塑料模講稿(學(xué)生用).doc

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塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 第一章 緒論 1-1 課程的性質(zhì)、內(nèi)容和要求 1.性質(zhì)：主要專業(yè)課 2.內(nèi)容： 由于注射成型的用途廣泛，所以近年來(lái)，注射成型技術(shù)無(wú)論是在成型物料方面，或者是在成型設(shè)備、成型模具和成型工藝方面，均在迅速發(fā)展。 本門課主要闡述： 注射成型理論；注射成型工藝條件選擇與控制；注射模的結(jié)構(gòu)組成與設(shè)計(jì)方法等。 3.要求： 　　1）熟悉塑料注射成型的基本原理和工藝過(guò)程。 　　2）掌握塑料注射模的工作原理、結(jié)構(gòu)組成和基本設(shè)計(jì)方法 3）了解塑料擠出成型、壓注成型等其他成型工藝的基本原理。 4.教學(xué)安排： 本課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)，綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)的課程 1） 為配合本課程學(xué)習(xí)，安排了認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)及試驗(yàn)課，以了解注射機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、工藝、模具特點(diǎn)。 2） 此外，還有2周的課程設(shè)計(jì)和約13周的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 由此，對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全面復(fù)習(xí)與應(yīng)用，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)分析問(wèn)題和獨(dú)立設(shè)計(jì)模具的能力。 參考書(shū)目 1.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì).曹宏深，趙仲治．機(jī)械工業(yè)出版社 2.注射模設(shè)計(jì).張克惠編，西北工業(yè)大學(xué) 3.塑料成型模具制造技術(shù).任鴻烈編,華南理工大學(xué) 4.典型注塑模具結(jié)構(gòu)圖冊(cè).王樹(shù)勛、鄧庚厚編，中南理工大學(xué) 1-2 塑料及其應(yīng)用 一、塑料的概念 1.概念：塑料是一種由樹(shù)脂和某些助劑結(jié)合而成的高分子化合物。 2.性能：可在一定溫度和壓力下具有流動(dòng)性，可以被模塑成型為一定的幾何形狀和尺寸的塑料制件。 3.組成： 1）樹(shù)脂：又稱高分子有機(jī)化合物、聚合物。一般相對(duì)分子量在一萬(wàn)～數(shù)百萬(wàn)之間，分天然與合成兩種。 合成樹(shù)脂：是人工將低分子化合物單體通過(guò)合成方法生產(chǎn)出的高分子化合物。 作用：粘結(jié)作用，又叫粘料。 2)添加劑：添加到樹(shù)脂中，以改善樹(shù)脂的某種性能的材料。 單純樹(shù)脂不能滿足成型工藝要求和使用要求。 4.特點(diǎn)： 1）密度?。?0.9～2.3g/cm3，約為鋁的1/2，銅的1/6。 泡沫塑料：=0.01～0.5g/cm3。 制成同樣大小的制品，塑料件要輕得多。 2）比強(qiáng)度高：按單位質(zhì)量計(jì)算的強(qiáng)度。 雖然塑料的強(qiáng)度不如金屬，但因小，其相當(dāng)高。 如：40Cr調(diào)質(zhì)后=1000MPa,1000/7.8=128MPa 而用玻璃纖維增強(qiáng)的塑料，拉伸比強(qiáng)度可達(dá)170～400MPa 3）絕緣性好： 原因：塑料原子內(nèi)部沒(méi)有電子和離子，大多數(shù)絕緣性好。 用途：廣泛用于電機(jī)電器、電子行業(yè)，作結(jié)構(gòu)零件和絕緣材料，如插頭、插座、開(kāi)關(guān)、手柄、電器等。 4）化學(xué)穩(wěn)定性好： 對(duì)酸、堿等化學(xué)藥品具有良好的耐腐蝕能力。 其中PTFE的化學(xué)穩(wěn)定性最高，抗蝕能力優(yōu)于黃金，“王水” 對(duì)它也無(wú)可奈何，故稱為“塑料王”。 廣泛用于化工行業(yè)和日用品中，如：管道、密封件等。 5）減摩、耐磨性好： 摩擦系數(shù)小、耐磨性強(qiáng)，可用來(lái)制造軸承、齒輪、密封圈等。 如PTFE：對(duì)鋼的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)為0.04，使用溫度250℃。 6）減振、隔音性好： 　來(lái)自聚合物大分子的彈性、柔韌性。 制成的傳動(dòng)摩擦零件噪音小、吸振性好。 7）不耐熱，在陽(yáng)光、壓力和某些介質(zhì)下易老化。 8）線脹系數(shù)大，影響精度。 9）透光、絕熱。 1-3 塑料成型工藝　　　 使塑料原料成型為制品的方法很多，最常用的有注射、擠出、壓縮、壓注、壓延和吹塑等，其中，注射成型方法在機(jī)電工業(yè)中應(yīng)用最多。 1. 注射成型：又稱注塑成型 根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展起來(lái)。 原理： 將成型物料加熱成粘流態(tài)熔體，在壓力下高速注入閉合模腔，經(jīng)保壓、冷卻定型成制品。 　 特點(diǎn)：1）成型周期短、生產(chǎn)效率高； 2）模具工作條件較好； 3）制品精度高； 4）生產(chǎn)條件比較好，操作容易； 5）易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化； 　用途：1）可以用來(lái)生產(chǎn)空間幾何形狀非常復(fù)雜的塑料制品； 2）在中空吹塑成型中，被用來(lái)生產(chǎn)吹塑所用的坯型。 2. 擠出成型： 原理： 　　利用螺桿加壓方式，連續(xù)地將塑化好的、呈熔融狀態(tài)的成型物料從擠出機(jī)的機(jī)筒中擠出，并通過(guò)特殊形狀的口模成型，然后借助于牽引裝置將擠出后的塑料制件均勻地拉出，并同時(shí)進(jìn)行冷卻定型處理。 用途： 用來(lái)成型截面尺寸一定、長(zhǎng)度連續(xù)的二維塑料制品。 如管異型材、板材、片材、薄膜、電線電纜等。 　　特點(diǎn)： 連續(xù)生產(chǎn)、斷面形狀相同。 3.壓縮成型：又稱壓制、壓塑、模壓成型。 原理： 首先將預(yù)熱過(guò)的松散的塑料原料直接加入敞開(kāi)的、經(jīng)加熱的模具型腔內(nèi)，然后合模，塑料在熱和壓力的作用下呈熔融流動(dòng)狀態(tài)充滿型腔，然后由于化學(xué)反應(yīng)（熱固性）或物理變化（熱塑性），使塑料硬化定型。 特點(diǎn)： 1）周期長(zhǎng)、生產(chǎn)率低(熱塑性塑料成型時(shí)需反復(fù)加熱冷卻）。 2）勞動(dòng)強(qiáng)度大，飛邊大，精度不易控制。 　3）模具易磨損，壽命低。 4）模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可使用普通壓機(jī)。 5）制件性能均勻，成型收縮小。 應(yīng)用： 1）熱固性塑料。 2）流動(dòng)性很差的熱塑性塑料，無(wú)法進(jìn)行注射成型時(shí)方可采用 如：PTFE、添加長(zhǎng)纖維、片狀纖維的增強(qiáng)塑料。 4.壓注成型：又稱傳遞成型 原理： 　壓注模的加料室與型腔由澆注系統(tǒng)相連接。固態(tài)成型物料在加料室內(nèi)加熱，使之轉(zhuǎn)變成粘流態(tài)，然后通過(guò)壓柱將其壓入型腔，并進(jìn)行保壓和固化而成制品。 特點(diǎn)： 克服了壓縮模的缺點(diǎn)；吸收了注射模的優(yōu)點(diǎn)。成型周期較壓縮成型短。模具壽命長(zhǎng)。 應(yīng)用： 制品密度高且均勻，質(zhì)量高，飛邊較壓縮成型小。 5.吹塑成型： 原理： 　將擠出機(jī)擠出的或注射成型的，處于高彈狀態(tài)的空心塑料型坯置于閉合的模腔內(nèi)，然后向型坯內(nèi)部通入壓縮空氣，使其脹大并貼緊于型腔表壁，經(jīng)冷卻定型后成為具有一定形狀和尺寸精度的中空塑料容器。（塑料瓶、壺） 6.真空成型： 原理： 　　在加熱的塑料片材與模腔構(gòu)成的封閉型腔內(nèi)抽真空，使片材在大氣壓下發(fā)生塑性變形后緊貼于模腔表面而成為塑料制件。 　另外，還有泡沫塑料成型、搪塑模、澆鑄模等。 1-4 塑料工業(yè)的發(fā)展 1.初創(chuàng)階段： 30年代以前，科學(xué)家研制成了酚醛PF、硝酸纖維素（與樟腦混合制取可塑性塑料）及醋酸纖維素。 特征：間歇法，小批量生產(chǎn)。 2.發(fā)展階段： 　　30年代，低密度聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚氯乙烯PVC和聚酰胺PA等塑料相繼工業(yè)化，為進(jìn)一步發(fā)展開(kāi)辟了道路。 3.飛躍發(fā)展階段：50年代中期到60年代末。 1）石油化工的高速發(fā)展為塑料工業(yè)提供了豐富而廉價(jià)的原料 　2）齊格勒納塔用有機(jī)金屬鉻化物定向催化體系聚合工藝創(chuàng)立的高分子學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展及聚合技術(shù)的開(kāi)拓，使高密度PE和PP工業(yè)化 　3）工程塑料也因碳酸脂PC和聚甲醛POM、聚酰亞胺PI等的相繼出現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，使塑料向耐高溫的領(lǐng)域發(fā)展。 　4）增強(qiáng)及復(fù)合材料的出現(xiàn)使塑料步入高強(qiáng)度、耐高溫的尖端材料領(lǐng)域。 5）此階段，塑料的產(chǎn)量和品種不斷增加，成型加工技術(shù)更趨完善 4.穩(wěn)定增長(zhǎng)階段：　 　　70年代以來(lái)，出現(xiàn)石油危機(jī)，原材料價(jià)格猛漲，塑料的增長(zhǎng)速度下降。 　 此階段特點(diǎn)： 　1）通過(guò)共聚、交聯(lián)、共混、復(fù)合、增強(qiáng)、填充和發(fā)泡等方法來(lái)改進(jìn)塑料的性能，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，生產(chǎn)技術(shù)更趨合理。 2）塑料工業(yè)向著生產(chǎn)工藝自動(dòng)化、連續(xù)化，產(chǎn)業(yè)系列化，不斷開(kāi)拓功能性塑料的新領(lǐng)域發(fā)展。 5.我國(guó)的塑料工業(yè)?！∑鸩捷^晚 　　40年代只有酚醛和賽璐珞兩種塑料，年產(chǎn)量?jī)H200t。 　　50年代，萬(wàn)噸級(jí)聚氯乙烯裝置投產(chǎn)。 70年代中期，引進(jìn)幾套石化裝置建成投產(chǎn)。 同時(shí)塑料成型加工機(jī)械和工藝方法也迅速發(fā)展。 　　由于新的工程塑料不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，成型工藝不斷成熟與完善，極大促進(jìn)了塑料成型模具的開(kāi)發(fā)與制造。 隨著工業(yè)塑料制件和日用塑料制件的品種和需求量的日益增加，產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期越來(lái)越短，對(duì)塑料的產(chǎn)量、質(zhì)量要求越來(lái)越高。 1-5 塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性 　 　 * 認(rèn)識(shí)： 模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要裝備。 塑料模是指用于成型塑料制品的模具?！　　? 　　模具設(shè)計(jì)水平的高低、加工設(shè)備的好壞、制造力量的強(qiáng)弱、模具質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高。 美國(guó)稱：模具工業(yè)是美國(guó)工業(yè)的基石。 日本稱：模具是促進(jìn)社會(huì)繁榮富裕的動(dòng)力。 *發(fā)展?fàn)顩r 在儀器儀表、家電、交通、通訊、輕工等行業(yè)的產(chǎn)品零件中，70%以上是用模具生產(chǎn)的。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家模具工業(yè)產(chǎn)值早已超過(guò)機(jī)床行業(yè)的產(chǎn)值。 日本：1991年模具工業(yè)已實(shí)現(xiàn)高度的專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和商品化。全國(guó)一萬(wàn)多家企業(yè)中，塑料模、沖壓模企業(yè)各占40%。 韓國(guó)：新近統(tǒng)計(jì)，模具專業(yè)廠中塑料模占43.9%，沖壓模占44.8%。 新加坡：460家企業(yè)，60%生產(chǎn)塑料模，35%生產(chǎn)沖模和夾具。 說(shuō)明目前塑料模已和沖壓模并駕齊驅(qū)。 中國(guó)：1989年，國(guó)務(wù)院頒發(fā)了“當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定”在重點(diǎn)支持技術(shù)改造的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品中，把模具制造列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位，它確定了模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。 1-6 塑料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1.成型理論的進(jìn)展： 隨著塑料件的大型化和復(fù)雜化，模具的重量達(dá)數(shù)噸至十多噸，若只憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，往往因設(shè)計(jì)不當(dāng)造成模具報(bào)廢，數(shù)十萬(wàn)元的費(fèi)用將毀于一旦，所以設(shè)計(jì)模具已逐漸向理論設(shè)計(jì)方面發(fā)展。 包括：模板剛度、強(qiáng)度計(jì)算，充型流動(dòng)理論的建立。 　 目前，有關(guān)擠出成型的流動(dòng)理論和數(shù)學(xué)模型已建立，并已有應(yīng)用。有關(guān)注射成型的流動(dòng)理論尚在探討，注射成型的塑料熔體在一維、二維簡(jiǎn)單模腔的充型流動(dòng)理論和數(shù)學(xué)模型已解決，并已加強(qiáng)在三維模腔中流動(dòng)行為的研究。 2.成型方法的革新： 一些新型或有特殊要求的塑料制品要求新的成型方法。 如對(duì)注射成型 ：有無(wú)流道凝料贅物的注射成型、熱固性塑料注射成型、低發(fā)泡、排氣反應(yīng)、增強(qiáng)反應(yīng)及多品種塑料的共注射成型等。 3.塑料制件的精密化、微型化和超大型化： 精密注射成型是能將塑料制件尺寸公差控制在0.01～0.001mm之內(nèi)的成型工藝方法，主要用于電子、儀表工業(yè)。 微型化制件要求在微型設(shè)備上生產(chǎn)： 德國(guó)已有0.1g的微型注射機(jī)，可生產(chǎn)0.05g左右的制件。 國(guó)內(nèi)已有0.5g的微型注射機(jī)，可生產(chǎn)0.1g左右的制件。 　　大型化要求有大型、超大型注射成型設(shè)備： 　　 法國(guó)已有17萬(wàn)g超大型注射機(jī)，合模力150MN 美國(guó)已有10萬(wàn)g的超大型注射機(jī)。 日本已有9.6萬(wàn)g的超大型注射機(jī)。 國(guó)內(nèi)已有3.5萬(wàn)g的超大型注射機(jī)，合模力80MN。 4.模具技術(shù)進(jìn)步： 　 1）模具加工技術(shù)： 　 已廣泛應(yīng)用仿形加工、電加工、數(shù)控加工等先進(jìn)技術(shù)，并使用坐標(biāo)鏜、坐標(biāo)磨、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等精密加工與測(cè)量設(shè)備，提高加工精度，縮短加工周期。 　 2）新材料的研制和應(yīng)用： 　　模具材料的選用是模具設(shè)計(jì)制造中的一個(gè)較重要的問(wèn)題，它將直接影響模具加工成本、使用壽命及塑料件質(zhì)量等。 國(guó)內(nèi)外已對(duì)模具的工作條件、失效形式和提高壽命的途徑進(jìn)行大量研究，開(kāi)發(fā)出許多性能良好、加工性好、熱處理變形小的新型模具鋼（預(yù)硬鋼、新型淬火回火鋼、馬氏體時(shí)效鋼、析出硬化鋼、耐蝕鋼等）。 3）CAD/CAM 是塑料模具生產(chǎn)中一項(xiàng)革命性措施，也是模具技術(shù)發(fā)展的一座里程碑。它的出現(xiàn)可從根本上改變模具的生產(chǎn)面貌，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益是十分巨大的，不僅可使模具生產(chǎn)效率提高幾倍乃至幾十倍，更可保證模具質(zhì)量水平的提高。 4）模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化： 是縮短模具加工周期，降低模具成本的重要方法之一。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，只是標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化生產(chǎn)，即可降低成本50%。 美國(guó)、日本標(biāo)準(zhǔn)化程度已達(dá)70%，專業(yè)化程度分別為90%、74%。 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化程度已達(dá)20%，專業(yè)化程度剛起步。 習(xí)題 1．塑料與合成樹(shù)脂的概念。 2. 塑料的特點(diǎn)。 3. 塑料的成型工藝方法。 第二章 注射成型理論基礎(chǔ) 2-1 聚合物大分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 一、概念: 　 1.聚合反應(yīng)：將低分子化合物單體轉(zhuǎn)變成大分子物質(zhì)的過(guò)程。 ─　 ─　 　NCH2＝CH2 ——→　[ CH2-CH2 ] N 式中，CH2＝CH2是乙烯單分子，[ CH2-CH2 ]　是聚乙烯結(jié)構(gòu)單元分子式。 N是聚合度，即聚合物所含結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量,N越大，則聚合物大分子的相對(duì)分子質(zhì)量越高。 2. 聚合物：聚合反應(yīng)的產(chǎn)物。 3. 高分子化合物（也叫大分子物質(zhì)、高聚物）： 相對(duì)分子質(zhì)量大于10000時(shí)的聚合物。 二、 大分子的形態(tài)特點(diǎn): 1. 大分子長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)：通過(guò)聚合反應(yīng)形成的大分子呈長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，象一根細(xì)絲，很易彎曲，無(wú)外力時(shí)為蜷曲狀。 2. 具有柔順性：由于C-C鍵彼此相接時(shí)有一定角度，在外力作用時(shí)可改變角度，且可自由旋轉(zhuǎn)。致使具有一定柔軟性和彈性。 三、大分子鏈狀結(jié)構(gòu)的類型: 　 1.線形結(jié)構(gòu)：整條大分子象一根長(zhǎng)長(zhǎng)的鏈條，基本上沒(méi)有分支。 特點(diǎn)：可反復(fù)加熱，冷卻。 2.支鏈型：整條大分子具有一個(gè)線型主鏈，旁邊帶有一些分支。 特點(diǎn)：可反復(fù)加熱，冷卻。 3.體形結(jié)構(gòu)：多個(gè)大分子之間發(fā)生交聯(lián)化學(xué)反應(yīng)，使彼此聯(lián)接起來(lái)，形成網(wǎng)狀。 特點(diǎn)： 1）一般是有相對(duì)分子質(zhì)量較小的預(yù)聚物經(jīng)過(guò)交聯(lián)反應(yīng)生成。 2）只能在交聯(lián)時(shí)進(jìn)行一次加熱，之后便永遠(yuǎn)固化 2-2聚合物的物理狀態(tài)及加工性能 　　 聚合物的物理力學(xué)性能與溫度密切相關(guān)，溫度變化時(shí)聚合物的受力行為發(fā)生變化，呈現(xiàn)出不同的力學(xué)狀態(tài)。 如圖:曲線1為非結(jié)晶聚合物即線形無(wú)定型聚合物受恒應(yīng)力作用時(shí)變形程度與溫度的曲線關(guān)系,此曲線明顯分為三個(gè)階段,即此聚合物存在三種物理狀態(tài)。 1.玻璃態(tài)：T＜θg，曲線基本是水平的，變形程度小，且可逆，處于剛性狀態(tài) 特點(diǎn)： 1）呈堅(jiān)硬固體狀。 2）受力變形符合虎克定律，彈性模量和力學(xué)強(qiáng)度較高。 3）可進(jìn)行車、銑、刨、磨等切削加工 2.高彈態(tài)：θg＜T＜θf(wàn)，溫度在玻璃化溫度與粘流溫度之間。表現(xiàn)為柔軟而有彈性。 特點(diǎn)： 1）也呈固體狀（橡膠狀）。 2）可獲得很大的彈性變形（不服從虎克定律），彈性是可逆的 3）長(zhǎng)時(shí)間施加外力后，可產(chǎn)生塑性變形（外力強(qiáng)制分子鏈運(yùn)動(dòng)的結(jié)果）即外力等效溫度作用的性質(zhì)。 4）變形量不能滿足注射成型要求。 5）可進(jìn)行彎曲、吹塑、引伸、真空成型、沖壓等。 3.粘流態(tài)：或稱熔融態(tài)熔體。θf(wàn)＜T＜θd 特點(diǎn)： 　1）可產(chǎn)生很大的宏觀流動(dòng)，且不能回彈。 　2）其變形屬于液態(tài)變形性質(zhì)，叫粘性變形（此為注射成型應(yīng)用的狀態(tài)，并可擠壓，壓延，模壓等）。 4.熱分解:即降解 T>θd 5.T<脆化溫度θb時(shí)，物理性能將發(fā)生變化，很小的外力就折裂。 使塑料失去使用價(jià)值，θb是塑料是使用的下限。 θg是塑料使用的上限溫度，T>θg時(shí)塑料不能保持其尺寸穩(wěn)定性和使用性能。 曲線2為線形結(jié)晶聚合物的熱力學(xué)曲線。 可知,通常不存在高彈態(tài),和θm對(duì)應(yīng)的溫度即叫熔點(diǎn)，即熔融與凝固的臨界溫度。 1)該聚合物低于θm時(shí)變形量很小,耐熱性較好。 2)故無(wú)明顯的高彈態(tài)可在脆化溫度和熔點(diǎn)之間應(yīng)用。所以使用溫度范圍較寬。 2-3　成形過(guò)程中聚合物的物理化學(xué)變化 一、聚合物的結(jié)晶 1. 概念: 結(jié)晶: 材料的質(zhì)點(diǎn)既近程有序,又遠(yuǎn)程有序,即有規(guī)則緊密排列 　結(jié)晶型聚合物: 聚合物中具有分子作有規(guī)則緊密排列的區(qū)域(結(jié)晶區(qū)) 　無(wú)定型聚合物: 聚合物中沒(méi)有結(jié)晶區(qū)。 　結(jié)晶度: 結(jié)晶區(qū)在聚合物中所占的重量百分比。 　結(jié)晶過(guò)程: 聚合物由非晶態(tài)轉(zhuǎn)為晶態(tài)的過(guò)程。 結(jié)晶特征: 在高溫熔體向低溫固體的轉(zhuǎn)變過(guò)程中,分子鏈的構(gòu)型得到穩(wěn)定規(guī)整的排列。 2. 結(jié)晶對(duì)聚合物性能的影響:* 　　　 聚丙烯PP結(jié)晶度 　　　70% →90% 1)密度: 結(jié)晶意味有規(guī)則排列,ρ↑0.896→0.903 2)抗拉強(qiáng)度: 結(jié)晶后分子間作用加強(qiáng) σb(MPa)↑27.5→42 3)沖擊韌度: 因其分子鏈規(guī)整排列 ak↓15.2→4.86 4)彈性模量: E↓ 4400→980 5)熱性能: 軟化溫度熱變形溫度 θg(℃)↑ 124.9→151.1 6)脆性: 脆化溫度 θb(℃)↑ 0 → 20 7)表面粗糙度: 結(jié)晶后分子規(guī)整排列,致密性↑從而Ra↓ 8)透明度：球晶會(huì)引起光波散射，導(dǎo)致透明性下降或喪失。 二、聚合物的取向 1. 概念:聚合物的大分子及其鏈段或結(jié)晶聚合物的微晶粒子在應(yīng)力作用下形成的有序排列。 2. 原因:聚合物熔體在流道中流動(dòng)的速率是中心最大,管壁處為0，呈拋物線狀,此時(shí)大分子鏈段將順著流動(dòng)方向作平行排列。(若不作這樣的排列,細(xì)而長(zhǎng)的鏈段將以不同的速度運(yùn)動(dòng),實(shí)際上這是不可能的。) 3. 分類:* 1)按應(yīng)力性質(zhì)分 拉伸取向:由拉應(yīng)力引起,取向方位與應(yīng)力作用方向一致。 如取向薄膜,單絲等。 流動(dòng)取向:由切應(yīng)力引起,沿熔體流動(dòng)方向形成。 如注射。 2)按熔體流動(dòng)性質(zhì)分 單軸取向：取向結(jié)構(gòu)單元均沿著一個(gè)流動(dòng)方向有序排列。 如流道中的流動(dòng)情況。 多軸取向：向結(jié)構(gòu)單元均沿著兩個(gè)或多個(gè)方向有序排列 如模腔中的流動(dòng)情況。 3）按溫度分布情況分 等溫取向：機(jī)筒、噴嘴中的取向可近視為等溫取向。 非等溫取向：各種流道、澆口及模腔中的取向。 4. 取向?qū)π阅艿挠绊? 取向的結(jié)果是出現(xiàn)各向異性，取向方位的力學(xué)性能顯著提高，收縮率增大，垂直與取向方位性能下降。 有時(shí)需要取向，如取向薄膜、單絲； 有時(shí)應(yīng)消除取向，如許多厚度較大的塑料件。 5. 注射成型時(shí)影響取向的因素：* 1）溫度： 熔體θR↑→變形和流動(dòng)能力↑→↑—模具θm↑→解取向能力增加更快— 解取向：取向后的聚合物大分子在高溫下因布朗運(yùn)動(dòng)而恢復(fù)原來(lái)的蜷曲狀態(tài)的能力． 2）注射壓力、保壓力↑→熔體中切應(yīng)力和切變速率↑→加速取向 3）沖模速度： 快速?zèng)_模時(shí)因流速作用，表層附近高度取向，內(nèi)部溫度↑→解取向能力↑ 慢速?zèng)_模時(shí)模具帶走的熱量↑，熔體溫度↓→取向能力↑ 4）澆口凍結(jié)時(shí)間： 澆口尺寸↑→冷卻變慢↓凍結(jié)較晚→充模延時(shí)→可在一定程度上補(bǔ)償熱運(yùn)動(dòng)引起的解取向，尤其在澆口附近取向非常明顯。 三、 降解 1.概念：把相對(duì)分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象稱為降解或裂解。 2.原因：由于受到熱和應(yīng)力的作用或由于高溫下聚合物的微量水分、酸、堿等雜質(zhì)及空氣中氧的作用，導(dǎo)致分子斷裂、交聯(lián)與結(jié)構(gòu)改變。 3.影響： 較輕時(shí),使聚合物變色。 進(jìn)一步,分解出低分子物質(zhì)，粘度↓出現(xiàn)氣泡、流紋等弊病，并削弱塑料的物理力學(xué)性能。 嚴(yán)重時(shí),會(huì)使塑料燒焦、碳化、變黑。 4.措施：對(duì)成型來(lái)說(shuō)，熱降解是主要的，由應(yīng)力、氧氣和水引起的為次要的。 1）嚴(yán)格控制原材料的技術(shù)指標(biāo)，避免雜質(zhì)； 2）生產(chǎn)前,干燥處理,特別是聚酯、聚醚、聚酰胺等易吸水分； 3）制定合理的成型工藝，特別是對(duì)熱穩(wěn)定性差，加工溫度與分解溫度接近塑料； 4）加入穩(wěn)定劑、抗氧化劑等，以提高抗降解能力。 四、交聯(lián)* 1.概念：聚合物線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。 2.特點(diǎn)：交聯(lián)后聚合物的強(qiáng)度、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性提高。 3.適應(yīng)：熱固性塑料。對(duì)熱塑性塑料是有害的。 4.原理：聚合物分子鏈中帶有反應(yīng)基團(tuán)（羥甲基）或反應(yīng)活點(diǎn)（不飽和鍵等），成型時(shí)與交聯(lián)劑（硬化劑）作用而交聯(lián)在一起。 習(xí)題 1．聚合反應(yīng)的概念。 2. 高聚物的相對(duì)質(zhì)量有多少。 3. 聚合物大分子的形態(tài)特點(diǎn)。 4．聚合物大分子有哪幾種結(jié)構(gòu)類型。 5. 聚合物的物理狀態(tài)。 6. 結(jié)晶與結(jié)晶度的概念。 7. 取向的原因和對(duì)制品性能的影響。* 8. 影響取向的因素。* 10.產(chǎn)生降解原因和預(yù)防措施。* 9. 降解的概念。 11.交聯(lián)反應(yīng)的概念和特點(diǎn)。* 第三章 注射成形物料 一、塑料的組成 （塑、材只講概念及作用） 1.樹(shù)脂（塑料的主要成分） 作用：1）聯(lián)系或膠粘著塑料中的其他一切組成部分； 2）決定塑料的類型和性能。 2.助劑 概念：用以改善塑料原料的某些性能的添加劑。 作用：改善工藝性能：改進(jìn)加工條件，提高生產(chǎn)效率； 提高使用性能：改善制品性能，延長(zhǎng)壽命。 1）填充劑： 作用：（1）大大降低塑料成本； （2）顯著改善塑料性能。 如：* 酚醛樹(shù)脂中加入苯酚，克服了脆性，成本降低； * PE、PVC中加入鈣，提高剛性耐熱性，成本降低； * 聚酰胺、聚甲醛中加入MoS2、石墨、PTFE，使耐磨耐熱，抗水，硬度提高； * 塑料中加入玻璃纖維，機(jī)械強(qiáng)度大大提高。 類型： 按化學(xué)性能：無(wú)機(jī)填料、有機(jī)填料 按形狀：粉狀、層狀、纖維狀等 粉狀：木粉、硅藻土、滑石粉、云母粉、石棉粉、高嶺土、石墨、金屬粉； 層片狀：紙張、棉布、石棉布、玻璃布、木片； 纖維狀：棉花、亞麻、石棉絲、玻璃絲、碳纖維、金屬須 2）增塑劑 概念：能與樹(shù)脂相溶的不易揮發(fā)的高沸點(diǎn)有機(jī)化合物。 作用： （1）降低樹(shù)脂的熔融粘度和溫度，改善流動(dòng)性； （2）改進(jìn)塑料的柔軟性、提高延伸率、沖擊性及耐寒性。 原理：加大樹(shù)脂分子間距，因而削弱大分子間的作用力，使樹(shù)脂分子容易滑移，從而使塑料在較低溫度下具有良好的可塑性和柔軟性。 常用：鄰苯二甲酸二丁酯、氯化石蠟。 3）穩(wěn)定劑 概念：可以提高樹(shù)脂在熱、光、氧和霉菌等因素作用時(shí)的穩(wěn)定性，阻緩塑料變質(zhì)的添加劑。 類型： 熱穩(wěn)定劑　抑制成型過(guò)程中可能發(fā)生的熱降解反應(yīng)；延緩制品在儲(chǔ)存使用中因熱、光、氧的引起的降解。 　 光穩(wěn)定劑　防止在陽(yáng)光、燈光、高能射線下的降解和性能變壞。 　 抗氧劑　預(yù)防和抑制高溫氧化、光輻射氧化脫氫等。 要求：穩(wěn)定效果好；耐水、油、化學(xué)藥品，與樹(shù)脂相溶；成型過(guò)程中不分解，揮發(fā)小，無(wú)色。 常用：硬脂酸鹽（鋅）、鉛的化合物等。 4）潤(rùn)滑劑 作用：改進(jìn)流動(dòng)性，減少或避免對(duì)設(shè)備、模具的摩擦和粘附。 常用：硬脂酸及其鹽類。 5）著色劑 類型：有機(jī)顏料、無(wú)機(jī)顏料、染料。 要求：性質(zhì)穩(wěn)定、不易變色、著色力強(qiáng)；與樹(shù)脂有良好的相溶性，不與其他成分起化學(xué)反應(yīng)。 6）固化劑（硬化劑）、交聯(lián)劑 如：酚醛樹(shù)脂加入六亞甲基四胺，環(huán)氧樹(shù)脂加入乙二胺等。 另外，還有發(fā)泡劑、阻燃劑、防靜電劑、導(dǎo)電劑、導(dǎo)磁劑。 二、塑料的分類 一）按受熱行為分 1.熱塑性塑料 特點(diǎn)： 1〉大分子鏈比較容易活動(dòng)，受熱時(shí)分子間可以相互移動(dòng)； 2〉具有較好的可熔性和可模塑性。 3〉固化后可以再次加熱、冷卻而反復(fù)具有流動(dòng)性和固化性。 常見(jiàn)品種： 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺 PE PP PS PVC PA 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯 ABS PMMA 聚四氟乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚礬 PTFE POM PC PSF 2.熱固性塑料 特點(diǎn)： 1〉加熱之初分子呈線型結(jié)構(gòu)，具有可熔性和可塑性，可制成一定形狀塑料件。 2〉繼續(xù)加熱時(shí)發(fā)生交聯(lián)，分子呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，固化后，可熔性、可塑性消失。 3〉冷卻后無(wú)法再次加熱軟化或熔融，高溫下只能被燒焦碳化。 常見(jiàn)品種： 酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯、PF EP UP 硅塑料。 二）按固態(tài)聚合物大分子構(gòu)型分 1.結(jié)晶型塑料 PE、PP、PA、POM、甲醛 2.不定型 PS、PVC、PMMA、PC 三）按應(yīng)用范圍分 1.通用塑料：產(chǎn)量大、用途廣、價(jià)格低、性能一般。 產(chǎn)量占總量的一大半以上。 包括6大品種：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、 PE PP PVC PS 酚醛、氨基塑料 2.工程塑料：在工程技術(shù)中用作結(jié)構(gòu)材料。 具有較高的強(qiáng)度，很好的耐磨性、耐腐蝕性、自潤(rùn)滑性及尺寸穩(wěn)定性，即具有某些金屬性能，可以替代金屬作某些機(jī)械構(gòu)件。 常用：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS、聚礬、 PA POM PC ABS PSF 聚苯醚、聚四氯乙烯 PPO PTFE 3.特殊塑料：具有某些特殊性能的塑料 。 有高的耐熱性或高的電絕緣性及耐腐蝕性。 如：氟塑料：聚四氟乙烯。減摩自潤(rùn)滑零部件，高溫下或腐蝕介質(zhì)中的各種無(wú)潤(rùn)滑活塞環(huán)，低轉(zhuǎn)速摩擦軸承等 三、塑料的成型工藝性 一）收縮性 1.概念： 塑料經(jīng)成型冷卻后，其尺寸或體積發(fā)生收縮的現(xiàn)象。 2.表現(xiàn)形式： 1）線尺寸收縮：熱脹冷縮、脫模時(shí)的彈性恢復(fù)、塑性變形等原因。 2）后收縮：脫模后，各種殘余應(yīng)力松弛導(dǎo)致尺寸變化。 3）收縮的方向性： 取向效應(yīng)→各向異性→使收縮量因方向不同而有差異。 沿取向方位強(qiáng)度大，收縮大，出現(xiàn)方向性，會(huì)造成扭曲現(xiàn)象。 3.收縮率 實(shí)際收縮率： Ss=(LSQ-Ls)/Ls100% 計(jì)算收縮率： Sj=(LM-Ls)/Ls100% 對(duì)大型、精密模具成型零件尺寸計(jì)算時(shí)常采用Ss 對(duì)普通中、小模具成型零件尺寸計(jì)算時(shí)常采用Sj 二）流動(dòng)性 1.概念：在成型過(guò)程中，塑料熔體在一定溫度和壓力作用下充填模腔的能力。 2.表示方法： * 熔體指數(shù)MI： 在一定溫度和壓力下，10min內(nèi)從熔體指數(shù)測(cè)定儀出料 孔擠出的聚合物熔體質(zhì)量(g)表示。 g/10min。 MI越大則流動(dòng)性越好。 * 螺旋流動(dòng)試驗(yàn)值： 將被測(cè)塑料在一定溫度和壓力下注入標(biāo)準(zhǔn)的阿基米德螺旋線模具內(nèi)，用其所能達(dá)到的流動(dòng)長(zhǎng)度（cm）表示。 流動(dòng)長(zhǎng)度越大，流動(dòng)性越好。 3.影響流動(dòng)性的因素 1〉成分　　 2〉溫度 3〉壓力　　　　　　　　　 4〉剪切作用 5〉模具結(jié)構(gòu) 習(xí) 題 1．熱塑性物料、熱固性物料的概念。 2．通用塑料、工程塑料、特殊塑料的概念。 3．試述收縮性及其表現(xiàn)形式。 　　4．流動(dòng)性的概念與表達(dá)方式。 第四章 普通注射成型工藝 4-1 注射成型原理及工藝過(guò)程 一、原理 二、工藝過(guò)程 一）成型前準(zhǔn)備 1、原料檢驗(yàn) 成型前對(duì)原料進(jìn)行外觀和工藝性檢驗(yàn) 內(nèi)容：色澤、粒度、均勻性、流動(dòng)性、熱穩(wěn)定性、收縮率 2、干燥處理 （除去水分子及揮發(fā)物 ） 作用：避免制件表面出現(xiàn)銀絲、斑紋、氣泡和物料降解。 3.嵌件的預(yù)熱 嵌件：為了滿足裝配和使用強(qiáng)度的要求，注射成型時(shí)鑲嵌在塑料制品內(nèi)部的金屬件。 注射成型制件冷卻時(shí)，制件與嵌件收縮量不一樣，嵌件周圍會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致嵌件周圍的強(qiáng)度下降或出現(xiàn)裂紋。 預(yù)熱→ 溫度差↓→ 內(nèi)應(yīng)力↓ 4.料筒清理 除去殘存廢料 5.脫模劑的選用 1）液體石蠟 用于聚酰胺（PA） 2）硬脂酸鋅 用于聚酰胺以外的塑料 3）硅油 潤(rùn)滑效果好，但是價(jià)格較貴，使用不便。（需配甲苯溶液） 二）注射過(guò)程( 包括加料、塑化、充模、冷卻和脫模幾個(gè)過(guò)程) 1.加料 要求：因是間歇過(guò)程，需定量加料，以保證操作穩(wěn)定，塑化均勻，獲得良好的塑件。 加料過(guò)多→ 熱降解、功率損耗↑ 加料過(guò)少→ 壓力↓，難于補(bǔ)縮，出現(xiàn)凹陷、空洞 2.塑化 概念：指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)并且具有良好的可塑性的過(guò)程。 要求： 1）達(dá)到規(guī)定的成型溫度； 2）熔料各點(diǎn)溫度應(yīng)均勻一致； 3）能提供足夠數(shù)量的熔融塑料。 故應(yīng)視塑料的成型特性，正確選擇工藝參數(shù)和設(shè)備 3.注射 指用柱塞或螺桿推動(dòng)塑化后的塑料熔體充滿塑料模型腔，并使熔體在壓力下冷卻凝固定型，直止制品脫模的全過(guò)程。 注射時(shí)的流動(dòng)情況 1）充模階段： 從柱塞或螺桿向前推進(jìn),將熔體射入型腔開(kāi)始,到填滿型腔為止． 時(shí)間：0→t1； 壓力：0→P0 2）保壓補(bǔ)縮階段： 熔體填滿型腔開(kāi)始，直到柱塞（螺桿）開(kāi)始后退為止。 　 　　　時(shí)間：t1→t2； 壓力：P0 保壓：注射壓力對(duì)模腔內(nèi)的熔體繼續(xù)進(jìn)行壓實(shí)的過(guò)程。 補(bǔ)縮：對(duì)模腔內(nèi)熔體因成型收縮而出現(xiàn)的孔隙進(jìn)行補(bǔ)料的動(dòng)作。 作用：補(bǔ)充因收縮（冷卻）而在模腔中造成的空隙,使模腔內(nèi)熔體壓力不變，從而提高制品的完整性和致密型，減少制品因收縮而造成的缺陷。 若保壓力不足，補(bǔ)縮會(huì)因澆口摩擦阻力限制不易進(jìn)行。 若保壓時(shí)間不足，也會(huì)因倒流造成模腔壓力迅速下降的現(xiàn)象。 3）倒流：從柱塞開(kāi)始后退到澆口處熔料凍結(jié)為止。 時(shí)間：t2-t3，因柱塞后退→ 模腔壓力↓→澆注系統(tǒng)壓力↓ →熔體從型腔中倒流→型腔壓力↓?。≒0-Ps） 影響因素：保壓時(shí)間短→倒流嚴(yán)重 保壓時(shí)間長(zhǎng)→倒流減少，甚至無(wú)倒流 對(duì)制品質(zhì)量的影響：Ps和溫度決定制品的平均收縮率 4）澆口凍結(jié)后的冷卻：t3-t4 制件在密封狀態(tài)下繼續(xù)冷卻、硬化、定型，同時(shí)注射機(jī)開(kāi)始重新塑化。 隨溫度↓→Ｖ塑件↓、p↓　　 開(kāi)模時(shí)型腔與大氣壓力之差稱殘余壓力Ｐr。 影響Ｐr大小的因素： P0大小及保壓與冷卻時(shí)間長(zhǎng)短。 Pr對(duì)質(zhì)量的影響: Pr＞0 脫模較困難，制品易刮傷或破裂。 Pr＜0 制品表面易凹陷，內(nèi)部有真空泡。Pr→0 脫模容易，質(zhì)量好。 5）脫模 三）制品的后處理* 1.原因：塑化、冷卻不均勻→ 收縮不均勻→內(nèi)應(yīng)力→使用中變形開(kāi)裂。 2.作用：消除內(nèi)應(yīng)力，改善性能，提高尺寸穩(wěn)定性。 3.方法： （1）退火處理：制品在一定溫度下保溫一段時(shí)間后緩慢冷卻。 介質(zhì)：熱水、動(dòng)物油、甘油、液體石蠟等。 溫度：大于使用溫度10～20℃到小于熱變形溫度10～20℃。 時(shí)間：取決于塑料品種、介質(zhì)溫度、制件形狀、壁厚和精度 （2）調(diào)濕處理：主要用于聚酰胺類塑料 原因：該類塑料脫模時(shí)，高溫下接觸空氣易氧化變色。　　　　　在空氣中存放或使用時(shí)容易吸水膨脹，使精度下降。 方法：制品脫模后立即放在熱水中處理,以隔絕空氣防止氧化,消除內(nèi)應(yīng)力，且加快吸濕平衡，穩(wěn)定制品尺寸。 溫度：100～120℃。 時(shí)間：取決于品種、形狀、厚度、結(jié)晶度大小。 4-2 注射機(jī)與注射成型系統(tǒng) 　 1）注射成型系統(tǒng)：指注射機(jī)內(nèi)用于成型動(dòng)作的注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)以及安裝在注射機(jī)上的模具。 2）注射量：指注射機(jī)一次工作行程所能注射出的熔體的體積(cm3）或質(zhì)量（g）。 　理論注射量：在對(duì)空注射條件下，柱塞（螺桿）作一次最大行程時(shí)，注射裝置所能注射出來(lái)的熔料的體積VT （cm3）。 VT=πDs2S/4 　　　　 實(shí)際注射量：按85%的理論注射量折算出的聚苯乙烯Ps的質(zhì)量Q（g）。 Q=0.85ρVT 式中，ρ=1.05—Ps的密度(g/cm3) 3）合模力：指注射機(jī)的合模機(jī)構(gòu)所能施加的最大加緊力。 　　*　最大成型面積的確定 經(jīng)驗(yàn)公式 A=KV2/3(cm2) 式中：V—注射量cm3 K—經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 約為1.2～1.5 　　*　所需合模力F 　　　　　 　　　　　　　　　F=C Pm A 式中：C—安全系數(shù)， C=1.1～1.5 Pm—模腔平均壓力（Pa） A--面積（cm2） 4-3　注射成型工藝條件的選擇與控制 一、溫度 1.料溫 1）料溫對(duì)成型工藝的影響 　料溫適當(dāng)時(shí)，塑化好、粘度↓流動(dòng)阻力↓ 壓力損失↓ 熔體在模內(nèi)流動(dòng)充模條件較好。 　　料溫太低，不利于塑化→物料粘度↑→流動(dòng)成型比較困難、制品容易出現(xiàn)熔接痕、表面無(wú)光澤、缺料。 　料溫太高，易熱降解 → 制品性能下降。 其中，噴嘴溫度略低于料筒最高溫度，以防止出現(xiàn)“流涎”現(xiàn)象。 2.模溫 　　指和制品接觸的模腔表壁的溫度。 　模具溫度對(duì)熔體的充型能力及塑件的內(nèi)在性能和外觀質(zhì)量影響很大，模溫的高低取決于結(jié)晶性的有無(wú)、塑件尺寸和結(jié)構(gòu)、性能要求及其他工藝條件。 　 1）模溫對(duì)非結(jié)晶型塑料成型工藝的影響 　模溫↑→ 熔料粘度↓→ 充模能力↑，但冷卻時(shí)間長(zhǎng)。 在順利充模情況下，模溫↓→ 冷卻時(shí)間↓→ 生產(chǎn)率↑ 2）模溫對(duì)結(jié)晶型塑料的成型工藝及制品性能的影響 熔料注入型腔后，當(dāng)溫度降到熔點(diǎn)以下即開(kāi)始結(jié)晶，模溫的高低影響冷卻速度和結(jié)晶速度，從而影響制品性能。 模溫較高→ 冷卻速度↓ 模溫較低→冷卻速度↑ 因此，以中溫比較合適。 3）模溫的控制 熱平衡:熔料注入模具自然升溫和自然散熱達(dá)到平衡來(lái)保持模溫 降溫:通入冷卻介質(zhì)。 升溫:采用介質(zhì)加熱或電加熱。 二、壓力 1.塑化壓力 背壓 * 概念： 　　采用螺桿式注射機(jī)時(shí)，螺桿頭部熔料在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)后退時(shí)受到的壓力叫背壓。 　背壓的大小影響螺桿對(duì)物料的塑化效果及塑化能力。故又稱塑化壓力。該壓力可通過(guò)溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)。 * 背壓對(duì)成型工藝和制品質(zhì)量的影響：背壓↑ 1）驅(qū)除物料中的空氣，提高熔體密實(shí)程度。 2）螺桿后退速度↓剪切作用↑摩擦熱↑熔體溫度↑塑化效果↑ 3）但塑化速度↓成型周期↑甚至導(dǎo)致降解 *背壓的選擇： 在滿足制品質(zhì)量的前提下，背壓低一些為好,一般小于2MＰa 2.注射壓力 1）概念： 螺桿（柱塞）向前移動(dòng)時(shí)，其頭部對(duì)塑料熔體施加的力。 2）作用：　 ①克服熔體從料筒流向型腔的流動(dòng)阻力； ②使熔體具有一定的充模速度； ③對(duì)熔體進(jìn)行壓實(shí)。 　　壓力范圍一般在40～130MPa之間，見(jiàn)P107表4-12 3）選擇規(guī)則： a對(duì)于玻璃化溫度和熔體粘度較高的塑料宜用較大的注射壓力 b對(duì)尺寸較大、形狀復(fù)雜或薄壁制品，因流動(dòng)阻力大，也需要較大的注射壓力。 c熔體溫度低時(shí)，注射壓力應(yīng)大些。 d實(shí)際流動(dòng)比應(yīng)小于熔體在定壓下的流動(dòng)比。 三、時(shí)間 概念： 充模時(shí)間（柱塞、螺桿前進(jìn)時(shí)間） 保壓時(shí)間（柱塞、螺桿停留在前進(jìn)位置的時(shí)間） 閉模冷卻時(shí)間（柱塞后撤、螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)后退的時(shí)間均在其中） 其他時(shí)間（開(kāi)模、脫模、涂脫模劑、放嵌件及合模時(shí)間） 其中注射和冷卻時(shí)間是基本組成部分，對(duì)質(zhì)量有決定性影響 1.注射時(shí)間：指注射活塞開(kāi)始向前運(yùn)動(dòng)至保壓補(bǔ)縮結(jié)束為止，所經(jīng)歷的時(shí)間。 其中：充模時(shí)間不長(zhǎng)，一般小于10s； 　保壓時(shí)間較長(zhǎng)，一般20～120s，壁厚的可達(dá)5～10min。 * 保壓時(shí)間對(duì)質(zhì)量的影響： 不充分：倒流→模壓↓→制品內(nèi)部產(chǎn)生真空,表面出現(xiàn)凹陷。 足夠長(zhǎng)：澆口冷結(jié)→無(wú)倒流→制品密度↑收縮小，無(wú)缺陷。 　過(guò) 長(zhǎng)：浪費(fèi)時(shí)間→無(wú)助于密度的增加。 * 保壓時(shí)間選擇： 　 1）形狀復(fù)雜和薄壁制件，為保證質(zhì)量，應(yīng)增加注射壓力。 　 2）通常以塑料制品收縮率最小為保壓時(shí)間的最佳值。 2.冷卻時(shí)間：指注射結(jié)束到開(kāi)啟模具的時(shí)間。 　 * 影響因素： 　　 熔體溫度、模溫、制品厚度、塑料的熱性能、結(jié)晶性能。 　 * 選擇原則： 　　 脫模時(shí)制品應(yīng)有一定的剛度，不因溫度過(guò)高而變形翹曲，同時(shí)盡量縮短冷卻時(shí)間，一般30～120s。 四、注射成型的用料量 1.注射量 概念：注射機(jī)在每一次工作行程中向模內(nèi)注入的熔體質(zhì)量或體積。 要求：制品的注射量ｍi＜設(shè)備的最大注射量ｍI ｍi=(0.1～0.8)ｍI 或者　　?。韎max=1.25(Nｍg+ｍj)＜ｍIρ件/ρI 式中：ｍg—塑件質(zhì)量 ｍj—澆注系統(tǒng)贅料質(zhì)量 　　　N—型腔個(gè)數(shù)　　ρI—聚苯乙烯的密度 2.塑化量 概念：注射機(jī)單位時(shí)間內(nèi)能夠使物料轉(zhuǎn)變成具有注射溫度下的最大熔體量（即最大塑化量）。g/s（是針對(duì)聚四氟乙烯PS） 其他塑料的塑化量 =PS的塑化量PS在注射溫度下的總熱 注射塑料在注射溫度下的總熱容 五、合模力的計(jì)算和控制 1.概念： 額定合模力FI：注射機(jī)合模系統(tǒng)產(chǎn)生的合模力。 工藝合模力Fi：注射時(shí)實(shí)際需要的合模力。 在不同階段，其值不同。 2.要求： Fi＝APＭ＜FI 或 　　　 Fi≤（0.8-0.9）FI 式中：A—制品（包括澆注系統(tǒng)和飛邊）在分型面上的投影面積； PＭ—平均模腔壓力。 習(xí) 題 1．注射成型工藝過(guò)程 2．注射過(guò)程 3．注射時(shí)塑料流動(dòng)的幾個(gè)階段 4． 制品后處理的原因和方法 5． 三大工藝條件的概念及其對(duì)成型工藝的影響 第五章 注射模設(shè)計(jì)概論 5-1 塑料特性與模具設(shè)計(jì)的關(guān)系（略） 5-2 注射成型制品的設(shè)計(jì) 一、注射成型制品的工藝性: 概念：制品的注射成型性能的好壞。 制品的工藝性好，則成型容易，工藝條件寬松，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。 二、影響工藝性的因素： 1.形狀結(jié)構(gòu)； 2.尺寸大??； 3.尺寸精度；　　4.表面質(zhì)量。 三、制品設(shè)計(jì) 1.設(shè)計(jì)原則 1）保證制品的使用要求(幾何尺寸、精度、物理力學(xué)性能等) 2）力求選用成型性能好、價(jià)格低廉的塑料； 3）應(yīng)力求使形狀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壁厚均勻（易成型）； 4）形狀合理，有利于模具分型、排氣、補(bǔ)縮和冷卻； 5）避免明顯的各向異性，以免制品翹曲變形； 6）技術(shù)要求盡量放低； 7）輔助工作量應(yīng)盡量少(成型后不要再機(jī)加工) 2.制品尺寸 1）外形尺寸 * 影響因素： a.塑料的流動(dòng)性 可使制品尺寸 b.注射機(jī)規(guī)格：注射量、合模力、成型面積、模具固定板尺寸 * 選擇方法： 在滿足制品使用要求前提下，盡量使結(jié)構(gòu)緊湊，以減小外形尺寸，節(jié)省材料和能耗。 2）制品壁厚 * 對(duì)工藝的影響： t↑→材料消耗↑成本↑，冷卻時(shí)間（周期）↑ 易產(chǎn)生凹陷、縮孔、夾心→強(qiáng)度↓ t↓→流動(dòng)阻力↑不易成型 * 選擇方法（最小壁厚）： 熱塑性塑料流動(dòng)性好，最小壁厚可達(dá)0.25mm，但一般≮0.6～0.9mm，常取2～4mm。 3.制品的尺寸精度: （1）概念：指獲得的塑料件尺寸與產(chǎn)品圖中尺寸的符合程度。 （2）影響因素： 　1）成型材料：塑料的收縮性、流動(dòng)性、水分、揮發(fā)物含量、原料配置工藝、生產(chǎn)批量等； 2）工藝條件：成型溫度、壓力、時(shí)間→ 收縮量→ 精度； 3）制件形狀：形狀、壁厚→成型收縮；脫模斜度→尺寸精度； 4）模具：制造精度、磨損程度、形狀結(jié)構(gòu)→收縮的方向性； 5）成型后的時(shí)效變化：后收縮，存放不當(dāng)將產(chǎn)生彎曲、扭曲等變形。 　　由以上的分析可知塑件的尺寸精度往往不高，應(yīng)在保證使用要求的前提下，選用較低的精度等級(jí)。 （2）公差： 公差標(biāo)注時(shí)，孔前冠以"+"號(hào)；軸前冠以"-"號(hào)；中心取其半，冠以""號(hào)。 * 公差的選擇: 1）配合尺寸精度高于非配合尺寸精度； 2）受收縮波動(dòng)影響，小尺寸易達(dá)到高精度； 3）不同塑料，收縮率變化不同，尺寸穩(wěn)定性不同 4）未注公差按表中8級(jí)精度處理 。 4. 表面粗糙度 影響因素: 原料質(zhì)量，操作水平，模腔表面質(zhì)量 制品Ra↓，要求模腔表面越光滑，制造難度越大 一般模腔表面Ra要比塑件Ra低1～2級(jí)或?yàn)橹破返?/2～1/4 選擇：主要考慮外觀，一般為Ra0.02～1.25um ５．形狀結(jié)構(gòu)* (1) 脫模斜度:因?yàn)槔鋮s收縮，使塑件包住凸?；蛐颓恢械耐蛊?，因此為便于從塑件中抽出型芯或從型腔中脫出塑件，防止脫模時(shí)拉傷塑件，模具上必須有一定的斜度（如圖5-2）。 　　* 影響脫模力的因素: 　　1）收縮率增加，使包緊力增大，導(dǎo)致脫模力增大 2）壁厚 3）制品形狀 　　4）脫模斜度減小，使脫模力增大，且易損傷制品表面 * 范圍： 一般α＝0.5～1.5可按P70表3-11（P134表5-8）選取 1）外表面取較小值，內(nèi)表面取較大值； 2）型芯越高或型腔越深，α取較小值，反之取較大值； 3）為使制品在脫模時(shí)留在型芯上，內(nèi)表面α＜外表面α，反之亦然； 4）制品精度越高，α越小。... (2) 圓角 除了使用上要求采用尖角之外，其余所有轉(zhuǎn)角處均應(yīng)盡可能的采用圓角過(guò)渡。 作用：避免應(yīng)力集中，提高制品強(qiáng)度，改善流動(dòng)，便于脫模。 大?。簝?nèi)角R=0.5t 外角R=1.5t (3) 加強(qiáng)筋 1）作用：a 增加塑件強(qiáng)度 b 防止制品翹曲變形如果增加壁厚不合理易產(chǎn)生縮孔和凹陷 2）加強(qiáng)筋形狀 3）設(shè)計(jì)原則 * 筋的方向應(yīng)與物料的填充方向一致，否則將因筋的干擾而出現(xiàn)成型缺陷 * 多設(shè)計(jì)一些高度較低的筋代替較高的筋。 * 兩筋的中心距不小于2t。 * 各條筋的排列相互錯(cuò)開(kāi)。 * 各筋厚度應(yīng)盡量相同。... (4) 支撐面 a.不宜采用大平面； 原因:不易做平（變形翹曲）、不易支撐（不平穩(wěn)） 　b.一般采用底腳（3點(diǎn)，4點(diǎn)）支撐或邊框支撐； 　c.支撐面附近有加強(qiáng)筋時(shí)，筋的頂部應(yīng)低于支撐面0.5mm以上 (5) 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)（防止變形結(jié)構(gòu)） 1）原因 a.某些結(jié)構(gòu)不許有加強(qiáng)筋或加強(qiáng)筋效果不理想的情況； 　　b.塑件在較高溫度下取出后，將發(fā)生較大變形，需設(shè)防變形結(jié)構(gòu)。 2）方法 a.底面加強(qiáng) b.邊緣加強(qiáng) c.平板加強(qiáng) d.側(cè)壁加強(qiáng) （6）孔 1）常見(jiàn)孔型 a 通孔 b 盲孔 c 復(fù)雜孔 2）孔對(duì)成型工藝的影響 a.使熔體流動(dòng)困難（型芯作用）。 b.孔的周圍易產(chǎn)生熔接痕使強(qiáng)度降低。 c.模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 3）孔的設(shè)計(jì)原則 a.孔間距取孔的2倍以上（考慮強(qiáng)度）。 b.孔的周邊要加厚（強(qiáng)度和剛度）。 c.孔與端部的距離最好大于孔徑的3倍以上（d小于10mm時(shí)） d.孔徑應(yīng)為軸徑的120％～140％，裝配后需有一定間隙，以免產(chǎn)生熱應(yīng)力。 e.盲孔時(shí)型芯為懸臂梁，如直徑太小，會(huì)因塑料流動(dòng)而變形 d＜1.5mm時(shí)，h≤2d；d=1.5～5mm時(shí)，h≤3d； d=5～10mm時(shí)，h≤4d。 f.對(duì)于深孔，可用對(duì)接型芯，為防止偏心，應(yīng)將一個(gè)型芯加大 （7）側(cè)凹和側(cè)孔 側(cè)凹：側(cè)向的凹凸結(jié)構(gòu)。 1）側(cè)凹的設(shè)計(jì)（盡量避免側(cè)凹） a.盡量應(yīng)用較淺的側(cè)凹以強(qiáng)制脫模, 用于軟塑料制品（如PE、PP等） b.對(duì)于較深的側(cè)凹可采用瓣合模式模具， 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。 2）側(cè)孔的設(shè)計(jì) a.可采用側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 b.盡量改善側(cè)孔結(jié)構(gòu)，以達(dá)到事半功倍的目的。 原理：使其能實(shí)現(xiàn)軸向抽芯 （8）嵌件 1）概念：注射成型時(shí)鑲嵌在塑料制品內(nèi)部的金屬零件。 2）作用 a 提高制品的強(qiáng)度，剛度 b 滿足某些特殊的使用要求（導(dǎo)電導(dǎo)磁，抗磨） c 保證制品的精度和尺寸穩(wěn)定性 3）對(duì)工藝的影響 使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作時(shí)間延長(zhǎng) 4）常用的嵌件形狀 5）設(shè)計(jì)要點(diǎn) a 止轉(zhuǎn)止退結(jié)構(gòu)：環(huán)行溝槽、滾制花紋、特殊形狀 b 膨脹系數(shù) c 形狀對(duì)稱（收縮均勻） d 圓角過(guò)渡，減少應(yīng)力 e 定位正確且牢固 5-3 注射模的基本結(jié)構(gòu)及分類 一、注射模的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 一）基本結(jié)構(gòu) 1.成型零部件（包括凸模、凹模、型芯等） 作用：主要決定制品的幾何形狀與尺寸。 2.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)柱孔） 作用： 1）保證動(dòng)定模之間或模具其他零部件之間的準(zhǔn)確對(duì)合，以保證制品形狀和尺寸的精度。 2）避免模具中各種零部件間發(fā)生碰撞和干涉。 3.