注射成型工艺及设备75210

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课件,12.1,概述,第,12,章,注射成型工艺及设备,12,注射成型工艺及设备,注射成型是树脂基复合材料生产中的一种重要成型方法，它,适用,于,热塑性,和,热固性,复合材料，但以,热塑性,复合材料应用最广。,注射,成型,将粒状或粉状的纤维,树脂混合料从注射机的料斗送入机筒内，加热熔化后由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注入温度降低的,闭合模内,，经过冷却定型后，脱模得制品。,注射成型为间歇式操作过程,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,图,12-1,注射成型工艺原理示意图,1-,模具；,2-,喷嘴；,3-,料筒；,4-,分流梭；,5-,料斗；,6-,注射柱塞,12.1,概述,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,SZL-125,克,12.1,概述,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,名称 项目,SZL-125g,A,B,注射装置,螺杆直径,mm,40,42,理论注射容积,cm,3,150,165,注射量（,PS,）,g,140,154,注射压力,MPa,150,135,螺杆转速,r/min,60-120,60-120,注射速率,g/s,85,92,合模装置,合模率,KN,600,开模行程,mm,320,容模,mm,300420,拉杆有效间距,mm,245365,顶出方式,启顶、液顶,顶出行程,mm,60,其它,油泵压力,MPa,16,电机功率,kw,7.5,加热功率,kw,4.8,机器尺寸,mm,8009502550,机器重量,T,1.65,12.1,概述,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,注射成型相对于模压成型的特点：,(1),成型周期短，物料的塑化在注射机内完成。,(2),热耗量少,(3),闭模成型,(4),可使形状复杂的产品一次成型,(5),生产效率高，成本低,注射成型的缺点：,(1),不适用于长纤维增强的产品，一般纤维小于,7mm,(2),模具质量要求高,注射成型工艺在,CM,生产中主要代替模压成型工艺，近年来发展较快。,注射成型工艺发展较快：自动化、高速化、大型化及微型化。,12.1,概述,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,12,2,注射成型工艺,1,注射成型工艺原理,FRTP,和,FRP,的物理性能和固化原理不同,1,1 FRTP,注射成型原理,增强粒料在注射机的料筒内加热熔化至粘流态，以高压迅速注入温度较低的闭合模内，经冷却使物料恢复玻璃态并保持模腔形状。,FRTP,的注射成型过程主要产生物理变化,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,1,2 FRP,注射成型原理,FRP,的注射成型过程是一个复杂的物理和化学过程,注射料在加热过程中温度升高，粘度下降，但随着时间的延长，分子间的交联反应增加，粘度又会上升。实际加热过程应综合考虑两种作用的影响。图,12-2,实际加热过程中，粘度随时间的变化有最小值，如图,12-2,。,AO,段随加热时间的增加粘度降低，到达,O,点时粘度达到最低值,（物理变化）,。继续增加加热时间即,OB,段，粘度随加热时间增大而变大,（化学变化）,。其粘度变化是不可逆的。,图,12-2,热固性树脂纤维混合料加热时粘度与时间变化关系,12.2,注射成型工艺,加热时间,粘度,A,O,B,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,粘度变化是不可逆的，特点如下：,1)FRP,注射成型不需要冷,却定型阶段,2),加热固化为不可逆的化,学反应过程,3),注射充模时机应控制在,粘度最低的,O,点左右,4)FRP,的固化过程是放热反应,图,12-2,热固性树脂纤维混合料加热时粘度与时间变化关系,12.2,注射成型工艺,加热时间,粘度,A,O,B,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,预浸渍料加入料筒，适当加温加压，当物料运动到喷嘴时，粘度应达到最低值，并被迅速注入模腔。在热压作用下固化定型，然后开模取出制品。,FRP,注射成型过程：,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,FRTP,和,FRP,的注射成型特点对比,(1)FRTP,可以反复加热塑化，物料的熔融和硬化完全是物理变化；,FRP,加热固化后不能再塑化，固化过程为不可逆反应。,(2)FRTP,受热时，物料由玻璃态变为熔融的粘流态，料筒温度要分段控制，其塑化温度应高于粘流温度，但低于分解温度；,FRP,在料筒中加热时，树脂分子链发生运动，物料熔融，但接着会发生化学反应、放热，加速化学反应过程。因此，,FRP,注射成型的温度控制要比,FRTP,严格得多。,(3)FRTP,注射成型时，料筒温度必需高于模具温度，物料在模腔内冷却时会引起体积收缩，故需要有相应的料垫传压补料，,FRP,注射成型时，料筒温度低于模具温度，物料在模腔内发生固化收缩的同时，也发生热膨胀，因此，充模后不需要补料。,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,2,复合材料注射成型特性,(1),注射料中挥发物的控制,注射过程中总是有一些低分子挥发物存在，如物料中的水分，低分子物（苯酚、甲醛），固化时生成的水分、氨等低分子物，在固化的过程中会放出。,挥发物的存在一般可降低粘度，对成型有利，但是挥发物的含量过高会对产品造成不良影响。,对热塑性,CM,，挥发物过多会造成熔融物料起泡，树脂水解等，给加工造成困难并使产品质量下降，一般控制挥发物含量在,0.5,2,以下。,对热固性,CM,，挥发物过多会造成物料贮存过程中结块，产品收缩率大，易翘曲，产品质量下降等，一般控制挥发物含量在,2,7,以下。,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,(2),流动特性,指物料在加热、加压下的流动性能和充模能力。适当加入增塑剂和浸润剂可提高流动性能。,纤维对物料流动性的影响：纤维含量愈多流动性愈差。,对于,FRTP,而言，压力愈高流动性愈好，温度愈高流动性愈好。如图,12-3,、,12-4,。,在实际生产过程中为改善物料流动性，常采用的措施：,1,、对热塑性,CM,：加大交口及流道直径；增加注射压力；提高料筒温度及模具温度。,2,、对热固性,CM,：尽量减少注模前的加热时间，防止树脂过早凝胶固化。,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,(3),注射成型过程中纤维长度变化,在注射成型的混炼过程（螺杆旋转作用）及喷射过程中纤维会产生不同程度的折断。,图,12-5,，,12-6,表明了螺杆转速对玻璃纤维增强尼龙,6,和聚丙烯时纤维长度的影响。,最终产品中纤维长度一般在,0.3,0.7mm,，（最初小于,7mm,），随着螺杆转速的增加，纤维变短。,纤维长度对制品性能的影响是显而易见的，如图,12-7,，随纤维长度的增加，机械性能增大。,值得注意的是：热塑性,CM,废料利用时，其掺量过大，经重复加工，会使纤维更短，机械性能下降幅度大。一般废料回用量控制在物料量的,20,以内。如图,12-8,、,12-9,。,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,(4),纤维定向性,热塑性,CM,：大分子定向；纤维定向,热固性,CM,：纤维定向,因此必须合理设计模具，确立物料的流动方向，得到好的制品。,熔融物料在模腔内流动状态示意图见图,12-10,。流体的流动过程在横断面上存在速度梯度，愈靠近模具速度梯度愈大即剪应力愈大,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,因此在模具边缘纤维及大分子的定向更加明显。图,12-11,。纤维一经定向后不会再有改变，大分子定向当物料充满模腔后，剪应力消除，在热运动的作用下，定向会有一定的消除。,提高模具温度、物料温度、加大制品厚度、浇口放在型腔最低部可减弱定向作用。,提高浇口温度、注射压力，会增加定向作用。,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,(5),拼缝强度,在环形制品的注射时，物料往往通过两个以上流道流动并在模腔内某一处相遇，此相遇部位称为拼缝部位。,在拼缝部位由于纤维的排向原因，使强度明显下降。图,12-12,为有无拼缝线的制品强度比较，强度可下降,30,60%.,当模具设计时就考虑此问题，可减弱拼缝及其影响。如图,12-13,、,12-14,。,拼缝强度还与其他工艺条件有关，表,12-2,列出了玻璃纤维增强尼龙,6,的成型条件对拼缝强度的影响。,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,冷却出模后的,FRTP,制品，其尺寸总是小于模具的模腔尺寸，两者差值之比。,收缩率,收缩率,式中,D,常温下模腔尺寸；,D,1,常温下制品尺寸。,制品在成型后,2,4h,的收缩率，称为,初期收缩率,，制品成型后,24h,48h,所测得的收缩率，称为,成型收缩率,。,(6),体积收缩,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,在注射成型过程中玻璃纤维是不会收缩的，收缩主要由树脂基体引起的。不同的树脂及树脂含量收缩不同，另外收缩还与纤维长度有关。一般来讲，树脂含量愈大，收缩率越大，纤维愈长收缩率愈小。,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,影响,FRTP,成型收缩率的因素：,1),玻璃纤维含量。含量愈高，收缩率愈低,2),制品壁厚的影响。制品厚度增加，收缩率明显增加。,3),浇口尺寸影响。增大浇口尺寸，收缩率明显降低。,4),熔融温度的影响,5),模具温度影响。对厚制品，温度升高，减少收缩率；,对薄制品，温度升高，增大收缩率。,6),成型压力影响。一般随成型压力的提高，收缩率降低。,7),硬化速度。一般硬化速度降低，可使收缩率降低。,12.2,注射成型工艺,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,3,注射成型工艺过程,3,1,准备工作,(1),注射料选择及预处理,a,、注射料原则,需根据产品性能和注射机性能合理选择注射料。,b,、注射料的预处理,注射料应尽可能均匀，已结块的应粉碎。,粒料使用前应测水分及挥发物含量。超标时要干燥。比如热风干燥、红外线干燥、真空干燥等。,干燥后的物料仍会吸湿。因此需密封贮存，加工时需用加热等措施。,12.3,注射成型工艺过程,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,(2),料简清洗,在注射成型过程中，如需换料生产时，一定要清洗料斗。一般采用加入新料进行清洗的方法，可反复进行。,注意：如果用一台注射机加工几种不同物料时，为了清洗方便，最好先加工成型温度低、色浅的物料。,(3),脱模剂选择,常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡、硅油等。,(4),嵌件预热,为了避免两种物质膨胀系数不同而产生的热应力或应力开裂现象。因此，注射成型制品中的嵌件要提前预热。预热温度一般钢铁嵌件,110,130,，铝、铜嵌件预热到,150,。,嵌件预热温度越高越好，但不应高于物料的分解温度。,12.3.1,准备工作,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,3,2,注射成型工艺条件,包括闭模、加料、塑化、注射、保压、固化,(,冷却定型,),、开模出料等工序。而成型温度、注射压力（包括注射速度）、成型周期（包括注射、保压、固化时间）被称为注射成型工艺的“三大工艺条件”。当然要顺利完成整个注射过程需一步一步地加以控制。,(1,）加料及剩余量,加料：一般要求定时、定量、均匀供料。,剩余量：保证每次注射后料筒底部有一定剩余的物料,剩料的作用：,a,、传压；,b,、补料（收缩后的补料）,剩料一般控制在,10,20mm,，不能太多，太少。,太多：,注射压力损失大，剩料受热时间太长，易发生分解或固化等。,太少：,起不到很好的传压作用，模腔内物料受压不足。,12.3.2,注射成型工艺条件,课件,第,12,章,注射成型工艺及设备,(2),成型温度,成型温度包括：料筒、喷嘴、模具温度。成型温度是三大工艺条件之一，关系到物料的塑化、流动性、充模等工艺条件。应考虑以下因素：,1,、注射成型机的种类,螺杆式注射成型机所需的料筒温度比柱塞式低。,原因：,a,、螺杆式成型机料筒内的