复合材料注塑成型工艺实验优化方案

1.实验目的

（1）学习制定科学的复合材料配方。

（2）熟悉双螺杆共混挤出造粒操作流程。

（3）掌握注塑成型工艺的操作方法和技术要点。

2.实验原理

热塑性复合材料受热会软化且在外力作用下可以流动，当冷却后又能转变为固态，而塑料的原有性能不发生本质变化。注塑成型是一种重要的热塑性材料成型方法，塑料在外部设备加热及螺杆对物料的摩擦升温作用下熔化呈流动状，在螺杆推动作用下，塑料熔体通过喷嘴注入温度较低的封闭模具型腔中，冷却定型为所需制品。

注射成型时，物料经历的主要是一个物理变化过程。物料的流变性、热性能结晶行为以及定向作用等因素对注射工艺条件及制品性质都会产生很大影响。采用注塑成型，可以制作各种不同的塑料，得到质量、尺寸、形状不同的塑料制品。

注塑成型工艺参数包括注塑成型温度、注射压力、注射速度以及时间等。要想得到满意的注塑制品，涉及的生产因素有注塑机的性能、制品的结构设计和模具设计、工艺条件的选择和控制。直接影响塑料熔体流动行为、塑料塑化状态和分解行为的因素都影响塑料制品的外观和性能，如果塑料成型工艺参数选择不当，会导致制品性能下降，甚至不能制成一个完整的产品。

在整个成型周期中，注射时间和冷却时间最重要。它们对制品的质量有决定性作用，注射时间中的充模时间与注射充模速度成反比。注射速度主要影响塑料熔体在模腔内的压力和温度。充模时间一般为3～5 s，甚至更短。

注射时间中的保压时间是对模腔内熔料的压实时间，在整个注射过程中占的比例较大，一般为20～120 s，特别厚的制品可高达5～10 min。浇口处的熔料封冻之前，保压时间的多少对制品尺寸的准确性有影响。封冻之后，保压时间对制品尺寸无影响。保压时间的最佳值依赖料温、模温以及主浇道和浇口的大小。如果主浇道和浇口的尺寸以及工艺条件是正常的，通常将制品收缩率波动范围最小的压力值作为保压压力。

冷却时间主要取决于制品的厚度、塑料的热性能和结晶性能、模具温度等。冷却时间的终点应以制品在脱模时不引起变形为原则。冷却时间一般为0.16～0.30 s，没有必要冷却过长时间。成型周期中的其他时间则与生产过程是否连续和自动化程度有关。

在选择工艺条件时，主要从以下几个方面考虑：①塑料的品种，此种复合材料的加工温度范围；②树脂是否需要干燥，采用什么方式干燥；③成型制品的外观、性能及收缩率。

3.实验设备及原料

设备：双螺杆挤出机（见图4-6）、注射成型机、试样模具（长条、圆片、哑铃等形状）、测温计（量程为0～300℃，精确度为±2℃）、秒表。

原料：热塑性聚合物（ABS、PS、PE和PP）、增强纤维、偶联剂、抗氧剂、短切纤维（颗粒）等。

4.实验步骤

1）挤出法制备预混料

按配方称取原料，混合均匀后加入料斗，按如下流程得到预混料粒子，烘干，备用：设定成型温度、螺杆转速以及牵引速度等工艺参数→加料→挤出→冷却→牵引→切粒。

2）注塑成型

（1）按注射成型机使用说明书或操作规程做好实验设备的检查、维护工作。

（2）按“调整操作”方式安装好试样模具。

图4-6　双螺杆挤出机

（3）注射机温度仪指示达到实验条件时，再保持10～20 min，随后加入塑料进行对空注射。如从喷嘴流出的料条光滑明亮、无变色、无银丝、无气泡，说明料筒温度和喷嘴温度比较合适，可按该实验条件用半自动操作方式开动机器，制备试样。此后，每次调整料筒温度也应设置适当的恒温时间。在成型周期固定的情况下，用测温计测定塑料熔体的温度，制样过程中料温测定不少于两次。

（4）在成型周期固定的情况下，用测温计分别测量模具动、定模型腔不同部位的温度，测量点不少于三处，制样过程中，模温测定不少于两次。

（5）用注射时螺杆头部施加于物料的压力表示注射压力。

（6）成型周期各阶段的时间用继电器和秒表测量。(www.xing528.com)

（7）制备试样过程中，模具的型腔和流道不允许涂擦润滑性物质。

（8）按测试需要制备试样，每一组试样一定要在基本稳定的工艺条件下重复进行。必须在至少舍去五个初始试样后才能开始取样。若某一工艺条件有变动，则该组已制备的试样作废。在去除试样的流道类赘物时，不得损伤试样本体。

5.实验结果

（1）将相关实验数据记录在表4-7中。

表4-7　注塑成型工艺数据记录

（2）记录实验过程中出现的现象，并分析出现此类现象的原因。

（3）根据实验过程及产品品质建立实验参数与产品品质的基本构效关系，并说明改进的方法。

（4）从不同角度对模压制品拍照，并将照片展示在报告中。

6.注意事项

（1）因电气控制线路的电压为220 V，操作机器时，应防止人身触电事故发生。

（2）在闭合动模、定模时，应保证模具方位整体一致，避免错合损坏。

（3）应确保安装模具的螺栓、压板、垫铁牢靠。

（4）禁止在料筒温度未达到规定要求时进行注射。手动操作时在注射、保压时间未结束时不得开动预塑。

（5）主机运转时，严禁手臂及工具等硬质物品进入料斗。

（6）喷嘴阻塞时，忌用增压的办法清除阻塞物。

（7）不得用硬金属工具接触模具型腔。

（8）机器正常运转时，不应随意调整油泵溢流阀和其他阀件。

7.思考题

（1）影响预混料品质的因素有哪些？如何控制这些因素？

（2）哪些因素会导致试样产生缺料、溢料、凹痕、气泡、真空泡？

（3）注射成型工艺参数如何确定？

（4）实验方案中料筒温度、注射压力、注射时间以及保压时间的设定应考虑哪些问题？

（5）如何处理注射成型制品的常见缺陷？