程塑料 塑料注射成型工艺 注射压力选择范围参考数据

33. 塑料注射成型工艺 • 3. 保压压力 • 定义：熔体充满型腔后的注射压力。 • 作用：压紧塑料、防止倒流；补缩。保压压力的大小和施压时间，直接影响制品性能。 • 保压压力高：补料大、熔接好、制品密度↑、收缩小、尺寸变化小、力学性能好 • 压力过高：取向大、内应力大、强度↓、脱模难 • 压力低：补料少、收缩大、熔接不好、力学性能差 • 故：保压压力一般等于或略低于注射压力 • 保压时间，对封口压力关系大，与模具浇注系统有关

34. 三、时间（成型周期） 完成一次注射模塑过程所需要的时间称成型周期。成型周期包括以下几部分：

35. 1. 注射（充模）时间： • 螺杆（或柱塞）射出一次注射量所需的时间 • 流速↑：料温↑、黏度↓，提高充模压力、熔接强度↑ • 速度过快： 喷射产生负压，带入空气；排气难 料局部烧焦，制品表面粗糙、缺陷、内应力大

36. 慢速注射： 制品质量均匀，排气好 过慢：充模不满，熔接不好、分层，强度↓

37. 注射速度的确定： • 先以低压慢速注射，后依制品情况调节注射速度； • Tg高，薄壁、长流程制品用高速，并与高模温与料温相配合； • 生产上常用中速或较高的注射速度； • 模具特点：流道长、浇口细、制件形状复杂——高速； • 要求高速高压，应选用螺杆机，柱塞机塑化差。

38. 2. 保压时间：20～120s • 时间短：制件凹陷、气泡和收缩，内在性能差 • 时间延长：制件质量↑ • 时间过长：内应力↑、收缩小、Pr大、脱模难 • 浇口冻结前，保压时间对制品精度尺寸影响大 • 若模具流道、浇口尺寸、工艺条件正常，以保证得出制件收缩率波动范围最小的时间为准 3. 冷却时间：30～120s，模外定型方法 4. 其他时间：与生产量是否连续化、自动化有关

39. 四、其它工艺参数 1．注射量 • 注射量是指在对空注射条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射成型系统所能达到的最大注出量。 • 在注射量选择时，一方面必须充分地满足制品及其浇注系统的总用料量，另一方面必须小于注塑机的理论注射容积。所以，注塑机不可用来加工小于注射量10%或超过注射量70%的制品。 • 对已选定的注塑机来说，注射量是由注射行程控制的。

40. 2．计量行程（预塑行程） • 每次注射程序终止后，螺杆处在料筒的最前端，当预塑程序到达时，螺杆开始旋转，物料被输送到螺杆头部，螺杆在物料的反压力作用下后退，直至碰到限位开关为止，该过程称计量过程或预塑过程，螺杆后退的距离称计量行程或预塑行程。 • 物料在螺杆头部所占有的容积就是螺杆后退所形成的计量容积，即注射容积，其计量行程就是注射行程。 • 注射量与计量行程的精度有关：如果计量行程调节太小会造成注射量不足，反之则会使料筒每次注射后的余料太多，使熔体温度不均或过热分解，计量行程的重复精度会影响注射量。

41. 3、余料量（缓冲垫） 余料量是指每次注射后料筒内剩余的物料量。设置余料量的目的有两个： （1）防止螺杆头部和喷嘴接触发生机械碰撞事故； （2）可控制注射量的重复精度，使注射制品质量稳定。 4、防涎量（松退、倒缩） 螺杆计量（预塑）到位后，再后退一段距离，使计量室中熔体的比容增加，内压下降，防止熔体通过喷嘴或间隙从计量室向外流出。这个后退动作称防流涎，后退的距离称防涎量或防流涎行程。其另一个目的是降低喷嘴流道系统的压力，减少内应力，并在开模时容易抽出料杆。防涎量过大会使计量室中的熔料挟杂气泡，严重影响制品质量，黏度大的物料可不设防涎量。

42. 5、螺杆转速 • 螺杆转速与物料在螺杆中输送和塑化的热历程和剪切效应有关。随螺杆转速的提高，塑化能力提高、熔体温度及熔体温度的均匀性提高，塑化作用有所下降。 • 对热敏性塑料（如PVC、POM等），应采用低螺杆转速，以防物料分解；对熔体黏度较高的塑料，也应采用低螺杆转速，以防动力过载。

43. 第三节 多级注射成型工艺 多级注射成型是指在注射成型过程中，当螺杆向模腔内推进熔体时，要求实现在不同位置有不同的注射压力和注射速度等工艺参数的控制。 对高级精密制品、厚壁制件、壁厚变化大的和具有较厚突缘和筋的制件，最好采用多级注射，如二、三、四甚至五级。 一、多级注射成型工艺分析 1．注射速度控制 • 注射速度的程序控制是将螺杆的注射行程分为3～4个阶段,在每个阶段中分别使用各自适当的注射速度。

44. 低速充模：流速平稳，制品尺寸稳定，内应力低且内外各向应力趋于一致，料流的温差大，可避免缩孔和凹陷。但易使制品出现分层和熔接痕，影响外观，强度降低。低速充模：流速平稳，制品尺寸稳定，内应力低且内外各向应力趋于一致，料流的温差大，可避免缩孔和凹陷。但易使制品出现分层和熔接痕，影响外观，强度降低。 • 高速注射：料流速度快，能快速充模，料温和黏度下降少，可↑注射压力，↑制品光泽度和平滑度，消除接缝线及分层，收缩凹陷小，颜色均匀一致，保证丰满。但容易产生发胖起泡或发黄，甚至烧伤变焦，或造成脱模困难，或出现充模不均的现象。对于高黏度塑料，可能熔体破裂，表面产生云雾斑。

45. 高速高压注射： （1）塑料黏度高，冷却速度快，长流程制品采用低压慢速不能完全充满型腔各个角落的； （2）壁厚太薄的制品，熔体到达薄壁处易冷凝而滞留，必须采用一次高速注射，使熔体能量大量消耗以前立即进入型腔的； （3）用玻璃纤维增强的塑料，或含有较大量填充材料的塑料，因流动性差，为了得到表面光滑而均匀的制品，必须采用高速高压注射的。

46. 2．注射压力控制 • 注射压力在一定程度上决定了塑料的充模速率。 • 注射压力低：塑料熔体呈铺展流动，流速平稳、缓慢，但↑注射时间，易产生熔接痕、密度不匀等缺陷； • 注射压力高：熔体为喷射式流动，易带入空气形成气泡、银纹，甚至灼伤制品。 • 通常，将注射压力的控制分成为一次、二次或三次以上的注射压力的控制。压力切换时机应适当。 • 三级压力注射：可使充模顺利，不会出现熔接线、凹陷、飞边和翘曲变形。对薄壁制件、多头小件、长流程大型制件、型腔配置不太均衡及合模不太紧密的制件的模塑较好。

47. 3．预塑背压控制 • 高背压使熔料获得强剪切，低转速也会使塑化时间↑ 。因而目前较多地使用了对背压和转速同时进行程序设计的控制。 • 背压过高：着色剂变色；预塑机构和机筒螺杆机械磨损↑ ；预塑周期↑ ，生产效率↑ ；流涎，再生料↑ ；即使自锁式喷嘴，亦会造成疲劳破坏。 4．开、合模控制 • 在合模开始时，为防止动模板惯性冲击需慢速启动；在运行中间，为缩短工作时间，要快速移动；当动、定模要接触时，为防止冲击和安全要减速；动模继续低速前进，进入高压合模，使模具合紧，达到所调整的合模力，完成整个合模过程。 • 开模过程也分三个阶段：第一阶段慢速开模，防止制件在模腔内撕裂；第二阶段快速开模，以缩短开模时间；第三阶段慢速开模，以减低开模惯性造成的冲击及振动。

48. 二、多级注射成型工艺特性

50. 第四节常用热塑性塑料的注射成型 一、热塑性塑料的注射成型特点 1．聚集态 ①结晶型塑料：突变型螺杆，供料段较长；固化时要严格控制冷却速率；有漏流和逆流现象，螺杆带止逆环，自锁式喷嘴。 ②无定型塑料：渐变型螺杆，压缩段长而供料段短。 2．热稳定性 ①非热敏性塑料：如PE等，适用于任何形式的注射机。 ②热敏性塑料：如PVC、POM、PC等，不能用柱塞式注射机。加工时加入热稳定剂，料筒喷嘴应避免死角；严格控制温度和时间；一旦变色或分解，立即降低温度，严重时应清理螺杆和料筒。