塑料注塑性能工艺概括资料.docx
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塑料注塑性能工艺概括资料
一、注塑性能
1.结晶性，收缩率
分子结构简单、对称性高的聚合物从高温向低温转变时都能结晶，如聚乙烯，聚丙烯，聚偏二氯乙烯，聚四氟乙烯等；一些分子链节较大，但分子之间作用力也很大的聚合物也可以结晶，如聚酰胺，聚甲醛等；分子链上有很大侧基的聚合物一般很难结晶，如聚苯乙烯，聚醋酸乙烯酸，聚甲基丙烯酸甲酯等；分子链刚性大的聚合物也不能结晶，如聚砜，聚碳酸酯，聚苯醚等。
结晶聚合物一般都具有耐热性、非透明性和较高的强度。
结晶程度越高，体积收缩越大（收缩率越大），易因收缩不均而引起翘曲。
结晶必须发生在塑料的玻璃化温度之上，熔点之下。
一般没有明确的熔点，对称性高的熔点高，对称性低的熔点低。
冷却速度提高以及模温降低，结晶度降低，密度减小。
切应力和剪切速率增大，取向程度将提高，结晶速度和结晶度增大；但作用时间太长，变形松弛使取向结构减小或消失，结晶速度又会减小。
压力增大，聚合物结晶温度将提高，结晶度将增大，密度增大。
聚合物沿料流方向收缩大，强度高；与料流垂直方向收缩小，强度低。
厚度越大，收缩也越大。
塑料品种各种塑料都有其各自的收缩范围，同种类塑料由于填料、分子量及配比等不同，则其收缩率及各向异性也不同。
塑件特性塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件，嵌件数量及布局对收缩率大小也有很大影响。
模具结构模具的分型面及加压方向，浇注系统的形式，布局及尺寸对收缩率及方向性影响也较大。
预热情况、成形温度、成形压力、保持时间、填装料形式及硬化均匀性对收缩率及方向性都有影响。
成形时由于塑件各部位密度及填料分布不匀，故使收缩也不匀。
产生的收缩差使塑件易发生翘曲、变形、裂纹
结晶塑料（收缩率）
PE（1.5~3.5）
PP（ 1.0~2.5）
PA（）
POM（1.2-3.0）
PTEE（）
PVDF（）
PET（2.0~2.5）
PBT（1.3~2.4）
非结晶塑料（收缩率）
PS（0.5~0.8）
硬PVC（0.6~1.5）
ABS（0.4~0.7）
PC（0.3~0.8）
PPO（0.5~1.0）
PSF（0.4~0.8）
PMMA（0.2~0.8）
PF（0.4~0.9）
EP（0.1~0.5）
未知（收缩率）
MF（0.5~1.5）
UF（0.6~1.4）
塑料名称
塑料制品壁厚/mm
高度/水平的收缩率百分比
1
2
3
4
5
6
7
8
>8
PA1010
0.5~1
1.8~2
2.5~4
70%
1.1~1.3
2~2.5
1.4~1.6
PP
1~2
2~2.5
2.5~3
-
120~140%
HDPE
1.5~2
2.5~3.5
110~150%
2~2.5
POM
1~1.5
1.5~2
2~2.6
105~120%
2.各个转化温度，热敏性（热降解）
热降解：
由于聚合物在高温下受热时间过长（或浇口截面过小，剪切作用大时）而引起的变色降解反应。
一般情况下，热降解温度稍高于热分解温度，所以生产中产将热分解温度作为热稳定温度。
对于热稳定性差的塑料可以考虑加入稳定剂。
如硬PVC、POM
塑料（结晶）
HDPE
PP
PA6
PA66
POM
PET
玻璃化温度
-110~-80
-20
45
45
-85
80?
165?
熔化温度
105~135
165~180
228
264
183
257~265
分解温度
335~450
350~380
310~380
222
290~350
塑料（非结晶）
ABS
PS
PC
PVC
PMMA
PPO
玻璃化温度
100
150
87
105
211
熔化温度
170
150~240
220-260
150~220
160
268
分解温度
260
300~400
300
200~300
270
330
塑料（结晶）
HDPE
PP
POM
PBT
压力MPa
1.82
0.45
1.82
0.45
1.82
0.45
1.82
0.45
热变形温度
48
60-82
56-67
102-115
110-157
138-174
70-200
150
塑料（结晶）
PA6
PA6+30%GF
PA66
PA66+30%GF
压力MPa
1.82
0.45
1.82
0.45
1.82
0.45
1.82
0.45
热变形温度
80-120
140-176
204-259
216-264
82-121
149-176
245-262
265-292
塑料（结晶）
PA610
PA610+40%GF
PA1010
压力MPa
1.82
0.45
1.82
0.45
1.82
0.45
热变形温度
57-100
149-185
200-225
215-226
55
148
塑料（非结晶）
ABS
PS
HIPS
PS+20~30%GF
压力MPa
1.82
0.45
1.82
0.45
1.82
0.45
1.82
0.45
热变形温度
83-103
90-108
65-96
64-92.5
82-112
塑料（非结晶）
PC
PVC
PMMA
PMMA/PS
压力MPa
1.82
0.45
1.82
0.45
1.82
0.45
1.82
0.45
热变形温度
130-135
132-141
54
67-82
68-99
74-109
85-99
塑料（非结晶）
PPO
PSU
PSU+30%GF
ASA
压力MPa
1.82
0.45
1.82
0.45
1.82
0.45
1.82
0.45
热变形温度
175-193
180-204
174
182
185
191
80-102
106-108
3.吸湿性，水敏性（水降解）
水降解：
某些基团很容易在注射温度和压力下被聚合物中的水分分解。
如果基团位于聚合物主链上，被水解之后聚合物平均分子质量降低，制件力学性能将变差；位于支链上则影响不大。
易产生水解的基团：
酰氨基，酯基，醚基，腈基
对于吸湿性很大的聚酯，聚酰胺，聚醚等原材料必须要采取干燥措施。
控制含水量到0.03%~0.2%以下。
材料名称
吸水率%
允许含水量%
材料名称
吸水率%
允许含水量%
ABS
0.2~0.45
0.1
PPO
0.07~0.2
0.05
POM
0.22~0.35
0.1
PE
<0.01
0.5
PMMA
0.3~0.4
0.05
PP
<0.03
0.5
PA6
1.3~1.9
0.1
PS
0.03~0.1
0.1
PA66
1.5
0.1
PPS
0.02~0.08
0.1
PC
0.24
0.01~0.02
氯化聚醚
0.01
0.01
PSF
0.22
0.1
聚酚氧
0.13
0.05
PA9,11,610,1010
0.05~0.1
PVC
0.08~0.1
PETP
0.05~0.1
PBTP
0.01
4.流动性
相对分子量小分布宽、熔融指数高、螺旋线长度长、表观黏度小、流动比大则流动性好；平均相对分子质量高但分布窄的塑料流动性差。
流动性太差，注塑时不易充满模腔；流动性太大时，易飞边，严重时还会黏膜，使制品不易脱模，并使模具清洗不易。
料温、模温、压力与流动性基本呈正比，料温不能提高时，提高模温也可以增加流动性。
但有些塑料对温度比较敏感，有些对压力比较敏感。
流动性好：
PE、PP、PA、PS、CA
流动性中等：
POM、HIPS、ABS、PMMA、聚氯醚
流动性差：
PC、硬PVC、PPO、PSF、氟塑料
表1 一些塑料粘度受温度的影响程度
塑料
CA
PMMA、PC、PA
PS
PE、PP
POM
对温度敏感度
最高
较高
高
一般
差
表3 压力对塑料熔体粘度的影响
序号
名称
熔体温度/℃
压力变化范围/MPa
粘度增大倍数
1
PS
196
0～126.6
134
2
PS
180
14～175.9
100
3
HDPE
14～175.8
4.1
4
PP
14～175.8
7.3
表4 塑料熔体粘度对剪切速率的敏感度
序号
塑料
敏感度
1
ABS（最敏感）
对剪切的敏感度依次降低
2
PC
3
PMMA
4
PVC
5
PA
6
PP
7
PS
8
LDPE（最不敏感）
5.冷却速度
6.取向
分为拉伸取向和流动趋向。
注塑一般为流动取向。
流动取向可分为：
单轴取向，多轴取向（平面取向）。
《塑料成型加工与模具》42~45页
7.氧化降解、应力降解、毒性、腐蚀性、
对于氧稳定性差的塑料可以考虑加入抗氧剂。
聚乙烯和聚丙烯燃烧时,会闻到石蜡或煤油的气味,没有多少刺激性。
但聚氯乙烯和ABS受热分解时释放出的氯乙烯、氯化氢或丁二烯等对人体都有较大的刺激性。
无论裂解出什么气体,对人体都有危害。
裂解出的低分子有机物会经呼吸道侵入人体,同时空气中的有害成分对五官特别是眼黏膜有刺激和麻醉作用。
人体吸入高浓度有害空气,或长时间在带有有害成分的空气环境下工作,可能会引起胸闷、恶心、头晕、头痛、乏力、呕吐和神经衰弱。
除聚合物本身受热会裂解有害气体而使聚合物带有一定的毒性和刺激性外,聚合物中的添加剂也要加以考虑。
如稳定剂中的铅盐、钡盐、镉盐、有机锡,增塑剂中的邻苯酸酯类化合物,着色剂中的铬化物等,受热后都有可能随同蒸气进入空间,对人体产生不利的影响。
二、注塑工艺
1.成型前的准备
1）造粒、原料检验
对于粉状物料，在注射成型前，经常还需要将其配制成粒料。
原材料的检验包括三个方面:
一是所用原材料是否正确,是否能满足制品的使用要求（品种、规格、牌号等）;二是外观检验（色泽、颗粒形状及均匀性,有无杂质等）;三是物理性能检验（包括熔体指数、流动性、热稳定性、含水量指标及收缩率等）。
2）着色
原料：
染料和颜料。
颜料是塑料的主要着色剂，分为无机颜料和有机颜料。
染料：
着色力强，色彩鲜艳；但对热、光和化学药品的稳定性比较差。
成型温度不高又希望制品透明时，可采用耐热性较好的蒽醌类和偶氮类染料。
无机颜料：
对热、光、化学稳定性高价格低，但色泽不鲜艳，只能用于不透明制件的着色。
有机颜料：
着色特性介于染料和无机颜料之间，对热、光、化学稳定性一般，但色彩较鲜艳，用低浓度着色可得到彩色的半透明制件。
注射制件着色最常见的方法是采用色母料着色,即将原材料颗粒与色母料按一定比例混合均匀,直接加入注射机料斗中。
该方法简单实用,着色均匀,但成本偏高。
优点是着色剂在物料中容易均匀分散，制件色泽鲜艳和无颜料粉尘。
并有利于自动化。
但不适用于无混炼功能的注塑机（柱塞式）。
对于原料为粉料的注射成型,一般采用的是造粒染色,即把粉料和颜色母料经过挤出造粒,获得颜色均匀的颗粒料。
3）干燥
防止出现气泡和银纹等缺陷。
干燥的方法很多,应根据塑料性能、生产批量和具体干燥设备边行选择。
批量较小的多采用热风循环烘箱和红外线加热烘箱干燥;大批量的通常采用沸腾干燥和气流干燥;高温下易氧化变色的塑料,如聚酰胺,则采用真空烘箱干燥为好。
干燥温度和时间以及料层厚度是影响干燥效果的主要因素。
温度越高,低分子及水分挥发越快,但不能超过塑料的软化温度或熔点,否则料易变软结成团,使加料困难,干燥温度一般为100°C左右；较长的干燥时间有利于提高干燥效果,但易造成能源浪费,对热稳定性差的塑料还会引起分解变色;若料层过厚,由于塑料导热性差,在同样的干燥条件下会使表层和中心层干燥效果不同。
因此料层厚度以20~50mm为宜。
空气循环干燥箱：
物料厚度以12~20mm左右为宜，最厚也不要超过30mm，以利于空气循环流通。
抽湿干燥机：
大批量物料
料斗干燥：
能与注塑机相连，还可防止吸湿性塑料再次吸湿。
一般需干燥：
ABS,PA,PMMA,PC,PPO,PBT
一般不需干燥：
PE,PP,PS,PVC,POM
空气循环干燥箱的干燥工艺条件
塑料
温度°C
时间h
塑料
温度°C
时间h
PVC
70~80
3~4
POM
110
2
PC
120
6~8
PMMA
90~95
6~8
ABS
85~96
4~5
PETP
130
3~4
PSF
120~140
3~4
PBTP
110~120
3~4
PPO
95~110
2~4
料斗中的干燥工艺条件
塑料
温度°C
时间h
塑料
温度°C
时间h
PE
70~80
1
PC
120
2~3
PVC
65~75
1
PMMA
70~85
2
PS/HIPS
70~80
1
ABS
70~85
2
PP
70~80
1
AS
70~85
2
PA
90~100
2.5~3.5
纤维素塑料
70~90
2~3
4）料筒清洗拆换
当生产中需要改变塑料品种、调换颜色，或发现成型过程中出现了热分解或降解反应，均须对料筒进行清洗。
柱塞式由于寸料量大，必须将机筒拆卸清洗。
螺杆式可采用对空注射法清洗。
对空清洗注意事项：
a.欲换料成型温度高于残料成型温度时，应将机筒和喷嘴温度升高至欲换料的最低成型温度，然后加入欲换料或其回头料，连续对空注射，直到全部残料除尽为止。
b.欲换料成型温度低于残料成型温度时，应将机筒和喷嘴温度升高至欲换料的最高成型温度。
c.相差不大时不必变更温度。
d.残料是热敏性塑料时，应从流动性好、热稳定性高的聚乙烯、聚苯乙烯等塑料中选择黏度较高的作为过渡料对空注射。
e.为了减少原料的浪费,近来研制成功了注塑机料筒清洗剂,适用于加工温度范围为180~280°C的各种热塑性塑料的注塑机料筒清洗。
5）嵌件预热
由于金属与塑料两者的收缩率不同，嵌件周围的塑料容易出现收缩应力和裂纹。
所以在某些情况下嵌件需要预热。
对于分子链刚性大的塑料（如PS、PPO、PC、PSF等），一般均需要预热嵌件，这是因为它们本身就很容易产生应力开裂。
对于分子链柔顺性大的塑料，且嵌件较小时，可不预热，因为小嵌件容易在模内加热。
预热嵌件温度一般取110~130°C，并以不破坏嵌件表面镀层为限。
对于铜、铝等有色金属嵌件，预热温度可提高到150°C。
6）脱模剂
常用脱模剂：
硬脂酸锌、液体石蜡（白油）和硅油，常用手工涂刷。
除硬脂酸锌不能用于聚酰胺外，常用脱模剂对于一般塑料均可使用。
其中硅油效果最好，但价格贵。
硬脂酸锌多用于高温模具，液体石蜡多用于中低温模具。
脱模剂涂层过厚或涂层不均匀,都会影响注塑后制件的表观质量。
所以应用时要尽量少涂或涂在脱模困难部位,尽量采用雾化脱模剂。
雾化脱模剂涂层既均匀又薄,脱模效果也好。
一般喷涂一次可脱15模左右,而且雾化脱模剂适应性较强,各种塑料包括热固性塑料都可使用。
无论采用哪种脱模剂都应适量,过少达不到应有的效果;过多则会影响制品外观,使制品表面出现油斑或混浊现象,尤其对透明制品更为严重。
对于含有橡胶的软制品也不宜采用脱模剂。
2.注塑过程
1）工艺设置及影响
温度：
料温、模温。
一般来讲，聚合物黏度对温度的敏感性比对剪切应力的敏感性强。
料温：
溶化温度和分解温度之间。
料温低，成型困难，易有溶接痕，缺料，表面无光泽，毛糙；料温高，流动性好，收缩大，并易降解变色浪费能源。
料温分布一般为从料斗到喷嘴逐步升高，出料段的温度必须高于熔点。
a.注射量大于额定注射量75%或塑料不预热时，机筒后段（加料段）温度应比中段（塑化段）、前段（出料段）低5~10°C。
b.对于螺杆式注塑机，为防止热降解，可使机筒前段（出料段）温度略低于中段（塑化段）。
c.对于含水量偏高的物料，可使机筒后段（加料段）温度偏高一些。
d.为防止“流涎”，喷嘴温度可略低于料筒最高温度。
e.热敏性塑料要严格控制料温，料温应偏低一些，比熔点稍高；并且不能在料筒中停留过长时间。
流动性差的塑料，料温可选高些；流动性好的塑料，料温可低一些。
f.料温与机筒温度有温差，螺杆式毫伏计指示的温度与实际温度接近或略低于11~17°C；柱塞式注塑机则高出11~17°C。
热电偶最好插在横置料筒的上方，这是料筒周向上的最热点。
模温：
摸温过低，流动差，易溶接痕，较大内应力，表面无光泽，粗糙，密度小结晶度低；模温高，飞边，翘曲变形，脱模困难，凹痕，冷却时间长收缩大。
a.必须低于塑料的热变形温度。
b.流动性差或厚壁，模温高；流动性好，模温低。
c.黏度高（PC,PSF,PPO），适合较高模温；黏度较小（PE,PP,PS,PVC,PA等）可用较低模温。
但厚壁制品，模温应适当高。
壁厚（mm）
<3
3~6
6~9
>10
PA1010（°C）
20~40
40~60
60~90
100
压力：
注射压力、保压力、背压力、锁模力、顶出力。
聚合物熔体的压缩率越大，黏度对压力的敏感性就越强。
注射压力：
与塑料品种、注塑机类型、制件复杂程度、模具结构及其他工艺条件有关，通常取40~200MPa。
其他工艺条件一定时，注射压力越大，注射速度越快。
压力高，收缩小，但易飞边，脱模困难，粗糙，内应力大，喷射银纹气泡；压力低，欠注。
a.黏度高，（玻璃化温度高？
？
），尺寸大，形状复杂，薄壁，模温低，宜高压
b.加工黏度低流动性好的LDPE,PA等，可选35~55MPa；中等黏度（HIPS,PC等），形状一般，但有一定精度要求的，可选100~140MPa；对PSF,PPO高黏度的，又属于薄壁长流程、厚度不均和精度要求严格的，可选140~170MPa；加工优质精密微型制件时，可选230~250MPa以上。
流动性好，形状简单，厚壁，通常注射压力小于70MPa；流动性好，复杂程度一般，精度要求一般，注射压力约为70~100MPa；流动性中等（HIPS,PE等），复杂度一般，有一定精度要求，注射压力约为100~140MPa；流动性差（PMMA,PPO,PC,PSF等），薄壁，尺寸大，壁厚不均，精度要求高，注射压力约为140~180MPa；形状多样，精度要求高的精密塑料，注射压力可用到230~250MPa。
大直径螺杆注塑范围在65~90MPa之间；中直径螺杆注塑范围在100~130MPa之间；小直径螺杆注塑范围在120~180MPa之间。
塑料
注塑条件MPa
易流动的厚壁制件
中等流动的一般制件
难流动的薄壁窄浇口制件
PE
70~100
100~120
120~150
PVC
100~120
120~150
>150
PS
80~100
100~120
120~150
ABS
80~110
100~130
130~150
POM
85~100
100~120
120~150
PA
90~100
100~140
>140
PC
100~120
120~150
>150
PMMA
100~120
120~150
>150
保压力：
取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状、壁厚有关。
保压力大，密度高，表面光洁，收缩小，但容易产生较大内应力，脱模困难；保压力低，凹痕补缩不完全。
一般保压力是最高注塑压力的50%~60%。
背压力（塑化压力）：
注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力。
增大背压可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度，还可使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高。
但背压提高后若不提高螺杆转速，熔体在螺杆槽中将会产生较大的逆流和漏流，使塑化能力降低。
背压需要与螺杆转速综合考虑。
使用范围约为3.4~27.5MPa，其中大多数塑料适用下限，特别是热敏性塑料。
太高时，剪切热过高，温度上升，黏度下降，逆流和漏流增加，从而使塑化能力下降，严重时降解；太低时，螺杆后退太快，物料不密实，空气量大，塑化效果差。
a.采用直通式喷嘴和后加料方式，背压高容易“流涎”；采用阀式喷嘴和前加料方式时，背压可大一些。
b.热敏性塑料（如硬聚氯乙烯、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等），为防止剪切摩擦热过大，背压应取小值；对于高黏度塑料（如聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、聚酰亚胺等），若背压大时，为了保证塑化能力，常常会使螺杆系统过载，所以也不宜用大值。
黏度很低（PA），塑化压力要尽量低；黏度适中热稳定性好（PE,PP）塑化压力可高一些，对于混料、混色尤为有利。
c.增大背压可提高塑化效果，但因螺杆后退速度减慢，塑化时间或成型周期将会延长；并且螺杆的磨损增大。
因此，在可能的条件下，应尽量取较小的背压。
一般不超过20MPa。
塑料
硬PVC
PS
PS+20%GF
PP
PP+30GF
背压MPa
尽量小
3.4~10.3
3.4
3.4~6.9
3.4
螺杆转速r/min
15~25
50~200
50
50~150
50~75
塑料
HDPE
HDPE+30%GF
PC
POM
POM+25%GF
背压MPa
3.4~10.3
3.4
3.4（随品级而变化）
3.4
3.4
螺杆转速r/min
40~120
40~60
30~50
40~50
40~50
塑料
ABS通用级（高冲击）
PA66
PA66+GF
改性PPO
PPO+20%GF
背压MPa
3.4~6.9
3.4
3.4
3.4
3.4
螺杆转速r/min
75~120
30~50
30~50
25~75
25~50
塑料
PSF
纤维素塑料
丙烯酸类塑料
聚丙烯酸酯
可注塑氟塑料
背压MPa
3.4
3.4~13.8
2.8~5.5
10.3~20.6
3.4
螺杆转速r/min
30~50
50~300
40~60
60~100
50~80
锁模力：
对于一般用途的螺杆式注塑机，平均模腔压力为20MPa左右，柱塞式要高些。
加工粘度高精度要求高的制件，模腔压力可达30~45MPa。
制件要求，物料特性
平均模腔压力MPa
举例
易于成型的制件
25
PE,PS等壁厚均匀的日用品，容器等
普通制件
30
薄壁容器等
高黏度、高精度
35
ABS,POM等工业机械零件，高精度制件
特高黏度、高精度
40
高精度机械零件
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