1、1注射成型过程及产品质量分析注射成型过程及产品质量分析北京工商大学材料系北京工商大学材料系 王王 澜澜2n1.1.1.1.注射充模过程及熔体流动分析注射充模过程及熔体流动分析n1.21.2、保压过程及分析、保压过程及分析n1.31.3、倒流与冷却定型过程及分析、倒流与冷却定型过程及分析n2.1.2.1.注射成型制品的内应力注射成型制品的内应力n2.3.2.3.注塑成型缺陷及解决方法注塑成型缺陷及解决方法3一一.注射成型过程分析注射成型过程分析4n聚合物的注射成型主要包括三个基本过程：聚合物的注射成型主要包括三个基本过程：n塑化熔融、注射充模、冷却定型塑化熔融、注射充模、冷却定型.n这些过程与制
2、品质量、生产效率、原料、工艺性能这些过程与制品质量、生产效率、原料、工艺性能等因素有密切关系。等因素有密切关系。/机筒中的聚合物：机筒中的聚合物：机筒加热和螺杆剪机筒加热和螺杆剪切的双重作用切的双重作用固态固态熔融状态熔融状态保压冷却定型保压冷却定型制品制品充模充模螺杆以高压、高螺杆以高压、高速推动速推动51.1.注射充模过程及熔体流动分析注射充模过程及熔体流动分析注射注射充模充模过程过程-塑化良好的聚合物熔体，在柱塞或塑化良好的聚合物熔体，在柱塞或螺杆的压力作用下，由料筒经过喷嘴和模具的浇注系螺杆的压力作用下，由料筒经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模腔这一阶段称为注射统进入并充满模腔这一阶
3、段称为注射充模充模过程。过程。这是一个非连续非等温的体系，要从理论上进行定量这是一个非连续非等温的体系，要从理论上进行定量分析更为不易，人们更多的是通过实验测定来揭示这分析更为不易，人们更多的是通过实验测定来揭示这一过程的影响因素及其内在的规律性。一过程的影响因素及其内在的规律性。根据聚合物熔体注射的流动历程，对物料在根据聚合物熔体注射的流动历程，对物料在料筒料筒、喷喷嘴嘴的流动，物料的流动，物料充模充模流动作一简要的分析。流动作一简要的分析。/6塑料熔体进入模腔内的流动情塑料熔体进入模腔内的流动情况可分为况可分为充模、保压、倒流和充模、保压、倒流和浇口冻结后的冷却浇口冻结后的冷却四个阶段。四
4、个阶段。.保压阶段保压阶段t t2 2t t3 3 .倒流阶段倒流阶段t t3 3t t4 4 .冻结后的冷却阶段冻结后的冷却阶段t t4 4t t5 5 .充模阶段充模阶段t t0 0t t2 2空载期空载期t t0 0t t1 1充模期充模期t t1 1t t2 271.1.1 1.1.1 物料通过料筒的压力损失物料通过料筒的压力损失v柱塞式注射机，柱塞式注射机，柱塞向前运动时，先将未熔融的粒子柱塞向前运动时，先将未熔融的粒子压缩，然后将熔融料注入喷嘴和模腔内，压缩，然后将熔融料注入喷嘴和模腔内，v前者的阻力很大，引起很大的压力降，甚至可达料筒总前者的阻力很大，引起很大的压力降，甚至可达料
5、筒总压力降的压力降的 8080，并且还影响熔体的注射速度。，并且还影响熔体的注射速度。v压紧粒料的压力降损失压紧粒料的压力降损失值值PgPg可用下式作近似计算：可用下式作近似计算：q注射时，熔融物料通过料筒的运动特性，对往模腔内注射时，熔融物料通过料筒的运动特性，对往模腔内供给熔体和传递压力都有重要影响供给熔体和传递压力都有重要影响.柱塞式柱塞式8v式中式中 q qv v熔体通过料筒的体积流量熔体通过料筒的体积流量cmcm3 3/s/sv R R料筒内壁半径料筒内壁半径cm cm，v 牛顿流体的粘度牛顿流体的粘度v L L2 2熔体流经料筒的长度熔体流经料筒的长度cmcmv上式表明，上式表明，
6、高聚物熔体在料筒中的压力损失随料筒内高聚物熔体在料筒中的压力损失随料筒内熔体的长度、熔体的粘度和体积流率的增大而增加，随熔体的长度、熔体的粘度和体积流率的增大而增加，随料筒半径的增大而减小。料筒半径的增大而减小。/熔体在料筒中流动的压力损失熔体在料筒中流动的压力损失为：为：9这样，柱塞式注射装置料筒中物料总的压力损失这样，柱塞式注射装置料筒中物料总的压力损失应为前二者之和：应为前二者之和：v螺杆式注射装置螺杆式注射装置v由于螺杆在塑化时的旋转，把熔料推向螺杆前方，注由于螺杆在塑化时的旋转，把熔料推向螺杆前方，注射时，螺杆前移，将熔料推向喷嘴。射时，螺杆前移，将熔料推向喷嘴。v熔料在料筒内的压力
7、损失主要来自熔体的摩擦阻力和熔料在料筒内的压力损失主要来自熔体的摩擦阻力和喷嘴的阻力，压力损失较少，主要决定于熔体的粘度与喷嘴的阻力，压力损失较少，主要决定于熔体的粘度与流率流率q qv v。v熔体的流动速度应基本与螺杆平移速度同步进行。熔体的流动速度应基本与螺杆平移速度同步进行。/螺杆式螺杆式101.1.2.1.1.2.熔体在喷嘴中的运动熔体在喷嘴中的运动首先，熔体通过喷嘴孔时的压力损失值仍可用首先，熔体通过喷嘴孔时的压力损失值仍可用进行近似计算。进行近似计算。v由于喷嘴孔直径小，其注射压力损失值应增大，由于喷嘴孔直径小，其注射压力损失值应增大，当体积当体积流率流率q qv v一定时，通过喷
8、嘴的剪切速率将增大，熔体通过喷一定时，通过喷嘴的剪切速率将增大，熔体通过喷嘴时定会发生明显的温升。嘴时定会发生明显的温升。v对于聚合物熔体，大多数属于假塑性流体，在高剪切与对于聚合物熔体，大多数属于假塑性流体，在高剪切与温升作用下，其表观粘度必然下降，这可以使压力损失值温升作用下，其表观粘度必然下降，这可以使压力损失值下降。下降。/可预料：可预料：11v由图看出，主要生热效由图看出，主要生热效应发生在喷嘴的入口处。应发生在喷嘴的入口处。v当喷嘴孔直径和注射压当喷嘴孔直径和注射压力一定时，熔体温升随注力一定时，熔体温升随注射速率增加而增加。射速率增加而增加。v为什么热稳定性差的塑为什么热稳定性差
9、的塑料不宜采用细孔喷嘴进行料不宜采用细孔喷嘴进行高速注射充模高速注射充模？/图图:PS PS在直径在直径1mm1mm长长10mm10mm的细孔喷嘴中温度分布的细孔喷嘴中温度分布压力：压力：a-73Mpa,b-77MPaa-73Mpa,b-77MPa，c-100MPac-100MPa，d-ll5MPa d-ll5MPa 1-1-离开喷嘴后，离开喷嘴后，2-2-在喷嘴细孔中，在喷嘴细孔中，3-3-在喷嘴细孔入口附近，在喷嘴细孔入口附近，4 49-9-沿喷嘴长度的不同点，沿喷嘴长度的不同点，10-10-料筒头部料筒头部121.1.3.1.1.3.熔体在模腔中的充模流动分析熔体在模腔中的充模流动分析熔
10、体熔体主浇道主浇道分浇道分浇道浇口浇口模腔模腔q这一历程很短，但热熔体这一历程很短，但热熔体在其内的在其内的流速、温度与压力流速、温度与压力都产生很复杂的变化。都产生很复杂的变化。q简要说明：简要说明：q熔体熔体充模时流动的一般特性充模时流动的一般特性q影响充模的各种因素。影响充模的各种因素。/13熔体在模具浇注系统内的流动熔体在模具浇注系统内的流动q正如流过喷嘴一样，熔体流过主浇道、分浇道和正如流过喷嘴一样，熔体流过主浇道、分浇道和浇口时也有浇口时也有温度变化和压力损失温度变化和压力损失，浇注系统的加热状态浇注系统的加热状态、熔体的流变性能、熔体的流变性能、浇注系统形状和尺寸浇注系统形状和尺
11、寸.影响影响14熔体流过冷浇道时，熔体流过冷浇道时，浇道温度远低于熔体温度，紧贴浇道温度远低于熔体温度，紧贴壁的熔体被迅速冷凝而形成不动壳层。壁的熔体被迅速冷凝而形成不动壳层。因而使熔体能通过的截面积减小，流动阻力增大，因而使熔体能通过的截面积减小，流动阻力增大，使熔体的压力损失增加，降低了充模的模腔压力。使熔体的压力损失增加，降低了充模的模腔压力。/v熔体流过热浇道时，熔体流过热浇道时，温度保持在熔点以上，其温度变温度保持在熔点以上，其温度变化和压力损失的影响因素与经过喷嘴的情况相似。化和压力损失的影响因素与经过喷嘴的情况相似。15v影响冷凝壳层厚度的因素：影响冷凝壳层厚度的因素：v熔体的冷
12、凝速度、熔体的冷凝速度、v聚合物的热物理性能、聚合物的热物理性能、v熔体温度、熔体温度、v熔体流动速度、熔体流动速度、v模具温度等。模具温度等。v易结晶的聚合物当温度低于熔点时会很快凝固，如易结晶的聚合物当温度低于熔点时会很快凝固，如尼龙尼龙6 6，降低熔体温度和模具温度都会使壳层加厚。，降低熔体温度和模具温度都会使壳层加厚。/16浇口大小浇口大小压力损失、剪切速率压力损失、剪切速率过大的剪切速率会使熔体过大的剪切速率会使熔体出现不稳定流动现象出现不稳定流动现象v浇口越小浇口越小压力损失增大压力损失增大剪切速率提高剪切速率提高熔体温度熔体温度迅速上升迅速上升烧焦和降解现象。烧焦和降解现象。v当
13、浇口尺寸已定时，提高熔体温度是防止不稳定流动当浇口尺寸已定时，提高熔体温度是防止不稳定流动的有效措施，的有效措施，v在熔体温度不允许有变化时，可适当降低注射压力以在熔体温度不允许有变化时，可适当降低注射压力以降低注射速度，从而避免不稳定流动发生。降低注射速度，从而避免不稳定流动发生。/17q对大多数塑料熔体来说，增大浇口截面积提高对大多数塑料熔体来说，增大浇口截面积提高熔体充模时的体积流率有一极限值，熔体充模时的体积流率有一极限值，q当浇口截面积超过此值之后，反而会使体积流率下降。当浇口截面积超过此值之后，反而会使体积流率下降。q在大多数情况下，截面积小的浇口更有利于熔体的快速在大多数情况下，
14、截面积小的浇口更有利于熔体的快速充模。充模。/18v大多数情况下，减小浇口的截面积，剪切速率因流速的大多数情况下，减小浇口的截面积，剪切速率因流速的提高而增大，同时高剪切速率下产生的摩擦热会使熔体温提高而增大，同时高剪切速率下产生的摩擦热会使熔体温度提高，度提高，v这二者都使通过浇口的熔体粘度下降，而粘度下降又将这二者都使通过浇口的熔体粘度下降，而粘度下降又将会导致熔体的体积流率增大。会导致熔体的体积流率增大。/塑料熔体大多具有假塑性流体的流变特性，其表观粘度塑料熔体大多具有假塑性流体的流变特性，其表观粘度与剪切速率之间存在与剪切速率之间存在a a=K=Kn-1n-1(n(n1)1)的关系。的
15、关系。解释解释19.熔体在模腔内的流动熔体在模腔内的流动v熔体的充模过程熔体的充模过程-是从聚合物进入模腔开始是从聚合物进入模腔开始到模腔被充满时为止。到模腔被充满时为止。v熔体充模的流动应为层流流动，熔体充模的流动应为层流流动，图：充模时熔体前缘变化图：充模时熔体前缘变化的各阶段，的各阶段，l-l-开始阶段开始阶段 2-2-过渡阶段过渡阶段 3-3-主阶段主阶段v起始阶段，熔体流前缘起始阶段，熔体流前缘呈圆弧形；呈圆弧形；v过渡阶段，前缘从圆弧过渡阶段，前缘从圆弧形逐渐过渡到直线形形逐渐过渡到直线形；v主阶段，熔体主流，前主阶段，熔体主流，前缘呈直线移动，直至充缘呈直线移动，直至充满模腔。满
16、模腔。/20熔体在典型模腔内的流动方式熔体在典型模腔内的流动方式 21v图图3-30 3-30 沿圆周方向沿圆周方向的充模流动的充模流动 如果对于浇口位于制品中心且轴线垂直于圆片制品如果对于浇口位于制品中心且轴线垂直于圆片制品的模腔进行充模时，熔体料流则以浇口为中心，用的模腔进行充模时，熔体料流则以浇口为中心，用差不多相同的速度向周围方向铺展流动充模。差不多相同的速度向周围方向铺展流动充模。/图图3-29 3-29 充填圆片状模腔充填圆片状模腔时熔体前缘前后相继出时熔体前缘前后相继出现的位置现的位置 22熔体遇到障碍物时的充模流动：熔体遇到障碍物时的充模流动：流动方向一般分为两股，绕过障碍物再
17、流动方向一般分为两股，绕过障碍物再汇合在一起，在汇合处常有熔接缝形成，汇合在一起，在汇合处常有熔接缝形成，熔体流过不同断面形状障碍物时，速度熔体流过不同断面形状障碍物时，速度变化与流动情况不同。变化与流动情况不同。较好的断面形状是圆柱形较好的断面形状是圆柱形，绕过圆柱形，绕过圆柱形障碍的熔体质点其障碍的熔体质点其运动速度运动速度是逐渐升高和是逐渐升高和下降的，而且升降幅度最小下降的，而且升降幅度最小。形成一个无。形成一个无熔体存在的封闭三角区。熔体存在的封闭三角区。/。图图3-31 3-31 塑料熔体围绕不同形状的障碍物流动时速塑料熔体围绕不同形状的障碍物流动时速度度V V的变化的变化 a a
18、）矩形）矩形 b b）圆柱形）圆柱形 c c）菱形）菱形23熔体在模腔内的流动类型熔体在模腔内的流动类型 24q流速过小：流速过小：q延长充模时间，延长充模时间，q降温引起熔体粘度提高，流动性下降充模不全，降温引起熔体粘度提高，流动性下降充模不全，q出现分层和结合不好的熔接痕。出现分层和结合不好的熔接痕。/q快速充模：快速充模：湍流流动湍流流动q易将空气带入成型物内易将空气带入成型物内q模内空气难于排出模内空气难于排出 q制品存在较大的内应力。制品存在较大的内应力。q慢速充模：慢速充模：层流流动层流流动q可避免以上的缺陷可避免以上的缺陷25、熔体流动的运动机理熔体流动的运动机理 熔体在模腔内的
19、运动，主要熔体在模腔内的运动，主要是料流中心高速运动的熔体是料流中心高速运动的熔体不断追上并突破前缘膜，进不断追上并突破前缘膜，进而转向模壁，被迅速冷却。而转向模壁，被迅速冷却。这种进程交替进行着，这种进程交替进行着，充模时的这种流动方式容易充模时的这种流动方式容易使制品表面出现波纹。使制品表面出现波纹。/26q注射制品表面有时出现小波纹的原因：注射制品表面有时出现小波纹的原因：q根据熔体流动的运动机理，根据熔体流动的运动机理，只有当熔体的只有当熔体的冷却速率很冷却速率很高，高，而而注射压力、注射速度和模具温度偏低注射压力、注射速度和模具温度偏低时，才容易时，才容易在制品表面上留下这种波纹。在
20、制品表面上留下这种波纹。q只要适当调节注射成型工艺，使这种波纹在冷却定型只要适当调节注射成型工艺，使这种波纹在冷却定型之前被随后到来的熔体所传递的压力之前被随后到来的熔体所传递的压力“熨平熨平”，就不会，就不会在制品表面出现了。在制品表面出现了。q较高的注射压力、注射速度、模具温度，有利于获得较高的注射压力、注射速度、模具温度，有利于获得光洁平整表面的制品。光洁平整表面的制品。/271.2、保压过程及分析、保压过程及分析熔体充满模腔时，模内压力还较熔体充满模腔时，模内压力还较低，图中低，图中t t点的压力值，点的压力值，为达到制品质量要求，柱塞或螺为达到制品质量要求，柱塞或螺杆将继续前进，再注
21、入一些熔体。杆将继续前进，再注入一些熔体。使已充满的模腔压力迅速上升，使已充满的模腔压力迅速上升，达到了最大值，达到了最大值，图中的图中的t t2 2t t3 3。在这期间柱塞或。在这期间柱塞或螺杆将慢慢地对模腔内进行补料，螺杆将慢慢地对模腔内进行补料，使由于体积收缩而出现的空间能使由于体积收缩而出现的空间能得以继续充满，得以继续充满，熔体的这种流动称保压流动。这熔体的这种流动称保压流动。这一过程就是保压过程。它持续到一过程就是保压过程。它持续到浇口凝封为止。浇口凝封为止。/28当注射成型当注射成型薄壁或浇口很小的制品薄壁或浇口很小的制品时，由于浇时，由于浇口或模腔浇道很快凝封则保压过程不很明
22、显。口或模腔浇道很快凝封则保压过程不很明显。对于成型对于成型厚壁且浇口较大制品厚壁且浇口较大制品时，必须有保压时，必须有保压过程进行补料，才能获得形状完整而密实的制品过程进行补料，才能获得形状完整而密实的制品。保压的作用：保压的作用：熔体紧密贴合模腔壁，精确取得模腔型样，熔体紧密贴合模腔壁，精确取得模腔型样，完成不同时间、不同流向熔体的相互融合，完成不同时间、不同流向熔体的相互融合，使成型物增密，使成型物增密，补充因冷却而引起的体积收缩。补充因冷却而引起的体积收缩。/29影响保压效果的因素：影响保压效果的因素：v浇口处的压力浇口处的压力v 决定模腔所能达到的最大压力。决定模腔所能达到的最大压力
23、。v充模结束时熔体的流动性充模结束时熔体的流动性v 决定压力向远离浇口处传递的难易。决定压力向远离浇口处传递的难易。v可见：可见：P P注射注射、喷嘴及浇道处阻力、喷嘴及浇道处阻力，有利于，有利于P P浇口浇口；vT T熔体熔体 T T模具模具 V V注射注射 模腔模腔 有利于改善模腔内的有利于改善模腔内的压力传递。压力传递。/30v一是模腔充满后，料筒前端仍有一定量的熔体，一是模腔充满后，料筒前端仍有一定量的熔体，v二是从料筒到模腔的通道二是从料筒到模腔的通道允许熔体通过（即浇道系允许熔体通过（即浇道系统统尚未凝封尚未凝封）。v影响保压补料效果的主要因素是模腔内压力（称保影响保压补料效果的主
24、要因素是模腔内压力（称保压压力或二次注射压力）和保压时间。压压力或二次注射压力）和保压时间。/实现保压补料的必要条件是：实现保压补料的必要条件是：31n保压时间保压时间对保压补料效果、凝封压力和冷却定型对保压补料效果、凝封压力和冷却定型有较明显的影响。有较明显的影响。n用柱塞式注射机和较大浇口模具成型用柱塞式注射机和较大浇口模具成型PSPS匣形制品，加匣形制品，加工温度为工温度为254254，注射压力，注射压力112MPa112MPa，在其它条件不变下，在其它条件不变下，改变保压时间所得制品的质量、收缩率、凝封压力和改变保压时间所得制品的质量、收缩率、凝封压力和模腔压力为零时的时间数据如表模腔
25、压力为零时的时间数据如表3 37 7所示。所示。32如果在保压期内补料过量，如果在保压期内补料过量，那么当浇口凝封时，模腔中的那么当浇口凝封时，模腔中的残余压力就比较大，以致使脱残余压力就比较大，以致使脱模困难。模困难。此外，制品中的取向程度也此外，制品中的取向程度也随保压时间延长而提高。随保压时间延长而提高。331.3、倒流与冷却定型过程及分析倒流与冷却定型过程及分析v1.3.1熔体的倒流熔体的倒流保压阶段结束后，螺杆或柱塞要后退，这时模腔中熔保压阶段结束后，螺杆或柱塞要后退，这时模腔中熔体就要倒流。体就要倒流。v原因：在浇口冷凝之前，就解除模腔的外压。原因：在浇口冷凝之前，就解除模腔的外压
26、。v过程：外压解除过程：外压解除模内压高于外压模内压高于外压倒流倒流内内压下降压下降流速下降流速下降浇口熔体冷却浇口熔体冷却凝封。凝封。/341.3.2浇口冻结后的冷却浇口冻结后的冷却v曲线曲线2 2和曲线和曲线3 3的区别在于前者的区别在于前者的保压时间为的保压时间为C C2 2D D2 2，后者延长到，后者延长到C C2 2D D3 3。vD D点时保压期结束点时保压期结束,柱塞或螺杆柱塞或螺杆后退，随之出现倒流引起模内压后退，随之出现倒流引起模内压力沿力沿DEDE下降，下降，E E为凝封点。为凝封点。v凝封点之后模腔内的物料量不凝封点之后模腔内的物料量不再改变，即比容为定值，故温度再改变
27、，即比容为定值，故温度和压力沿和压力沿EFEF呈直线下降。呈直线下降。/v曲线曲线1 1是在模腔压力较低的情况下压实而且浇口凝封发是在模腔压力较低的情况下压实而且浇口凝封发生在柱塞或螺杆后退之前，即外压解除后无熔体倒流。生在柱塞或螺杆后退之前，即外压解除后无熔体倒流。35v由此不难看出，制品的密度由此不难看出，制品的密度在很大程度上由凝封时模腔在很大程度上由凝封时模腔内的温度和压力决定的。内的温度和压力决定的。v制品的密度或质量一般随凝制品的密度或质量一般随凝封时压力的增大而增加。封时压力的增大而增加。/v保压时间短，则聚合物的凝保压时间短，则聚合物的凝封温度高，凝封的模腔压力就封温度高，凝封
28、的模腔压力就低，所得制品的密度也就小。低，所得制品的密度也就小。36n在冷却过程中，温度降到在冷却过程中，温度降到TgTg(或热变形温度或热变形温度)以下，压力下以下，压力下降到与大气压平衡（即模内残余压力降到与大气压平衡（即模内残余压力p pE E=0=0）时，才是。）时，才是。重要标志：重要标志：np pE E=0=0若出现在冷却过程初期，则模腔内凝固层较薄，无若出现在冷却过程初期，则模腔内凝固层较薄，无足够强度抵抗随后因内部冷却收缩而出现负压，制品表面足够强度抵抗随后因内部冷却收缩而出现负压，制品表面将出现凹痕；将出现凹痕；np pE E=0=0若在冷却过程中期出现，内部未凝熔体会在足够
29、厚若在冷却过程中期出现，内部未凝熔体会在足够厚外表壳层拉应力作用下而产生缩孔；外表壳层拉应力作用下而产生缩孔；np pE E=0=0只有在冷却过程后期，制品内外都已凝固，才不致只有在冷却过程后期，制品内外都已凝固，才不致发生上述的缺陷。发生上述的缺陷。/幻灯片幻灯片 98 n残余压力为零是冷却过程结束。残余压力为零是冷却过程结束。37塑料热扩散系数、制品壁厚、塑料热扩散系数、制品壁厚、熔体温度、熔体温度、模具温度模具温度制品取出时所允许最高温度制品取出时所允许最高温度（TgTg或热变形温度）等或热变形温度）等式中：式中：t t最短冷却时间，最短冷却时间，S S 制品厚度，制品厚度，cmcm 聚
30、合物热扩散速率，聚合物热扩散速率，cmcm2 2/s/s T T2 2制品脱模温度，制品脱模温度，T T模具温度模具温度 T T1 1模腔内熔体的平均温度，模腔内熔体的平均温度，/制品在模具中制品在模具中所必须的最短所必须的最短冷却时间冷却时间在给定模温下，制品在模腔中的冷却时间可用下面公在给定模温下，制品在模腔中的冷却时间可用下面公式估算：式估算：38n在估算最短冷却时间时，在估算最短冷却时间时，n应注意壁很厚的制品应注意壁很厚的制品并不要求在脱模前内外全部并不要求在脱模前内外全部凝固，而只需外部凝固层厚度能保证顶出时有足凝固，而只需外部凝固层厚度能保证顶出时有足够的刚度即可。够的刚度即可。
31、n对壁很薄的制品，对壁很薄的制品，应注意充模时较高程度的大分应注意充模时较高程度的大分子取向对其热变形温度的影响，子取向对其热变形温度的影响，而熔体的冷凝大而熔体的冷凝大部分发生在充模时间内。部分发生在充模时间内。/39n凝封压力和温度对制品的性能有很大的影响，凝封压力和温度对制品的性能有很大的影响，n通常可以用通常可以用改变保压时间改变保压时间来调节这两个参数，来调节这两个参数，以此来改善制品的性能。以此来改善制品的性能。/综上所述综上所述,4041q在注射过程中，由于在注射过程中，由于应力与温度梯度应力与温度梯度的存在，使制品在的存在，使制品在冷却时或冷却后，各个局部仍存在不同的应力状态，
32、使制冷却时或冷却后，各个局部仍存在不同的应力状态，使制品内部材料分别受到伸缩或剪切作用。品内部材料分别受到伸缩或剪切作用。q在成型后制品内部分子间仍然存在的应力就是内应力。在成型后制品内部分子间仍然存在的应力就是内应力。q注射制品存在内应力是较普遍的，它影响制品的力学、注射制品存在内应力是较普遍的，它影响制品的力学、使用性能，会使制品发生翘曲和在外界环境应力和腐蚀介使用性能，会使制品发生翘曲和在外界环境应力和腐蚀介质作用下开裂。质作用下开裂。/2.1.2.1.注射成型制品的内应力注射成型制品的内应力422.1.12.1.1内应力的产生内应力的产生v一是一是由于温度梯度产生的体积温差应力。由于温
33、度梯度产生的体积温差应力。v二是二是由于分子解取向受到阻滞而产生的取向应力。由于分子解取向受到阻滞而产生的取向应力。v三是三是结晶聚合物产生的内应力。结晶聚合物产生的内应力。v四是四是由金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力。由金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力。v可见，由于不同的原因，形成了各种可能的内应力，可见，由于不同的原因，形成了各种可能的内应力，其中温度应力和取向应力是最重要的两种，其中温度应力和取向应力是最重要的两种，它对制品的它对制品的物理力学性能的影响最大。物理力学性能的影响最大。/在注射成型过程中，制品内应力的产生可能来在注射成型过程中，制品内应力的产生可能来自以下几个方面：自以下几
34、个方面：432.1.22.1.2影响内应力的因素影响内应力的因素温度应力产生于充模时熔体与模壁的巨大温差，温度应力产生于充模时熔体与模壁的巨大温差，材料冷材料冷凝收缩先后不同，当内层熔料不断冷却时，不能自由收缩凝收缩先后不同，当内层熔料不断冷却时，不能自由收缩，就产生了拉伸应力，而壳层处则相应产生压缩应力，就产生了拉伸应力，而壳层处则相应产生压缩应力。在浇口尚未凝封的保压期间进行补料，可使已凝固的表在浇口尚未凝封的保压期间进行补料，可使已凝固的表层受到拉伸，即在其中产生拉伸应力。层受到拉伸，即在其中产生拉伸应力。若拉伸应力能与由温度差产生的压缩应力抵消，则与冷若拉伸应力能与由温度差产生的压缩应
35、力抵消，则与冷却有关的温度应力有可能消失。却有关的温度应力有可能消失。/.温度应力的影响因素温度应力的影响因素44q如果模腔内压力较低，或者保压时间较短，上述拉如果模腔内压力较低，或者保压时间较短，上述拉伸应力不足以抵消压缩应力，那么温度应力就会保留伸应力不足以抵消压缩应力，那么温度应力就会保留在制品内。在制品内。q由此可见，注射过程中，增大模内压力、延长保压由此可见，注射过程中，增大模内压力、延长保压时间是有助缓解成型制品的温度应力的。时间是有助缓解成型制品的温度应力的。/45.取向应力的影响因素取向应力的影响因素q熔体温度：熔体温度：q熔体温度高、粘度低、剪切应力降低、取向度减小。熔体温度
36、高、粘度低、剪切应力降低、取向度减小。q同时，由于熔体温度高会使应力松弛加快，解取向作同时，由于熔体温度高会使应力松弛加快，解取向作用加强。用加强。/q取向应力产生于分子解取向受到阻碍取向应力产生于分子解取向受到阻碍.由分子链取由分子链取向形成的向形成的.q影响取向应力的因素有：影响取向应力的因素有：46制品厚度：制品厚度：取向应力随注射制品厚度增加而降低，因取向应力随注射制品厚度增加而降低，因为厚壁制品冷却缓慢，可以有比较长的解取向时间；为厚壁制品冷却缓慢，可以有比较长的解取向时间；模具温度：模具温度：模具温度提高有利于取向应力减少。由于模具温度提高有利于取向应力减少。由于塑料件内的大分子链
37、取向构象主要集中在制品外层和浇塑料件内的大分子链取向构象主要集中在制品外层和浇口附近，因此，薄壁长流程制品外层和浇口附近将产生口附近，因此，薄壁长流程制品外层和浇口附近将产生较大的取向应力。较大的取向应力。/保压时间：保压时间：延长保压时间可使取向应力不断延长保压时间可使取向应力不断增大，增大，472.1.32.1.3用热处理方法降低与消除内应力用热处理方法降低与消除内应力n通过热处理可以使高聚物分子由不平衡构象向平衡通过热处理可以使高聚物分子由不平衡构象向平衡构象转变，构象转变，n使强迫冻结处于不稳定的高弹形变获得能量而进行使强迫冻结处于不稳定的高弹形变获得能量而进行热松弛，从而降低或基本上
38、消除内应力。热松弛，从而降低或基本上消除内应力。/对于分子链刚性较大、对于分子链刚性较大、TgTg较高的聚合物，较高的聚合物，对于壁厚不均匀性较大、或带有金属嵌件的制品，对于壁厚不均匀性较大、或带有金属嵌件的制品，对使用温度范围较宽和尺寸精度要求较高的制品等对使用温度范围较宽和尺寸精度要求较高的制品等在加工过程中很容易产在加工过程中很容易产生内应力又难以消除生内应力又难以消除在注射成型后都必须在注射成型后都必须而且可通过热处理而且可通过热处理方法消除或减小内应力方法消除或减小内应力484950n检验一个合格、优质的注射制品应该包括制品检验一个合格、优质的注射制品应该包括制品的内部性能和外观质量
39、两个方面。的内部性能和外观质量两个方面。内部性能内部性能-制品的力学性能制品的力学性能拉伸强度、拉伸强度、冲击强度、冲击强度、模量及制品模量及制品的熔合强度的熔合强度外观质量外观质量-制品的尺寸精度和表面光洁度制品的尺寸精度和表面光洁度聚合物的种类、制品形聚合物的种类、制品形状和机械设备、模具与状和机械设备、模具与注塑工艺条件注塑工艺条件当聚合物与制品已选定，当聚合物与制品已选定，工艺条件与模腔结构就是工艺条件与模腔结构就是主要的影响因素。主要的影响因素。/51注射制品的注射制品的拉伸强度、拉伸强度、冲击强度。冲击强度。制品的分子结构制品的分子结构成型中形成的内成型中形成的内应力大小与分布应力
40、大小与分布各种工艺因素各种工艺因素结晶、结晶、晶型结构、晶型结构、取向程度。取向程度。温度、温度、压力、压力、时间。时间。52n注射温度对拉伸强注射温度对拉伸强度的影响度的影响n从图可看到，从图可看到，非结非结晶性塑料的晶性塑料的拉伸强拉伸强度度随注射温度的提随注射温度的提高均趋于降低，高均趋于降低，n因为热塑性塑料的因为热塑性塑料的取向度取向度随着注射温随着注射温度的提高而减小度的提高而减小/53.模具温度模具温度n注射非结晶性聚合物时注射非结晶性聚合物时，模具温度对制品的力学性能影模具温度对制品的力学性能影响比较小。响比较小。n以以PSPS为例，根据试验。为例，根据试验。模温从模温从171
41、7升至升至7575时，时，HIPSHIPS的的极限极限拉伸强度拉伸强度变化极小，其变化极小，其冲击强度冲击强度的变化也不太大；的变化也不太大；n对于结晶性聚合物而言，对于结晶性聚合物而言，模温变化对其力学性能则有较模温变化对其力学性能则有较大的影响。大的影响。随着模具温度的升高，拉伸强度和弹性模量随着模具温度的升高，拉伸强度和弹性模量增大，断裂伸长率有所下降。增大，断裂伸长率有所下降。/54图表示了聚甲醛随模温图表示了聚甲醛随模温的提高，拉伸强度和弹的提高，拉伸强度和弹性模量增大，断裂伸长性模量增大，断裂伸长率则下降。率则下降。图图3-58 3-58 聚甲醛的弹性模量、聚甲醛的弹性模量、断裂时
42、的相对伸长率和极断裂时的相对伸长率和极限拉伸强度与模温的关系限拉伸强度与模温的关系55n表表3 31414中数据显示出随模温提高，聚酰胺的极限拉伸强中数据显示出随模温提高，聚酰胺的极限拉伸强度和硬度增大，弹性模量提高，断裂伸长率下降度和硬度增大，弹性模量提高，断裂伸长率下降。n对于聚烯烃，以对于聚烯烃，以HDPEHDPE为例见表为例见表3 31515，随着模温升高，随着模温升高，HDPEHDPE拉伸屈服强度有所上升。拉伸屈服强度有所上升。/56.注射压力和保压时间注射压力和保压时间注射压力对热塑性塑料的力学性能的影响比注射压力对热塑性塑料的力学性能的影响比较小。较小。n从图中可看出，温从图中可
43、看出，温度相同，随注射压度相同，随注射压力力，制品的拉伸，制品的拉伸强度强度，n但变化并不太大。但变化并不太大。57n注射压力对制品的作用主要发生在保压阶段，注射压力对制品的作用主要发生在保压阶段，熔料的补缩使制品密实。熔料的补缩使制品密实。n除考虑保压压力大小外，还要看保压压力作用除考虑保压压力大小外，还要看保压压力作用的时间长短，的时间长短，n因为当浇口凝封后，压力的传递即行停止。因为当浇口凝封后，压力的传递即行停止。n因此，如果浇口截面积很小因此，如果浇口截面积很小,那么保压压力对制品的那么保压压力对制品的拉伸强度就几乎没有影响；拉伸强度就几乎没有影响；n若浇口大，保压压力和保压时间就会
44、对制品的拉伸强若浇口大，保压压力和保压时间就会对制品的拉伸强度有影响。度有影响。/58如弹性模量如弹性模量、屈服强度、屈服强度和硬度等和硬度等依赖于依赖于制品的制品的结晶度结晶度/n对于非结晶性塑料制品对于非结晶性塑料制品，为了获得沿，为了获得沿模内流动方向较好的力学性能，必须在模内流动方向较好的力学性能，必须在注射时造成使取向程度增大的条件，注射时造成使取向程度增大的条件，n对于结晶性塑料，对于结晶性塑料，除了与上面除了与上面相似的结果外，结晶性塑料的相似的结果外，结晶性塑料的一些力学性能一些力学性能如注射温度低如注射温度低，模温低、模，模温低、模内压力高、保内压力高、保压时间延长、压时间延
45、长、浇口尺寸大、浇口尺寸大、制品应尽可能制品应尽可能薄。薄。59(a)(a)熔接缝的形成熔接缝的形成当注射制品有孔、嵌件的结构或厚度不均或采用当注射制品有孔、嵌件的结构或厚度不均或采用多于一个浇口的情况下，就形成熔接缝。多于一个浇口的情况下，就形成熔接缝。常见的熔接缝有两种：常见的熔接缝有两种：一种是在充模开始时形成的熔接缝，一种是在充模开始时形成的熔接缝，另一种是在充模终止时另一种是在充模终止时形成的熔接缝，形成的熔接缝，如图所示。如图所示。60制品熔接缝处的力学制品熔接缝处的力学性能较其余部位的力性能较其余部位的力学性能低，学性能低，n其原因可能有如下方面：其原因可能有如下方面：n一是一是
46、由于熔体料流经过一段路程流动后，温度有所由于熔体料流经过一段路程流动后，温度有所下降，两股料流前缘汇合时不能很好互相融合下降，两股料流前缘汇合时不能很好互相融合,n二是二是对结晶性聚合物，在熔接缝的界面上不能形成对结晶性聚合物，在熔接缝的界面上不能形成完全的结晶；完全的结晶；n三是三是在熔体流动前缘汇合处，由于排气不良可能在熔体流动前缘汇合处，由于排气不良可能夹杂气体和杂质使熔合面积减少夹杂气体和杂质使熔合面积减少,导致熔合强度导致熔合强度下降下降././61(b)(b)影响熔接缝强度的因素影响熔接缝强度的因素聚合物的类型、聚合物的类型、熔合缝的形式、熔合缝的形式、注射工艺条件、注射工艺条件、
47、制品的厚度等。制品的厚度等。实验表明：影响熔接实验表明：影响熔接缝强度的因素很多缝强度的因素很多、从聚合物的类型来说：、从聚合物的类型来说：在相同工艺条件下，熔接缝的拉伸强度：在相同工艺条件下，熔接缝的拉伸强度：结晶性结晶性聚合物半结晶型或无结晶型聚合物，聚合物半结晶型或无结晶型聚合物，非结晶性非结晶性聚合物，熔接缝处取向方向拉伸强度，聚合物，熔接缝处取向方向拉伸强度，但是对于冲击强度，有熔接缝无熔接缝的。但是对于冲击强度，有熔接缝无熔接缝的。/62对用对用HIPSHIPS注射试样注射试样的结果见图，的结果见图，这是因为在熔接缝这是因为在熔接缝处分子取向受到破处分子取向受到破坏，没有发生取向坏
48、，没有发生取向效应，使其冲击强效应，使其冲击强度反而提高。度反而提高。图图3 363 63 注射温度不同的抗冲注射温度不同的抗冲PSPS试样试样的冲击强度与试样厚度的关系的冲击强度与试样厚度的关系1 1、6-220 26-220 2、5-24035-2403、4-2604-2601 1、2 2、3-3-有熔接缝的试样有熔接缝的试样4 4、5 5、6-6-无熔接缝的试样无熔接缝的试样 7-7-压制试样压制试样63从熔接缝的形式比较。从熔接缝的形式比较。图表示两种不同浇口配置图表示两种不同浇口配置,形成不同的熔接缝，其极限形成不同的熔接缝，其极限拉伸强度的比较。拉伸强度的比较。v充模终止形成的熔接
49、缝的充模终止形成的熔接缝的拉伸强度随注射温度的提高拉伸强度随注射温度的提高而增大，而增大，v充模初期形成的熔接缝，充模初期形成的熔接缝，其拉伸强度随注射温度的变其拉伸强度随注射温度的变化而变化不大。化而变化不大。图图3 364 64 本体法本体法PSPS的极限拉伸的极限拉伸强度与注射温度的关系强度与注射温度的关系1-1-两个浇口沿轴线方向配置在哑两个浇口沿轴线方向配置在哑铃形试样两端铃形试样两端2-2-两个浇口沿垂直于哑铃形试样两个浇口沿垂直于哑铃形试样轴的方向并排配置轴的方向并排配置64熔接缝的强度与注射工艺条件有关：熔接缝的强度与注射工艺条件有关：较高的熔体温度或模具温较高的熔体温度或模具
50、温度使熔接缝的拉伸屈服强度提高，如下图所示。度使熔接缝的拉伸屈服强度提高，如下图所示。熔接缝拉伸强度熔接缝拉伸强度与熔体温度的关系与熔体温度的关系 熔体温度熔体温度=200 =200 注射速度注射速度=中速中速 闭模时间闭模时间=20s=20s1-1-退火试样退火试样 2-2-未退火试样未退火试样 65图图67 LDPE67 LDPE试样的熔接缝的拉伸试样的熔接缝的拉伸强度与注射压力的关系强度与注射压力的关系1 1-注射温度注射温度=104=1042-2-注射温度注射温度=232 =232 3-3-与浇口距离与浇口距离=38mm =38mm 4-4-与浇口距离与浇口距离=75mm =75mm
