热固性塑料的注射成型技巧

热固性塑料注射成型多在螺杆式注射机上进行，成型物料首先在温度较低的料筒内预塑化到半熔融状态，在随后的注射充模过程中受到进一步塑化而达到最佳流动状态，注入高温模腔后，经一定时间的交联固化反应而成为制品。热固性塑料注射和热塑性塑料注射的主要不同之处是：预塑化的熔体温度低，流动性不高；充模的流动过程也是熔体经受进一步塑化的过程；熔体取得模腔形状的定型是依靠高温下的固化反应完成。因此，能否精确控制物料在成型过程中各主要阶段的状态变化和化学反应，是成功实现热固性塑料注射的关键。

注射技术对所用热固性树脂的要求是：在低温料筒内塑化产物能较长时间保持良好流动性，而在高温的模腔内能快速进行反应而固化。在各种热固性树脂中，酚醛树脂最适合用注射成型，其次是邻苯二甲酸二烯丙酯（DAP）树脂、不饱和聚酯树脂和三聚氰胺甲醛树脂。环氧树脂由于固化反应对温度很敏感，用注射技术成型困难较大。

热固性树脂的注射，在注射机的成型动作、成型步骤和操作方式等方面，均与热塑性树脂的注射相似。但在工艺控制上有较大的差别。图10-44是酚醛树脂在注射成型过程中的一个成型周期内，物料的温度和黏度的变化情况。由图10-44可以看出：物料进入料筒后，随塑化过程的进行，温度逐渐上升而黏度逐渐下降，积累在料筒前端的是温度不高的熔体，物料在这一过程中以状态转变的物理变化为主。螺杆前移注射后，熔体快速通过喷嘴和浇道时，因剪切摩擦生热而使温度迅速上升，到达浇口时熔体黏度下降到成型周期内的最低点，在此过程中仍以物理变化为主，在低黏度熔体进入模腔后，因受到模具的加热使其温度达到成型周期内的最高点，与此同时黏度急剧增大，这显然与交联反应已开始快速进行有关。充满模腔的熔体在启模前一直保持在高温状态，交联反应继续进行使黏度不断增大，直至固化成为确定的制品。可以看出，热固性树脂的注射过程，像热塑性树脂注射一样，要经历塑化、造型和定型三个阶段。

图10-44　酚醛树脂在注射成型过程中的一个成型周期内物料温度与黏度变化

（一）热固性树脂在料筒内的塑化

加进料筒的低分子量热固性树脂聚合物因受热转变为黏流态继而成为具有一定流动性的熔体。对塑化后热固性树脂熔体的基本要求是：温度的均一性尽可能高；所含固化产物应尽可能少；流动性应满足从料筒中顺利注出。为保证上述基本要求的实现，对螺杆式注射机首先应根据树脂的反应活性选用不同压缩比的螺杆，并将料筒的温度控制在树脂熔融温度的下限附近。例如，酚醛树脂一般在90℃左右熔融，超过100℃已能观察到因交联反应而产生的放热，因此料筒高温加热段的温度取85～95℃为宜。此外螺杆转数和背压也不宜过高，以免因强烈的剪切所引起的温升使物料受热不均和部分物料早期固化。此外，尽量减少熔体在料筒内的停留时间，也是保证塑化后熔体质量的重要措施。为此，一是防止注射时熔体的倒流，这需要在注射装置的设计中采取阻止逆流和漏流的结构；二是在工艺上要精确控制每次预塑时的积料量，使之与成型一个制品所需的料量尽可能相等，并在每次注射时将其从料筒中全部排除。

（二）热固性树脂熔体在充模过程中的流动(www.xing528.com)

热固性树脂注射成型时，喷嘴和模具均处在高温状态，熔体流过喷嘴和浇道时不会在通道的壁面上形成不动的固体树脂隔热层，而且由于壁面附近有很大的速度梯度，使靠近壁面的熔体以湍流形式流动，从而提高了热壁面向熔体的传热效果；加之充模时的流速都很高，有大量的剪切摩擦热产生，这二者共同作用的结果使熔体在流过喷嘴和浇道的很短时间内温度迅速升高。例如，酚醛树脂注射成型时，料筒前端温度若为85℃，喷嘴的加热温度为95℃，熔体通过喷嘴后温度即可上升到固化所需的120～130℃的临界状态。熔体在喷嘴和浇道内流动时因受热而进一步塑化，使其黏度显著降低，故进入模腔后有良好的充模能力。总之，流动充模阶段正确的工艺控制是，在交联反应显著进行之前将熔体注满模腔。采用高的注射压力与注射速度和尽量缩短浇道系统长度等，都有利于在最短的时间内完成充模过程。

（三）热固性树脂成型物在模腔内的固化

充满模腔的热固性树脂熔体，在取得模腔的形状后即转变为成型物。由于高温模具对成型物的持续加热，使树脂具有足够的反应能力。因树脂的交联反应速率随温度的升高而加大，故只有将模具控制在较高的温度，才能使成型物在较短的时间内充分固化定型。成型物在模腔内必需的固化定型时间，不是主要由制品壁厚决定，而是主要由模具温度的高低决定。

热固性树脂的交联反应通常均伴随有较多的热量产生，这部分热量可使模腔内定量的物料升温膨胀，对交联反应而引起的体积收缩有补偿作用，因而在充模结束后不必保压补料；而且由于浇口内的料常比模腔内的料更早固化，因而热固性树脂在充模后，既无法往模腔内补料，也不会出现倒流。

对借助缩聚反应而交联固化的热固性树脂，在固化过程中应采取措施将反应副产物水及其他低分子物及时排出模腔。因为这些副产物存留在模腔内，既不利于缩聚交联反应的充分进行，又会使制品出现疏松、起泡和表面丧失光泽等缺陷。