螺桿對注塑機注塑成型工藝的影響

　　一般螺桿式注塑機的成型工藝過程是：首先將粒狀或粉狀塑料加入機筒內(nèi)，并通過螺桿的旋轉(zhuǎn)和機筒外壁加熱使塑料成為熔融狀態(tài)，然后機器進行合模和注射座前移，使噴嘴貼緊模具的澆口道，接著向注射缸通入壓力油，使螺桿向前推進，從而以很高的壓力和較快的速度將熔料注入溫度較低的閉合模具內(nèi)，經(jīng)過一定時間和壓力保持（又稱保壓）、冷卻，使其固化成型，便可開模取出制品（保壓的目的是防止模腔中熔料的反流、向模腔內(nèi)補充物料，以及保證制品具有一定的密度和尺寸公差）。注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是實現(xiàn)和保證成型制品質(zhì)量的前提，而為滿足成型的要求，注射必須保證有足夠的壓力和速度。同時，由于注射壓力很高，相應(yīng)地在模腔中產(chǎn)生很高的壓力（模腔內(nèi)的平均壓力一般在20~45MPa之間），因此必須有足夠大的合模力。由此可見，注射裝置和合模裝置是注塑機的關(guān)鍵部件。影響螺桿式注塑機注塑工藝的因素有哪些呢？

　　一、收縮率

　　熱塑性塑料成型收縮的形式及計算如前所述，影響熱塑性塑料成型收縮的因素如下：

　　1.1塑料品種熱塑性塑料成型過程中由于還存在結(jié)晶化形起的體積變化，內(nèi)應(yīng)力強，凍結(jié)在塑件內(nèi)的殘余應(yīng)力大，分子取向性強等因素，因此與熱固性塑料相比則收縮率較大，收縮率范圍寬、方向性明顯，另外成型后的收縮、退火或調(diào)濕處理后的收縮率一般也都比熱固性塑料大。

　　1.2塑件特性成型時熔融料與型腔表面接觸外層立即冷卻形成低密度的固態(tài)外殼。由于塑料的導(dǎo)熱性差，使塑件內(nèi)層緩慢冷卻而形成收縮大的高密度固態(tài)層。所以壁厚、冷卻慢、高密度層厚的則收縮大。另外，有無嵌件及嵌件布局、數(shù)量都直接影響料流方向，密度分布及收縮阻力大小等，所以塑件的特性對收縮大小、方向性影響較大。

　　1.3進料口形式、尺寸、分布這些因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補縮作用及成型時間。直接進料口、進料口截面大(尤其截面較厚的)則收縮小但方向性大，進料口寬及長度短的則方向性小。距進料口近的或與料流方向平行的則收縮大。

　　1.4成型條件模具溫度高，熔融料冷卻慢、密度高、收縮大，尤其對結(jié)晶料則因結(jié)晶度高，體積變化大，故收縮更大。模溫分布與塑件內(nèi)外冷卻及密度均勻性也有關(guān)，直接影響到各部分收縮量大小及方向性。另外，保持壓力及時間對收縮也影響較大，壓力大、時間長的則收縮小但方向性大。注塑壓力高，熔融料粘度差小，層間剪切應(yīng)力小，脫模后彈性回跳大，故收縮也可適量的減小，料溫高、收縮大，但方向性小。因此在成型時調(diào)整模溫、壓力、注塑速度及冷卻時間等諸因素也可適當改變塑件收縮情況。模具設(shè)計時根據(jù)各種塑料的收縮范圍，塑件壁厚、形狀，進料口形式尺寸及分布情況，按經(jīng)驗確定塑件各部位的收縮率，再來計算型腔尺寸。對高精度塑件及難以掌握收縮率時，一般宜用如下方法設(shè)計模具：

　?、賹λ芗鈴饺≥^小收縮率，內(nèi)徑取較大收縮率，以留有試模后修正的余地。

　?、谠嚹４_定澆注系統(tǒng)形式、尺寸及成型條件。

　?、垡筇幚淼乃芗?jīng)后處理確定尺寸變化情況(測量時必須在脫模后24小時以后)。

　?、馨磳嶋H收縮情況修正模具。

　?、菰僭嚹２⒖蛇m當?shù)馗淖児に嚄l件略微修正收縮值以滿足塑件要求。

　　二、流動性

　　2.1熱塑性塑料流動性大小，一般可從分子量大小、熔融指數(shù)、阿基米德螺旋線流動長度、表現(xiàn)粘度及流動比(流程長度/塑件壁厚)等一系列指數(shù)進行分析。分子量小，分子量分布寬，分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性差，熔融指數(shù)高、螺流動長度長、表現(xiàn)粘度小，流動比大的則流動性就好，對同一品名的塑料必須檢查其說明書判斷其流動性是否適用于注塑成型。按模具設(shè)計要求大致可將常用塑料的流動性分為三類：

　?、倭鲃有院肞A、PE、PS、PP、CA、聚(4)甲基戍烯;

　?、诹鲃有灾械染郾揭蚁┫盗袠渲?如ABS、AS)、PMMA、POM、聚苯醚;

　?、哿鲃有圆頟C、硬PVC、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。

　　2.2各種塑料的流動性也因各成型因素而變，主要影響的因素有如下幾點：

　?、贉囟攘蠝馗邉t流動性增大，但不同塑料也各有差異，PS(尤其耐沖擊型及MFR值較高的)、PP、PA、PMMA、改性聚苯乙烯(如ABS、AS)、PC、CA等塑料的流動性隨溫度變化較大。對PE、POM、則溫度增減對其流動性影響較小。所以前者在成型時宜調(diào)節(jié)溫度來控制流動性。

　　②壓力注塑壓力增大則熔融料受剪切作用大，流動性也增大，特別是PE、POM較為敏感，所以成型時宜調(diào)節(jié)注塑壓力來控制流動性。

　　③模具結(jié)構(gòu)澆注系統(tǒng)的形式，尺寸，布置，冷卻系統(tǒng)設(shè)計，熔融料流動阻力(如型面光潔度，料道截面厚度，型腔形狀，排氣系統(tǒng))等因素都直接影響到熔融料在型腔內(nèi)的實際流動性，凡促使熔融料降低溫度，增加流動性阻力的則流動性就降低。模具設(shè)計時應(yīng)根據(jù)所用塑料的流動性，選用合理的結(jié)構(gòu)。成型時則也可控制料溫，模溫及注塑壓力、注塑速度等因素來適當?shù)卣{(diào)節(jié)填充情況以滿足成型需要。

　　三、結(jié)晶性

　　熱塑性塑料按其冷凝時無出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象可劃分為結(jié)晶型塑料與非結(jié)晶型(又稱無定形)塑料兩大類。

　　所謂結(jié)晶現(xiàn)象即為塑料由熔融狀態(tài)到冷凝時，分子由獨立移動，完全處于無次序狀態(tài)，變成分子停止自由運動，按略微固定的位置，并有一個使分子排列成為正規(guī)模型的傾向的一種現(xiàn)象。

　　作為判別這兩類塑料的外觀標準可視塑料的厚壁塑件的透明性而定，一般結(jié)晶性料為不透明或半透明(如POM等)，無定形料為透明(如PMMA等)。但也有例外情況，如聚(4)甲基戍烯為結(jié)晶型塑料卻有高透明性，ABS為無定形料但卻并不透明。

　　在模具設(shè)計及選擇注塑機時應(yīng)注意對結(jié)晶型塑料有下列要求及注意事項：

　?、倭蠝厣仙匠尚蜏囟人璧臒崃慷?，要用塑化能力大的設(shè)備。

　?、诶鋮s回化時放出熱量大，要充分冷卻。

　?、廴廴趹B(tài)與固態(tài)的比重差大，成型收縮大，易發(fā)生縮孔、氣孔。

　?、芾鋮s快，結(jié)晶度低，收縮小，透明度高。結(jié)晶度與塑件壁厚有關(guān)，壁厚則冷卻慢，結(jié)晶度高，收縮大，物性好。所以結(jié)晶性料應(yīng)按要求必須控制模溫。

　　⑤各向異性顯著，內(nèi)應(yīng)力大。脫模后未結(jié)晶化的分子有繼續(xù)結(jié)晶化傾向，處于能量不平衡狀態(tài)，易發(fā)生變形、翹曲。

　　⑥結(jié)晶化溫度范圍窄，易發(fā)生未熔料末注入模具或堵塞進料口。

　　四、熱敏性塑料及易水解塑料

　　4.1熱敏性系指某些塑料對熱較為敏感，在高溫下受熱時間較長或進料口截面過小，剪切作用大時，料溫增高易發(fā)生變色、降解，分解的傾向，具有這種特性的塑料稱為熱敏性塑料。如硬PVC、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物，POM，聚三氟氯乙烯等。熱敏性塑料在分解時產(chǎn)生單體、氣體、固體等副產(chǎn)物，特別是有的分解氣體對人體、設(shè)備、模具都有刺激、腐蝕作用或毒性。因此，模具設(shè)計、選擇注塑機及成型時都應(yīng)注意，應(yīng)選用螺桿式注塑機，澆注系統(tǒng)截面宜大，模具和料筒應(yīng)鍍鉻，不得有*角滯料，必須嚴格控制成型溫度、塑料中加入穩(wěn)定劑，減弱其熱敏性能。

　　4.2有的塑料(如PC)即使含有少量水分，但在高溫、高壓下也會發(fā)生分解，這種性能稱為易水解性，對此必須預(yù)先加熱干燥。

　　五、應(yīng)力開裂及熔體破裂

　　5.1有的塑料對應(yīng)力敏感，成型時易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力并質(zhì)脆易裂，塑件在外力作用下或在溶劑作用下即發(fā)生開裂現(xiàn)象。為此，除了在原料內(nèi)加入添加劑提高開抗裂性外，對原料應(yīng)注意干燥，合理的選擇成型條件，以減少內(nèi)應(yīng)力和增加抗裂性。并應(yīng)選擇合理的塑件形狀，不宜設(shè)置嵌件等措施來盡量減少應(yīng)力集中。模具設(shè)計時應(yīng)增大脫模斜度，選用合理的進料口及頂出機構(gòu)，成型時應(yīng)適當?shù)恼{(diào)節(jié)料溫、模溫、注塑壓力及冷卻時間，盡量避免塑件過于冷脆時脫模，成型后塑件還宜進行后處理提高抗開裂性，消除內(nèi)應(yīng)力并禁止與溶劑接觸。

　　5.2當一定融熔體流動速率的聚合物熔體，在恒溫下通過噴嘴孔時其流速超過某值后，熔體表面發(fā)生明顯橫向裂紋稱為熔體破裂，有損塑件外觀及物性。故在選用熔體流動速率高的聚合物等，應(yīng)增大噴嘴、澆道、進料口截面，減少注塑速度，提高料溫。

　　六、熱性能及冷卻速度

　　6.1各種塑料有不同比熱、熱傳導(dǎo)率、熱變形溫度等熱性能。比熱高的塑化時需要熱量大，應(yīng)選用塑化能力大的注塑機。熱變形溫度高塑料的冷卻時間可短，脫模早，但脫模后要防止冷卻變形。熱傳導(dǎo)率低的塑料冷卻速度慢(如離子聚合物等冷卻速度極慢)，故必須充分冷卻，要加強模具冷卻效果。熱澆道模具適用于比熱低，熱傳導(dǎo)率高的塑料。比熱大、熱傳導(dǎo)率低，熱變形溫度低、冷卻速度慢的塑料則不利于高速成型，必須選用適當?shù)淖⑺軝C及加強模具冷卻。

　　6.2各種塑料按其種類特性及塑件形狀，要求必須保持適當?shù)睦鋮s速度。所以模具必須按成型要求設(shè)置加熱和冷卻系統(tǒng)，以保持一定模溫。當料溫使模溫升高時應(yīng)予冷卻，以防止塑件脫模后變形，縮短成型周期，降低結(jié)晶度。當塑料余熱不足以使模具保持一定溫度時，則模具應(yīng)設(shè)有加熱系統(tǒng)，使模具保持在一定溫度，以控制冷卻速度，保證流動性，改善填充條件或用以控制塑件使其緩慢冷卻，防止厚壁塑件內(nèi)外冷卻不勻及提高結(jié)晶度等。對流動性好，成型面積大、料溫不勻的則按塑件成型情況有時需加熱或冷卻交替使用或局部加熱與冷卻并用。為此模具應(yīng)設(shè)有相應(yīng)的冷卻或加熱系統(tǒng)。

　　七、吸濕性

　　塑料中因有各種添加劑，使其對水分有不同的親疏程度，所以塑料大致可分為吸濕、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的兩種，料中含水量必須控制在允許范圍內(nèi)，不然在高溫、高壓下水分變成氣體或發(fā)生水解作用，使樹脂起泡、流動性下降、外觀及力學(xué)性能不良。所以吸濕性塑料必須按要求采用適當?shù)募訜岱椒耙?guī)范進行預(yù)熱，在使用時防止再吸濕。