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第八章 注射成型8.1注射机结构 8.2注射原理 8.3注射工艺 8.4橡胶注射 8.5热固性注射 8.6反应注射 8.6气体辅助注射

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特点---生产率高、适应性强(热塑性塑料、一些 热固性塑料、橡胶、陶瓷)、产品种类多(模型 制品) 什么是注射成型---将粒状或粉状塑料或条状块、 粒状的混炼胶加入到注射机的料筒，加热熔化成 流动状态，在移动螺杆或柱塞的压力下，从料筒 前端的喷嘴以高压高速注入到闭合的模具内。模 腔内熔体在受压下，经冷却(热塑性塑料)或加 热(热固性塑料)或加热硫化(橡胶)固化后， 开模得模型制品 产品---模型制品，可与其他成型工艺结合如注吹得中空制品 橡胶的注射(称为注压)--生产效率高，可替代 模压？ 陶瓷的注射——正在发展中

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陶瓷的注射成型技术—— 现代陶瓷：在高温强度和耐磨性等方面有优异性能， 但其硬度很大，采用机械加工成本极高，而采用 注射成型技朮，由于坯体的成型形状接近制品的 最终形状，使得这一问题得到了解决 陶瓷注射成型优势：批量生产形状复杂、高尺寸精 度陶瓷；省去后加工操作，降低生产成本，缩短 生产周期，自动化程度高 工艺步骤：陶瓷粉的选取﹔粘结剂的选取﹔陶瓷粉 与粘结剂的均匀混合﹔注射成型﹔脱脂(脱粘结 剂)﹔烧结。其中，脱脂是成功的关键

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注射成型的发展---反应注射成型，气体辅助注射成型，流动注射成型， 结构发泡注射成型，排气注射成型，共注射成型 (1) 排气式注射成型。排气式注射成型应用的排气式注射机，在料筒中 部设有排气口，与真空系统相连接，当塑料塑化时，真空泵可将塑料 中含有的水汽、单体、挥发性物质及空气经排气口抽走；原料不必预 干燥，从而提高生产效率，提高产品质量。特别适用于聚碳酸酯、尼 龙、有机玻璃、纤维素等易吸湿的材料成型 (2) 流动注射成型。流动注射成型可用普通移动螺杆式注射机。即塑料经 不断塑化并挤入有一定温度的模具型腔内，塑料充满型腔后，螺杆停 止转动，借螺杆的推力使模内物料在压力下保持适当时间，然后冷却 定型。流动注射成型克服了生产大型制品的设备限制，制件质量可超 过注射机的最大注射量。其特点是塑化的物料不是贮存在料筒内，而 是不断挤入模具中，因此它是挤出和注射相结合的一种方法 (3)共注射成型。共注射成型是采用具有两个或两个以上注射单元的注 射机，将不同品种或不同色泽的塑料，同时或先后注入模具内的方法。 用这种方法能生产多种色彩和(或)多种塑料的复合制品，有代表性的 共注射成型是双色注射和多色注射。

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(4) 无流道注射

成型。模具中不设置分流道，而由注 射机的延伸式喷嘴直接将熔融料分注到各个模腔 中的成型方法。在注射过程中，流道内的塑料保 持熔融流动状态，在脱模时不与制品一同脱出， 因此制件没有流道残留物。这种成型方法不仅节 省原料，降低成本，而且减少工序，可以全自动 生产 (5)反应注射成型。反应注射成型的原理是将反应 原材料经计量装置计量后泵入混合头，在混合头 中碰撞混合，然后高速注射到密闭的模具中，快 速固化，脱模，取出制品。它适于加工聚氨酯、 环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、醇酸 树脂等一些热固性塑料和弹性体。目前主要用于 聚氨酯的加工。与一般的注射明显不同

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(6)结构发泡法(Structral Foam Molding)属于化学发泡法，它是注射成型工艺技术中的一项革命。它保留了 传统注射成型工艺的许多优点，又避免了传统注塑工艺中遇到的一些问题，如制品强度不够、生产周期太 长等。另外，采用结构发泡技术还可模塑大型复杂制品、使用低成本模具、多模腔可同时操作，从而降低 制品生产成本。结构发泡制品是一种具有致密表层的连体发泡材料，其单位重量强度和刚度比同种未发泡 的材料高3~4倍。结构发泡法最大的特点是可以不用增加设备，用普通的注塑机便可以注塑生产，不过采 用模腔扩大法发泡的高压结构发泡注塑机与普通注塑机相比，增加了二次合模保压装置。 近年来，结构发泡注塑成型技术得到了很广泛的发展，成型方法也很多，但归纳起来可以分为三种：低压发 泡法；高压发泡法(注：此处的低压和高压指模具模腔内的压力);双组分发泡法。 ◆ 低压发泡法——与普通注塑的区别在于其模具的模腔压力较低，约2~7Mpa,而普通注塑在30~60Mpa之 间。低压发泡注塑一般采用欠注法，即将一定量(不注满模腔)的塑料熔体(含有发泡剂)注入模腔，发 泡剂分解出来的气体使塑料膨胀而充满模腔。在普通注塑机上进行低压发泡注塑，一般是将化学发泡剂与 塑料混合，在机筒内塑化，必须采用自锁式射嘴。注射时，由于气体的扩散速度很快，会造成制品的表面 粗糙，因此注塑机的注射速度要足够快。一般采用增压器来提高注射速度和注射量，使注射动作在瞬间完 成。 ◆ 高压发泡法——模腔压力在7~15Mpa之间，采用满注方式，即一次注射量正好等于模具模腔的容积。为 了使制件得到发泡膨胀，可以采用强制扩大模腔，或者使一部分塑料分流出模腔。一般较多采用模腔扩大 法。采用扩大模腔法的注塑机与普通注塑机相比，增加了二次合模保压装置，当塑料和发泡剂的熔融混合 物被注入

到模腔后延时一段时间，然后合模机构的动模板向后移动一小段距离，使模具的动模和定模稍为 分开，模腔扩大，模腔内的塑料开始发泡膨胀。制品冷却后在其表面形成致密的表皮，由于塑料熔体的发 泡膨胀受到动模板的控制，因此，也就可以对制品的致密表层的厚度进行控制。动模板的移动可以是整体 移动，也可以是部分移动使局部发泡，从而得到不同密度的制品。高压发泡法对模具的制造精度要求高， 模具费用高，并且对注塑机有二次锁模保压要求。 ◆ 双组分发泡法——是一种特殊的高压结构发泡注塑方法，它采用专门的双组分注塑机。这种注塑机有两套 注塑装置：一套用来注塑制品的芯部，一套用来注塑制品的表层。在注塑时，先注入皮层物料，然后通过 同一浇口再注入混有发泡剂的芯部材料。由于芯部材料呈层流状态流动，这就保证了芯部材料均匀地包覆 在皮层内部，使型腔得到完全填充。当熔料填满型腔后，再注入少量不含有发泡剂的熔料，使浇口封闭。 制品取出后，再去掉浇口即得到具有不发泡致密表层和有芯部发泡的轻质制品。

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第一节 注射机的结构与作用一、注射机分类 1、按结构分---塑化不同，分为柱塞式、移动螺杆式 ◆柱塞式：有分流梭，发展早，制造易，用于注射小制品P275图8-1 ◆双阶柱塞式：∠形，上部为预塑化料筒，有分流梭，塑化后经三通流入料筒 内，塑化能力生产率较上述形式的高。P275图8-2

◆螺杆预塑化柱塞式：P275图8-3。物料在螺杆料筒内预塑化后经单向阀流入料 筒内，塑化能力生产率高。用于高速、精密、大型、低发泡注射 ◆移动螺杆式：P276图8-4。螺杆可作旋转、水平往复运动。加料及塑化时，螺 杆作旋转并后退运动；注射时，螺杆作前进运动。塑化效果好，生产率高。 目前主流注射机。注意：螺杆的动作是液压马达驱动的，而不是由电机直接 驱动的。液压马达是以流体为动力的驱动负载的一种动力输出机械

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2、按外形分---按合模与注射位置，分为立式、卧式、 角式 立式：占地小，模具内放嵌件方便，但制品顶出后 不易自动脱落，机身高，加料维修不便，用于小 型制品 、嵌件制品 卧式：主流形式，机身低，操作维修方便，自动化 程度高 角式：有两种，使用也较多 3、按加工能力分---注射量(PS熔料克数；注射容 积cm3)、锁模力。分为大、中、小型P277表 4、按用途---通用型、热固型、橡胶型、发泡型、高 速型、多色型... 5、按合模机构---液压式、机械式、液压机械组合式

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二、注射机的基本结构 由注射系统、锁模系统、液压系统、模具组成 1、注射系统---由加料装置、料筒

、螺杆(或柱塞+分流梭)、喷嘴组成 (1)加料装置：料斗。有的有定量加料装置、保持干燥装置 (2)料筒：与挤出机料筒相似。物料在此塑化。容积：螺杆式塑化能力强所以 容积较小 ，为最大注射量的2-3倍。外有分段加热、温控装置 (3)柱塞及分流梭：为柱塞式配套部 件。分流梭的作用： 类似于挤出机机 头中分流梭的作用，加强混合塑化效果， 柱塞式必须的。见P278图8-6 (4)螺杆：为螺杆式配套部件 4 作用：进料、输送、压实、塑化、注 射。加料可随时进行，一般为自动加料 并同时塑化 与挤出螺杆的不同之处：长径比小、 压缩比小、均化段短加料段长，头部与 喷嘴较吻合(保证注射压力) 带止逆环的螺杆头，P279图8-7,用 于低黏度物料

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(5)喷嘴：与模具浇道口吻合，内径小、流速大，熔体进 一步塑化 常见喷嘴形式--通用式，用于大宗树脂 如PE、PP、PS; 延伸式：有加热装置，有一定压力损失(压力降),用于 高黏度树脂如PC、POM;弹簧针阀式：复杂，有较大的 压力降，防流涎，用于低黏度树脂 如PA、PET。P279图 8-8 喷嘴内径要小于模具主流道内径并紧密吻合

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2、锁模系统(即合模系统) 锁模力要大于模腔压力，否则模具离缝或制品溢边。P280 式8-1:F≥XKpA 要求开闭模灵活。一般用液压开闭、并与机械装置相结合 的系统即液压机械组合式(比单纯的液压式或机械式压力 稳定性好、压力大，且易控制),如曲臂液压锁模机构 P280图8-9

3、液压传动与电器控制系统 各动作由液压压力来实现，包括螺杆的旋转、前进和后退， 这是与挤出机不同的

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4、注射模具 结构从简单到复杂，很多。例P281图8-10 模具的三大组成部分---浇注系统(塑料熔 体从喷嘴进入型腔前的流道部分，包括主 流道、分流道、冷料井、浇口);成型部 件(构成制品形状的部件，包括动模、定 模、型腔、型芯、排气孔);结构零件 (构成模具的各种部件，包括导向柱、脱 模装置、抽芯结构)。可以细分为 ⑴成型零部件--凸模、凹模、型芯等构成 的型腔。区分为定模和动模 ⑵浇注系统--主流道、分流道、浇口、冷 料井 ⑶导向零件--导向柱、导向孔 ⑷分型抽芯机构--带有外侧凹或侧孔时先 侧向分型 ⑸顶出装置--顶出杆、顶出板、顶出底板、 拉料杆 ⑹冷却加热系统 ⑺排气系统--必要时设排气槽 有关模具与注射机配合的问题---装配尺寸； 模具的最大最小厚度；模板行程 有关模具的课程

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三、注射机的工作过程 工艺过程---注射、保压、冷却、脱模P282图8-11 1、合模与锁紧：先低压快速 后慢速高压 锁紧 2、注射装置前移---使喷嘴与模具浇道口贴合 3、注射---高

速高压注射 并驱出模腔内空气 4、保压---注射后继续保持一定的压力进行补缩(补充由于熔体收缩而引起的体 积收缩)直至浇注系统冻结 5、冷却和预塑化---制品在模内冷却(有时通冷却水冷却),同时可能有另外一 个动作：加料(有的加料1次能注射2~3次)、预塑化 6、注射装置后退(不一定进行)、开模、顶出制品

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第二节 注射过程原理 热塑性注射过程：加料→塑化→注射→冷却→脱模 一、塑化过程 塑化质量---由受热情况及剪切情况决定 移动螺杆式---传热、剪切好，塑化能力强。与挤出机的不同之处：间歇 式塑化 柱塞式---塑化较差，不如移动螺杆式，用于注射小制品。柱塞式必须用 分流梭 (以下1~3点是柱塞式的塑化情况分析) 1、热均匀性 柱塞式来自筒外加热，传热具明显温度梯度 加热效率E=(喷嘴T-初温T0)/(料筒内壁TW-初温T0)。E越高，热均 匀性越好。E不小于0.8 如何提高E值---增加料筒长度和传热面积：受实际情况限制；减少料层 厚度：装分流梭，并有产生剪切流动作用 2、塑化能力 是单位时间内料筒熔化塑料的质量，与停留时间、加热温度、分流梭、 塑料性质有关 3、料温分布 升温曲线P286图8-15及径向温度分布P286图8-16

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二、注射充模过程 1、注射成型周期P287图8-17分为充模、保压、 倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。ABCDE 各点含义 A-t1---充模开始 B-tβ---模腔末端充满 C-t2---型腔充满、充模结束、保压开始 D-t3---保压结束、熔体倒流 E-t4---凝封点、浇口冻结 A→B充模流动，B→C压实流动，C→D保 压流动，D→E倒流流动(DE段不一定有) 充模：t0→t2(→C),其中t0→t1空载期， t1→t2充模阶段(其中t1→tβ充模流动， tβ→t2压实流动),t1开始充模，tβ型腔末端 充满，t2型腔充满、保压开始。t2时模具内压、 喷嘴压力、柱塞压力、料温达最大 保压：t2→t3(C→D),保压流动。柱塞压力 喷嘴压力保持不变，模内压力、料温下降 倒流：t3→t4(D→E),柱塞或螺杆后退，熔 体倒流，至凝封点E结束。倒流段DE受保压 长短影响，保压长，则DE段短。若柱塞或螺 杆后退时浇注系统内的熔体已冻结，则无DE 段。喷嘴中具有止逆阀时，则不出现DE段 冻结后的冷却：t4→t5。脱模时模内压力可 能大于外界压力

保压 倒流 压实 充模 冷却脱模