塑料注射成型

1、塑 料 專 業(yè) 知 識 分享汽車塑料件的注射成型,,一、概述二、注射成型機三、汽車用塑料件及模具的設(shè)計四、汽車用塑料的構(gòu)成與配料五、汽車用塑料件的注射成型六、注射成型汽車塑件的質(zhì)量分析,目 錄,汽車塑料件的成型 汽車塑料件的成型方法多種多樣，即便是一種塑料件也可以由幾種成型方法制得； 汽車塑料件的成型方法有： 1.擠出成型： 片狀擠出壓延成型 異型材擠出成型 【如車窗條】

2、 復(fù)合材料擠出成型。,2.注射成型： 通用注射成型 【吉利汽車大部分塑件】 雙層注射成型【新型注射工藝DL】 氣體輔助注射成型 【新型注射工藝GAIM】 反應(yīng)注射成型3.吹塑成型： 中空吹塑成型 多層中空吹塑成型 【如油箱】 結(jié)構(gòu)吹塑成型,4.模壓成型： 片狀模壓成型 【SMC】 塊狀模壓成型

3、【BMS】 5.旋轉(zhuǎn)成型： 如搪塑成型 6.熱成型： 如吸塑成型,我們吉利汽車上的塑料件大多以注射成型為主，本次知識分享著重講注射成型。,一．概述,1.原理： 將置于加熱筒內(nèi)的塑料熔融塑化，用螺桿施壓，使熔融塑料在壓力下快速注入一適當(dāng)溫度的模具內(nèi)，經(jīng)冷卻得到塑料制件的方法，叫注射成型。,2. 注射成型的優(yōu)點： 【1】模塑周期短，生產(chǎn)率高； 【2】制件尺寸精度好； 【3】制

4、件后加工量少； 【4】可以成型各種多形復(fù)雜的制件；,3. 注射成型的過程： 合?！⑸洹骸A(yù)塑——冷卻——開?！萍?【這個過程的時間，稱為成型周期】,二．注射成型機,【一】注射成型機的分類： 1.按塑化方式分類： 【1】柱塞式 【2】螺桿式 【3】其他,2.按外形特征分類： 【1】立式 【2】角式 【3】臥式 【4】旋轉(zhuǎn)式 (通常按外形特征分

5、類）,臥式注射機,立式注塑機,旋轉(zhuǎn)式注塑機,【二】注射成型機的結(jié)構(gòu)： 注射機通常由鎖模系統(tǒng)、注射系統(tǒng)、液壓和控制系統(tǒng)組成。1. 鎖模系統(tǒng)： 【1】啟閉模具 【2】鎖緊模具 【3】頂出制件,,鎖模系統(tǒng),注射系統(tǒng),液壓系統(tǒng),控制系統(tǒng),2. 注射系統(tǒng)： 【1】注射 【2】預(yù)塑 【3】保壓3. 液壓和控制系統(tǒng)： 【1】保證按預(yù)定的工藝條件； 【2】準(zhǔn)確地按

6、動作程序工作；,三．汽車塑件及模具的設(shè)計,【一】塑件的結(jié)構(gòu)： 塑件的結(jié)構(gòu)除了滿足使用的要求，還要符合模具的設(shè)計和制造以及成型工藝的要求，否則是不能成型；為了成型順利，避免出現(xiàn)凹痕、氣泡、翹曲及發(fā)脆等制品缺陷，設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點。,,汽車用塑料件,,,,1. 制品的壁厚： 制品的壁厚一般為0.6—3.5毫米，常用為1.8—2.5毫米，壁厚低于0.33毫米時，由于取向作用導(dǎo)致的縱向裂紋，使制品喪失實用性。壁厚應(yīng)均勻，

7、若壁厚必須不同時，其不均勻度應(yīng)在50%以下；壁厚應(yīng)避免急劇變化，變化斜度宜小于45°，或者用大的圓弧過渡。帶有圓板結(jié)構(gòu)的制品宜從中心向外圓逐漸增加壁厚；而設(shè)計長方形的側(cè)壁時 ， 則宜逐漸向中心部位增加壁厚，以利于減小制品的翹曲及彎曲變形。,2. 熔體流程比: 表示溶體在流道、澆口、型腔內(nèi)流動的距離L與相應(yīng)的壁厚t之比，L/t隨原料、模具及成型工藝而變化，當(dāng)注射壓力為70—120兆帕?xí)r，聚丙烯的L/t值約為200—28

8、0。3. 加強筋： 當(dāng)需用加強筋時，設(shè)與筋相連的基壁厚度為T，則選用的筋寬≤0.25—0.5T，筋高≤1.5T，筋的斜度為2°，筋與基壁的過渡圓半徑為0.125T或取為0.3—0.5毫米；采用多條筋時，筋間距離為4T，筋與筋、筋與邊壁要避免采用垂直連接的封閉式結(jié)構(gòu)。,4．圓角： 壁厚為t的兩壁直交，宜選用外圓角R≥1.5t，內(nèi)圓角R≥0.25t，并且R≥0.5毫米；邊緣位置的圓角R≥0.4毫米。5.

9、 孔： 直徑為d的孔，則宜選用閉孔的深度≤2d，通孔的深度≤4d，孔壁厚度≥d，并且＞0.8毫米，孔中心距≥2d，孔壁和邊壁的間距＞d?！韭菁y、標(biāo)志、嵌件等不一一論述】,【二】 模具的結(jié)構(gòu)： 注射模具結(jié)構(gòu)是由注塑機的形式和塑件的復(fù)雜程度等因素決定的，但不管其復(fù)雜程度如何，大多均可分為動模和定模這兩大部分；注射時動模和定模閉合，構(gòu)成型腔系統(tǒng)和澆注

10、系統(tǒng)，開模時，動、定模分離，塑件脫出。注射模具的各部件的作用，大致如下 ：,汽車保險杠模具,,陽模,,陰模,型腔系統(tǒng)： 型腔是直接成型塑件部分，由陽?！緲?gòu) 成塑件內(nèi)部形狀】，陰?！緲?gòu)成塑件外部形狀】等聯(lián)合構(gòu)成。2. 澆注系統(tǒng)： 熔融塑料自注塑成型機噴嘴出口到進入型腔所經(jīng)的稱為澆注系統(tǒng)；包括主流道、分流道、澆口和冷料井等；為了保證熔融塑料按工藝要求順利充滿型腔，避免主流道內(nèi)熔料紊流而混入氣泡，并保持熔體溫度，

11、使壓力損失較小和便于脫膜，注射模具的主流道宜為圓形截面，斜度2—6°，冷料井,的截面積要比主流道稍大，而主流道截面積要比分流道稍大。為減少熔體的熱量和壓力損失，有利于熔體流向轉(zhuǎn)變和流量分配，分流道截面應(yīng)選用圓形、U形或梯形，不同制品其分流道的大小應(yīng)滿足傳壓良好及充填合理的需要 。其中以側(cè)澆口、點澆口和直接澆口最為普遍。選擇澆口的形狀及尺寸應(yīng)考慮不同制品在注射過程中的熔體流動及保壓結(jié)束時，控制型腔物料倒流和脫膜后便于除去澆口等因

12、素。澆口設(shè)在制品的非主要受力位置有利于提高制品強度，設(shè)在厚壁或筋的附近能減少凹痕和氣泡的發(fā)生 。,3.導(dǎo)向、分型抽芯： 為確保動模和定模平穩(wěn)合模的導(dǎo)向部件； 在帶有外測凹槽或側(cè)孔的塑件，被頂出以前必須先進行分型，拔出側(cè)向凸?；蛳瘸槌鰝?cè)型芯，然后才能脫出塑件。4.頂出系統(tǒng)： 在開模過程中，將塑件從模具中頂出的裝置。,汽車保險杠模具,導(dǎo)柱,,冷卻系統(tǒng),5.排氣系統(tǒng)： 為了在注射過程中能使熔融塑料順利地把型腔內(nèi)

13、的空氣排出，在分型面處所開設(shè)的排氣槽。6.冷卻、加熱系統(tǒng)： 為了滿足注射工藝對模具溫度的要求，模具應(yīng)設(shè)有冷卻或加熱系統(tǒng)。,【三】模具的強度計算與選材【略】 【四】塑件收縮與公差： 1.收縮： 塑料在注射成型后發(fā)生收縮是塑料的固有特性；收縮量通常以室溫下，模具和塑件直線尺寸之差與塑件直線尺寸的比值表示【mm/mm】。這一數(shù)值用百分率表示即注塑收縮率。通常模具設(shè)計采用線收縮率，

14、 【收縮率=(L-L0)/L0】,大家都知道改性PP的收縮率0.9—1.2%；ABS的收縮率0.4—0.6%；如果在同一模具、同一設(shè)備、同一工藝條件下，改性PP的塑料隨著加入輔料的種類、數(shù)量的不同； ABS也隨著產(chǎn)地、牌號的不同，其收縮率也相應(yīng)發(fā)生變化，這對汽車大型塑件影響非同小可，【塑件的挺括度、飽滿度、感觀度、裝配精度】，因此穩(wěn)定改性PP的配方、ABS的相同產(chǎn)地、牌號，有著非常重要的意義。,2.公差： 影響塑件公

15、差的因素很多，歸納起來有幾條；【1】模具精度的影響：模具設(shè)計、模具類型、模具制造?！?】塑料收縮波動的影響：材料的特性、成型的工藝條件?！?】塑件在貯存過程尺寸的變化。,四．汽車用塑料的構(gòu)成與配料,注射成型汽車用的塑料種類頗多；有通用PP、PE、增強PP、ABS、PA、改性PP、PC/ABS、PVC、等等?！疽弧克芰吓浞降脑O(shè)計要求及配方的計量方法： 1.塑料配方的設(shè)計要求：

16、 作為注射成型的物料，應(yīng)能滿足起碼幾點要求：,【1】熱穩(wěn)定性好；【2】流動性好；【3】收縮率低；【4】脫模方便；【5】物化性能滿足使用要求 。,2. 塑料配方的計量方法： 【1】質(zhì)量份數(shù)表示法：這是一種最常見的塑料配方計量方法。它以配方中主體成分樹脂的加入量為基準(zhǔn)【100質(zhì)量份】，配方中其他組分以樹脂的含量為對照物，用其占樹脂的質(zhì)量百分比來表示。舉以 PVC配方為例：【PVC 100 ；DOP 40 ；3

17、PbO、2 PbO 5；BaSt 1.5；PbSt 0.5；HSt 1；】,【2】質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示法：塑料配方的質(zhì)量百分比表示法也比較常用；它將整個配方各組分的總質(zhì)量定為100份，其中各組分總質(zhì)量為對照物，用其占總質(zhì)量的百分比表示其加入量。舉以PVC配方為例：【PVC 67.5%； DOP 27%；3PbO、2 PbO 3.4%；BaSt 1%； PbSt 0.3%； HSt 0.8%； 】 【3】此

18、外還有，質(zhì)量、體積混合表示法、 直接質(zhì)量表示法、質(zhì)量比例表示法等。 【不一一介紹】,【二】塑料的組分：1.汽車用的塑料組分：塑料由樹脂、助劑構(gòu)成，具體地由：樹脂、穩(wěn)定劑、增塑劑、潤滑劑、改性劑、填充劑、著色劑等組成。2.塑料助劑分述： 塑料助劑是指那些為改善它的加工特性和使用性能而分布于聚合物中，對聚合物分子結(jié)構(gòu)又無明顯影響的物質(zhì)。塑料助劑又常稱添加劑。大家知道影響塑料制品質(zhì)量的三大要素是樹脂、助劑、

19、加工，可見助劑對塑料加工和應(yīng)用起著舉足輕重的作用 。,塑料助劑分為三大類： 【A】穩(wěn)定劑 【熱穩(wěn)定劑、氧穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、】 【B】加工助劑 【潤滑劑、脫模劑、加工改性劑 】 【C】功能性助劑【改善物理力學(xué)性能】、【柔軟化和輕量化】、【表面和外觀改性】、【阻燃和抗靜電劑】、【凈化環(huán)境】。,【1】穩(wěn)定劑： 塑料在成型、儲存和使用過程中，由于內(nèi)外因素的綜合作用，塑料物理力學(xué)性能漸漸變壞，以致喪失使用價值。內(nèi)因主要指聚合物本

20、身的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，外因主要指外界的環(huán)境因素【光、熱、氧、生物等】。a．氧穩(wěn)定劑【抗氧劑】：能限制或延緩塑料自動氧化反應(yīng)速度的物質(zhì)；如抗氧劑BHT 264 ； 1076 ； 1010 ；CA ；TBDP； TNP；等。,b．光穩(wěn)定劑【紫外線吸收劑】：能吸收紫外線波長290—400nm的物質(zhì)；如UV—327 ；UV—513 ；UV—9 ； LS—770； 三嗪類等。c．熱穩(wěn)定劑 ：能改善聚合物熱穩(wěn)定性而不被熱所分解的物質(zhì)；【主要用

21、在PVC、及其共聚物】；如BaSt、CaSt、3PbO、2PbO、有機錫、復(fù)合熱穩(wěn)定劑等。e．防生物劑：用來防止塑料被鼠、白蟻、霉變的物質(zhì)；如R—55、PCP等 。,【2】增塑劑： 能夠增加聚合物塑性、改善加工性、賦予制品柔軟性的物質(zhì)；如DOP、DBP、 DOS、TOTM、樟腦等?！?】填充劑： 在不影響塑料質(zhì)量的情況下能降低成本，同時又賦予塑料各種優(yōu)良性能； 如提高塑料電絕緣性、耐高溫性、剛性、拉伸強度、尺寸穩(wěn)

22、定性等。常用有碳酸鈣、陶土、石英粉、滑石粉、木粉、玻璃纖維等。,【4】著色劑： 可分為有機著色劑和無機著色劑；有機著色劑，著色力強，色澤鮮艷，耐熱、耐光性差；無機著色劑，耐熱、耐光性好，價格便宜，但著色力、鮮艷度不及有機著色劑。【5】潤滑劑： 為了能改進塑料加工成型時的流動性和脫模性的物質(zhì)；如石蠟、硬脂酸、油酸酰胺、硅油、PE蠟等。,【6】增韌劑： 能改善塑料的柔韌性、耐折性、回彈性、耐寒性，提高塑料沖擊強

23、度的物質(zhì)；主要有橡膠類和樹脂類；橡膠類：EPDM、NBR、EPR等。樹脂類：SBS、EVA、CPE、SEBS、等。 【7】其他： 偶聯(lián)劑、抗靜電劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、阻燃劑等。,,【三】常用配方舉例： 1. 汽車改性PP專用料： 【1】汽車保險杠改性PP專用料的配比與性能：,表一,,表二,附：豐田汽車用納米PP保險杠料：TSOP—1【豐田超級烯烴聚合物 —1】配比,附：豐田汽車用納米PP保險杠料：TSOP—1【豐

24、田超級烯烴聚合物 —1】性能,【2】汽車儀表板改性PP專用料的配比與性能：表三,表四,【3】汽車門內(nèi)飾板改性PP專用料的配比與性能：表五,表六,【4】汽車風(fēng)扇改性PP專用料的配比與性能：表七,表八,2. 汽車的發(fā)動機線束的PVC電線料：表九,表十,3.汽車配件用PC/ABS合金：表十一,表十二,,車門塑料內(nèi)飾件，經(jīng)冷熱交變試驗（+90°~ -30°），表面出油，發(fā)粘。,表面出油發(fā)粘,機蓋啟動手柄，原先用AB

25、S材料，不斷裂；現(xiàn)改成PP材料后，出現(xiàn)破裂。,改成PP后斷裂,ABS材料,五．汽車用塑料件的注射成型,【一】汽車用改性PP類塑件的注射成型： 汽車用改性PP塑件是指，用改性PP為材料的汽車保險杠、儀表板、儀表板及中部面板、車門內(nèi)板等。,【一】汽車用改性PP類塑件的注射成型： 汽車用改性PP塑件是指，用改性PP為材料的汽車保險杠、儀表板、儀表板及中部面板、車門內(nèi)板等。1. 理想的汽車用改性PP料物化特性： 【1】

26、無毒、無味、無臭、環(huán)保型的。 【2】吸水性很低，染色性好。 【3】成型溫度范圍較寬，熔體流動性好；加工容易。 【4】抗氧化能力強，耐候性能好。,,【5】具有良好的拉伸強度、剛性、硬度、耐熱性和低溫沖 擊性能。【6】收縮率低，尺寸穩(wěn)定性好，蠕變性小?！?】化學(xué)性穩(wěn)定，抗腐蝕性好?！?】能滿足汽車各種的可靠性要求?！?】當(dāng)注射澆口料摻入量大于10%以上時，也不會降低塑 件物化性能。,,2. 工藝條件：【1

27、】、影響塑件質(zhì)量的因素： 在汽車用改性PP類塑件的注射成型過程中，影響塑件質(zhì)量的主要因素是：改性PP粒料中水份、設(shè)備的參數(shù)、注射溫度、注射壓力、注射速度、模具溫度。a．粒料中的水份： 如果粒料中含有水份，則塑件表面就會缺乏光澤并產(chǎn)生銀紋，從而降低塑件的物化性能。 為此，粒料應(yīng)在成型前先進行干燥處理，干燥溫度為80℃，時間為2—3h。,,b．注射溫度： 眾所周知，當(dāng)改性PP熔融的粘度較低時成型容易。從

28、原料流動性、制品及模具結(jié)構(gòu)和注射機類型等方面考慮，在需要注射壓力和注射速度較少時，可以選擇較低的注射溫度。一般料筒溫度控制在210— 280℃， 噴嘴溫度一般比料筒溫度低10—30℃。當(dāng)成型薄壁、復(fù)雜制品時，料筒溫度可提高到280—300℃；制品較厚時，料筒溫度應(yīng)降低至200—230℃，以防止熔料在料筒內(nèi)停留時間過長而分解；料筒溫度過低，大分子取向程度增加，制品易產(chǎn)生翹曲變形 。,,c．模具溫度： 應(yīng)根據(jù)制品厚薄及性能要求而定，

29、改性PP的結(jié)晶能力較強，提高模具溫度有助于制品結(jié)晶度的增加，生產(chǎn)上常將模具溫度調(diào)節(jié)在70—90℃這不僅有利于制品，而且也有利于熔體注射及大分子松馳，減少分子的取向作用，從而降低制品的內(nèi)應(yīng)力，減少缺料、氣泡等缺陷。模溫高低直接影響到熔體在模具內(nèi)的冷卻速度。模具溫度高時，結(jié)晶緩慢；反之，模具溫度低，熔體冷卻快， 澆口過早冷凝，不僅結(jié)晶度低，密度小，而且制品內(nèi)應(yīng)力較大，甚至引起充模不滿和制品缺料的現(xiàn)象，還會發(fā)生后變形，影響制品

30、尺寸形狀精度及內(nèi)在質(zhì)量。,,d．注射壓力： 在注射充模時，通過提高注射壓力或注射速度來增大熔體的流動性比通過提高溫度更有效。一般注射壓力控制在68—118兆帕；若噴嘴和模具澆注系統(tǒng)截面較小，制品的壁薄，轉(zhuǎn)角多和形狀復(fù)雜時，要求注射壓力和注射速度大，具體數(shù)值以試模時制品不缺料、溢料以及不產(chǎn)生凹痕和氣泡為準(zhǔn)。,e．背壓： 背壓是在螺桿轉(zhuǎn)動后退時，由液壓系統(tǒng)在后部所給的壓力。背壓高時，螺桿送人的物料受到較大的摩擦而產(chǎn)生較

31、多的熱量，致使物料塑化均勻，如果摩擦而產(chǎn)生的熱量過大，容易使物料發(fā)生分解，因此背壓應(yīng)控制在0.5—1.5兆帕為宜。 f．注射速度與螺桿轉(zhuǎn)速： 注射速度是物料沖模的速度，它和注射壓力與注射油泵的流量有關(guān)。螺桿轉(zhuǎn)速就是預(yù)塑時間，螺桿轉(zhuǎn)速大時，容易產(chǎn)生過熱，因此螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在50—120轉(zhuǎn)/分。,【2】、通常改性PP注射成型的工藝參數(shù)，供參考。 改性PP注射成型工藝條件,,3.塑件缺陷及解決辦法： 【1】收縮性異常

32、： 制品的收縮率大小隨制品的壁厚、形狀、成型條件及原料性質(zhì)而變化。收縮性異常有兩種：一種是制品收縮率偏大或縱（熔體流動方向）橫向的收縮率差異大。減少收縮率的措施是延長注射時間、增加注射壓力和降低模具溫度。此外，改性PP的熔體流動速率增加，制品收縮率減小；制品壁厚增加收縮率增大 。澆口截面減小到一定程度后收縮率也會急劇增大。制品縱橫向收縮率差異也會隨冷卻時間的延長而下降。,,另一種收縮性異常是后收縮，即制品脫模后在室溫放置，由

33、于結(jié)晶繼續(xù)進行，使制品仍在收縮。后收縮量隨制品的厚度而變，壁越厚，則后收縮越大。后收縮總量的90%一般在制品脫模后6小時內(nèi)完成，剩余的10%均發(fā)生在隨后的10天內(nèi)。成型時，提高模具溫度和熔體溫度、縮短注射和保壓時間都可減少后收縮。對尺寸穩(wěn)定性要求較高的制品，最好成型后再進行熱處理。通常制品熱處理0.5—1小時。,,【2】變形 汽車保險杠、儀表板、儀表板中部面板、車門內(nèi)板，脫模后容易在板面方向出現(xiàn)翹曲變形；產(chǎn)生變形的原因很多，但

34、幾乎與制品內(nèi)應(yīng)力分布不均有關(guān)。熔體在模具內(nèi)流動和冷卻不一致導(dǎo)致應(yīng)力分布不均并引起不均衡性結(jié)晶與取向 。選用熔體流動速率大、流動性好、收縮率較小的改性聚丙烯能減小制品變形。工藝方面減少制品變形的措施有：適當(dāng)提高熔體溫度，使縱橫向收縮率差異最??；提高注射速度及延長注射時間；控制模具不同部位的溫度，使制品各自都能得到相同的冷卻速度；延長冷卻時間或采用校正夾具整形等。在模具及制品設(shè)計方面,,,如果采用側(cè)澆口、平縫澆口、多個點澆口及

35、直接澆口 ，可通過調(diào)整澆口位置及個數(shù)，放大澆口截面，開設(shè)溝槽等方面來改變?nèi)垠w流向和流量；增設(shè)筋、翻邊和階梯壁等剛性結(jié)構(gòu)；變更四周壁平面為外凸圓弧面、四角用大圓弧過渡以及調(diào)整壁厚等都能減少變形。,變形、褪色,變形,,【3】氣泡及凹痕： 改性PP熔體冷卻過程中密度增大，體積縮小，如果厚壁處因冷卻不均勻或相應(yīng)收縮部分， 在注射過程中沒有熔料繼續(xù)充填時，就容易出現(xiàn)氣泡及凹痕。氣泡是制品表層固化、冷卻收縮的拉應(yīng)力使內(nèi)層半熔態(tài)的物料

36、向表層移動后形成的泡狀空間；反之冷卻收縮的拉應(yīng)力使尚未硬固的表層凹陷，則制品表面產(chǎn)生凹痕，有時氣泡和凹痕能同時出現(xiàn)。改性PP熔體流動速率較小及模具溫度較低時，凹痕可減少。,,此外，適當(dāng)降低熔料溫度，減慢注射速度，增加保壓壓力，延長保壓和冷卻時間以及適當(dāng)擴大澆口和改善壁厚均勻性等措施都可以減少氣泡和凹痕。 注射成型制品有時會出現(xiàn)缺料、溢料、熔接痕、脫模不良、黑線條及燒傷等問題?！疽娨韵隆?出現(xiàn)異?，F(xiàn)

37、象的原因及解決辦法:,【供參考】,,,,,,,六、注射成型汽車塑件的質(zhì)量分析,【一】制品的內(nèi)應(yīng)力： 當(dāng)貯存于制品內(nèi)部的力處于不平衡狀態(tài)時，欲釋放出以取得平衡，會使制品變形或開裂。內(nèi)應(yīng)力的本質(zhì)是高彈變形被凍結(jié)在制品內(nèi)而形成的。 用注射法制造的制品的缺點是有內(nèi)應(yīng)在力存在，這一缺點影響制品的力學(xué)性能和使用性能。如聚苯乙烯制品有分布不勻的內(nèi)應(yīng)力，在使用過程中，會形成細(xì)微裂紋，使光學(xué)性能變壞，表面出現(xiàn)銀紋，制品變渾濁等。,

38、,為了制得內(nèi)應(yīng)力較小的制品，確定熱塑性塑料注射過程的最佳工藝條件和工藝參數(shù)很重要，使制品截面上的內(nèi)應(yīng)力減少或均勻化。油、脂肪、溶劑以及其他物質(zhì)都可引起熱塑性塑料開裂，而且其影響程度還會隨溫度的提高而增大。,JL7152前門外手柄孔蓋，如果注射成型時，工藝控制不當(dāng)，產(chǎn)品成型后有較大的應(yīng)力存在，在酸、溶劑等作用下，產(chǎn)生裂紋使之失效。,1.內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生原因及種類 注射時制品中可能產(chǎn)生以下幾種內(nèi)應(yīng)力： 【1】取向應(yīng)力： 取向應(yīng)力

39、是在充模的流動過程中和冷卻時由于塑料大分子形狀發(fā)生變化和一定的構(gòu)象被固定下來而產(chǎn)生的。注射制品內(nèi)部大分子取向后容易產(chǎn)生應(yīng)力，取向方向的不同，取向程度的不同，取向與非取向的界面都容易造成應(yīng)力集中。,熔體溫度對取向應(yīng)力的影響很大。提高熔體溫度時，熔體的粘度下降，因而剪切應(yīng)力和取向降低。此外，在高的熔體溫度下，取向應(yīng)力的松馳程度較大。但當(dāng)粘度降低時，注射機的螺桿傳遞至模腔內(nèi)的壓力增大，可能使剪切速率提高，因而導(dǎo)致取向應(yīng)力增大。

40、 在延長保壓時間時取向應(yīng)力不斷增大，直到壓力解除或熱塑性塑料在澆注的澆口內(nèi)凝固為提高注射壓力同樣會因剪切應(yīng)力和剪切速率的提高而引起取向應(yīng)力的增大。,取向應(yīng)力隨制品厚度的增加而減小，因為厚制品冷卻緩慢，使粘度的增加變緩 ，松馳過程的時間較長。模具溫度高時，制品冷卻緩慢，使制品產(chǎn)生的取向應(yīng)力較小。,【2】溫度應(yīng)力： 溫度應(yīng)力是由于塑料在注射過程中冷卻不均所產(chǎn)生的。注射時，塑料熔體溫度和模具溫度有很大差異，靠近模壁的熔體冷卻

41、較迅速，制品表層比中心層冷卻得快，在制品表層形成凝固的殼層，會阻礙制品內(nèi)部繼續(xù)冷卻和自由收縮，結(jié)果在制品內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，在表層產(chǎn)生壓應(yīng)力。這就是制品體積內(nèi)因溫度分布不均勻產(chǎn)生的應(yīng)力 。 制品厚度不均勻也容易產(chǎn)生溫度應(yīng)力和取向應(yīng)力。制品有嵌件也易產(chǎn)生溫度應(yīng)力，所以嵌件和澆口應(yīng)設(shè)置在制品壁較厚處。,,【3】不平衡體積應(yīng)力： 與注射過程中塑料分子本身的平衡狀態(tài)受到破壞而形成不平衡體積有關(guān)的應(yīng)力，如結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)界面上產(chǎn)

42、生的應(yīng)力；結(jié)晶程度不同，收縮率不一致產(chǎn)生的應(yīng)力等。,【4】變形應(yīng)力： 與脫模時制品變形有關(guān)的應(yīng)力，如模具設(shè)計不合理，脫模操作不當(dāng)?shù)葧怪破纷冃味a(chǎn)生應(yīng)力。 以上幾種內(nèi)應(yīng)力中，取向應(yīng)力和溫度應(yīng)力對制品力學(xué)性能影響很大，而不平衡體積應(yīng)力是難于消除的。因為塑料凝固時，甚至在極其緩慢的冷卻下，制品也不可能達(dá)到平衡體積，不過這種應(yīng)力實際上并不大。對于變形應(yīng)力，當(dāng)制品從模腔頂出時受到彎曲以及由于熱塑性塑料并未在整個截面上

43、凝固而產(chǎn)生應(yīng)力，如果采用結(jié)構(gòu)合理的頂出系統(tǒng)，保證最佳注射條件，降低開模時模內(nèi)的剩余壓力，可以使其減少到最小。,,2.內(nèi)應(yīng)力的消除與分散： 要完全避免內(nèi)應(yīng)力，實際上是不可能的，只能盡量減小內(nèi)應(yīng)力，并使內(nèi)應(yīng)力分布均勻，不使應(yīng)力集中，一般可采取下列措施: 【1】、塑料原材料： 塑料中含雜質(zhì)易造成內(nèi)應(yīng)力，如PC在聚合后,應(yīng)用溶劑去掉相對低分子質(zhì)量的單體。塑料的平均相對分子質(zhì)量較高，相對分子質(zhì)量分布較窄的，內(nèi)應(yīng)力較小

44、。多組分塑料的各組分分散均勻，可消除制品內(nèi)部缺陷而造成應(yīng)力集中。,結(jié)晶塑料在成型中加入成核劑，使形成的球晶體體積小、數(shù)量多，制品內(nèi)應(yīng)力較小。若是大球晶，與非晶界面容易造成內(nèi)應(yīng)力。【2】、制品設(shè)計： 在制品的形狀與尺寸上，應(yīng)力求表面積與體積之比盡量小，使冷卻緩慢，從而使制品內(nèi)應(yīng)力較小。厚薄盡量均勻，厚薄相差大，因冷卻速率不同，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。對厚薄結(jié)合處應(yīng)采用流線圓弧過度或階梯式過渡，否則會在轉(zhuǎn)折處產(chǎn)生應(yīng)力。制品中有缺口、直角

45、、銳角、嵌件，都易造成應(yīng)力集中。制品帶,有嵌件時，嵌件最好用銅或鋁質(zhì)，并預(yù)熱。造型上以曲面、雙曲面較好，它們能夠吸收沖擊能，使制品內(nèi)應(yīng)力較小。開孔合理，也可減少內(nèi)應(yīng)力，如圓孔周圍內(nèi)應(yīng)力大，因為圓孔容易產(chǎn)生縮孔，即軸向和徑向收縮不一致，而橢圓孔沿軸向不會因取向等產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。,,【3】模具設(shè)計： 模具設(shè)計對制品內(nèi)應(yīng)力大小影響也很大。澆口小，保壓時間短，封口壓力低，內(nèi)應(yīng)力較?。环粗畡t較大。澆口位置設(shè)置在壁厚處，注射壓力和保壓壓力低

46、，內(nèi)應(yīng)力小。流道大，內(nèi)應(yīng)力小，因為大流道注射時間短，熔體不易降溫，溫度應(yīng)力?。环粗畡t內(nèi)應(yīng)力大。冷卻系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)使制品冷卻均勻一致，定、動模冷卻均勻，內(nèi)應(yīng)力較小。頂出裝置的頂出面宜大，則內(nèi)應(yīng)力較小。脫模斜度大些，脫模能順利進行，內(nèi)應(yīng)力較小。,【4】工藝條件： 注射溫度對注射制品內(nèi)應(yīng)力大小的影響很大，因為熱塑性塑料的取向度、收縮率和內(nèi)應(yīng)力隨著注射溫度的提高而減小，為此適當(dāng)提高注射機的料筒溫度，保證物料塑化良好，各組分分散均勻，可

47、減小內(nèi)應(yīng)力。模具溫度提高，制品冷卻速度緩慢使取向降低，制品的內(nèi)應(yīng)力也小。壓力也對取向作用產(chǎn)生影響，較高的注射壓力產(chǎn)生較高的剪切應(yīng)力，這種剪切應(yīng)力造成更多的分子有序排列，制品的內(nèi)應(yīng)力較大。保壓時間長，模內(nèi)壓力由于補壓作用而增高，熔料產(chǎn)生較大的剪切作用，分子易取向，制品的內(nèi)應(yīng)力也較大。,,注射速度對制品內(nèi)應(yīng)力的影響比溫度、壓力等條件要小。當(dāng)注射速度過低時，制品易產(chǎn)生熔接痕，取向作用較大。最好采用變速注射，開始時快速注射，當(dāng)模腔充滿

48、時用低速，剪切應(yīng)力較小，取向度低，內(nèi)外溫差小，內(nèi)應(yīng)力較低。 內(nèi)應(yīng)力在某種程度上用熱處理方法可以消除，熱處理實質(zhì)是使塑料的鏈節(jié)、鏈段有一定的活動能力，讓凍結(jié)的高彈變形得以松馳，同時也能使結(jié)晶塑料的結(jié)晶完善，內(nèi)應(yīng)力減小。,,【5】應(yīng)力消除法：a、熱處理消除法：ABS 65° ； PP 80° ；POM 90°PC 110° ； PA 80°；由于熱處理

49、成本高，國外已經(jīng)很少應(yīng)用。b、溶劑消除法：如，ABS在常溫下用丙酮的水溶液浸泡5分鐘，就可消除應(yīng)力。【6】塑件應(yīng)力的測試：（有三個方法）a、儀器法：用偏振光透視 ；b、溫度驟變法：利用高低溫冷熱交變，根據(jù)塑件裂紋出現(xiàn)的時間長短來評定內(nèi)應(yīng)力大小。,,C、溶劑法：依據(jù)‘介質(zhì)應(yīng)力破裂’現(xiàn)象；5——15秒出現(xiàn)裂紋，表示應(yīng)力大，2——5分鐘不出現(xiàn)裂紋，則表示無應(yīng)力或應(yīng)力??；PS、ABS、AAS等用冰乙酸溶液；PA用正庚烷；PC用四祿化碳；

50、PMMA用沸水檢測。,【二】、制品的收縮： 1. 制品的收縮的條件和特征： 注射成型的制品，其尺寸一般小于模具的型腔尺寸，這說明塑料在成型的冷卻過程中，體積發(fā)生了收縮。塑料制品自模具躡出，尺寸縮減的性能稱為收縮性。 制品冷卻時的收縮，按發(fā)生收縮的條件和特征的不同，可分為三個階段。第一、二個階段在模具內(nèi)進行，從充模時開始到脫模為止，稱作模塑收縮性；第三個階段在脫模后直到24小時止，稱作后收縮性。,第一階段的收縮

51、主要取決于模內(nèi)壓力，并在很大可通過保壓過程得到補償。在保壓期間物料溫度下降，密度增大，最初進入模內(nèi)的物料體積縮小，但在此期間料筒不斷地供給塑料熔體，補償了模內(nèi)物料體積的減少。模內(nèi)制品質(zhì)量的增加和塑料的不斷壓實，可一直進行到物料在澆口凝固時為止。在適當(dāng)?shù)膲毫捅簳r間下，第一階段的收縮可以完全得到補償。第二階段是在澆口處的塑料凝固之后開始的，并延續(xù)到制品脫模時為止。,,這一階段已無熔體進入模內(nèi)，模內(nèi)物料的質(zhì)量不再改變。在這種條件下，無定形

52、塑料按體積膨脹系數(shù)進行，收縮的大小取決于模溫，模溫越低，收縮越小。結(jié)晶塑料的收縮主要取決于結(jié)晶過程，而結(jié)晶過程決定因素是模溫，模溫越高，結(jié)晶會更安全，收縮越大。結(jié)晶使制品尺寸減小很多。 當(dāng)注射成型部分不妨礙物料收縮時，第二階段的模內(nèi)收縮是自由收縮；當(dāng)成型部分妨礙物料當(dāng)成型部分妨礙物料收縮時，如制品中有金屬嵌件時，則是非自由收縮。,第三階段，即制品脫模之后，是發(fā)生自由收縮（假設(shè)制品未被夾持于任何框架之中），這時制品體積的縮小取

53、決于制品脫模時的溫度與環(huán)境溫度之差，也取決于線脹系數(shù)。 測定收縮性，系采用直徑為100±0.3毫米、厚度4±0.2毫米的圓片或用邊長25±0.5毫米的立方體，作為標(biāo)準(zhǔn)試樣。收縮性大小用收縮率表示，公式如下：【收縮率=(L-L0)/L0】,制品在模外冷卻，在最初6小時內(nèi)產(chǎn)生的收縮約占總收縮率的90%，在最初10天內(nèi)幾乎完成收縮。測定收縮率 ，一般指24小時之內(nèi)的收縮， 以后的收縮性就不考慮了。后收縮是難解決的

54、問題，有的制品需要幾個月甚至更長的時間，如聚甲醛制品在6個月后的收縮為0.001毫米/毫米，聚苯乙烯制品在3個月后的收縮為0.0005毫米/毫米。,2.制品收縮的主要原因：【1】、因溫度變化引起的熱脹冷縮。塑料的線脹系統(tǒng)比鋼大十幾倍，當(dāng)制品有金屬嵌件時，當(dāng)制品有金屬嵌件時，金屬收縮小，塑料收縮大，為避免收縮不一致，嵌件多采用鋁、銅并進行預(yù)熱。【2】、結(jié)構(gòu)變化引起的收縮，包括化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)指高分子化學(xué)健變化引起的收縮，如

55、熱固性塑料在固化過程中制品會收縮；熱塑性塑料在接枝、交聯(lián)過程中也有收縮。物理結(jié)構(gòu)一般指聚集態(tài)，如取向結(jié)構(gòu)及結(jié)晶過程產(chǎn)生的收縮。,【3】內(nèi)應(yīng)力引起的收縮，一般是沿應(yīng)力方向產(chǎn)生收縮?！?】、塑料體積內(nèi)低分子揮發(fā)引起的收縮。3.影響收縮的因素： 影響收縮的因素有塑料的特性、模具溫度、料筒溫度、注射壓力、保壓時間、制品厚度、澆口尺寸等?！?】塑料的特性： 結(jié)晶塑料收縮大，無定形塑料收縮小。結(jié)晶塑料中加入成核劑能使制

56、品尺寸穩(wěn)定，收縮變小。相對分子質(zhì)量小、相對分子質(zhì)量分布窄的塑料收縮小。配方中加入填充劑的塑料收縮小。,,【2】模具溫度： 模具溫度對制品收縮影響很大，前面已敘述，模溫高塑料收縮大?！?】料筒溫度： 料筒溫度高，塑料熔體粘度下降，壓力傳遞大大增加，制品密實，收縮減小?！?】注射壓力： 注射壓力高，封口壓力高，制品密實，收縮減小。,【5】保壓時間： 澆口未凝固，保壓時間長，補入模腔的物料多

57、，收縮減小。 【6】制品厚度： 制品厚度對收縮有較大影響，制品越厚，收縮越大。 【7】澆口尺寸： 澆口尺寸的重要性，在于澆口區(qū)域的物料必須在所需時間內(nèi)保持其流動狀態(tài)，以便傳遞注射壓力，澆口尺寸大，補料效果好，收縮較小。,【三】、制品的熔接痕： 在制品有孔、嵌件時，塑料分股流動，以及多個澆口或厚度變化等情況下均會形成熔接痕。 制品有熔接痕的部位的力學(xué)性能一般低于其他部位。熱塑性塑料在注射模具中的

58、流動特性影響熔接痕的強度，無定形塑料易產(chǎn)生高彈變形，回復(fù)時易凍結(jié)，熔接痕較明顯。最常見的熔接痕有兩種：充模開始時形成的熔接痕，稱早期熔接痕；充模終止時形成的熔接痕，稱晚期熔接痕。 如下圖：,,表示產(chǎn)生兩種熔接痕的澆口位置。當(dāng)兩個澆口沿軸向配置在啞鈴形試樣兩端時，形成的熔接痕為晚期熔接痕。兩個澆口沿垂直于啞鈴軸線的方向并排配置的，這樣的澆口位置導(dǎo)致早期熔接痕的形成。 在充模終止時形成的晚期熔接痕，熔接痕強度影響最大的是