【文章內(nèi)容簡介】 過長的保壓時間容易使塑料件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，引起塑件翹曲或開裂。保壓結(jié)束后，柱塞或螺桿后退，型腔中的熔料壓力解除，這時，型腔中的熔料壓力將比澆口前方的壓力高。如果此時澆口尚未凍結(jié)，就會發(fā)生型腔中熔料通過澆注系統(tǒng)倒流的現(xiàn)象，使塑料制件產(chǎn)生收縮、變形及質(zhì)地疏松等缺陷。如果撤除注射壓力時，澆口已經(jīng)凍結(jié)，則倒流現(xiàn)象就不會存在。由此可見，倒流是否發(fā)生或倒流的程度如何，均與保壓時間有關(guān)。一般來講，保壓時間較長時，保壓壓力對模腔內(nèi)的熔體作用時間也越長，倒流較小，塑件的收縮情況會有所減輕。而保壓時間短時，情況則剛好相反。 ? ⑤ 澆口凍結(jié)后的冷卻 塑件在模內(nèi)的冷卻過程是指從澆口處的塑料熔體完全凍結(jié)時起到塑件將從模腔內(nèi)推出為止的全部過程。在此階段，補縮或倒流均不再繼續(xù)進行，型腔內(nèi)的塑料繼續(xù)冷卻、硬化和定型。當(dāng)脫模時，塑料制件具有足夠的剛度，不致產(chǎn)生翹曲和變形。隨著冷卻過程的進行，溫度繼續(xù)下降，型腔內(nèi)塑料收縮，壓力下降，到開模時，型腔內(nèi)的壓力下降到最低值，但不一定等于外界大氣壓。型腔內(nèi)壓力與外界大氣壓力之差值稱為殘余壓力，殘余壓力大小與塑件保壓階段的長短有關(guān)。殘余壓力為正值時，脫模較困難，塑件易刮傷或崩裂；殘余壓力為負(fù)值時，塑件表面有缺陷或內(nèi)部有真空泡。所以，只有在殘余壓力接近零時，脫模才較便利，并能獲得滿意的塑件。塑件的冷卻速度應(yīng)適中。如果冷卻過急，或模腔與塑料熔體接觸的各部分溫度不同，則會導(dǎo)致冷卻不均和收縮率不一致，使塑件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，產(chǎn)生翹曲變形。 ? ⑥ 脫模 塑件冷卻后即可開模，在推出機構(gòu)的作用下，將塑料制件推出模外。 ? (3) 塑件的后處理 ? 由于塑化不均勻或由于塑料在型腔內(nèi)的結(jié)晶、取向和冷卻不均勻及金屬嵌件的影響等原因，塑料件內(nèi)部不可避免地存在一些內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致塑件在使用過程中產(chǎn)生變形或開裂。為了解決這些問題，可對塑件進行一些適當(dāng)?shù)暮筇幚怼３Ｓ玫暮筇幚矸椒ㄓ型嘶鸷驼{(diào)濕兩種。 ? ① 退火處理 退火是將塑件放在定溫的加熱介質(zhì) (如熱水、熱油、熱空氣和液體石蠟等 )中保溫一段時間的熱處理過程。利用退火時的熱量，能加速塑料中大分子松弛，從而消除塑件成型后的殘余應(yīng)力。退火溫度一般在塑件實際使用溫度以上 10℃ ~ 20℃ 至熱變形溫度以下 10℃ ~ 20℃ 之間進行選擇和控制。退火時間以塑料品種及塑件厚度而定。一般取 4 h~ 24 h。 ? ② 調(diào)濕處理 調(diào)濕處理主要用于吸濕性很強且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件，調(diào)濕處理除了能在加熱條件下消除殘余應(yīng)力外，還能使塑件在加熱介質(zhì)中達(dá)到吸濕平衡，以防止在使用過程中發(fā)生尺寸變化。調(diào)濕處理所用的介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液 (沸點為 121℃ )，加熱溫度為 100 ℃ ~ 121℃ 。調(diào)濕時間取決于塑件厚度，厚度在 mm~ 6 mm范圍內(nèi)的尼龍 6，調(diào)濕時間取 2 h~ 96 h。 注射成型原理及工藝特性 注射成型原理及工藝特性 ? 為了避免熔料在料筒里過熱降解，除必須嚴(yán)格控制熔體的最高溫度外，還必須控制熔料在料筒里的滯留時間。通常，提高料筒溫度以后，都要適當(dāng)縮短熔體在料筒里的滯留時間。 ? 判斷料筒溫度是否合適，可采用對空注射法觀察或直接觀察塑件質(zhì)量的好壞、對空注射時，如果料流均勻、光滑、無泡、色澤均勻則說明料溫合適；如果料流毛糙，有銀絲或變色現(xiàn)象，則說明料溫不合適。 ? ② 噴嘴溫度 噴嘴溫度通常比料筒的溫度低，以防熔體在直通式噴嘴上可能發(fā)生的“流涎”現(xiàn)象。雖然噴嘴溫度低，但當(dāng)塑料熔體由狹小噴嘴經(jīng)過時，會產(chǎn)生摩擦熱，使進入模具的熔體溫度升高，在快速注射時尤其是這樣。噴嘴溫度也不能太低，否則，噴嘴處的塑料可能產(chǎn)生凝固而將噴嘴堵死，或?qū)⒛献⑷胄颓怀蔀榱慵囊徊糠侄绊懼破返馁|(zhì)量。 ? 料筒和噴嘴的溫度還應(yīng)與其他工藝條件結(jié)合起來考慮，如采用較高的注射壓力，料筒溫度可以低些，相反，料筒溫度應(yīng)高些。如果成型周期長，塑料在料筒中受熱時間長，料筒溫度應(yīng)稍低些。如果成型周期較短，則料筒溫度應(yīng)高些。 ? 可見，選擇料筒和噴嘴溫度需要考慮的因素很多，在生產(chǎn)中可根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，結(jié)合實際條件，初步確定適當(dāng)?shù)臏囟?，然后通過對制品的直觀分析和熔體的“對空注射”進行檢查，進而對料筒和噴嘴溫度進行調(diào)整。 ? ③ 模具溫度 模具的溫度對塑料熔體的流動和制品的內(nèi)在性能及表面質(zhì)量影響很大。 ? 模具必須保持一定的溫度，這個溫度應(yīng)低于塑料的玻璃化溫度或熱變形溫度，以保證塑料熔體凝固定型和脫模。 ? 模具溫度的選定主要決定于塑料的特性、制品的結(jié)構(gòu)與尺寸、制品的性能要求以及成型工藝條件。對于非結(jié)晶型的塑料，模具的溫度主要是影響熔體粘度，從而影響熔體充滿型腔的能力和冷卻時間。在保證順利充滿型腔的前提下，采用較低的溫度，可以縮短冷卻時間，從而提高生產(chǎn)率。所以對于熔體粘度低的或中等的塑料 (如聚苯乙烯、醋酸纖維素等 )，模具溫度可以偏低些。而對于熔體粘度高的塑料 (如聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜等 )，則采用較高的模溫，以保證熔體充滿型腔，緩和制品冷卻速率的不均勻性，從而防止制品產(chǎn)生凹陷、內(nèi)應(yīng)力、開裂等缺陷。對于結(jié)晶型的塑料，其結(jié)晶度受冷卻速率的影響，而冷卻速率又受模具溫度的影響，也就是說，模具溫度直接影響到塑料制品的結(jié)晶度和結(jié)晶構(gòu)造，從而影響到制品的性能。因此，對結(jié)晶型塑料，選擇模具溫度不僅要考慮熔體充滿型腔和成型周期問題，還要考慮塑料制品的結(jié)晶及其對性能的影響。結(jié)晶型塑料的模具溫度怎樣選擇較合適呢？一般說來，模具溫度高，冷卻速率慢，為結(jié)晶充分進行創(chuàng)造了條件，因而得到的制品，結(jié)晶度較高，制品的硬度高、剛度大、耐磨性較好，但成型周期長，收縮率較大，制品較脆。當(dāng)模具溫度較低時，冷卻速率大，制品內(nèi)結(jié)晶度較低。對于玻璃化溫度低的塑料 (如聚烯烴 )還會產(chǎn)生后期結(jié)晶過程，使制品后收縮增大。鑒于上述情況，對結(jié)晶型塑料，模具的溫度取中等為宜。模具溫度高的僅用于結(jié)晶速率很小的塑料，如聚對苯二甲酸乙二 (醇 )酯等，模具溫度還要根據(jù)制品的壁厚選擇。壁厚大的，模具溫度一般應(yīng)較高。以減小內(nèi)應(yīng)力和防止制品出現(xiàn)凹陷等缺陷。 注射成型原理及工藝特性 ? (2) 壓力 ? 注射成型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質(zhì)量。 ? ① 塑化壓力 塑化壓力又稱背壓，是指采用螺桿式注射機時，螺桿頭部熔料在螺桿轉(zhuǎn)動后退時所受到的壓力。這種壓力的大小是可以通過液壓系統(tǒng)中的溢流閥來調(diào)整的。注射中，塑化壓力的大小是隨螺桿的設(shè)計、塑件質(zhì)量的要求以及塑料的種類等的不同而確定的。如果這些情況和螺桿的轉(zhuǎn)速都不變，則增加塑化壓力時即會提高熔體的溫度，并使熔體的溫度均勻、色料混合均勻并排除熔體中的氣體。但增加塑化壓力，則會降低塑化速率、延長成型周期，甚至可能導(dǎo)致塑料的降解。一般操作中，在保證塑件質(zhì)量的前提下，塑化壓力應(yīng)越低越好，其具體數(shù)值隨所用塑料的品種而定，但通常很少超過 2 MPa。注射聚甲醛時，較高的塑化壓力 (也就是較高的熔體溫度 )會使塑件的表面質(zhì)量提高，但也可能使塑料變色、塑化速率降低和流動性下降。對聚酰胺來說，塑化壓力必須降低，否則塑化速率將很快降低，這是因為螺桿中逆流和漏流增加的緣故。如需增加料溫，則應(yīng)采用提高料筒溫度的方法。聚乙烯的熱穩(wěn)定性較高，提高塑化壓力不會有降解的危險，這有利于混料和混色，不過塑化速率會隨之降低。 ? ② 注射壓力 注射機的注射壓力是指柱塞或螺桿頭部軸向移動時其頭部對塑料熔體所施加的壓力。選擇注射壓力時，首先要考慮注射機允許的注射壓力范圍，注射壓力要在它的數(shù)值之內(nèi)，才能進行合理的調(diào)整與控制。通常取 (40 ~ 200)MPa之間，壓力的大小可通過注射機的控制系統(tǒng)來調(diào)整。注射壓力的作用是克服塑料熔體從料筒流向型腔的流動阻力，給予熔體一定的充型速率以及對熔體進行壓實等。 ? 注射壓力的大小取決于注射機的類型、塑料的品種、模具澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸與表面粗糙度、模具溫度、塑件的壁厚及流程的大小等，關(guān)系十分復(fù)雜，目前難以作出具有定量關(guān)系的結(jié)論。在其他條件相同的情況下，柱塞式注射機作用的注射壓力應(yīng)比螺桿式注射機作用的注射壓力大，其原因在于塑料在柱塞式注射機料筒內(nèi)的壓力損耗比螺桿式注射機大。塑料流動阻力的另一決定因素是塑料與模具澆注系統(tǒng)及型腔之間的摩擦系數(shù)和熔融粘度，摩擦系數(shù)和熔融粘度越大時，注射壓力應(yīng)越高。同一種塑料的摩擦系數(shù)和熔融粘度是隨料筒溫度和模具溫度而變動的，此外，還與其是否加有潤滑劑有關(guān)。 注射成型原理及工藝特性 注射成型原理及工藝特性 ? 成型周期直接影響到勞動生產(chǎn)率和注射機使用率，因此，生產(chǎn)中在保證質(zhì)量的前提下應(yīng)盡量縮短成型周期中各個階段的有關(guān)時間。在整個成型周期中，以注射時間和冷卻時間最重要，它們對塑件的質(zhì)量均有決定性影響。注射時間中的充模時間與充模速度成正比，在生產(chǎn)中，充模時間 —般為 3 s~ 5 s。注射時間中的保壓時間就是對型腔內(nèi)塑料的壓實時間，在整個注射時間內(nèi)所占的比例較大， —般為 20 s~ 25 s， (特厚塑件可高達(dá) 5 min~ 10 min)。在熔料凍結(jié)澆口之前，保壓時間的多少，將對塑件密度和尺寸精度產(chǎn)生影響。保壓時間的長短不僅與塑件的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，而且與料溫、模溫以及主流道和澆口的大小有關(guān)。如果主流道和澆口的尺寸合理、工藝條件正常，通常以塑件收縮率波動范圍最小的壓實時間為最佳值。 ? 冷卻時間主要決定于塑件的厚度、塑料的熱性能和結(jié)晶性能以及模具溫度等。冷卻時間的長短應(yīng)以脫模時塑件不引起變形為原則，冷卻時間一般在 30 s~ 120 s之間。冷卻時間過長，不僅延長生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)效率，對復(fù)雜塑件還將造成脫模困難。成型周期中的其他時間則與生產(chǎn)過程是否連續(xù)化和自動化，以及連續(xù)化和自動化的參與程度有關(guān)。 壓縮成型原理及工藝特性 ? 壓縮成型又稱為壓制成型、壓塑成型、模壓成型等。它的成型方法是將松散狀的固態(tài)成型物料直接加入到模具中，通過加熱、加壓方法使它們逐漸軟化熔融，然后根據(jù)模腔形狀進行流動成型，最終經(jīng)過固化轉(zhuǎn)變?yōu)樗芰纤芗? ? 1. 壓縮成型原理及其特點 ? 壓縮成型原理如圖 。將粉狀，粒狀、碎屑狀或纖維狀的熱固性塑料原料直接加入敞開的模具加料室內(nèi)，如圖 ；然后合模加熱，使塑料熔化，在合模壓力的作用下，熔融塑料充滿型腔各處，如圖 ；這時，型腔中的塑料產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)熔融塑料逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗鄣挠不ㄐ偷乃芰现萍?，最后脫模將塑件從模具中取出，如圖 。 ? 壓縮成型的特點是：塑料直接加入型腔內(nèi)，壓力機的壓力是通過凸模直接傳遞給塑料，模具是在塑料最終成型時才完全閉合。其優(yōu)點是，沒有澆注系統(tǒng)，料耗少，使用的設(shè)備為一般的壓力機，模具比較簡單，可以壓制較大平面的塑料制品或利用多型腔模一次壓制多個制品。壓制時，由于塑料在型腔內(nèi)直接受壓成型，所以有利于模壓成型流動性較差的以纖維為填料的塑料，而且塑料制品收縮較小、變形小，各向性能比較均勻。壓縮成型的缺點是：生產(chǎn)周期長、效率低，不容易壓制形狀復(fù)雜、壁厚相差較大的塑料制品；不容易獲得尺寸精確尤其是高度尺寸精確的塑料制品；而且不能壓制帶有精細(xì)和易斷嵌件的塑料件。 ? 用于壓縮成型的塑料有：酚醛塑料、氨基塑料、不飽和聚酯塑料、聚酰亞胺等，其中酚醛塑料和氨基塑料使用最廣泛。 ? 2. 壓縮成型工藝 ? 壓縮成型工藝循環(huán)過程如圖 。 壓縮成型原理及工藝特性 ? (1) 壓縮成型前的準(zhǔn)備 ? ① 預(yù)熱與干燥 在成型前，應(yīng)對熱固性塑料進行加熱。加熱的目的有兩個：一是對塑料進行預(yù)熱，以便對壓縮模提供具有一定溫度的熱料，使塑料在模內(nèi)受熱均勻，縮短模壓成型周期；二是對塑料進行干燥，防止塑料中帶有過多的水分和低分子揮發(fā)物，確保塑料制件的成型質(zhì)量。預(yù)熱與干燥的常用設(shè)備是烘箱和紅外線加熱爐。 ? ② 預(yù)壓 由于熱固性塑料的比容比較大，所以在壓縮成型前，在室溫或稍高于室溫的條件下，將松散的粉狀、粒狀、碎屑狀、片狀或長纖維狀的成型物料壓實成重量一定、形狀一致的塑料型坯，使其能比較容易地被放入壓縮模加料室。預(yù)壓坯料的形狀一般為圓片形或圓盤形，也可以壓成與塑件相似的形狀。預(yù)壓壓力通?？稍?40 MPa~ 200 MPa范圍內(nèi)選擇，經(jīng)過預(yù)壓后的坯料密度最好能達(dá)到塑件密度的 80％左右，以保證坯料有一定的強度。 ? (2) 壓縮成型過程 ? 壓縮成型過程一般可分為加料，閉模、排氣、固化和脫模等幾個階段。若塑料制件帶有嵌件，加料前應(yīng)將預(yù)熱嵌件放入模具型腔內(nèi)。首件生產(chǎn)需將壓縮模放在壓力機上預(yù)熱至成型溫度。 ? ① 加料 加料就是在模具型腔中加入已預(yù)熱的定量的物料，這是壓縮成型生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。加料是否準(zhǔn)確，將直接影響到塑件的密度和尺寸精度。 ? 常用的加料方法有體積質(zhì)量法、容量法和記數(shù)法三種。體積質(zhì)量法需用衡器稱量物料的體積質(zhì)量大小，然后加入到模具內(nèi)，采用該方法可以準(zhǔn)確地控制加料量，但操作不方便。容量法是使具有一定容積或帶有容積標(biāo)度的容器向模具內(nèi)加料，這種方法操作簡便，但加料量的控制不夠準(zhǔn)確。記數(shù)法適用于預(yù)壓坯料。對于形狀較大或較復(fù)雜的模腔，還應(yīng)根據(jù)物料在模具中的流動情況和模腔中各部位用料量的多少，合理地堆放物料，以免造成塑件密度不均或缺料現(xiàn)象。 ? ② 閉模 加料完成后進行閉模，即通過壓力使模具內(nèi)成型零部件閉合成與塑件形狀一致的模腔。當(dāng)凸模尚未接觸物料之前，應(yīng)盡量使閉模速度加快，以縮短成型周期和塑料過早固化和過多降解。而在凸模接觸物料以后，閉模速度應(yīng)放慢，以避免模具中嵌件和成型桿件的位移和損壞，同時也有利于空氣的順利排放，避免物料被空氣排出模外而造成缺料。閉模時間一般為幾秒至幾十秒不等。 壓縮成型原理及工藝特性 ? ③ 排氣 壓縮熱固性塑