注射成型：塑料加工的核心技术

注射成型是加工热塑性塑料及部分热固性塑料制品最常用的重要加工方法，采用的装备有注射机（柱塞式和螺杆式）及安装在设备上的模具（注射模）。基本过程是将塑料装入设备的装料斗中，并顺序传入料筒内，塑料经料筒加热装置加热及料筒内螺杆旋转摩擦加热后逐渐塑化成粘流状态，然后利用螺杆或柱塞杆高压快速地推挤熔料使其高速地通过料筒前端的喷嘴口注入闭合的模具型腔中，熔体经冷却定型或加热固化定型（对热固性塑料）后，即可开模顶出制品。这种工艺可一次成型外形复杂，带有金属或非金属嵌件的制品，制品制造精度高，制品的质量可从几克到几千克。普通注射工艺加工的制品壁厚一般在>0.5～8mm，生产效率高，成型周期短（几秒到几分钟），自动化程度高。但不同的塑料品种和制品要采用不同的模具和适当的成型工艺条件。

注射机按塑化装置形式可分为螺杆式和柱塞式两大类，它们均由塑化系统、注射系统、锁模顶出系统三大部分组成。按锁模系统与塑化、注射系统的相对位置，注射机又可分为卧式、立式及角式三种形式，目前广泛使用的是卧式螺杆机。注射机的注射能力（容量），通常用克计量，根据制品质量的大小，可选用适当容量的大、中、小型各种规格的注射机。

随着塑料品种的发展和制品要求不断提高，近年来陆续开发了许多新型的先进注射成型技术，主要的有下列几种。

1.气体（水）辅助注射成型（气辅式简称为GAM，水辅式简称为WAIM）

成型过程是先向模型内注入部分熔体，然后向熔体中心注入压缩氮气或冷水，利用它们扩张熔体填满模腔各处，制得薄壁中空的结构件。热塑性和热固性塑料均可选用该工艺，其优点是锁模力低、成型周期短，制品缺陷减少采用该工艺可避免大面积平板件（汽车仪表板）翘曲、减少内应力、质量分布均匀、避免塌坑，简化模具设计、省去多浇口、消除熔接痕。该法适用于制作大型平面结构制品、薄壁中空制品、壁厚差较大的制品、管状及棒形截面的成型件，如汽车保险杠、仪表板，家电外壳，塑料家具构件，方向轮，手柄，扶手，踏板等。

2.共注成型（又称夹心注射）

成型时用两个或两个以上注射装置的注射机将不同品种、不同材质或不同颜色的熔体同时或顺序地注入模具内，制成先注入的料全部将后注入的料包覆起来的夹芯结构制品。适用于加工多色或双色制品；外硬内软的结构泡沫塑料制品；外层为高性能或光泽表面而内层用废旧料或普通塑料的制品；外层为普通塑料而内层为功能性塑料（如电磁屏蔽料）或增强材料的制品等。因此，这是一种使一个塑料制品同时具有多色彩、多功能、多性能的先进注射技术。

3.无流道注射成型

用普通注射技术加工制品时产生的料把和流道会浪费材料，影响生产效率，尤其在大量生产时更为明显。另外，在采用多浇口结构时模具设计制造麻烦，并易造成填充不平衡，发生塌坑、翘曲及需修整浇口等缺陷。因此，无流道技术已广泛应用在大量生产或大型塑料制品生产的场合。该技术实际上是在模具中采用了热流道、绝热流道或温流道的结构，使流道内的塑料一直保持熔体状态，从而可连续使用，无流道废料，制品可自动脱模，无需取料把和修整浇口（对热固性塑料更为有利），并可保持填充及成型均衡，改善制品质量，缩短成型周期，提高效率，节省材料。

无流道技术可用于大多数热塑性塑料（除少数PTFE、UHMWPE高粘度塑料外）。热固性塑料中的酚醛及氨基塑料等也可用热流道、绝热流道或温流道等结构。

无流道技术发展很快，国内已有多个专业厂生产无流道装置和元件，其品种已规格系列化。使用者只要选购安装于模具中即可使用。国外对多点浇口的无浇道装置还实现了顺序控制，各浇口点可按顺序指令，分序进行工作，更进一步地发展了无流道技术。

4.反应注射技术（简称RIM）

反应注射又称液体注射成型（简称LIM），主要用于加工聚氨酯、环氧、不饱和聚酯、有机硅塑料等热固性塑料及尼龙、丙烯酸苯乙烯共聚物和弹性体等塑料的制品。其成型过程是将由树脂和助剂组成的配方料，分成A、B两组，分别储存在A、B储存器内并充分混合成液体状态，在一定温度和很低的压力下两种液料通过计量泵和混合器，按比例地注入模具内，以液面上升的形式填充型腔，并在模具内完成A、B组分互相反应和固化成型。

为了提高制品的尺寸稳定性、耐热性及弹性模量，也可采用在配料中加入增强纤维、无机物或在模具中预置增强纤维预成型物等方法来加工增强制品。前者称为增强反应注射成型（RRIM）；后者称为结构反应注射成型（SRIM）。(https://www.xing528.com)

反应注射成型需采用专用的设备。与普通注射相比，反应注射成型成型温度低，压力小，对模具要求低，成型快，能耗少，配料可设计性强，对制品性能适应性好，但收缩大，尺寸稳定性差，表面质量不高，易产生裂痕及气泡，均需采取其他工艺措施补救。目前，这种工艺发展速度很快，已广泛用于制作汽车保险杠、仪表板、挡泥板、转向盘、车门、发动机罩、车身、底盘、缓冲板等要求强度高、体积大、结构复杂，薄壁、成型难度大，而表面外观质量要求不很高的制品。

5.流动注射成型

流动注射成型可在普通的螺杆式注射机上进行操作，成型时螺杆开始不断地转动，将塑料熔体连续不断地经喷嘴挤入模具型腔。由于模具有一定的温度，熔体在模具内可流动并填充型腔，当熔体填满型腔后，螺杆按规定后退一段距离，在料筒前端出现一段空间，当熔料填满空间后螺杆即停止转动，并向前推进，将料筒内的熔料在高压下注入型腔，补充熔料，从而使模内熔料在压力下成型，经冷却定型后，即可获得制品。该工艺主要的优点是可用小容量的注射机加工大克量的制品，即称为超量加工（当然超量有一定的限度），解决了加工大型制品时必须采用大容量注射机的难题。此外，熔料受热时间短，不易分解，有利于加工热敏性塑料。成型时注射压力低，制品内应力小，但不利于加工薄壁制品，并需要准确控制加热温度，防止浇口过早凝固。该工艺目前常用于加工ABS、HPVC、PC、PP、PS、PE等热塑性塑料制品。

6.排气式注射成型

排气式注射成型需用专用的螺杆式注射机及螺杆。首先注射机的料筒中部要开设排气口，并连接真空抽气系统，其次螺杆需加工成具有较长的排气段（减压段），要比排气式挤出机长，必须保证螺杆在轴向移动时其排气段始终不离开排气孔。其工作原理是：当塑料逐步熔融，熔料进入排气段时，由于熔料压力迅速下降，故熔体内的水分、低分子物、挥发物及空气等物质会自行迅速逸出，从排气口被真空泵吸走，当熔料前进到螺杆的均化段时已成为“净化的熔体”，有利于提高制品质量。该工艺优点是塑料不经预热烘干处理即可用于加工，塑化质量好，效率高，可降低注射及保持压力，制品内应力小，制品质量和性能好，尤其对加工吸湿性大的水敏性塑料，如尼龙、聚碳酸酯、纤维素等更加有利，对加工透明性塑料及要求高表面质量的有机玻璃、PS、ABS等塑料也有显著的效果。

7.注射压缩成型

该工艺是注射成型与模压成型相结合的成型工艺。其工作原理是：先用稍低的注射压力将熔体注入未全部闭合的模具型腔中，通常预留1～3mm的距离（供后续压制所用），待注入足够克量的熔体后注射机进行二次合模，模腔完全闭合，熔体被压缩，保持一定时间后压缩应力缓慢下降，制品冷却即可脱模取出。这种工艺加工的制品尺寸精度较高，内应力很小，取向性低，表面质量高，并且有利成型薄壁高精度制品，如光盘、光学镜片等。该工艺还可扩展用于加工层压制品，如可先在模型内预置织物、薄膜等各种制品的表面材料，然后注压成型，使表面材料与制品贴合在一起，制成具有表面装饰和其他功能的制品。注压成型需采用两次合模结构的模具和注射机，第二次合模距离应根据熔料的比热容和固化后的比热容的变化来确定和调节。此外，模具的结构应具有注射时能防止泄漏，压制时又允许溢流的功能，注射机的注射系统与合模系统可分别独立操作，螺杆有止逆装置，防止压制时发生熔料倒流，故模具及设备结构复杂。注压成型的缺点是制品在合模面处易产生飞边，在压制方向尺寸精度不稳定，对形状复杂及有嵌件的制品，模具结构更加复杂，故不宜选用。成型时注射量和模具打开的预留距离都要准确地控制。

目前，常用于热塑性塑料制作汽车内外装饰件、仪表板、门内胆板、栅格、反光镜、尾灯镜片、光学透镜、激光唱片、家电、家具、洁具等产品的结构件及装饰件等。

热固性塑料的注压技术与热塑性塑料相似，区别在于热固性塑料，压制时模具需加热使其熔料发生固化反应。目前，采用注射压缩成型的热固性塑料有酚醛、环氧、氨基塑料，以及不饱和聚酯、DAP等，为了减少热固性塑料的料把和流道废料，国外已开发了无流道注射压缩成型工艺及模具。

8.可熔型芯成型技术

可熔型芯成型技术就是用Sn-Bi或Sn-Pb等低熔点合金制作型芯，用于成型制品内型的技术。通常采用浇注等方法按制品内部型腔的形状，加工一个形状相同的型芯，并将其当做嵌件安装模腔中，待注射成型的塑料熔体全部包容型芯后，冷却即可取出制品放在加热介质（油或改性聚乙二醇）中，或用感应线圈同时加热，使型芯熔化流出，即可制成内部尺寸精确、表面光洁、形状复杂的中空制品。故该工艺特别适用于加工内型复杂的制品，如汽车通风管、水泵及油泵体、叶轮、自行车轮及碳纤维增强的尼龙网球拍等。常用的成型用料有PA6、PA66、PBT、PET、PPO、PVDF、PPA及玻璃纤维增强热固性塑料等。热固性塑料制品，因成型温度低，耐热性好，所以可熔型芯在成型及熔化过程中不易损伤，易于操作。但对热塑性塑料，因成型温度高，而塑料耐热性低，故选择可熔型芯材料时，既要保证型芯不受熔体熔损，又要保证熔化型芯时不损伤制品，因此应采用型芯熔点低于塑料熔点且热导率大的材料，并且应采取将浇口设置在离型芯较远的位置，以及使熔料首先接触模具等措施。

9.其他成型方法

按不同用途还有许多成型工艺，如加工发泡塑料的低压（高压）低发泡注射、精密制品注射、变速（多注速或多级）注射、双色制品注射、导磁制品磁场注射、振动注射、一次加工多层制品的层状注射、控制取向性注射、受控低压注射等，这里不再赘述。