注射成型工艺条件优化

在注射成型过程中，主要工艺因素是料温、模具温度、注射压力、注射周期和注射速度。

1.料温物料的温度是由料筒控制的，所以料筒温度关系到物料的塑化质量，选定料筒温度时，主要着眼于既保证物料塑化良好，能顺利实现注射而又不引起物料局部降解等。料筒温度首先与物料的性质有关，通常必须把物料加热到其黏流温度Tf（或熔点Tm）以上，才能使其流动和进行注射。

物料在螺杆式注射机料筒中流动时，剪切作用大，有摩擦热产生，且料层薄，熔体黏度低，热扩散速率大，温度分布均匀，加热效率高，混合和塑化好，因此料筒温度可选得低些。而在柱塞式注射机中的物料，仅靠料筒壁及分流梭表面往内传热，料层厚，传热速率小，物料内外层受热不均，温差较大，塑化不均匀，故柱塞式注射机的料筒温度应比螺杆式注射机约高10～20℃。

确定料筒温度时，还应考虑制品和模具的结构特点。成型薄壁制品时，物料的流动阻力很大，且极易冷却而失去流动能力，这种情况下提高料筒温度能增大塑料熔体的流动性，改善其充模条件；对厚壁制品，塑料熔体的流动阻力小，且因厚壁制品冷却时间长而使注射成型周期增加，塑料在料筒内受热时间增长，因此可选择较低的料筒温度；对形状复杂或带有嵌件的制品，塑料熔体要流过长而曲折的流程，因此料筒温度控制也应较高。

2.模具温度塑料充模后在模腔中冷却硬化而获得所需的形状，模具的温度影响塑料熔体充模时的流动行为，并影响塑料制品的性能。模具温度实际上决定了塑料熔体的冷却速度，根据熔体温度与冷却介质温度的温度差，可将冷却速度分为缓冷、骤冷和中速冷却。介质温度远小于塑料的玻璃化温度时为骤冷，介质温度近似于塑料的玻璃化温度时为中速冷却，介质温度大于塑料的玻璃化温度时则为缓慢冷却。显然，冷却速度越快，塑料熔体温度降低越迅速，熔体黏度增大则流动困难，造成注射压力损失增加，有效充模压力降低，情况严重时会引起充模不足。随模温增加，塑料熔体流动性增加，所需充模压力减小，制品表面光洁度提高，制品的模塑收缩率增大。对结晶聚合物，由于较高温度有利于结晶，所以升高模温能提高制品的密度或结晶度。在较高模温下，聚合物大分子松弛过程较快，分子取向作用和内应力都降低。通常随模温提高，制品大多数力学强度有所增加。

模温的确定应根据所加工塑料的性能、制品性能的要求、制品的形状与尺寸以及成型过程的工艺条件（如料温、压力、注射周期等）等综合考虑。

一般情况下，模温应低于塑料的玻璃化温度以保证脱模时不变形。对熔体黏度大的塑料（如聚碳酸酯、聚砜等）宜用较高的模温；熔体黏度小的塑料则用较低的模温，可以缩短生产周期。

3.注射压力注射压力推动塑料熔体向料筒前端流动，并迫使物料充满模腔而成型，所以它是物料充模和成型的重要因素。在注射过程中压力的作用主要有三个方面：第一，推动料筒中物料向前端移动，同时使物料混合和塑化；第二，充模阶段注射压力应克服浇注系统和型腔对物料的流动阻力，并使物料获得足够的充模速度及流动长度，使物料在冷却前能充满型腔；第三，保压阶段注射压力应能压实模腔中的物料，并对物料因冷却而产生的收缩进行补料，使从不同的方向先后进入模腔中的物料熔成一体，从而使制品保持精确的形状，获得所需的性能。

可见注射压力对注射过程和制品的质量有很大的影响。注射压力的大小，取决于注射机的类型、模具结构（主要是浇口尺寸和所得制品的壁厚）、塑料的种类和注射工艺等。(www.xing528.com)

在注射过程中，随注射压力增大，塑料的充模速度加快，流动长度增加和制品中熔接缝强度的提高，制品的质量可能增加，所以对成型大尺寸，形状复杂和薄壁制品，宜用较高的压力；对那些熔体黏度大、玻璃化温度高（如聚碳酸酯、聚砜等）也宜用较高的压力注射，但是，由于制品中内应力也随注射压力的增加而加大，所以采用较高压力注射的制品应进行退火处理。

注射过程中，注射压力与物料温度实际上是相互制约的。料温高时注射压力减小；反之，所需注射压力加大。以料温和注射压力为坐标，绘制的成型面积图能正确反映注射成型的适宜条件（图10-43），在成型区域中适当的压力和温度的组合都能获得满意的结果，这一面积以外的各种温度和压力的组合，都会给成型过程带来困难或给制品造成各种缺陷。

图10-43　注射成型面积图

4.注射周期和注射速度完成一次注射成型所需的时间称注射周期或称总周期。它由注射时间（充模）、保压时间、冷却和加料（包括预塑化）时间以及开模（取出制品）、辅助作业（如涂擦脱模剂、安放嵌件等）和闭模时间组成。

在整个成型周期中，冷却时间和注射时间最重要，对制品的性能和质量有决定性的影响。仅就注射与保压时间来看，一般制品的注射充模时间都很短，约2～10s，随塑料和制品的形状、尺寸而异，大型和厚壁的制品充模时间可达10s以上。一般制品的保压时间约20～100s，大型和厚制品可达1～5min甚至更长。冷却时间以控制制品脱模时不挠曲，而且时间又较短为原则，一般为30～120s，大型和厚壁制品可适当地延长。

注射速度常用单位时间内柱塞（螺杆）移动的距离（cm/s）表示，有时也用质量或容积流率（g/s或cm3/s）表示；注射速度主要影响熔体在模腔内的流动行为，并影响模腔内压力、温度以及制品的性能。通常随注射速度的增大，熔体在浇注系统和模腔中的流速会增加。因熔体高速进入时受到强烈剪切，黏度降低，甚至因摩擦而使温度升高。所以提高充模速度，会增加熔体流动长度，也会提高充模压力，同时使制品各部分的熔接缝强度提高。

但注射速度增大，常使熔体由层流变为湍流，严重的湍流会引起喷射而带入空气，由于模底先被物料充满，模内空气无法排出而被压缩，这种高压高温气体会引起塑料局部烧伤及分解，使制品不均匀；慢速注射时，熔体以层流形式自浇口向模底一端流动，能顺利排出空气，制品的质量较均匀，但过慢的速度会延长充模时间，使塑料表层迅速冷却，容易降低熔体的流动性，引起充模不全，并出现分层和结合不好的熔接痕，降低了制品的强度和表面质量。