高分子流变学 注塑成型
高分子材料成型加工
高分子材料成型加工是将高分子材料通过一系列的工艺操作和设备，使其转变成所需形状和尺寸的过程。
以下是高分子材料成型加工的一些常见方法：
1. 注塑成型：将高分子材料以固体或液态形式注入到模具中，在高压和高温下使其熔化并充满模具腔体，然后冷却固化，最终得到所需形状的制品。
注塑成型广泛应用于塑料制品的生产，如塑料容器、零件等。
2. 挤出成型：将高分子材料通过挤出机加热熔化，然后通过模具的挤压作用将熔融物料挤出成连续的型材，经冷却固化后得到所需形状的制品。
挤出成型常用于生产管道、板材、薄膜等产品。
3. 吹塑成型：利用吹塑机将高分子材料加热熔化，然后通过气流将其吹成空气袋状，同时在模具中形成所需形状，最后冷却固化得到制品。
吹塑成型常用于生产塑料瓶、塑料薄膜等。
4. 压延成型：将高分子材料以固体或液态形式置于两个或多个辊子之间，通过辊子的旋转和挤压，使其逐渐变薄并得到所需形状和尺寸，最后冷却固化。
压延成型常用于生产塑料薄膜、塑料板材等。
5. 注塑吹塑复合成型：将注塑成型和吹塑成型结合在一起，先通过
注塑将制品的大部分形状成型，然后通过吹塑将其膨胀、加压并使得内部空腔形成所需形状。
注塑吹塑复合成型常用于生产中空制品，如玩具、塑料容器等。
除了上述常见的成型加工方法外，还有其他方法如压缩成型、发泡成型、旋转成型等，不同的高分子材料和产品要求会选择适合的成型加工方法。
成型加工过程中需要考虑材料的熔化温度、流动性、冷却速度等因素，同时也要注意模具设计和工艺参数的优化，以获得良好的成型效果和制品质量。
高分子材料成型加工(注射成型)详解
作用：将注射油缸的压力传给塑料，并使熔体注射 入模具 （4）分流梭
将物料流变成薄层，使塑料产生分流和收敛流动 加快热传递，缩短传热过程，避免物料过热分解 熔体在分流梭表面流速↑，剪切速度↑，产生较大的 摩擦热，使料温↑，有利于塑料的混合与塑化，有效 提高产量和质量
顿流体，通过圆形截面或平板狭缝形浇口。
ηa= Kγn-1 (n＜1) 浇口的截面积↑ ，熔体体积流量↑
高分子材料成型加工
4. 熔体在模腔的流动：
4.1 熔体在典型模腔内的流动方式
4.2 熔体在模腔内的流动类型
高分子材料成型加工
三. 增密与保压过程： 1. 增密过程（压实过程） 2. 保压过程
4. 注射模具 成型零部件
凸模、凹模、型芯、 成型杆、镶块、动模、定模
浇注系统
主流道、分流道、浇口、 冷料阱、导向零件、分型 抽芯机构、顶出、加热、冷却、 排气
二. 注射机的工作过程
高分子材料成型加工
高分子材料成型加工
第二节 注射过程原理
一. 塑化过程 对塑料塑化的要求:塑料熔体进入模腔之前要 充分塑化，达到规定的成型温度。 塑化料各处的温度要均匀一致。 热分解物的含量达最小值。
高分子材料成型加工
2. 按注射机外形特征分类
高分子材料成型加工
高分子材料成型加工
3. 按注射机加工能力分类
注射量：注射机在注射螺杆（柱塞）作一次最大注射 行程时，注射装置所能达到的最大注射量
锁模力：注射机合模机构所能产生的最大模具闭紧力
4. 按注射机用途分类
高分子材料成型加工
二.注射机的基本结构
高分子材料流变学5典型加工成型过程的流变分析PPT课件
矩形细纹 螺槽深度h<<螺槽宽度W， 且h<<螺杆直径2R
图7-12（p223）
z
x
o
w
y
垂直向下指向螺杆
2.1.1 简化假定和运动方程
（1）设被加工物料为不可压缩的牛顿型流体，物料在螺槽内 的流动为连续、等温的稳定层流。
（2）设物料在挤出机内承受的压力梯度沿螺杆轴向为定轴。
同时假定该梯度沿z轴和x轴方向的分量 和 p
公式（7-17）中系数
0v H0
9R 32H 0
称压力基本常数，标志着辊
筒内物料承受压力的数量级。设物料粘度为104Pa·s，辊筒
半径R= 0.1m，表面线速度v= 0.25m/s，辊距 2H00.00m ，2
求得压力基本常数约为13MPa，说明两辊筒间物料承受的压
力相当高。
1.4.2 参数λ的意义
由于辊隙中物料的流动为不可压缩流体的二维稳定流动， 故连续性方程为：
•v0
即
vx vy0 x y
（7-1）
对于牛顿型流体，只有粘性而无弹性，因此应力张量中法
向应力分量等于零（xxyyzz0），切向应力分量中
由于z方向为中性方向 ，故只有 yxxy0 。忽略重力和
惯性力，运动方程记为 ：
x方向 y方向
由公式（7-16）定义的参数λ可视为无量纲体积流量 参数，对辊筒加工过程来说是重要的参数。从定义式 看出，λ与流量 Q、辊距 H0、辊速 v等工艺条件参数 相关，实际上Q/2vH0的比值还与物料粘弹性有关。
由公式（7-17）~（7-20）可知，参数λ与辊筒内压力
分坐布标情形x、压均力有极关值系，pm图ax7、-4物给料出脱同辊一坐辊标距（及H吃0料）处下
5《高分子材料加工工艺》塑料注射成型
5《高分子材料加工工艺》塑料注射成型注射成型是塑料加工中最常见的方法之一，它以其高效、精确和灵活的特性而被广泛应用于各个行业。
本文将介绍注射成型的基本原理、工艺流程、设备要求以及一些常见的问题和解决方法。
一、基本原理注射成型的基本原理是在高温和高压下，将加热熔融的塑料通过注射机的螺杆将其注入模具腔内，经过冷却后形成所需的塑料制品。
二、工艺流程1.原料准备：选择适合的塑料材料，并按照比例混合。
2.加料：将塑料颗粒投入注射机的料斗中。
3.熔融：通过电加热或外部加热方式将塑料加热至熔融状态。
4.注射：将熔融的塑料通过螺杆注射进模具腔内。
5.冷却：等待塑料在模具中冷却固化。
6.开模：打开模具，取出成品。
7.后续处理：对成品进行修整、喷漆或其他后续处理。
三、设备要求1.注射机：注射机是实现塑料熔融和注射的关键设备，其中包括驱动机构、螺杆和料斗。
2.模具：模具是塑料注射成型的关键部件，它们的结构和尺寸应根据所需的塑料制品来设计。
3.辅助设备：包括干燥机、冷却机、温度控制器和模具温度控制器等。
四、常见问题及解决方法1.组织结构不均匀：可能是由于注射时间过长或温度不恰当导致的，应调整注射时间和温度。
2.产品缺陷：可能是模具磨损、注射过程中的气泡或压力不足等原因造成的，应检查模具和调整注射参数。
3.产品收缩：塑料材料在冷却过程中会产生收缩现象，应根据材料的特性和模具的设计进行合适的补偿。
4.模具堵塞：塑料在注射过程中可能会堵塞模具，可通过清洗和更换模具来解决。
注射成型是一种高效且经济的塑料加工方法，它可以实现批量生产，并且可以在形状、尺寸和材料选择上具有较大的灵活性。
通过准确控制注射参数和模具设计，可以获得高质量和一致性的塑料制品。
这篇文档介绍了塑料注射成型的基本原理、工艺流程、设备要求以及常见问题和解决方法，对想要了解或从事塑料加工行业的人来说，能够提供一定的参考和指导。
高分子材料流变学8注射成型过程的流变分析
其中的应力(制品本身的静压与
大气压之间的差值)。
3．残余应力
注塑制品中的残余应力可分为三类： ①伴随骤冷淬火而产生的骤冷应力； ②由于收缩不匀产生的构型体积应变； ③在分子取向中冻结了的应力，“冻结分子取向” 。
取向——在外力场作用下，高分子链沿外力场 方向作某种方式和某种程度的平行排 列。
p
2 K Q nR 1n
Z 12n ef f
1 n
1
n
Z
2 K Q nR 1n
1
2n
1
2
C
Q
R2 Z2
1 3
1 2n
(8 9)
充模过程中希望腔内压力降越小越好。将 p对
流量Q求导，令 p 0，得到模腔内压力降极小值为： Q
p min
f
n
K
C
3
n
nR
Z 1
1n 4n
式中
f
n
2 3n 1 1 n
2．充模过程中应力的建立
熔体注入模腔时，压力(也即应力)开始建立。 熔体充满型腔时，压力达到最大值，保压阶段维持 高压。
熔体一旦停止流动，应力松弛便开始。应力松 弛的程度取决于卸载阶段的冷却速率、冷却时间及 物料松弛时间的长短。若物料冷却速率高、冷却时 间短而松弛时间较长，就会在制品中造成较多的应 力冻结，称为残余应力或内应力。
二、简化假定和基本方程
设圆盘形模具的半径为R*，厚度为Z，壁温保持 为T0，浇口在圆盘中心，半径为R0，温度为T1的熔 体从浇口注入模腔以辐射状从中心向四周流动。
取柱坐标系， 在圆盘中物料沿半 径r方向流动，不同 z高度流层的流速不 同，故z方向为速度 梯度方向。
高分子塑料成型方式
高分子塑料成型方式
高分子塑料的成型方式有多种，包括但不限于以下几种：
1、注射成型：塑料加工最常见的方法是注射成型，主要步骤为合模、填充、保压、冷却、开模、脱模，取出塑料制品，下一个周期再按照前述步骤循环。
2、挤出成型：高分子材料的成型方法还有挤出成型，将呈流动状态的塑料经过机头和口模，形成符合断面形状的连续型材。
3、吹塑成型：还有一种方法是吹塑成型，将挤出的空管或空膜在受热和吹胀后进行热封合，然后吹胀并冷却定型。
4、压延成型：压延成型是塑料加工的一种方法，将塑料从加热的料斗送入压延机辊筒之间，经过压延和塑炼后，将具有一定厚度和宽度的片材或窄带连续地压制成形。
5、压制成型：压制成型是塑料加工的一种方法，将塑料原料加入模具中，在加热和加压的条件下，使塑料原料熔化并填充模具的型腔，冷却后得到具有一定形状和尺寸的制品。
高分子材料注塑成型工艺流程
高分子材料注塑成型工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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高分子加工学-注射成型
出制品，至此就完成了一次注射成型过程。
注射成型在塑料加工中的地位
能成型外形复杂、尺寸精度高的制品
能成型带有嵌件的制品 成型周期短，成型时间：几秒～几分钟 适应性强，制品重量：1 g以下～几十Kg 生产效益高
容易实现自动化
发展现状
经济而先进的加工方法
产量占塑料总量的30% 从品种上看，比重更大 可用于制备工程塑料 制造工业配件，仪表零件，壳体 适合大、中、小型的企业
温度
老式机只有料筒三段温度 A．料筒温度 ①Ⅰ（T低）→（高）Ⅲ 流动T～分解T 流动T 粘流Tf（无定形） 熔点 （结晶聚合物） ②料口末端温度Ⅲ ③Ⅰ比流动T稍低 ④易降解的聚合物，严格控制最高T
B．喷咀T
控制原则：喷咀大，模具小，略低料筒的最高T。 反之，高于…..
C．模具T
低于树脂的Tg和Tm.。
适用范围：小型机
B．液压式
优点：压力大，工作平稳。 缺点：系统功率大，设备昂贵。 适用范围：大型机。
C．液压、机械组合式
结构特点：液压操纵连杆和曲肘撑杆结构 优点：符合闭模先快后慢，开模先慢后快，锁模力大 缺点：调模难，易磨损 适应范围：中大型，普遍采用
(3) 注塑模具(模具)
模具——在注射成型中赋予塑料一定形状和尺寸的部件 模具由浇注系统、成型部件和结构零件三大部分组成
板、脱模板、脱模杆、加程杆等。 冷却装置：在阴、阳模中设置冷却介质流动的通道
典型的塑模结构
主流道：喷咀至型腔或分流道的一段通道 冷料穴：主流道末端的一个空穴 分流道：多槽模中连接主流道和各个型腔的通道 浇口：连接主流道(或分流道)与型腔之间的通道, 浇口小，提高冲模速度，防倒流。 型腔：模具中成型塑料制品的空间 阴模（凹模）：构成制品外形的成型零件。 阳模（凸模）：构成制品内部形状的成型零件 排气孔：用于排除熔料中的气体 冷却装置：冷水，热水，热油，蒸汽
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注塑成型又称为注射成型，是热塑性塑料制品的重 要成型方法，产量塑料制品总量的30%。分为普通注射 成型、精密注射成型、气辅注射成型、反应注射成型等。 其理论基础是高聚物流变学和传热学。通过计算机成型 过程分析，可以预测塑料制品设计、模具设计和成型条 件对产品质量的影响，这对提高模具设计有重要意义。 本节讲述普通注射成型，只涉及充模流动和模具内冷 却。
注塑机：柱塞式、螺杆式
80T震天精密注射机
Babyplast 微型注射机
BOY 12A型微注射成型机
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注塑循环工艺过程
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⑦ 在熔体流动方向上，相对于热对流项而言，热传导项较小，可忽略不计，即
T T 0, 0 x x y y
⑧忽略厚度方向上的对流传热。 ⑨ 忽略入口效应。
DT qi ij : i Dt
Cv
qx q y qz T T T T x y z x y z z t x y
x y y z x y x z z ( ) ( ) ( ) xx xy yy zz xz yz x y z y x z x z y
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对流边界条件可以较准确的反映流体与固体壁面间的热量传递，其传 递过程主要是借流体质点的移动和混合来完成的。对于层流运动，流体质 点在垂直流动方向上没有位移，热量的传递是通过相邻流体质点间的相互 碰撞即通过热传导发生的。
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注塑模内冷却
注塑制品在保压后进行冷却，冷却系统设计影响塑料制品的收缩变形、 生产效率、质量、应力应变和翘曲。 模具的冷却主要采用循环水冷却。 典型的是平板冷却：一侧是高温熔体，一侧是冷却水。
熔体的单向冷却的热流密度
q K (T t ) T 熔体平均温度 t -冷却水平均温度 K -传热系数（w/(m 2 K)）
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能量方程 不可压缩 DT p Cv qi T i ij : i Dt T p i 0 展开为
Cv
D i p gi 2 ij Dt x j
对于非牛顿流体本构方程
ij a
1 ( ij : ij ) ij 2
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边界条件及初始条件
入口处 T Tin , Tin为熔体入口温度 型腔壁面上
x y z 0
T Tw , Tw为壁面温度 入口处的压力、流量给定，即Q=Qin , p=pin。Qin 和pin 分别为入口流量和入口压力 型腔壁面上压力梯度为0，即 p 0 n
8.2.1 充模流动分析
注射成型充模流动过程数值模拟主要描述高聚物熔体不稳定和 非等温的流动过程。包括有三个要素：成型制品的结构、高聚 物熔体的流动特征、高聚物熔体的流变学基本方程的复杂性。
常用到的是二维流变学基本方程（2.5维）
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p v y vz v y vx ( ) ( ) dt y y z y x x y
d z p v v v v ( z x ) ( z y ) dt z x x z y y z
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高聚物熔体在一扁薄的型腔间隙中充模 流动。如图所示。ce 表示浇口区，cm co为型腔 的边界，cm 表示熔体流动前沿位置。型腔间隙 厚度为2b, 坐标原点位于型腔间隙的中央平面上 ，置于料流的起始位置。
注射充模流动常作如下假设
①一般注塑件都是薄壁塑件，型腔的壁厚
（z向）一般远小于其它两个方向（x，y向） 的尺寸，可忽略壁厚方向上的速度分量， p 0 即vz＝0；在壁厚方向上的压力梯度 z
充模流动控制方程
连续性方程
Cross-WLF模型
( x ) ( y ) ( z ) 0 t x y z
密度在计算过程中按常数计算 动量方程（奈维-斯托克斯方程）
流体不可压缩
x y z 0 x y z
广义牛顿流体本构方程《粘性流体力学》
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8.2注塑成型分析 目前注射成型CAE软件，应用较多且成熟的是流动充模 过程和冷却系统的模拟分析。充模流动过程分析主要是辅助 浇注系统的流道布置和尺寸设计、浇口数目和位置设计。能 确保所设计注塑制品有良好流动充模性能，也可获得最佳的 注射压力和充模剪切速率等工艺参数。冷却分析可以保证注 塑制品的质量和有效的冷却时间。
K 1Βιβλιοθήκη R 1 211
（ 7）
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式中
1 -熔体与金属模具界面给热系数 -模具金属的导热系数 -冷却面与熔体接触面之间壁厚
②熔体为广义牛顿流体，在充填阶段不考虑熔体的粘弹效应， 0 ③熔体在型腔中流动时，熔体的惯性力和质量力可忽略不计。 ④在充模过程中，熔体温度变化范围不大，熔体的比定压热容和导热系数为常数 ⑤ 设熔体在型腔壁面处无滑移，即无滑移边界条件。 ⑥忽略熔体前沿附近区域喷泉效应的影响。
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不可压缩，稳定流动
xx yy zz
qx q y qz T T T T x y z x y z z t x y y z x y x z ) xz ( ) yz ( ) xy ( y x z x z y
式（2）代入式（1）得
D i p 2 p gi i 2 ij Dt x j 3 x j
（ 2）
（ 3）
次方程于1821由法国力学家奈维提出，1845年英国力学家斯托克斯完成最终形式 对于不可压缩流动 式（3）变形为
i 0
（ 4）
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8.1注塑成型过程简介
塑料颗粒从注塑机的料斗送进加热的料筒内，经过加热熔化呈流动状态 后，在柱塞或螺杆的高压推挤下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴、 经模具的浇注系统注入到闭合模具的型腔中。经保压、冷却、脱模，成 型出具有一定形状的制品。
1 a 2 ( ij : ij )
（ 5）
ij 2 ij
故式（4）变为
展开具体形式为
D i p ij Dt x j
d x p v v v v ( x y ) ( x z ) dt x y y x z z x d y
热力学边界条件 第三类边界条件规定了与物体表面进行对流换热的流体温度及对流换热 系数，即对流边界条件。由傅立叶传热定律，垂直流动方向的法向热流密度为
T h(T Tw ) n
T 为法向温度梯度 为熔体的导热系数，h为对流换热系数， n
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2 ij p i ij 2 ij 3
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微分形式的动量方程 D i gi ji Dt x j
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2 2 2 2 y 2 2 1 y y x x z z ( ij : ij ) 2 x z 2 x y z y x y z z x 忽略惯性力和质量力，由于
材料方程（流变方程）
修正Cross模型
0 1 n 1 A 0
T0 0 B exp p T
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0 T ,P 1 n A1 T T* ,T 0 T , P 1 , 0 T , P D1 exp * * A T T 2 A1 T T* , 0 T , P D1 exp , A2 =A 2 +D 3 p * A2 T T