《复合材料工艺与设备》课程教学资源（教案讲义）09 注射成型工艺

第九章注射成型工艺教学参考资料武汉理工大学精品课程

第九章 注射成型工艺 教学参考资料 武汉理工大学精品课程

注射成型工艺一、注射成型及其特点注射成型也是一种沿用热塑性塑料的成型工艺，GRP注射成型可将热塑性或热固性模塑料加热软化后注射到预先合模的金属模具中的得到制品的一种成型工艺方法。注射成型与模压成型工艺相比，其有如下特点：①成型周期短横压成型，模压料的塑化和硬化过程都在压模内完成，而注射成型模塑料的塑化由注射机完成，以熔融状态进入模具，高压快速充横，因易注射成型而具有较高的生产效率。②热耗量少物料在注射成型中除了外部热源外，在机内连续摩擦运动易产生热量同时加速塑化进行。③闭模成型，所获产品的质量较好，尺寸精度准确。④能一次成型形状复杂的产品。其缺点为：①不适宜用长纤维增强，一般注射成型粒料长度不超过7mm。故只适合生产规格较小的零部件。②模具材质要求高预采用表面硬化处理的合金钢，防止物料在模内流动摩擦。根据上述特点，在GRP复材生产中，注射成型主要用来代替模压成型生产各种类型形状较复杂的复材机械零件等。二、注射成型原理因为热塑性和热固性GRP复材的物理性能及固化原理不同，其注射成型工艺原理也有很大区别。（一）热塑性GRP复材注射成型：

注射成型工艺 一、注射成型及其特点 注射成型也是一种沿用热塑性塑料的成型工艺，GRP 注射成型可将热塑性 或热固性模塑料加热软化后注射到预先合模的金属模具中的得到制品的一种成 型工艺方法。 注射成型与模压成型工艺相比，其有如下特点： ①成型周期短 横压成型，模压料的塑化和硬化过程都在压模内完成，而注射成型模塑料的 塑化由注射机完成，以熔融状态进入模具，高压快速充横，因易注射成型而具有 较高的生产效率。 ②热耗量少 物料在注射成型中除了外部热源外，在机内连续摩擦运动易产生热量同时加 速塑化进行。 ③闭模成型，所获产品的质量较好，尺寸精度准确。 ④能一次成型形状复杂的产品。 其缺点为： ①不适宜用长纤维增强，一般注射成型粒料长度不超过 7mm。 故只适合生产规格较小的零部件。 ②模具材质要求高 预采用表面硬化处理的合金钢，防止物料在模内流动摩擦。根据上述特点， 在 GRP 复材生产中，注射成型主要用来代替模压成型生产各种类型形状较复杂 的复材机械零件等。 二、注射成型原理 因为热塑性和热固性 GRP 复材的物理性能及固化原理不同，其注射成型工 艺原理也有很大区别。 （一）热塑性 GRP 复材注射成型：

热型性GRP复材的注射成型过程主要定物理变化，即在整个注射成型过程中，主要是物质的物理状态的变化；高分子聚合物在恒定压力下，随着受热温度的升高逐渐由玻璃态转变为粘度态，高聚物在粘流态下，自身不能保持固定形状，具有可塑型的性质（当温度连续升高，T>Td，高聚物便开始降解）。热型性GRP复材的注射成型，就是将处于玻璃态的粒料在注射机料捕内加热熔化至粘流态，然后以很高的压力迅速注入闭合模内，由于粘流物料具有可塑性，经过一段时间冷却后，使物料在保持模腔形状下再恢复到玻璃态，最后出料。热塑性GRP复材的注射成型热加工过程是加热一冷切过程。（二）热固性GRP复材注射成型热固性GRP复材的注射成型是一个复杂的物理和化学变化过程，在整个过程中，不但高聚物的物理状态发生改变，而且高聚物分子间发生不可逆的化学反应。为了进一步掌握热塑性和热固性注射成型的工艺特点，现将两者对比如下：①热塑性GRP的注射成型主要是一个物理变化过程，从物料一熔融体一产品，物质发生的物料状态的改变；而热固性GRP的注射成型过程除了高聚物物理状态改变外，还伴随有化学反应，主要是分子间的交联固化。②热塑性塑料在注射机料简中受热，其料简温度采用分子控制，塑化温度制度介于Tr与Ta的，控制方便，而热固性GRP在注射过程中，其热效应比较复杂。除了物料在料简中的受热外，还有固化反应的放热，因此料简温度的控制一定要严格。③热塑性塑料注射成型时，料简温度必须高于模具温度，物料在模腔内冷却定型的有一个体积收缩。因此需要有相应的料垫性压补料。热固性GRP注射成型时，料简温度低于模具温度，物料在模腔内发生固化收缩的同时，也发生热膨胀，因此充模后需要补料较少。（三）注射成型机构造原理及分类

热型性 GRP 复材的注射成型过程主要定物理变化，即在整个注射成型过程 中，主要是物质的物理状态的变化； 高分子聚合物在恒定压力下，随着受热温度的升高逐渐由玻璃态转变为粘度 态，高聚物在粘流态下，自身不能保持固定形状，具有可塑型的性质（当温度连 续升高，T＞Td，高聚物便开始降解）。 热型性 GRP 复材的注射成型，就是将处于玻璃态的粒料在注射机料捅内加 热熔化至粘流态，然后以很高的压力迅速注入闭合模内，由于粘流物料具有可塑 性，经过一段时间冷却后，使物料在保持模腔形状下再恢复到玻璃态，最后出料。 热塑性 GRP 复材的注射成型热加工过程是加热一冷切过程。 （二）热固性 GRP 复材注射成型 热固性 GRP 复材的注射成型是一个复杂的物理和化学变化过程，在整个过 程中，不但高聚物的物理状态发生改变，而且高聚物分子间发生不可逆的化学反 应。 为了进一步掌握热塑性和热固性注射成型的工艺特点，现将两者对比如下： ①热塑性 GRP 的注射成型主要是一个物理变化过程，从物料—熔融体—产 品，物质发生的物料状态的改变； 而热固性 GRP 的注射成型过程除了高聚物物理状态改变外，还伴随有化学 反应， 主要是分子间的交联固化。 ②热塑性塑料在注射机料简中受热，其料简温度采用分子控制，塑化温度制 度介于 Tf与 Td的，控制方便，而热固性 GRP 在注射过程中，其热效应比较复杂。 除了物料在料简中的受热外，还有固化反应的放热，因此料简温度的控制一 定要严格。 ③热塑性塑料注射成型时，料简温度必须高于模具温度，物料在模腔内冷却 定型的有一个体积收缩。因此需要有相应的料垫性压补料。 热固性 GRP 注射成型时，料简温度低于模具温度，物料在模腔内发生固化 收缩的同时，也发生热膨胀，因此充模后需要补料较少。 （三）注射成型机构造原理及分类

三、注射料的工艺性及测定方法热塑性或热固性高聚物在注射工艺中具有许多特殊性质，只有搞清这些工艺性，对于我们保证产品质量，确定成型压力、温度，及进行模具设计等有很大帮助。下面分别讨论：1.挥发物概念：注反射料中所含水份及易挥发性低分子物质。产生原因：·注射料贮存，空气中水分的惨入；·制造时，空气中水分的惨入；·物料本身所含未参加反应的小分子。挥发物对产品质量的影响：·料中水分受热气化，使熔融物料起泡；·粘度下降，制品收缩率增大，易发生翘曲；·物料在存放中部分结块；·降低产品外观质量，机械强度及介电性能。控制指标：为保证产品质量，物料在生产前必须进行干燥处理。其控制指标：热塑性注射料的含水量在0.20.5%以下，热固性水分及挥发物含量不超过2-7%测定： *-_12.流动性概念：是指注射料在热压下的流动性能，它代表注射成型时物料的充模能力。与物料流动性有关的因素很多：可概括两方面。一方面属物料的内因，如树脂分子量大小，分子结构，GF的尺寸及配方等显然线型分子结构的树脂流动性较大，加入增塑剂润滑剂，也可增加其流动性。另一方面属外部因素：这包括物料在压塑时所构成的内摩擦因素，模具温度构造形式，物料对模具的附着性以及物料的硬化速度，压塑工艺条件等有关。注射成型工艺对注射料流动性的要求：

三、注射料的工艺性及测定方法 热塑性或热固性高聚物在注射工艺中具有许多特殊性质，只有搞清这些工艺 性，对于我们保证产品质量，确定成型压力、温度，及进行模具设计等有很大帮 助。 下面分别讨论： 1. 挥发物 概念：注反射料中所含水份及易挥发性低分子物质。 产生原因：·注射料贮存，空气中水分的惨入； ·制造时，空气中水分的惨入； ·物料本身所含未参加反应的小分子。 挥发物对产品质量的影响：·料中水分受热气化，使熔融物料起泡； ·粘度下降，制品收缩率增大，易发生翘曲； ·物料在存放中部分结块； ·降低产品外观质量，机械强度及介电性能。 控制指标： 为保证产品质量，物料在生产前必须进行干燥处理。 其控制指标：热塑性注射料的含水量在 0.2～0.5%以下，热固性水分及挥发 物含量不超过 2-7% 测定： C A B A x − − = 2. 流动性 概念：是指注射料在热压下的流动性能，它代表注射成型时物料的充模能力。 与物料流动性有关的因素很多：可概括两方面。 一方面属物料的内因，如树脂分子量大小，分子结构，GF 的尺寸及配方等。 显然线型分子结构的树脂流动性较大，加入增塑剂润滑剂，也可增加其流动性。 另一方面属外部因素：这包括物料在压塑时所构成的内摩擦因素，模具温度， 构造形式，物料对模具的附着性以及物料的硬化速度，压塑工艺条件等有关。 注射成型工艺对注射料流动性的要求：

对热固性注射料来讲，要求在低温下流动下能保持足够的加工时间而不固化；对热塑性注射料来讲，则要求高温塑化流动性良好而不发生热分解。流动性的测定方法及内容：关于物料流动性的测定原理，热塑性和热固性高聚物基本上是一样的，都是指在恒压和恒温下，从一定孔径流出的物料量与流动性大小成正比。①螺旋线流动性试验法②拉挤测定法3.收缩率概念：注射制品出模冷却后，其尺寸总是小于所用模腔尺寸，那么两者差值与制品实际尺寸之比较为收缩率。影响因素：注射料的流量大小，主要取决树脂种类和增强材料含量。树脂种类模塑料收缩率（%）聚甲醛2~3.50.4~0.7ABSGF增强聚酰胺0.5~1.0聚碳酸酯0.5~0.7聚乙烯1.5~3.5聚丙烯1.0~3.0聚苯乙烯0.2~0.8聚氯乙烯0.2~0.4环氧GRP0.05~0.2酚醛GRP0.05~0.2聚酯GRP0.01~0.03测定：试件规格25±0.5mm的长方体或直径100±0.3mm，厚4±0.2mm的圆柱

对热固性注射料来讲，要求在低温下流动下能保持足够的加工时间而不固 化； 对热塑性注射料来讲，则要求高温塑化流动性良好而不发生热分解。 流动性的测定方法及内容： 关于物料流动性的测定原理，热塑性和热固性高聚物基本上是一样的，都是 指在恒压和恒温下，从一定孔径流出的物料量与流动性大小成正比。 ①螺旋线流动性试验法 ②拉挤测定法 3. 收缩率 概念：注射制品出模冷却后，其尺寸总是小于所用模腔尺寸，那么两者差值 与制品实际尺寸之比较为收缩率。 影响因素：注射料的流量大小，主要取决树脂种类和增强材料含量。 树脂种类 模塑料收缩率（%） 聚甲醛 ABS GF 增强聚酰胺 聚碳酸酯 聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚氯乙烯 环氧 GRP 酚醛 GRP 聚酯 GRP 2～3.5 0.4～0.7 0.5～1.0 0.5～0.7 1.5～3.5 1.0～3.0 0.2～0.8 0.2～0.4 0.05～0.2 0.05～0.2 0.01～0.03 测定：试件规格 25±0.5mm 的长方体或直径 100±0.3mm，厚 4±0.2mm 的 圆柱

试验条件与成型工艺条件相同收缩率D-×100%D,考虑到注射料的收缩余量，要达到产品设计精确尺寸。模具尺寸y=（1+S）L4.塑料物理状态和温度的关系5.热敏性概念：塑料在高温下不期发热，会产生变色，降聚、分解等现象。具有这种性质的塑料，称为热敏性塑料。热敏性是标志塑料热行为的一各重要指标。常见的有聚氯乙烯，聚偏氯乙烯，聚甲醛等。热敏性是注射成型中必须考虑的一项重要工艺性能，为了防止热敏性塑料的分解，可采用下列有效方法，正确选择加工温度，缩短加热时间、加入热稳定剂等。6.固化速度7.熔体破裂现象概念：在热塑性塑料中，容易产生该现象的有聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。熔体破裂现象一般认为是由于塑料熔体受到过度的剪切作用所造成。消除的方法有：①选择流动性高的注射料：②适当扩大注射成型机喷嘴的孔径③在不引起物料分解前提下尽可能提高成型温度，特别是喷嘴段温度；④减慢注射速度。8.定向性四、成型工艺注射成型按其加工顺序分为：成型前的准备；注射工艺条件选择；制品后处理及回料利用。现分述如下：（一）成型前的准备

试验条件与成型工艺条件相同 收缩率 100% 1 1 × −D D D 考虑到注射料的收缩余量，要达到产品设计精确尺寸。 模具尺寸 y=（1+S）L 4. 塑料物理状态和温度的关系 5. 热敏性 概念：塑料在高温下不期发热，会产生变色，降聚、分解等现象。具有这种 性质的塑料，称为热敏性塑料。热敏性是标志塑料热行为的一各重要指标。 常见的有聚氯乙烯，聚偏氯乙烯，聚甲醛等。 热敏性是注射成型中必须考虑的一项重要工艺性能，为了防止热敏性塑料的 分解，可采用下列有效方法，正确选择加工温度，缩短加热时间、加入热稳定剂 等。 6. 固化速度 7. 熔体破裂现象 概念： 在热塑性塑料中，容易产生该现象的有聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。 熔体破裂现象一般认为是由于塑料熔体受到过度的剪切作用所造成。 消除的方法有：①选择流动性高的注射料； ②适当扩大注射成型机喷嘴的孔径； ③在不引起物料分解前提下尽可能提高成型温度，特别是喷 嘴段温度； ④减慢注射速度。 8. 定向性 四、成型工艺 注射成型按其加工顺序分为：成型前的准备；注射工艺条件选择；制品后处 理及回料利用。现分述如下： （一）成型前的准备

1.注射料的选择及强处理①注射料的选择主要是注射料中热塑性或热固性塑料种类的选择：依据产品设计要求和注射机的性能。②注射料预处理：注射料粒料的均匀性；对粒料进行水分及挥发物含量测定及干燥处理。2.料简清洗3.脱模剂·作用：为使注件能顺利地从注模中取出，保证其外形和强度不受损伤。·注射成型常用模剂有：硬酯酸锌、液体石蜡、硅油等。4.嵌件预热：目的：为了避免金属嵌件与高聚物膨胀系数不同，而产生热动和出现应力开裂现象。理论上，嵌件强热温度越高越好。但实际上通常控制在110℃～150℃之间。（二）注射成型工艺条件注射成型工艺包括闭模、加料、塑化、注射、固化，开模出料等工序，就工艺条件而说，最主要的是料简温度（包括喷嘴嘴温度），注射压力（包括注射速度），成型周期（包括注射、保压、固化时间），加料量及剩料，螺杆转速及背压等。1.加料及剩余量2.料简、喷嘴及模具温度确定GRP注射成型的料简，模具及喷嘴温度，应从下列几个方面考虑：①注射机种类：②产品厚度；③注射料的品种及性能

1. 注射料的选择及强处理： ①注射料的选择 主要是注射料中热塑性或热固性塑料种类的选择； 依据产品设计要求和注射机的性能。 ②注射料预处理： 注射料粒料的均匀性； 对粒料进行水分及挥发物含量测定及干燥处理。 2. 料简清洗 3. 脱模剂 ·作用：为使注件能顺利地从注模中取出，保证其外形和强度不受损伤。 ·注射成型常用模剂有：硬酯酸锌、液体石蜡、硅油等。 4. 嵌件预热： 目的：为了避免金属嵌件与高聚物膨胀系数不同，而产生热动和出现应力开 裂现象。 理论上，嵌件强热温度越高越好。但实际上通常控制在 110℃～150℃之间。 （二）注射成型工艺条件 注射成型工艺包括闭模、加料、塑化、注射、固化，开模出料等工序，就工 艺条件而说，最主要的是料简温度（包括喷嘴嘴温度），注射压力（包括注射速 度），成型周期（包括注射、保压、固化时间），加料量及剩料，螺杆转速及背压 等。 1. 加料及剩余量 2. 料简、喷嘴及模具温度 确定 GRP 注射成型的料简，模具及喷嘴温度，应从下列几个方面考虑： ①注射机种类； ②产品厚度； ③注射料的品种及性能

3.螺杆转速及背压螺杆转速快慢对物料塑性的影响，因此螺杆转速主要取决于物料的塑化速度。一般对于热塑性物料：转速25～50转/分热固性物料：转速30~80转/分背压的概念：指螺杆转动推进物料塑化时传给物料的反向压力作用，能使物料在运动过程中，不断排除空气和挥发物，背压过小达不到排气致密的目的，过大会造成功率消耗大。热固性塑料注射成型时，背压一般控制在35～70kg/cm。4.注射压力和注射速度注射压力和注射速度对注射成型过程中的充模起着决定作用。①注射压力的大小取决于注射机种类，物料的流动性，模具浇口尺寸，产品壁厚，横具温度及流程等因素：②注射速度5.成型周期①概念：②在成型周期中，对产品质量和产量影响最大的是注射和固化时间。③制件的后处理及回料利用五、注射成型常见疵病及解决办法

3. 螺杆转速及背压 螺杆转速快慢对物料塑性的影响，因此螺杆转速主要取决于物料的塑化速 度。 一般对于热塑性物料：转速 25～50 转/分 热固性物料：转速 30～80 转/分 背压的概念：指螺杆转动推进物料塑化时传给物料的反向压力作用，能使物 料在运动过程中，不断排除空气和挥发物，背压过小达不到排气致密的目的，过 大会造成功率消耗大。热固性塑料注射成型时，背压一般控制在 35～70kg/cm 2。 4. 注射压力和注射速度 注射压力和注射速度对注射成型过程中的充模起着决定作用。 ①注射压力的大小取决于注射机种类，物料的流动性，模具浇口尺寸，产品 壁厚，横具温度及流程等因素； ②注射速度 5. 成型周期 ①概念： ②在成型周期中，对产品质量和产量影响最大的是注射和固化时间。 �制件的后处理及回料利用 五、注射成型常见疵病及解决办法