注塑成型工藝

注塑壓力是由注塑系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)提供的。液壓缸的壓力通過注塑機螺桿傳遞到塑料熔體上，塑料熔體在壓力的推動下，經(jīng)注塑機的噴嘴進入模具的豎流道(對于部分模具來說也是主流道)、主流道、分流道，并經(jīng)澆口進入模具型腔，這個過程即為注塑過程，或者稱之為填充過程。壓力的存在是為了克服熔體流動過程中的阻力，或者反過來說，流動過程中存在的阻力需要注塑機的壓力來抵消，以保證填充過程順利進行。

在注塑過程中，注塑機噴嘴處的壓力最高，以克服熔體全程中的流動阻力。其后，壓力沿著流動長度往熔體最前端波前處逐步降低，如果模腔內(nèi)部排氣良好，則熔體前端最后的壓力就是大氣壓。

影響熔體填充壓力的因素很多，概括起來有3類:(1)材料因素，如塑料的類型、粘度等;(2)結(jié)構(gòu)性因素，如澆注系統(tǒng)的類型、數(shù)目和位置，模具的型腔形狀以及制品的厚度等;(3)成型的工藝要素。

這里所說的注塑時間是指塑料熔體充滿型腔所需要的時間，不包括模具開、合等輔助時間。盡管注塑時間很短，對于成型周期的影響也很小，但是注塑時間的調(diào)整對于澆口、流道和型腔的壓力控制有著很大作用。合理的注塑時間有助于熔體理想填充，而且對于提高制品的表面質(zhì)量以及減小尺寸公差有著非常重要的意義。

注塑時間要遠遠低于冷卻時間，大約為冷卻時間的1/10~1/15，這個規(guī)律可以作為預(yù)測塑件全部成型時間的依據(jù)。在作模流分析時，只有當(dāng)熔體完全是由螺桿旋轉(zhuǎn)推動注滿型腔的情況下，分析結(jié)果中的注塑時間才等于工藝條件中設(shè)定的注塑時間。如果在型腔充滿前發(fā)生螺桿的保壓切換，那么分析結(jié)果將大于工藝條件的設(shè)定。

注塑溫度是影響注塑壓力的重要因素。注塑機料筒有5~6個加熱段，每種原料都有其合適的加工溫度(詳細的加工溫度可以參閱材料供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù))。注塑溫度必須控制在一定的范圍內(nèi)。溫度太低，熔料塑化不良，影響成型件的質(zhì)量，增加工藝難度;溫度太高，原料容易分解。在實際的注塑成型過程中，注塑溫度往往比料筒溫度高，高出的數(shù)值與注塑速率和材料的性能有關(guān)，最高可達30℃。這是由于熔料通過注料口時受到剪切而產(chǎn)生很高的熱量造成的。在作模流分析時可以通過兩種方式來補償這種差值，一種是設(shè)法測量熔料對空注塑時的溫度，另一種是建模時將射嘴也包含進去。

在注塑過程將近結(jié)束時，螺桿停止旋轉(zhuǎn)，只是向前推進，此時注塑進入保壓階段。保壓過程中注塑機的噴嘴不斷向型腔補料，以填充由于制件收縮而空出的容積。如果型腔充滿后不進行保壓，制件大約會收縮25%左右，特別是筋處由于收縮過大而形成收縮痕跡。保壓壓力一般為充填最大壓力的85%左右，當(dāng)然要根據(jù)實際情況來確定。

背壓是指螺桿反轉(zhuǎn)后退儲料時所需要克服的壓力。采用高背壓有利于色料的分散和塑料的融化，但卻同時延長了螺桿回縮時間，降低了塑料纖維的長度，增加了注塑機的壓力，因此背壓應(yīng)該低一些，一般不超過注塑壓力的20%。注塑泡沫塑料時，背壓應(yīng)該比氣體形成的壓力高，否則螺桿會被推出料筒。有些注塑機可以將背壓編程，以補償熔化期間螺桿長度的縮減，這樣會降低輸入熱量，令溫度下降。不過由于這種變化的結(jié)果難以估計，故不易對機器作出相應(yīng)的調(diào)整。

這6個階段直接決定著制品的成型質(zhì)量，而且這6個階段是一個完整的連續(xù)過程。

填充是整個注塑循環(huán)過程中的第一步，時間從模具閉合開始注塑算起，到模具型腔填充到大約95%為止。理論上，填充時間越短，成型效率越高;但是在實際生產(chǎn)中，成型時間(或注塑速度)要受到很多條件的制約。

高速填充。高速填充時剪切率較高，塑料由于剪切變稀的作用而存在粘度下降的情形，使整體流動阻力降低;局部的粘滯加熱影響也會使固化層厚度變薄。因此在流動控制階段，填充行為往往取決于待填充的體積大小。即在流動控制階段，由于高速填充，熔體的剪切變稀效果往往很大，而薄壁的冷卻作用并不明顯，于是速率的效用占了上風(fēng)。

低速填充。熱傳導(dǎo)控制低速填充時，剪切率較低，局部粘度較高，流動阻力較大。由于熱塑料補充速率較慢，流動較為緩慢，使熱傳導(dǎo)效應(yīng)較為明顯，熱量迅速為冷模壁帶走。加上較少量的粘滯加熱現(xiàn)象，固化層厚度較厚，又進一步增加壁部較薄處的流動阻力。

由于噴泉流動的原因，在流動波前面的塑料高分子鏈排向幾乎平行流動波前。因此兩股塑料熔膠在交匯時，接觸面的高分子鏈互相平行;加上兩股熔膠性質(zhì)各異(在模腔中滯留時間不同，溫度、壓力也不同)，造成熔膠交匯區(qū)域在微觀上結(jié)構(gòu)強度較差。在光線下將零件擺放適當(dāng)?shù)慕嵌扔萌庋塾^察，可以發(fā)現(xiàn)有明顯的接合線產(chǎn)生，這就是熔接痕的形成機理。熔接痕不僅影響塑件外觀，而且其微觀結(jié)構(gòu)松散，易造成應(yīng)力集中，從而使得該部分的強度降低而發(fā)生斷裂。

一般而言，在高溫區(qū)產(chǎn)生熔接的熔接痕強度較佳。因為高溫情形下，高分子鏈活動性相對較好，可以互相穿透纏繞，此外高溫度區(qū)域兩股熔體的溫度較為接近，熔體的熱性質(zhì)幾乎相同，增加了熔接區(qū)域的強度;反之在低溫區(qū)域，熔接強度較差。

保壓階段的作用是持續(xù)施加壓力，壓實熔體，增加塑料密度(增密)，以補償塑料的收縮行為。在保壓過程中，由于模腔中已經(jīng)填滿塑料，背壓較高。在保壓壓實過程中，注塑機螺桿僅能慢慢地向前作微小移動，塑料的流動速度也較為緩慢，這時的流動稱作保壓流動。由于在保壓階段，塑料受模壁冷卻固化加快，熔體粘度增加也很快，因此模具型腔內(nèi)的阻力很大。在保壓的后期，材料密度持續(xù)增大，塑件也逐漸成型，保壓階段要一直持續(xù)到澆口固化封口為止，此時保壓階段的模腔壓力達到最高值。

在保壓階段，由于壓力相當(dāng)高，塑料呈現(xiàn)部分可壓縮特性。在壓力較高區(qū)域，塑料較為密實，密度較高;在壓力較低區(qū)域，塑料較為疏松，密度較低，因此造成密度分布隨位置及時間發(fā)生變化。保壓過程中塑料流速極低，流動不再起主導(dǎo)作用;壓力為影響保壓過程的主要因素。保壓過程中塑料已經(jīng)充滿模腔，此時逐漸固化的熔體作為傳遞壓力的介質(zhì)。模腔中的壓力借助塑料傳遞至模壁表面，有撐開模具的趨勢，因此需要適當(dāng)?shù)逆i模力進行鎖模。漲模力在正常情形下會微微將模具撐開，對于模具的排氣具有幫助作用;但若漲模力過大，易造成成型品毛邊、溢料，甚至撐開模具。因此在選擇注塑機時，應(yīng)選擇具有足夠大鎖模力的注塑機，以防止?jié)q?，F(xiàn)象并能有效進行保壓。

在新的注塑環(huán)境條件下，我們需考慮一些新的注塑工藝，比如說氣輔成型，水輔成型，發(fā)泡注塑等

在注塑成型模具中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計非常重要。這是因為成型塑料制品只有冷卻固化到一定剛性，脫模后才能避免塑料制品因受到外力而產(chǎn)生變形。由于冷卻時間占整個成型周期約70%~80%，因此設(shè)計良好的冷卻系統(tǒng)可以大幅縮短成型時間，提高注塑生產(chǎn)率，降低成本。設(shè)計不當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)會使成型時間拉長，增加成本;冷卻不均勻更會進一步造成塑料制品的翹曲變形。

根據(jù)實驗，由熔體進入模具的熱量大體分兩部分散發(fā)，一部分有5%經(jīng)輻射、對流傳遞到大氣中，其余95%從熔體傳導(dǎo)到模具。塑料制品在模具中由于冷卻水管的作用，熱量由模腔中的塑料通過熱傳導(dǎo)經(jīng)模架傳至冷卻水管，再通過熱對流被冷卻液帶走。少數(shù)未被冷卻水帶走的熱量則繼續(xù)在模具中傳導(dǎo)，至接觸外界后散溢于空氣中。

注塑成型的成型周期由合模時間、充填時間、保壓時間、冷卻時間及脫模時間組成。其中以冷卻時間所占比重最大，大約為70%~80%。因此冷卻時間將直接影響塑料制品成型周期長短及產(chǎn)量大小。脫模階段塑料制品溫度應(yīng)冷卻至低于塑料制品的熱變形溫度，以防止塑料制品因殘余應(yīng)力導(dǎo)致的松弛現(xiàn)象或脫模外力所造成的翹曲及變形。

影響制品冷卻速率的因素有:

塑料制品設(shè)計方面。主要是塑料制品壁厚。制品厚度越大，冷卻時間越長。一般而言，冷卻時間約與塑料制品厚度的平方成正比，或是與最大流道直徑的1.6次方成正比。即塑料制品厚度加倍，冷卻時間增加4倍。

模具材料及其冷卻方式。模具材料，包括模具型芯、型腔材料以及模架材料對冷卻速度的影響很大。模具材料熱傳導(dǎo)系數(shù)越高，單位時間內(nèi)將熱量從塑料傳遞而出的效果越佳，冷卻時間也越短。

冷卻水管配置方式。冷卻水管越靠近模腔，管徑越大，數(shù)目越多，冷卻效果越佳，冷卻時間越短。

冷卻液流量。冷卻水流量越大(一般以達到紊流為佳)，冷卻水以熱對流方式帶走熱量的效果也越好。

冷卻液的性質(zhì)。冷卻液的粘度及熱傳導(dǎo)系數(shù)也會影響到模具的熱傳導(dǎo)效果。冷卻液粘度越低，熱傳導(dǎo)系數(shù)越高，溫度越低，冷卻效果越佳。

塑料選擇。塑料的是指塑料將熱量從熱的地方向冷的地方傳導(dǎo)速度的量度。塑料熱傳導(dǎo)系數(shù)越高，代表熱傳導(dǎo)效果越佳，或是塑料比熱低，溫度容易發(fā)生變化，因此熱量容易散逸，熱傳導(dǎo)效果較佳，所需冷卻時間較短。

加工參數(shù)設(shè)定。料溫越高，模溫越高，頂出溫度越低，所需冷卻時間越長。

冷卻系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)則:

所設(shè)計的冷卻通道要保證冷卻效果均勻而迅速。

設(shè)計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當(dāng)而有效率的冷卻。冷卻孔應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，以方便加工與組裝。

設(shè)計冷卻系統(tǒng)時，模具設(shè)計者必須根據(jù)塑件的壁厚與體積決定下列設(shè)計參數(shù)--冷卻孔的位置與尺寸、孔的長度、孔的種類、孔的配置與連接以及冷卻液的流動速率與傳熱性質(zhì)。

脫模是一個注塑成型循環(huán)中的最后一個環(huán)節(jié)。雖然制品已經(jīng)冷固成型，但脫模還是對制品的質(zhì)量有很重要的影響，脫模方式不當(dāng)，可能會導(dǎo)致產(chǎn)品在脫模時受力不均，頂出時引起產(chǎn)品變形等缺陷。脫模的方式主要有兩種:頂桿脫模和脫料板脫模。設(shè)計模具時要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點選擇合適的脫模方式，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

對于選用頂桿脫模的模具，頂桿的設(shè)置應(yīng)盡量均勻，并且位置應(yīng)選在脫模阻力最大以及塑件強度和剛度最大的地方，以免塑件變形損壞。

而脫料板則一般用于深腔薄壁容器以及不允許有推桿痕跡的透明制品的脫模，這種機構(gòu)的特點是脫模力大且均勻，運動平穩(wěn)，無明顯的遺留痕跡。

LCP的成型溫度高，因其品種不同，熔融溫度在300~425℃范圍內(nèi)。LCP熔體粘度低，流動性好，與烯烴塑料近似。LCP具有極小的線膨脹系數(shù)，尺寸穩(wěn)定性好。成型加工條件參考為:成型溫度300~390℃;模具溫度100~260℃;成型壓力7~100MPa，壓縮比2.5~4，成型收縮率0.1~0.6。

通常料筒溫度、噴嘴溫度、材料熔融溫度如表所示。

如考慮到螺桿的使用壽命，可以縮小后部、中部、前部的溫差。為了防止噴嘴流涎，噴嘴溫度可以比表中所示的溫度低10℃，如果要提高流動性的話，所設(shè)溫度可以比表中所示的溫度高出20℃，但是必須注意下列情況。

降低料筒溫度時:滯留時間過長，不會引起粒料在料筒中老化，也不會產(chǎn)生腐蝕性氣體，所以滯留時間長一般不會產(chǎn)生什么大的問題。但是，如果長時間中斷成型的話，請降低料筒溫度，再次成型時，以扔掉幾模為好。

各品級成型時的料筒溫度(℃)

2. 模具溫度

LCP塑膠原料可成型的模具溫度在30℃-150℃之間。但是我們一般將模具溫度設(shè)定在70℃-110℃左右。為了縮短成型周期、防止飛邊及變形，應(yīng)選擇低的模具溫度;如果要求制品尺寸穩(wěn)定(特別是用于高溫條件下的制品)，減少熔接縫的產(chǎn)生及解決充填不足等問題時，則應(yīng)選擇高的模具溫度。

螺桿的轉(zhuǎn)速一般為100rpm。如果是含玻纖或者含碳玻纖的材料(例:A130、A230等)，為了防止玻纖被折斷，我們必須選擇比較低的轉(zhuǎn)速。此外，背壓也盡可能低一點。料筒溫度設(shè)定為300℃時，材料在料筒內(nèi)滯留時間對塑料的機械性能、顏色都有影響。

最合適的注射壓力必須取決于材料、制品形狀、模具設(shè)計(特別是直澆口、流道、澆口)及其他的成型條件。但是LCP無任何品級其熔融粘度都是非常低的，所以注射壓力比一般的熱可塑性樹脂要低。成型剛開始時采用低壓，然后慢慢地增加壓力，這是一種比較好的方法。大抵的成型品在15MPa-45MPa的注射壓力下即可成型。另外，LCP的固化時間比較快，所以注射速度快則易得到好的結(jié)果。

成型周期取決于成型品的大小、形狀、厚薄、模具結(jié)構(gòu)及成型條件。正如上面所說的那樣LCP具有良好的流動性，所以它的填充時間比較短，且固化速度也比較快，所以我們可以得到較短的成型周期。代表性的成型周期為10秒-30秒。