高分子材料成型课程（八）

第八章 注射成型

• 概述
  • 塑料制品
  • 橡胶制品
  • 合成纤维
• 塑料注射成型
  • 流程
• 工艺特点
  • 间歇操作
  • 复杂度高
  • 自动程度高
  • 适应性强

第一节 注射机的结构

1. 注射机的形式

• 结构特点
  • 柱塞式注射机
  • 双阶柱塞
  • 螺杆预塑化柱塞式注射机
  • 移动螺杆式
• 注射机外形
  • 立式注射机
  • 卧式
  • 角式
• 注射机加工能力
  • 质量
  • 体积
• 用途
  • 热塑
  • 热固
  • 发泡
• 加工方式

2. 注射机容量

• 生产能力：注射机一次最大注射量（g）(ps为标准)
  $W_{max}=W_{psmax}\cdot\tfrac{\rho}{\rho_{ps}}$
• 制品总重量应为$W_{max}$的 80%

3. 注射机的基本结构

• 注射系统
  • 加料装置
  • 料筒
  • 柱塞/分流梭
    • 分流梭的作用：
      • 传热
      • 分流
  • 螺杆
    • 作用
    • 运动方式：旋转+水平运动
    • 与挤出螺杆的结构和功能的区别
  • 喷嘴
    • 结构
    • 作用
• 锁模系统
  • 锁模力与注射压力
  • 作用
• 传动系统
• 注射模具
  • 定、动模
  • 浇注系统

第二节 注射成型原理

1. 塑化过程

• 目的：加热达到流动状态，良好的可塑性
• 方式
  • 加热
  • 剪切作用
• 要求：
  • 温度
  • 分解物含量
• 热均匀性
  • $E=\dfrac{T-T_0}{T_w-T_0}$
  • 影响因素

    • 摩擦热

    • 受热时间:$t=\dfrac{V_p \cdot t_c}{m}$

    • 热扩散率：$\alpha=\dfrac{\lambda}{c_p\rho}$

    • 料层厚度

    • 温度分布：平均温度与最小温度和模温之间的差值

• 塑化能力
  • 每一周期的注射量：$Q=3.6m/t$
  • 每一加热时间的原料量：$Q=225V_p/t_h$
  • 传热面积和受热体积：$Q=\dfrac{KA^2}{V_p}$

2. 充填过程
   具有流动性的熔体注入模具开始，经型腔注满过程

• 充填过程 $t_0-t_2$

  • 螺杆动作：转动，前移
  • $t_0-t_1$: 空载期，模腔压力为零，塑化阶段
  • $t_1-t_2$： 充填期，模腔压力升高达到最大值
    • $t_1-t_{\beta}$: 充模流动，体积充填
    • $t_{\beta}-t_2$: 压实流动，密度升高

• 保压过程 $t_2-t_3$

  • 动作：静止，后退
  • 作用：弥补由冷却造成的体积收缩
  • 压力下降，温度下降

• 倒流阶段 $t_3-t_4$

  • 螺杆后退，浇口冻结
  • 压力下降，温度下降
  • 凝封点

• 冷却阶段 $t_4-t_5$

  • 动作：开模
  • 模内有残余压力
  • 残余压力与压实时间的关系 $t_{\beta}-t_2$

• 熔体在喷嘴中的流动

  • 等温条件下的等截面圆管流动
  • 牛顿流体
  • 幂律流体
  • 入口效应：计算值小于实测值
  • 摩擦热

• 熔体在浇道内的流动

  • 圆形截面圆管流动
  • 圆形或窄缝型浇口
  • 改变流量的方法
    • 增大截面积
    • 减小截面积

• 熔体在模腔内的流动

  • 典型模腔形状
  • 熔体的流动类型
    • 慢速，层流
    • 快速，湍流
  • 运动机理：
    • 初始阶段：圆弧
    • 过度阶段：圆-平直
    • 完全发展：平直

3. 增密和保压过程

   • 压实过程:料流缓慢流入过程
     • 决定制品的精度和力学性能
     • 压力切换点
   • 保压过程
     • 作用：在温度较高时补缩；温度较低时易产生残余应力
     • 保压时间
     • 保压压力

4. 倒流和冷却过程

   • 凝封点：压力切换越早，凝封点越低
   • 范德华状态方程
   • 冷却过程熔体压力、体积和温度的关系
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