6.4.注射成型过程分析

当Tw—Ta→0时，E值最大。 都可以提高 Ta值，从而 使E值增大。 /

增加料筒长度和传热面积，


延长聚合物在料筒内的停留时间
增大聚合物的热扩散速率
9

加热系数还反映出料筒中物料的温度分布均匀
性，E值越高对物料温度分布的均匀性越有利。

熔体的实际温度总是分布在Tm～Tw之间，

温度分布（Tm～Tw）越窄，最低熔体温度Tm
图3-31 塑料熔体围绕不同形状的障碍物流动时速 度V的变化 a）矩形 b）圆柱形 c）菱形
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熔体在模腔内的流动类型
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快速充模：湍流流动
易将空气带入成型物内
模内空气难于排出
制品存在较大的内应力。 慢速充模：层流流动 可避免以上的缺陷 流速过小： 延长充模时间， 降温引起熔体粘度提高，流动性下降充模不全， 出现分层和结合不好的熔接痕。/
6.4.3.3 熔体在模腔中的充模流动分析
熔体→主浇道→分浇道→浇口→模腔 这一历程很短，但热熔体在其内的流速、温度与压 力都产生很复杂的变化。 简要说明： 熔体充模时流动的一般特性 影响充模的各种因素。/
25
a．熔体在模具浇注系统内的流动
正如流过喷嘴一样，熔体流过主浇道、分浇 道和浇口时也有温度变化和压力损失， 影响
熔体遇到障碍物时的充模流动： 流动方向一般分为两股，绕过障碍物再汇 合在一起，在汇合处常有熔接缝形成，有
的形成一个无熔体存在的封闭三角区。
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。 。 较好断面形状是圆柱形，绕过圆柱形障碍
的熔体质点其运动速度是逐渐升高和下降 的，而且升降幅度最小。无封闭三角区.


为预防塑料分解，应选用流动性好，热稳定性高
的聚苯乙烯或高压聚乙烯塑料作过渡换料。/
6
6.4.2、塑化过程

6.4.2.1物料在料筒内的塑化

塑化----指聚合物在料筒内经加热由固态转 化为熔融的流动状态并具有良好的可塑性的 过程。

对于塑化过程的要求：

物料完全熔融，温度分布均匀，达到规定的 成型温度，无过热分解发生。/
22
6.4.3.2 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
进行近似计算。
可预料：
由于喷嘴孔直径小，其注射压力损失值应增大，当体
积流率qv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。 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
20
当柱塞将熔体向喷嘴方向推动时，熔料经过料筒 的压力损失值可借用圆管中牛顿流体的体积流率 公式进行估算： 将上式移项，得熔体在料筒中流动的压力损失为：
式中 qv——熔体通过料筒的体积流量cm3/s R——料筒内壁半径cm ， η——牛顿流体的粘度 L2——熔体流经料筒的长度cm
上式表明，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 料筒半径的增大而减小。/
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这样，柱塞式注射装臵料筒中物料总的压力损失 应为前二者之和：
螺杆式注射装臵
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。
螺杆式
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
流率qv。
熔体的流动速度应基本与螺杆平移速度同步进行。/
缘呈直线移动，直至充满
模腔。/
32
熔体在典型模腔内的流动方式
33
图3-30 沿圆周方向 的充模流动
↑
图3-29 充填圆片状模腔 时熔体前缘前后相继出 现的位臵
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 差不多相同的速度向周围方向铺展流动充模。/
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在制品表面上留下这种波纹。
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“熨平”，就不会 在制品表面出现了。 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。/
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6.4.4、保压过程及分析
•熔体充满模腔时，模内压力还较 低，图中tβ点的压力值， •为达到制品质量要求，柱塞或螺 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， 达到了最大值， •图中的t2 ～t3 。在这期间柱塞或 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 得以继续充满， •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 浇口凝封为止。/ 40
17
6.4.3 注射充模过程及熔体流动分析
•注射充模过程----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
统进入并充满模腔这一阶段称为注射充模过程。 •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
一过程的影响因素及其内在的规律性。
迅速上升→焦烧和降解现象， 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， 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。/
29
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， 当浇口截面积超过此值之后，反而会使体积流率下降。 在大多数情况下，截面积小的浇口更有利于熔体的快速 充模。/
浇注系统的加热状态、 熔体的流变性能、 浇注系统形状和尺寸.
26
熔体流过热浇道时，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。
熔体流过冷浇道时，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。
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。/
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6.4.3.1 物料通过料筒的压力损失
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.
柱塞式注射机，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，
前者的阻力很大，引起很大的压力降，甚至可达料筒总 压力降的 80％，并且还影响熔体的注射速度。 柱塞式 压紧粒料的压力降损失值ΔPg可用下式作近似计算：

成型前的准备、
塑化过程、 注射充模过程、 增密与保压过程、 倒流与冷却定型过程、 制件的后处理。/
3
6.4.1 成型前的准备

6.4.1.1 原料的预处理
6.4.1.2 料筒的清洗
6.4.1.3 嵌件的预热
6.4.1.4 脱 模 剂的 选 用
/
4
料筒的清洗原则:
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C、熔体流动的运动机理
熔体在模腔内的运动，主要 是料流中心高速运动的熔体 不断追上并突破前缘膜，进 而转向模壁，被迅速冷却。 这种进程交替进行着， 充模时的这种流动方式容易 使制品表面出现波纹。/
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注射制品表面有时出现小波纹的原因： 根据熔体流动的运动机理，只有当熔体的冷却速率很 高，而注射压力、注射速度和模具温度偏低时，才容易
7Hale Waihona Puke 常用聚合物在塑化过程中的加热系数E来表征熔体 温度的均一性。 平均温度:Ta 起始温度:T0 壁温:Tw
差值Ta－T0与实际上所吸收的热量成正比， 差值Tw－T0与理论上可能获得的最大热量成正比， 实际吸收热量与理论上可能获得的最大限度的热量
之比，称为加热系数E。/
8
加热系数可以表征聚合物获得的热量的水平， E值越高对塑炼越有利，
当注射成型薄壁或浇口很小的制品时，由于浇口
•根据聚合物熔体注射的流动历程，对物料在料筒、喷
嘴的流动，物料充模流动作一简要的分析。/
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塑料熔体进入模腔内的流动情况
可分为充模、保压、倒流和浇口
冻结后的冷却四个阶段。 空载期t0～t1 ①.充模阶段t0～t2 ②.保压阶段t2～t3
充模期t1～t2
③.倒流阶段t3～t4
④.冻结后的冷却阶段t4～t5
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为提高熔体温度，增加背压比提高螺杆转速更有效， 但在高背压下塑化时，由于螺杆转动时的逆流和漏流流 量增大，塑化时间延长。/
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螺杆对聚合物塑化的作用，除了能提高熔体的温 度外，还可以提高熔体温度的均匀性。 在一般情况下，采用高转速、低背压下工作，且 注射量接近最大注射量时，螺杆头部熔体温度的 均匀性就较差， 如果塑化效率不是生产中要考虑的主要因素时， 采用较低的螺杆转速和较高的背压，延长聚合物 在料简内的停留时间， 从而可能建立如同在挤出机工作时那样的更均匀 和连续的塑化条件，则有利于提高熔体温度的均 匀性。/
就应越接近Tw，即平均温度Ta就越高。

因此，温差Ta-T0增大，加热系数E提高；

反之，Ta随温度分布变宽而降低，

所以（Ta-T0）较小，加热系数E降低。/
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6.4.2.2螺杆强化了料筒内物料的塑化过程

由于螺杆转动，机械功转化为物料的剪切而生成
热量， 其效果可能大于料筒外部热量的传入，致使物料 熔体温度Ta上升，加热系数可大于1， 在聚合物的加工温度范围内，料筒温度越低，由
6.4.注射成型过程分析
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机筒加热和螺杆剪 切的双重作用 机筒中的聚合物： 固态→熔融状态 制品

螺杆以高压、 高速推动
充模
冷却定型
聚合物的注射成型主要包括三个基本过程： 塑化熔融、注射充模、冷却定型. 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。/