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第一章成型材料 第一節(jié) 注射成型的進(jìn)展 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 近年來無論在注塑理論和實踐方面，還是在注塑工藝和成型設(shè)備方面都有較深的研究和進(jìn)展。 注塑時，首先遇到的是注塑的可成型性，這是衡量塑料能否快速和容易地成型出合乎質(zhì)量要求的 品。并希望能在滿足質(zhì)量要求的前提下，以最短注塑周期進(jìn)行高效率生產(chǎn)。 不同的高分子材料對其加工的工藝條件及設(shè)備的 感性 別很大，材料 性和工藝條件將最終影響塑料制品的 理機(jī)械性能，因此全面了解注塑周期內(nèi)的工作程序，搞清可成型性和成型工藝條件及各種因素的相互作用和影響，對注塑加工有重要意義。 在對充模壓力的影響實驗表明：高聚物的非牛頓特性越強，則需要的壓越低；結(jié)晶型比非結(jié)晶型高聚物制品有更大的收收縮，在相變中比容變化較大。 在對注塑過程中大分子取向的機(jī)理研究證明聚合物熔體受剪切變形時，大分子由無規(guī)卷曲狀態(tài)解開，并向流動方向延伸和有規(guī)則的排列，如果熔體很快冷卻到相變溫度以下，則大分子沒有足夠的時間松 和恢復(fù)到它原來的無規(guī)則卷曲的構(gòu)象程度，這時的聚合物就要處于凍結(jié)取向狀態(tài)，這種凍結(jié)取向使注塑制品在雙折射熱傳導(dǎo)以及力學(xué)性質(zhì)方面顯示出各向?qū)浴Ｓ捎诹髯儗W(xué)和聚合物凝固過程的形變原因，制品取向可能在一個方向占優(yōu)勢形成單軸取向，也可能在兩個方向上占優(yōu)勢，形成雙軸取向。雙軸取向會使制品得到綜合的機(jī)械特性，所以在注塑制品中總希望得到雙軸取向制品。而在紆維抽絲過程中卻希望得到單軸取向。 對于取向分布的試驗表明：取向最大是發(fā)生在距離制件表面20%的厚度處，發(fā)現(xiàn)取向程度隨熔體溫度與模溫減小而增加，而提高注射壓力或延長注射時間會增加制品的取向程度。 對聚苯乙烯試樣表明：拉伸強度在平行取向方向上隨取向度增加而提高，在垂直方向上則下降。 對聚甲醛的觀察表明：注射時間的加長會使過渡晶區(qū)的厚度增加，注射壓力的提高會使制品斷裂伸長加大。 測試表明：注塑的殘余應(yīng)力與應(yīng)變對制品質(zhì)量有著重要影響，一般注塑制品有三種殘余應(yīng)變形式；A伴隨熱應(yīng)力而產(chǎn)生的應(yīng)變，B與分子凍結(jié)取向相關(guān)的殘余應(yīng)變，C形體應(yīng)變，對一般塑料而言注射壓力的增加會增加制品中的殘余應(yīng)力，而對ABS不十分明顯。 對于制件拉伸特點的分布研究表明：一般聚合物的密度增加會提高拉伸強度，斷裂伸長率和硬度，使沖擊強度降低。 粘彈性：注塑過程中在靠近澆口處由于高的形變速率和運動學(xué)不穩(wěn)定性，可能產(chǎn)生足夠大的粘彈效應(yīng)，在前緣附近聚合物熔體受到切向拉伸，這種變形型式可稱為噴泉效應(yīng)，對薄模腔的高彈性聚合物熔體流動的前緣，在模腔厚度，寬度發(fā)生階梯變化的地方，以及澆口附近應(yīng)該著重考慮粘彈效應(yīng)。 綜上所述，如何能把這些理論應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中去，改善工藝過程中的控制以減少材料，勞動量，達(dá)到縮短周期和減少廢品的目的。 $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ 第二節(jié) 常用塑料 一述. 塑料它可以是純的樹脂，也可以是加有各種添加劑的混合物，樹脂起粘結(jié)劑作用。所加添加料的目的是用來改善純樹脂的物理機(jī)械性能，改善加工性能或者為了節(jié)約樹脂。 因此，塑料最基本的物理化學(xué)性質(zhì)是由樹脂的性質(zhì)所決定的。樹脂可分天然樹脂和人造樹脂，后者又稱合成樹脂。 樹脂都屬高聚物，這些高聚物有獨特的分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)與分子外部結(jié)構(gòu)。高分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了高聚物最基本的物理化學(xué)性質(zhì)；而高分子外部結(jié)構(gòu)則決定高聚物的加工性能和物理機(jī)械性能。 聚合物按鏈之間在凝固后的結(jié)構(gòu)形態(tài)可分非結(jié)晶型（無定型），半結(jié)晶型和結(jié)晶型。所以塑料也有無定型和結(jié)晶型之分。 結(jié)晶型塑料在凝固時，有晶核到晶粒的生成過程，形成一定的體態(tài)。如PE，PP，PA，POM，等均屬結(jié)晶型。 無定型塑料在凝固時，沒有晶核與晶粒的生長過程只是自由的大分子鏈的“凍結(jié)”如PS，PVC，PMMA，PC等。 又按其塑料對熱作用的反映，可分熱塑性塑料與熱固性塑料兩類：熱塑性塑料的特點是加熱可以軟化，冷卻時又重返固態(tài)。這一可逆過程，可以反復(fù)多次。如：PS，PVC，PA，PP，POM等；而熱固性塑料特點是在某一溫度下能轉(zhuǎn)變成可塑性熔體，但如果繼續(xù)提高溫度，延長加熱時間高分子內(nèi)部將產(chǎn)生交聯(lián)作用而固化。再不能用加熱方法使其軟化到原始狀態(tài)，不能反復(fù)加工。如：環(huán)氧，呋喃，氨基，酚醛等。 二常用塑料 （1）聚烯烴，聚烯烴是烯烴高聚物的總稱，一般是指乙烯，丙烯，丁烯的均聚物與共聚物。主要品種有：低密度聚乙烯（LDPE）,線型低密度聚乙烯（LLDPE），中密度聚乙烯（MDPE），高密度聚乙烯（HDPE），超高分子量聚乙烯（UHMPE），氯化聚乙烯（CPE）；乙烯-丙烯共聚物，乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）；聚丙烯（PP），氯化聚丙烯（PPC），增強聚丙烯（RPP）聚丁烯（PB）等。 （2）氯乙烯（PVC）注塑用聚氯乙烯是懸浮聚合產(chǎn)品，按其顆粒形態(tài)有緊密型和疏松型。 聚氯乙烯的改性品種有：氯化聚氯乙烯（CPVC），氯乙烯-醋酸乙烯共聚物，氯乙烯-偏氯乙烯共聚物（PVDC），氯乙烯-乙丙橡膠接枝共聚物，耐寒PVC即氯乙烯與馬來酸酐的共聚物。 注塑用PVC有兩類：一種是濕混造粒，即把各種添加劑．穩(wěn)定劑．加工助劑．潤滑劑．沖擊改性劑．復(fù)合穩(wěn)定劑等混合后擠出造粒。另一種是干混料不造粒的粉狀聚氯乙烯。 苯乙烯系樹脂.苯乙烯系樹脂是指苯乙烯的均聚物與共聚物樹脂的總稱。近年來為改善其脆性和耐熱溫度低的缺點，采用與橡膠等共混和接枝的方法發(fā)展一系列改性品種。如與丙烯腈，丁二烯，a-甲基苯乙烯，甲基丙烯酸甲脂，馬來酸酐等二元共聚物可改善耐熱性和脆性；與丙烯腈丁二烯的共聚物ABS是沖擊韌性和加工性能很好的工程塑料。 目前苯乙烯系塑料有通用級，發(fā)泡級，沖擊級和AS，ABS等，AS有通用級AS（I）與耐熱級AS（II）。 （4）丙烯酸脂類，丙烯酸脂類塑料通常包括聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）俗稱有機(jī)玻璃，以及纖維聚合物丙烯腈。這都是從丙烯酸衍生的高聚物。 供注塑級的PMMA用懸浮聚合制成，有通用級耐熱級和高流動級。 （5）酰胺樹脂聚. 酰胺樹脂聚又稱尼龍（PA）是早的工程塑料品種之一，用作纖維時稱綿綸。我國有PA6，PA610，PA612，PA66，PA1010以及高碳尼龍，PA66與彈性接枝共混的超韌性PA，還有芳香聚酰胺等。 （6）線性聚脂類.在聚合物鏈節(jié)中含有脂鏈或醚鏈，而無支鏈和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的樹脂統(tǒng)稱為線性聚脂或線性聚醚。國產(chǎn)有：聚碳酸酯雙酚A型（PC），改性聚碳酸酯，聚對苯二甲酸乙二脂（滌綸，PET）聚對苯二甲酸丁二脂（PBT）聚芳脂（雙酚A型），聚甲醛（POM）等。 PC是一種無定型的熱塑性聚合物，純PC雖有好的綜合性能，但容易應(yīng)力開裂，耐磨性及流動性不良，目前多采用PE，ABS，PS，PMMA，與之進(jìn)行共混以克服上述缺陷。 PET大部作纖維少部用于薄膜，而注塑成型用的多是玻璃纖維增強（FRPET），PBT與PET都屬結(jié)晶型熱塑性線型聚脂。 聚芳脂（雙酚A型），這是與PC相似的無定型工程塑料 聚甲醛（POM）有均聚和共聚兩種，都是結(jié)晶型 聚合物。均聚比共聚POM熱穩(wěn)定性差加工溫度范圍窄。此外還有含油POM這是在POM內(nèi)加液體潤滑油和硬脂酸鹽類的表面活性劑的共聚物。含油POM摩擦系數(shù)小，物料不易輸送所以常用開槽料筒的注塑機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。 （7）氟塑料. 氟塑料品種有：聚四乙烯（PTFE），聚四乙烯與六氟丙烯酸共聚物（FEP），三氟乙烯（PCTFE），聚偏氟乙烯（PVDF）聚氟乙烯（PVF）等。 PCTFE從分子結(jié)構(gòu)上看與PTFE主要的區(qū)別在于有氯原子存在，從而破壞了PTFE對稱性，降低了大分子鏈堆砌，使其增加撓性。PCTFE對熱較敏感，易于高溫下分解。聚偏氟乙烯（PVDF），是一種白色粉末狀，結(jié)晶型熱塑性樹脂。 （8）纖維素塑料，纖維素塑料是指由天然纖維素與無機(jī)或有機(jī)酸作用產(chǎn)生的纖維素樹脂再加上增塑劑而制成。纖維素是最古老的半合成型的熱塑性塑料，常用的有硝酸纖維素醋酸纖維素，醋酸丁酸纖維素，用于注塑的以醋酸纖維素為主。 （9）耐高溫型樹脂，這類有聚砜，聚芳砜，聚苯醚砜，聚苯硫醚，聚苯醚，聚酰亞胺。這類聚合物由于在分子主鏈上含有亞芳基或雜環(huán)結(jié)構(gòu)，因此具有耐高溫，耐輻射的能力，并兼有很高的強度和尺寸穩(wěn)定性。 聚砜（PSF），雙酚A聚砜屬線性熱塑性聚合物，雖然有正規(guī)結(jié)構(gòu)，但仍然是無定型結(jié)構(gòu)形態(tài)。聚砜的粘度較大而且對溫度的依賴性要比對剪切速率大。這一點正與聚乙烯相反而與聚碳醋酯類卻相近。在注塑中，當(dāng)剪切速率低時，溫度對其膨脹效應(yīng)的影響不明顯。 聚苯醚砜（PES），在其分子結(jié)構(gòu)中不含有脂肪族基團(tuán)，因此對耐熱性和抗氧性較好?？稍?80~200度范圍內(nèi)長期使用，熔融溫度50~350度。 聚苯醚（PPO），PPO和其他許多熱塑性塑料不同；熔體的流變性能接近牛頓型流體，粘度對剪切速率并沒有明顯的依賴性。用于注塑的還有改性聚苯醚及氯化聚醚。 聚苯硫醚（PPS，雷騰），是一種新型工程塑料它具有優(yōu)良的綜合性能，是目前作軸頸與軸承的最好村料。PSS原粉熔融后流動性很大，直接加工困難因此必須經(jīng)過交聯(lián)預(yù)處理，提高流動性。注塑用有粉料與可粒料兩種。PSS的注塑與HDPE十分相似所不同是PSS要求成型 溫度高些：在此343度時其流動性相當(dāng)于HDPE的流動。 三 理常用填料 注塑材料常用的填料有一般填料，金屬填料，有機(jī)填料，短纖維填料與長纖維填料。加入這些填料可降低注塑制品的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益可改善物理機(jī)械性能，化學(xué)性能以及光電性能；可改善加工性能，流變性能，降低粘度，提高分散作用。 一般填料有石灰石，碳酸鈣，滑石粉，硅酸鈣，云母，氫氧化鋁，硫酸鈣，以及農(nóng)副產(chǎn)品等。 有機(jī)填料是目前塑料制品中的主要填料，有天然材料和合成材料，包括：木材，木粉，胡核的殼皮，棉植纖維素等；合成材料有再生纖維素，包括：人造織物，聚丙烯腈纖維，尼龍纖維，聚酯纖維等。 加到注塑材料中的一些填料，需要用表面改性劑進(jìn)行處理，處理過程遵循界面化學(xué)理論，填料與聚合物表面的濕潤理論酸堿的相互作用理論，以及混合理論賦予材料一些優(yōu)良性質(zhì)。 目前常用的表面改性劑有硅烷偶聯(lián)劑，鈦酸酯偶聯(lián)劑，有機(jī)硅處理劑等。這些表面改性劑加上后，能進(jìn)一步提高填料效能。 第二章 塑料的物理性能 第一節(jié) 塑料的物理性能 物料的性能與注塑條件和制品質(zhì)量有密切關(guān)系。注塑材料大部分是顆粒狀，這些固體物料裝入料斗時，一般要先經(jīng)過預(yù)熱，排除濕氣，然后再經(jīng)過螺桿的壓縮輸送和塑化作用，在料筒中需要經(jīng)過較長的熱歷程才被螺桿推入模腔，經(jīng)過壓力保持階段再冷卻定型。影響這個過程的主要因素是物料，溫度，料筒溫度，充模壓力，速度。高分子物料加工的工藝性能，分子鏈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分子量大小及其分布，而且還取決高分子的外部結(jié)構(gòu)。注塑的工藝性與高分子材料的相對密度，導(dǎo)熱系數(shù)，比熱容，玻璃化與結(jié)晶溫度，熔化，分解溫度以及加工中所表現(xiàn)的力學(xué)性能，流變性能等有密切關(guān)系。 一， 一般物理性能 1總熱容量 總熱容量是指注塑物料在注塑工藝溫度下的總熱容量。 2 熔化熱 熔化熱又稱熔化潛熱，是結(jié)晶型聚合物在形成或熔化晶體時所需要的能量。這部分能量是用來熔化高分子結(jié)晶結(jié)構(gòu)的，所以注塑結(jié)晶型聚合物時要比注塑非結(jié)晶型料達(dá)到指定熔化溫度下所需的能量要多。 對于非結(jié)晶型聚合物無需熔化潛熱。使POM達(dá)到注塑溫度需熱約452/g(100.8cal/g),PS只需要375J/g即可熔化。 3 比熱容 比熱容是單位重量的物料溫度上升1度時所需熱量[J/kg.k]。 不同高聚物的比熱容是不同的，結(jié)晶型比非對面型要高。因為加熱聚合物時，補充的熱能不僅要消耗在溫度升上，還要消耗在使高分子結(jié)構(gòu)的變化上，結(jié)晶型必須補充熔化潛熱所需的熱淚盈眶量才能使物料熔化。 注塑過程中，塑料加熱或冷卻特性是由聚合物的熱含量與溫差所決定的。熱傳遞速率正比于被加熱材料和熱源之間的溫差。 一般冷卻要比熔化快，因為大體上料筒與物料溫差小，熔料與模具溫差大。加熱時間取決于料筒內(nèi)壁與料層之間的溫差和料層厚度。 4熱擴(kuò)散系數(shù) 熱擴(kuò)散系數(shù)是指溫度在加熱物料中傳遞的速度，又稱導(dǎo)熱系數(shù)其值是由單位質(zhì)量的物料溫度升高1度時所需的熱量（比熱容）和材料吸收熱量的速度（導(dǎo)熱系數(shù)）來決定。 壓力對熱擴(kuò)散系數(shù)影響小，溫度對其影響較大。 5導(dǎo)熱系數(shù) 導(dǎo)熱系數(shù)反映了材料傳播熱量的速度。導(dǎo)熱系數(shù)愈高，材料內(nèi)熱傳遞愈快。由于聚合物導(dǎo)熱系數(shù)很低，所以無論在料筒中加熱還是其熔體在模具中冷卻，均需花一定時間。為了提高加熱和冷卻效率，需采取一些技術(shù)措施。如：加熱料筒要求有一定的厚度，這不僅是考慮強度，同時也是為了增加熱慣性，保證物料能良好穩(wěn)定地傳熱，有時還利用聚合物的低導(dǎo)熱特性，采用熱流道模具等。聚合物導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增加。結(jié)晶型塑料的導(dǎo)熱系數(shù)對溫度的依賴性要比非結(jié)晶型的顯著。 6 密度與比容 密度增加會使制品中的氣體和溶劑滲透率減少，但是使制品的拉伸強度，斷裂伸長，剛度硬度以及軟化溫度提高；使壓縮性，沖擊強度，流動性，耐蠕變性能降低。 在注塑過程中，聚合物經(jīng)歷著冷卻—加熱—冷卻反復(fù)的熱過程溫度，梯度和聚合物形態(tài)的變化都很大，所以密度也在不斷地發(fā)生變化，這對注塑制品質(zhì)量起著重要的影響。 比容反映了單位物質(zhì)所占有的體積。這是一個衡量在不同工藝條件下高分子結(jié)構(gòu)所占有的空間，各種狀態(tài)下的膨脹與壓縮，制品的尺寸收縮等方面是非常重要的參數(shù)。 7 膨脹系數(shù)與壓縮系數(shù) 比容在恒壓下由溫度而引起的變化，即為膨脹系數(shù)。聚合物從高溫到低溫表現(xiàn)出比容逐漸減少的收縮特性。聚合物比容不僅取決于溫度而且取決于壓力。聚合物比容在不同溫度下都隨壓力而變化，壓力增高比容減小而密度加大。這種性質(zhì)對于用壓力來控制制品的質(zhì)量和尺寸精度有重要意義。 二 聚合物的熱物理性能 1玻璃化溫度 聚合物的玻璃化溫度是指線型非結(jié)晶型聚合物由玻璃態(tài)向高彈態(tài)或者由后者向前者的較變溫度。就是大分子鏈段本身開始變形的溫度當(dāng)溫度高于玻璃化溫度時，大分子鏈開始自由活動，但還不是整個分子鏈段的運動。這時表現(xiàn)出高彈性的橡膠性能；當(dāng)?shù)陀诓ＡЩ瘻囟葧r，鏈段被凍結(jié)變成堅硬的固態(tài)或玻璃態(tài)。橡膠的玻璃化溫度低于室溫。所以橡膠在常溫下處于高彈態(tài)。而其它塑料在常溫下是處于脆韌性的玻璃態(tài)。 高聚物的自由體積理論認(rèn)為，高聚物分子結(jié)構(gòu)所占有的整個體積分成兩部分。一部分是分子鏈所占有的空間，而另一部分是分子鏈之間的自由空間。當(dāng)溫度降低時分子鏈動能減少，自由空間減少，當(dāng)溫度升高時，分子鏈段動能增加，自由空間也增加：當(dāng)溫度達(dá)到玻璃化時，急劇產(chǎn)生內(nèi)聚力，聚合物膨脹，鏈段開始旋轉(zhuǎn)，鏈段擁有的能量足以使鏈段活動起來所以自由空間的體積突然增加。 高聚物在玻璃化溫度以上的總自由體積等于玻璃化溫度下的自由體積與熱膨脹系數(shù)乗以溫升之和。在預(yù)塑化時，位于螺槽中的高分子固態(tài)物料，在升至玻璃化溫度以后，隨著溫度的升高物料自由體積會增加，其比容也會加大，但由于螺槽容積的限制會使物料產(chǎn)生內(nèi)壓，并有加速固體床的作用。 當(dāng)高聚物的物理形態(tài)發(fā)生變化時，許多物理性質(zhì)如比熱容，比容，密度，導(dǎo)熱系數(shù)，膨脹系數(shù)，折光指數(shù)，介電常數(shù)等都跟著變化，因此利用這些關(guān)系可以測定聚合物相變溫度和高聚物性質(zhì)。 對于理解塑料在料筒中加熱，塑料化過程中從加料段向壓縮段物態(tài)轉(zhuǎn)變，溫升，溫升速率，螺桿轉(zhuǎn)速，背壓等工藝因素的影響將起重要作用。這些對于控制制品脫模時的物性狀態(tài)，頂出溫度和頂出時間是重要的。 2 熔化溫度（熔點） 熔化溫度是指結(jié)晶型聚合物從高分子鏈結(jié)構(gòu)的三維有序態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的粘流態(tài)時的溫度。轉(zhuǎn)變點（熔點）對于低分子材料來說，熔化過程是非常窄的，有較明顯的熔點；而對于結(jié)晶型高聚物來說，從達(dá)到玻璃化溫度就開始軟化，但從高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)的液相時卻沒有明顯的熔點，而是有一個向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度范圍。 對高聚物來說，玻璃化溫度，熔化溫度或溫度范圍都是變相點。有較明顯的變化范圍，從分子結(jié)構(gòu)觀點看，都是大鏈段運動的結(jié)果。 一般有增塑劑的聚合物熔點要比無增塑劑的要低，共聚物的熔點要比組成共聚物中較高均聚物的熔點要低些。 注塑時，料筒的第三段溫度（靠近嘴溫的溫度）都要設(shè)定在熔點以上，然后以降低15~20度的溫度梯度依次設(shè)定第二段和第一段的料筒溫度為宜。 3 分解溫度及燃燒特性 熱分解溫度是指在氧氣存在條件下，高聚物受熱后開始分解的溫度范圍。依聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)式不同而有顯著的差異，此外還與物料的形態(tài)有關(guān)。在注塑過程中，無論是在預(yù)塑階段還是在注射階段，只要聚合物局部溫度達(dá)到分解溫度，高分子物料就會訊速生成低分子量的可燃性物質(zhì)。聚合物的熱分解在氧氣充足條件下是放熱反應(yīng)，產(chǎn)生的熱會繼續(xù)加熱聚合物。當(dāng)聚合物達(dá)到燃點時就會燃燒，燃燒體系的溫度是否會上升，產(chǎn)生的燃燒熱是否和體系進(jìn)行對流，都與熱分解溫度，比熱容以及導(dǎo)熱系數(shù)等物理性能有密切關(guān)系。 注塑時，對聚合物分解溫度的控制是十分重要的，否則分解出燃燒物質(zhì)不僅會影響制品質(zhì)量，還會腐蝕設(shè)備，危害人體。 三聚合物降解及熱穩(wěn)定性 所謂降解，是指遞解分解作用，在高分子化學(xué)中，通常是指在化學(xué)或物理作用下，聚合物分子的聚合度降低過程，聚合物在熱，力，氧氣，水及光輻射等作用下往往發(fā)生降解。降解過程實質(zhì)量大分子鏈發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。如發(fā)生彈性消失，強度降低，粘度減少或增加等現(xiàn)象。 在注塑中力，水，氧通過溫度對聚降解起重要影響，在高溫時氧和水更能使聚合物分解。剪切力的作用會因高溫時聚合物粘度的降低而減小。熱降解是指某些聚合物在高溫下時間過長，發(fā)黃變色，降解，分解等現(xiàn)象。 聚合物是否容易發(fā)生降解，依其分子內(nèi)部和分子外部結(jié)構(gòu)有關(guān)；是否有分解的雜質(zhì)有關(guān)；能引起高聚物降解的雜質(zhì)，一般都是熱降解的崔化劑，如：PVC 分解的產(chǎn)物是氯化氫，POM分解產(chǎn)物是甲醛，它們有著加劇高聚物降解的作用。 所謂熱穩(wěn)定性是指聚合物在高溫下分子鏈抗化學(xué)分解能力及耐化學(xué)變化的溫度熱降解溫度稱為穩(wěn)定性溫度略高于分解溫度。對于某些熱穩(wěn)定較差的聚合物，其溫度范圍只有5~15度。 溫度的高低和變化范圍對聚合物的降解有影響外，還有在溫度場中所經(jīng)歷的反復(fù)加工次數(shù)有關(guān)。不同的聚合物在反復(fù)加工后熱降解和融熔指數(shù)有著較大的差異。在正常溫度下PS, PC, PP,經(jīng)數(shù)次加工后融熔指數(shù)升高的傾向。而PE，抗沖擊PS醋酸纖維素等有下降的現(xiàn)象。 聚合物在剪切應(yīng)力作用下纏結(jié)著的大分子在外力作用下，沿力的方向上發(fā)生流動，分子鏈之間發(fā)生解脫，當(dāng)解脫發(fā)生障礙時，分子鏈將受到很大的牽引力，當(dāng)超過鏈的強度就發(fā)生鏈斷裂。 實驗證明：剪切應(yīng)力.剪切速率越高，分子量降解速度越快，斷裂的鏈越短；當(dāng)提高加熱溫度或增塑劑含量時，力的降解作用會減小。 注塑中某些塑料的水解作用是經(jīng)常發(fā)生的，水解作用是由于在聚合物中存在有可以水解的化學(xué)基團(tuán)。如：酰胺，酯，腈等，或在氧化作用下形成可被水解的基團(tuán)。如果這些基團(tuán)在分子的主鏈上，水解作用會使主鏈斷鏈而降解。由于某些聚合物有水解作用，因此對這些塑料的吸濕性應(yīng)加以注意。 有的塑料具有吸濕或凝集水分傾向，因為它們含有極性親水基團(tuán)，如ABS, PMMA, PA, PC, PPO等，在注塑中都需要干燥處理，防此水解。 　 第二節(jié) 聚合物表面性能與相容性 　一磨擦性能 　在塑料中常遇到磨擦性質(zhì)的問題。如在注塑中物料在螺桿加料段的磨擦機(jī)理，磨擦系數(shù)對其螺桿的輸送效率有重要影響。物料從料斗進(jìn)入螺桿之后在螺桿旋轉(zhuǎn)下，使物料沿螺槽向前輸送顆粒料首先被壓成固體塞，在輸送過程中塑料固體塞和料筒及螺桿　產(chǎn)生相對運動，各面承受著磨擦力的作用。這時磨擦將受到許多因素的影響，如塑料的物料性能，顆粒形狀及大小，料筒及螺桿表面的光潔度及材質(zhì)，相對運動的速度，塑料與金屬的接觸壓力及作用時間等等。 不同的聚合物其磨擦系數(shù)是不同的。當(dāng)塑料與金屬磨擦?xí)r，磨擦系數(shù)與磨擦中的接觸面積，與塑料對金屬的附著力以及剪切強度有關(guān)。因此磨擦系數(shù)不僅與高聚物的物理性質(zhì)有關(guān)，而且與影響物理—機(jī)械性質(zhì)的外界壓力，速度和溫度有關(guān)。 在高壓高速下塑料的熱傳導(dǎo)性能很差產(chǎn)生的熱量不易散出，使塑料發(fā)生大的變形表面破壞，因此壓力和速度對磨擦系數(shù)均有影響。 一般情況下，塑料的磨擦系數(shù)隨載荷的加大而稍許降低。聚合物材料的干磨擦系數(shù)，隨著相對速度的提高有增加的趨勢。 二　相容性 　相容性是指兩種不同品級的聚合物在熔融狀態(tài)下能否相互混溶的一種性質(zhì)。相容性不好的聚合物混熔在一起，制品會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。不同類型聚合物的相容性是不一樣的，這與分子結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系；分子結(jié)構(gòu)相近者易相容；反之難容。例如，借助于聚碳酸酯和聚乙烯之間的互容性，在聚碳酸酯中加入30~50%聚乙烯可使伸長率提高30%，沖擊強度提高４倍，并使熔體的粘度降低。近年來，利用聚合物之間的相容特性，使共混料品級日益增多，受到人們的普遍重視。 三　表觀密度 　大多數(shù)熱塑性塑料致密狀的相對密度為0.9~1.2g/cm3而粉料或顆粒料的表觀密度是0.3~0.6g/cm3。如果物料的表觀密度低，使均勻加料發(fā)生困難，就易出現(xiàn)“架橋”現(xiàn)象。這樣會影響輸送效率和塑化質(zhì)量的穩(wěn)定性。為此有的在料斗中設(shè)置有攪拌器，或者采用定量的加料調(diào)節(jié)裝置，對進(jìn)料量調(diào)節(jié)和控制，保證連續(xù)，均勻地加料。 　 第三節(jié) 聚合物的力學(xué)特性 １形變與應(yīng)力關(guān)系 　材料的力學(xué)特性是指材料在外力的作用下，產(chǎn)生變形，流動與破壞的性質(zhì)，反應(yīng)材料基本力學(xué)性質(zhì)的量主要有兩類；一類是反應(yīng)材料變形情況的量如模量或柔度，泊桑比；另一類是反應(yīng)材料破壞過程的量，如比例極限，拉伸強度，屈服應(yīng)力，拉伸斷裂等作用。從力學(xué)觀點看，材料破壞是一個過程而不是一個點。 ２應(yīng)力與時間的關(guān)系 　應(yīng)力對其作用時間的依賴性，這是聚合物材料主要特征之一。聚合物在較高溫度下力作用時間較短的應(yīng)力松馳行為和在溫度較低力作用時間較長的應(yīng)力松馳行為是一致的。 ３形變與時間關(guān)系 聚合物材料在一定溫度下承受恒定載荷時，將訊速地發(fā)生變形，然后在緩慢的速率下無限期地變形下去。若載荷足夠高時變形會繼續(xù)到斷裂為此。這種在溫度和載荷都是恒定的條件下，變形對時間依賴的性質(zhì)，即稱蠕變性質(zhì)。 第四節(jié) 聚合物的流變性能 一概述 注塑中把聚合物材料加熱到熔融狀態(tài)下進(jìn)行加工。這時可把熔體看成連續(xù)介質(zhì)，在機(jī)器某些部位上，如螺桿，料筒，噴嘴及模腔流道中形成流場。在流場中熔體受到應(yīng)力，時間，溫度的聯(lián)合作用發(fā)生形變或流動。這樣聚合物熔體的流動就和機(jī)器某些幾何參數(shù)和工藝參數(shù)發(fā)生密切的聯(lián)系。 處于層流狀態(tài)下的聚合物熔體，依本身的分子結(jié)構(gòu)和加工條件可分近似牛頓型和非牛頓型流體它們的流變特性暫不予祥細(xì)介紹。 1 關(guān)于流變性能 （1）剪切速率，剪切應(yīng)力對粘度的影響 通常，剪切應(yīng)力隨剪切速率提高而增加，而粘度卻隨剪切速率或剪切應(yīng)力的增加而下降。 剪切粘度對剪切速率的依賴性越強，粘度隨剪切速率的提高而訊速降低，這種聚合物稱作剪性聚合物，這種剪切變稀的現(xiàn)象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切變稀程度是不同的，了解這一點對注塑有重要意義。 （2）離模膨脹效應(yīng) 當(dāng)聚合物熔體離開流道口時，熔體流的直徑，大于流道出口的直徑，這種現(xiàn)象稱為離模膨脹效應(yīng)。 普遍認(rèn)為這是由聚合物的粘彈效應(yīng)所引起的膨脹效應(yīng)，粘彈效應(yīng)要影響膨脹比的大小，溫度，剪切速率和流道幾何形狀等都能影響熔體的膨脹效應(yīng)。所以膨脹效應(yīng)是熔體流動過程中的彈性反映，這種行為與大分子沿流動方向的剪切應(yīng)力作用和垂直于流動方向的法向應(yīng)力作用有關(guān)。 在純剪切流動中法向效應(yīng)是較小的。粘彈性熔體的法向效應(yīng)越大則離模膨脹效應(yīng)越明顯。流道的影響；假如流道長度很短，離模效應(yīng)將受到入口效應(yīng)的影響。這是因為進(jìn)入澆口段的熔體要收劍流動，流動正處在速度重新分布的不穩(wěn)定時期，如果澆口段很短，熔體料流會很快地出口，剪切應(yīng)力的作用會突然消失，速度梯度也要消除，大分子發(fā)生蜷曲，產(chǎn)生彈性恢復(fù)，這會使離模膨脹效應(yīng)加劇。如果流道足夠長，則彈性應(yīng)變能有足夠的時間進(jìn)行彈性松馳。這時影響離模膨脹效應(yīng)的主要原因是穩(wěn)定流動時的剪切彈性和法向效應(yīng)的作用。 （3）剪切速率對不穩(wěn)定流動的影響 剪切速率有三個流變區(qū)：低剪切速率區(qū)，在低剪切速率下被破壞的高分子鏈纏結(jié)能來得及恢復(fù)，所以表現(xiàn)出粘度不變的牛頓特性。中剪切區(qū)，隨著剪切速率的提高，高分子鏈段纏結(jié)被順開且來不及重新恢復(fù)。這樣就助止了鏈段之間相對運動和內(nèi)磨擦的減小?？墒谷垠w粘度降低二至三個數(shù)量級，產(chǎn)生了剪切稀化作用。在高剪切區(qū)，當(dāng)剪切速率很高粘度可降至最小，并且難以維持恒定，大分子鏈段纏結(jié)在高剪切下已全部被拉直，表現(xiàn)出牛頓流體的性質(zhì)。如果剪切速率再提高，出現(xiàn)不穩(wěn)定流動，這種不穩(wěn)定流動形成彈性湍流熔體出現(xiàn)波紋，破裂現(xiàn)象是熔體不穩(wěn)定 的重要標(biāo)志。 當(dāng)剪切速率達(dá)到彈性湍流時，熔體不僅不會繼續(xù)變稀，反而會變稠。這是因為熔體發(fā)生破裂。 （4）溫度對粘度的影響 粘度依賴于溫度的機(jī)理是分子鏈和“自由體積”與溫度之間存在著關(guān)聯(lián)。當(dāng)在玻璃化溫度以下時，自由體積保持恒定，體積隨溫度增長而大分子鏈開始振動。當(dāng)溫度超過玻璃化溫度時，大鏈段開始移動，鏈段之間的自由體積增加，鏈段與鏈段之間作用力減小，粘度下降。不同的聚合物粘度對溫度的敏感性有所不同。 （5）壓力對粘度的影響 聚合物熔體在注塑時，無論是預(yù)塑階段，還是注射階段，熔體都要經(jīng)受內(nèi)部靜壓力和外部動壓力的聯(lián)合作用。保壓補料階段聚合物一般要經(jīng)受1500~2000kgf/cm2壓力作用，精密成型可高達(dá)4000kgf/cm2,在如此高的壓力下，分子鏈段間的自由體積要受到壓縮。由于分子鏈間自由體積減小，大分子鏈段的靠近使分子間作用力加強即表現(xiàn)粘度提高。 在加工溫度一定時，聚合物熔體的壓縮性比一般液體的壓縮性要大，對粘度影響也較大。由于聚合物的壓縮率不同，所以粘度對壓力的敏感性也不同；壓縮率大的敏感性大。 聚合物也由于壓力提高會使粘度增加，能起到和降低熔體溫度一樣的等效作用。 （6）分子量對粘度的影響 一般情況下粘度隨分子量增加而增加，由于分子量增加使分子鏈段加度，分子鏈重心移動越慢，鏈段間的相對們移抵消機(jī)會越多，分子鏈的柔性加大纏結(jié)點增多，鏈的解脫和滑移困難。使流動過程助力增大，需要的時間和能量也增加。 由于分子量增加引起聚合物流動降低，使注塑困難，因此常在高分子量的聚合物中加入一些低分子物質(zhì)，如增塑劑等，來降低聚合物的分子量，以達(dá)到減小粘度，改善加工性能。 第三章 制品成型機(jī)理 第一節(jié) 結(jié)晶效應(yīng) 1結(jié)晶概念 聚合物的超分子結(jié)構(gòu)對注塑條件及制品性能的影響非常明顯。聚合物按其超分子結(jié)構(gòu)可分為結(jié)晶型和非結(jié)晶型，結(jié)晶型聚合物的分子鏈呈有規(guī)則的排列，而非結(jié)晶態(tài)聚合物的分子鏈呈不規(guī)則的無定型的排列。不同形態(tài)表現(xiàn)出不同的工藝性質(zhì)誤物理—機(jī)械性質(zhì)。一般結(jié)晶型聚合物具有耐熱性和較高的機(jī)械強度，而非結(jié)晶型則相反。分子結(jié)構(gòu)簡單，對稱性高的聚合物都能生成結(jié)晶，如PE等，分子鏈節(jié)雖然大，但分子間的作用力很強也能生成結(jié)晶，如POM,PA等。分子鏈剛性大的聚合物不易生成結(jié)晶，如PC,PSU,PPO等。 評定聚合物結(jié)晶形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)是晶體形狀，大小及結(jié)晶度。 2 聚合物結(jié)晶度對制品性能的影響 （1）密度. 結(jié)晶度高說明多數(shù)分子鏈已排列成有序而緊密的結(jié)構(gòu)，分子間作用力強，所以密度隨結(jié)晶 度提高而加大，如70%結(jié)晶度的PP，其密度為0.896,當(dāng)結(jié)晶度增至95%時則密度增至o.903。 （2）拉伸強度 結(jié)晶度高，拉伸強度高。如結(jié)晶度70%的聚丙烯其拉伸強度為27.5mpa，當(dāng)結(jié)晶度增至95%時，則拉伸強度可提高到42mpa。 （3）沖擊強度 沖擊強度隨結(jié)晶度提高而減小，如70%結(jié)晶度的聚丙烯，其缺口沖擊強度15.2kgf-cm/cm2,當(dāng)結(jié)晶度95%時，沖擊強度減小到4.86kgf-cm/cm2。 （4）熱性能 結(jié)晶度增加有助于提高軟化溫度和熱變形溫度。如結(jié)晶度為70%的聚丙烯，載荷下的熱變形溫度為125度，而結(jié)晶度95%時側(cè)為151度。剛度是注塑制品脫模條件之一，較高的結(jié)晶度會減少制品在模內(nèi)的冷卻周期。結(jié)晶度會給低溫帶來脆弱性，如結(jié)晶度分別為55%，85%，95%的等規(guī)聚丙烯其脆化溫度分別為0度，10度，20度。 （5）翹曲 結(jié)晶度提高會使體積減小，收縮加大，結(jié)晶型材料比非結(jié)晶型材料更易翹曲，這是因為制品在模內(nèi)冷卻時，由于溫度上的差異引起結(jié)晶度的差異，使密度不均，收縮不等，導(dǎo)致產(chǎn)生較高的內(nèi)應(yīng)力而引起翹曲，并使耐應(yīng)力龜裂能力降低。 （6）光澤度 結(jié)晶度提高會增加制品的致密性。使制品表面光澤度提高，但由于球晶的存在會引起光波的散射，而使透明度降低。 3影響結(jié)晶度的因素 （1）溫度及冷卻速度 結(jié)晶有一個熱歷程，必然與溫度有關(guān)，當(dāng)聚合物熔體溫度高于熔融溫度時大分子鏈的熱運動顯著增加，到大于分子的內(nèi)聚力時，分子就難以形成有序排列而不易結(jié)晶；當(dāng)溫度過低時，分子鏈段動能很低，甚至處于凍結(jié)狀態(tài)，也不易結(jié)晶。所以結(jié)晶的溫度范圍是在玻璃化溫度和熔融溫度之間。在高溫區(qū)（接近熔融溫度），晶核不穩(wěn)定，單位時間成核數(shù)量少，而在低溫區(qū)（接近玻璃化溫度）自由能低，結(jié)晶時間長，結(jié)晶速度慢，不能為成核創(chuàng)造條件。這樣在熔融溫度和玻璃化溫度之間存在一個最高的結(jié)晶速度和相應(yīng)的結(jié)晶溫度。 溫度是聚合物結(jié)晶過程最敏感性因素，溫度相差1度，則結(jié)晶速度可能相差很多倍。聚合物從熔點溫度以上降到玻璃化溫度以下，這一過程的速度稱冷卻速度，它是決定晶核存在或生長的條件。注塑時，冷卻速度決定于熔體溫度和模具溫度之差，稱過冷度。根據(jù)過冷度可分以下三區(qū)。 a等溫冷卻區(qū)，當(dāng)模具溫度接近于最大結(jié)晶速度溫度時，這時過冷度小，冷卻速度慢，結(jié)晶幾乎在靜態(tài)等溫條件下進(jìn)行，這時分子鏈自由能大，晶核不易生成，結(jié)晶緩慢，冷卻周期加長，形成較大的球晶。 b快速冷卻區(qū)，當(dāng)模具溫度低于結(jié)晶溫度時過冷度增大，冷卻速度很快結(jié)晶在非等溫條件下進(jìn)行，大分子鏈段來不及折疊形成晶片，這時高分子松馳過程滯后于溫度變化的速度 ，于是分子鏈在驟冷下形成體積松散的來不及結(jié)晶的無定型區(qū)。例如：當(dāng)模具型腔表面溫度過低時，制品表層就會出現(xiàn)這種情況，而在制品心部由于溫度梯度的關(guān)系，過冷度小，冷卻速度慢就形成了具有微晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶區(qū)。 c中速成冷卻區(qū)，如果把冷卻模溫控制在熔體最大結(jié)晶速度溫度與玻璃化溫度之間，這時接近表層的區(qū)域最早生成結(jié)晶，由于模具溫度較高，有利于制品內(nèi)部晶核生成和球晶長大。結(jié)晶的也比較完整。在這一溫度區(qū)來選擇模溫對成型制品是有利的，因為這時結(jié)晶速率常數(shù)大，模溫較低，制品易脫模，具注塑周期短。例如:PETP。建議模溫控制在（140~190度），PA6, PA66,模溫控制在（70~120度），PP模溫控制在（30~80）這有助于結(jié)晶能力提高在注塑中模溫的選擇應(yīng)能使結(jié)晶度盡可能達(dá)到最接近于平衡位置。過低過高都會使制品結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在后期會發(fā)生結(jié)晶過程在溫度升高時而發(fā)生變化，引起制品結(jié)構(gòu)的變化。 (2)熔體應(yīng)力作用，熔體壓力的提高，剪切作用的加強都會加速結(jié)晶過程。這是由于應(yīng)力作用會使鏈段沿受力方向而取向，形成有序區(qū)，容易誘導(dǎo)出許多晶胚，使用權(quán)晶核數(shù)量增加，生成結(jié)晶時間縮短，加速了結(jié)晶作用。 壓力加大還會影響球晶的尺寸和形狀，低壓下容易生成大而完整的球晶，高壓下容易生成小而不規(guī)則的球晶。球晶大小和形狀除與大小有關(guān)還與力的形式有關(guān)。在均勻剪切作用下易生成均勻的微晶結(jié)構(gòu)，在直接的壓力作用下易生成直徑小而不均勻的球晶。螺桿式注塑機(jī)加工時，由于熔體受到很大的剪切力作用，大球晶被粉碎成微細(xì)的晶核，形成均勻微晶。而塞式注塑機(jī)相反。球晶的生成和發(fā)展與注塑工藝及設(shè)備條件有關(guān)。用溫度和剪切速率都能控制結(jié)晶能力。 在高剪切速率下得到的PP制品冷卻后具有高結(jié)晶度的結(jié)構(gòu)，而且PP受剪切作用生成球晶的時間比無剪切作用在靜態(tài)熔體中生成球晶的時間要減少一半。 對結(jié)晶型聚合物來說，結(jié)晶和取向作用密切相關(guān)，因此結(jié)晶和剪切應(yīng)力也就發(fā)生聯(lián)系；剪切作用將通過取向和結(jié)晶兩方面的途徑來影響熔體的粘度。從而也就影響了熔體在噴嘴，流道，澆口，型腔中的流動。根據(jù)聚合物取向作用可提前結(jié)晶的道貌岸然理，在注塑中提高注射壓力和注射速率而降低熔體粘度的辦法為結(jié)晶創(chuàng)造條件。當(dāng)然，應(yīng)以熔體不發(fā)生破裂為限。 在注塑模具中發(fā)生結(jié)晶過程的重要特點是它的非等溫性。熔體進(jìn)入模具時，接近表面層先生成小球晶，而內(nèi)層生成大的球晶；澆口附近溫度高，受熱時間長結(jié)晶度高，而遠(yuǎn)離澆口處因冷卻快，結(jié)晶度低，所以造成制品性能上的不均勻性。 第二節(jié) 取向效應(yīng) 1取向機(jī)理 聚合物在加工過程中，在力的作用下，流動的大分子鏈段一定會取向，取向的性質(zhì)和程度根據(jù)取向條件有很大的區(qū)別。按熔體中大分子受力的形式誤作用的性質(zhì)可分為剪切應(yīng)力作用下的“流動取向”和受拉伸作用下的“拉伸取向”。 按取向結(jié)構(gòu)單元的取向方向，可分單軸和雙軸或平面取向。按熔體溫場的穩(wěn)定性可分等溫和非等溫流動取向。也可分結(jié)晶和非結(jié)晶取向。 聚合物熔體在模腔中的流動是注塑的主要流動過程，熔體在型腔中取向過程，將直接影響制品的質(zhì)量。 欲理解注塑制品在型腔中成型的機(jī)理需了解無定型聚合物的取向機(jī)理。充模時，無定型聚合物熔體是沿型壁流動，熔體流入型腔首先同模壁接觸霰成來不及取向的凍結(jié)層外殼。而新料沿著不斷增長地凝固層內(nèi)壁向前流動。推動波前峰向前移動。 靠近凝固層的分子鏈，一端被固定凝固層上，而另一端被鄰層的分子鏈沿著流動方向而取向。由于靠近凝固層助力最大，速度最??；而中心外流動助力最小，速度最大，這樣在垂直于流動方向上形成速度梯度；凝固層處的速度梯度最大，中心處的速度梯度最小，因此靠近凝固層的熔體流受剪切作用最強，取向程度最大，而在靠近中心層剪切作用最小，取向也最小，形成小取向?qū)訁^(qū)。 2 取向?qū)χ破沸阅艿挠绊? 由于非結(jié)晶型聚合物的取向是大分子鏈在應(yīng)力作用方向上的取向，所以在取向方向的力學(xué)性質(zhì)明顯增加，而垂直于取向方向的力學(xué)性質(zhì)卻又明顯地降低；在取向方向的拉伸強度，斷裂伸長率，隨取向度增加而提高。 雙軸取向的制品其力學(xué)性質(zhì)具有各異性并與兩個方向拉伸倍數(shù)有關(guān)。雙軸取向改變了單軸取向的力學(xué)性質(zhì)。在通常注塑條件下，注塑制品在流動方向上的拉伸強度大約是垂直方向的確良1~2.9倍，而沖擊強度為1~10倍，說明垂直于流動 方向上的沖擊強度降低很多。 注塑制品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨取向度提高而上升。有的隨取向度高和結(jié)晶度的提高，其聚合物的玻璃化溫度值可升高~25度。 由于在制品中存在有一定的高彈形秋，一定溫度下已取向的分子鏈段要產(chǎn)生松馳作用：非結(jié)晶型聚合物的分子鏈要重新蜷曲，結(jié)晶率與取向度成正比。所以收縮程度是取向程度的反映。線膨脹系數(shù)也將隨取向度而變化；在垂直于流動方向線膨脹系數(shù)比取向方向約大3倍。取向后的大分子被拉長，分子之間的作用力增加，發(fā)生“應(yīng)力硬化”現(xiàn)象，表現(xiàn)了注塑制品模量提高的現(xiàn)象。“凍結(jié)取向”越大，則越容易發(fā)生應(yīng)力松馳，制品收縮也越大。所以制品收縮反映了取向的程度。 3 影響制品取向的因素 在注塑加工中，聚合物熔體的取向過程可分兩個階段進(jìn)行。第一階段是充模階段，這時流動的特點是：熔體壓力低，剪切速率大，模壁處的物料在快速冷卻條件丐進(jìn)行。這一階段聚合物熔體的粘度主要是溫度和剪切速率的函數(shù)。第二階段是保壓階段。其特點是剪切速率低，壓力高，溫度逐漸下降。 聚合物熔體的粘度主要依賴于溫度和注射壓力，但對取向影響主要是熔體加工溫度。對結(jié)晶影響主要是模具溫度。 取向即與剪切或拉伸作用有關(guān)，也與大分子鏈的自由能有關(guān)。根據(jù)這種機(jī)理，控制取向的條件有以下因素。 （1）物料溫度和模具溫度增高都會使取向效自學(xué)成才降低。因為熔體升高時粘度會降低。 如果熔體加工溫度高它和凝固溫度之間的溫度域加寬，松馳時間加長，容易解取向。非結(jié)晶型聚合物的松馳時間是從加工溫度降至玻璃化溫度的時間，而對結(jié)晶型聚合物是加工溫度至熔化溫度的時間，由于熔點溫度高于玻璃化溫度，顯然非結(jié)晶型聚合物松馳時間要長于結(jié)晶型聚合物。因此加工結(jié)晶型聚合物冷卻速度大，松馳過程短。容易產(chǎn)生凍結(jié)取向。而非結(jié)晶型聚合物冷卻速度慢，松馳過程長容易解取向，取向效果將減小。 （2）注射壓力增加可提高熔體的剪切自學(xué)成才力和剪切速率，有助于加速高分子的取向效應(yīng)。因此，注射壓力與保壓壓力的提高都會使結(jié)晶與取向作用加強，制品的密度將隨保壓壓力的升高而訊速增長。 （3）澆口封閉時間會影響取向效應(yīng)。如果熔體流動停止后，大分子的熱運動仍較強烈，會使已取向的單元又發(fā)生松馳，產(chǎn)生解取向的效應(yīng)。采用大的澆口由于冷卻得慢，封閉時間延長，熔體流動時間延長增加了取向效果，尤其在澆口處的取向更為明顯，所以直澆口比點澆口更容易維持取向效應(yīng)。 （4）模具溫度較低時，凍結(jié)取向效應(yīng)提高。而解取向作用減小。 （5）關(guān)于充模速度對制品取向的影響?？焖俪淠鸨砻娌课坏母叨热∠?，但內(nèi)部取向小，因為在一定溫度條件下，快速充模會維持其制品心部在較高的溫度下冷卻，使冷卻時間加長，高分子松馳時間延長使解取向能力加強，所以心部取向程度反而比表層的小。在注射溫度相同條件下，慢速充模會延長流動時間，實際熔體溫度要降低，剪切力要增加。這時熔體的實際溫度與玻璃化溫度或熔點的區(qū)間要比快速充模區(qū)間小，則應(yīng)力松馳時間也短，所以解取向作用?。涣硪环矫媛俪淠Ｈ垠w的溫度比快速充模時來得低些，解取向作用減小，而取向作用會增加。就制品心部的結(jié)構(gòu)形態(tài)而言，快速充模會引起較小的取向，而慢速充模反而會引起大的取向。 綜上所述，影響聚合物結(jié)晶與取向的因素有以下幾個方面： 1 溫度：a熔體溫度。b熔體加工過程的溫度。c模具溫度。d聚合物熔點。e聚合物玻璃化溫度。f熔體最大結(jié)晶速率溫度。 2 時間：a聚合物加熱時間。b充模時間。c保壓時間。d澆口封閉時間。e冷卻時間。 3 壓力：a充模壓力。b保壓壓力。 4 速度：a充模速度。b塑化速度。 第三節(jié) 內(nèi)應(yīng)力 1 內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生 在注塑制品中，各處局部應(yīng)力狀態(tài)是不同的，制品變形程度將決定于應(yīng)力分布。如果制品在冷卻時。存在溫度梯度，則這類應(yīng)力會發(fā)展，所以這類應(yīng)力又稱為“成型應(yīng)力”。 注塑制品的內(nèi)應(yīng)力包兩種：一種是注塑制品成型應(yīng)力，另一種是溫度應(yīng)力。當(dāng)熔體進(jìn)入溫度較低的模具時，靠近模腔壁的熔體訊速地冷卻而固化，于是分子鏈段被“凍結(jié)”。由于凝固的聚合物層，導(dǎo)熱性很差，在制品厚度方向上產(chǎn)生較大的溫度梯度。制品心部凝固相當(dāng)緩慢，以致于當(dāng)澆口封閉時，制品中心的熔體單元還未凝固，這時注塑機(jī)又無法對冷卻收縮進(jìn)行補料。這樣制品內(nèi)部收縮作用與硬皮層作用方向是相反的；心部處于靜態(tài)拉伸而表層則處于靜態(tài)壓縮。 在熔體充模流動時，除了有體積收縮效應(yīng)引起的應(yīng)力外。還有因流道，澆口出口的膨脹效應(yīng)而引起的應(yīng)力；前一種效應(yīng)引起的應(yīng)力與熔體流動方向有關(guān)，后者由于出口膨脹效應(yīng)將引起在垂直于流動方向應(yīng)力作用。 2 影響愉應(yīng)力的工藝因素 （1）向應(yīng)力的影響在速冷條件下，取向會導(dǎo)致聚合物內(nèi)應(yīng)力的形成。由于聚合物熔體的粘度高，內(nèi)應(yīng)力不能很快松馳，影響制品的物理性能和尺寸穩(wěn)定性。 各參數(shù)對取向應(yīng)力的影響 a熔體溫度，熔體溫度高，粘度低，剪切應(yīng)力降低取向度減?。涣硪环矫嬗捎谌垠w溫度高會使應(yīng)力松馳加快，促使解取向能力加強。 可是在不改變注塑機(jī)壓力的情況下，模腔壓力會增大，強剪切作用又導(dǎo)致取向應(yīng)力的提高。 b在噴嘴封閉以前，延長保壓時間，會導(dǎo)致取向應(yīng)力增加。 c提高注射壓力或保壓壓力，會增大取向應(yīng)力， d模具溫度高可保證制品緩慢冷卻，起到解取向作用。 e增加制品厚度使取向應(yīng)力降低，因為厚壁制品冷卻時慢，粘度提高慢，應(yīng)力松馳過程的時間長，所以取向應(yīng)力小。 （2）對溫度應(yīng)力的影響 如上所述由于在充模時熔體和型壁之間溫度梯度很大，先凝固 的外層熔體要助止后凝固的內(nèi)層熔體的收縮，結(jié)果在外層產(chǎn)生壓應(yīng)力（收縮應(yīng)力），內(nèi)層產(chǎn)生拉應(yīng)力（取向應(yīng)力）。 如果充模后又在保壓壓力的作用下持續(xù)較長時間，聚合物熔體又補入模腔中，使模腔壓力提高，此壓力會改變由于溫度不均而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。但在保壓時間短，模腔壓力又較低的情況下，制品內(nèi)部仍會保持原來冷卻時的應(yīng)力狀態(tài)。 如果在制品冷卻初期模腔壓力不足時，制品的外層會因凝固收縮而形成凹陷；如果在制品已形成冷硬層的后期模腔壓力不足時，制品的內(nèi)層會因收縮而分離，或形成空穴；如果在澆口封閉前維持模腔壓力，有利于提高制品密度，消除冷卻溫度應(yīng)力，但是在澆口附近會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。 由此看來熱塑性聚合物在成型時，模內(nèi)壓力越大保壓時間越長，有助于溫度所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力的減小反之會使壓縮應(yīng)力增大。 3內(nèi)應(yīng)力與制品質(zhì)量的關(guān)系 制品中內(nèi)應(yīng)力的存在會嚴(yán)重影響制品的力學(xué)性質(zhì)和使用性能；由于制品內(nèi)應(yīng)力的存在和分布不均，制品在使用過程中會發(fā)生裂紋。在玻璃化溫度以下使用時，常發(fā)生不規(guī)則的變形或翹曲，還會引起制品表面“泛白”，渾濁，光學(xué)性質(zhì)變壞。 設(shè)法降低澆口處溫度，增加緩冷時間，有利于改善制品的應(yīng)力不均，使制品的機(jī)械性能均一。 不管對結(jié)晶型聚合物還是非結(jié)晶型聚合物，拉伸強度都表現(xiàn)出各向異向的特點。對非結(jié)晶型聚合物拉伸強度會因澆口的們置而異；當(dāng)澆口與充模方向一致時，拉伸強度隨熔體溫度提高而降低；當(dāng)澆口與充模方向垂直時，拉伸強度隨熔體溫度的提高而增加。 由于熔體溫度提高導(dǎo)致解取向作用加強，而取向作用減弱使拉伸強度降低。澆口的方位會通過影響料流的方向來影響取向，又由于非結(jié)晶型聚合物比結(jié)晶型聚合物的各向異性表現(xiàn)的強烈，所以在垂直于流動方向上的拉伸強度前者比后者大。低溫注射比高溫注射有更大的力學(xué)各向異性，如注射溫度高時，垂直方向與流動方向的強度比為1.7，注射溫度低時為2 。 由此看來，熔體溫度的提高，不論對結(jié)晶型聚合物還是非結(jié)晶型聚合物都會導(dǎo)致拉伸強度的降低，但機(jī)理卻不一樣；前者是由于通過取向作用降低的影響。 第四章 成型故障及其解決方法 第一節(jié)常見故障的產(chǎn)生及排除方法 一欠注 故障分析及排除方法 1 設(shè)備選型不當(dāng)。在用選設(shè)備時，注塑機(jī)的最大注射量必須大于塑件及水口總重，而注射總重不能超出注塑機(jī)塑化量的85%. 2 供料不足。目前常用的控制加料的辦法是定體積加料法，其輥料量與原料的果粒經(jīng)是否均一，加料口底部有無“架橋”現(xiàn)象。若加料口處溫度過高，也會引起落料不暢。對此，應(yīng)疏通和冷卻加料口。 3料流動性差。原料流動性差時，模具的結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響欠注的主要原因。因此應(yīng)改善模具澆注系統(tǒng)的滯流缺陷，如合理設(shè)置澆道位置，擴(kuò)大澆口，流道和注料口尺寸，以及采用較大的噴嘴等。同時可在原料配方中增加適量助劑改善樹脂的流動性能。此外，還應(yīng)檢查原料中再生料是否超量，適當(dāng)減少其用量。 4潤滑劑超量。如果原料配方中潤滑劑量太多，且射料螺桿止逆環(huán)與料筒磨損間隙較大時，熔料在料筒中回流嚴(yán)重會引起供料不足，導(dǎo)致欠注。對此，應(yīng)減少潤滑劑用量及調(diào)整料筒與射料螺桿及止逆環(huán)間隙，修復(fù)設(shè)備。 5 冷料雜質(zhì)阻塞料道。當(dāng)熔料內(nèi)的雜質(zhì)堵塞噴嘴或冷料阻塞 澆口及流道時，應(yīng)將噴嘴折下清理或擴(kuò)大模具冷料穴和流道截面。 6 澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理。一模多腔時，往往因澆口和澆道平衡設(shè)計不合理導(dǎo)致塑件外觀缺陷。設(shè)計澆注系統(tǒng)時，要注意澆口平衡，各型腔內(nèi)塑件的重量要與澆口大小成正比，使各型腔能同時充滿，澆口位置要選擇在厚壁處，也可采用分流道平衡布置的設(shè)計方案。若澆口或流道小，薄，長，熔料的壓力在流動過程中沿程損失太大，流動受阻，容易產(chǎn)生填充不良。對此應(yīng)擴(kuò)大流道截面和澆口面積，必要時可采用多點進(jìn)料的方法。 7 模具排氣不良。當(dāng)模具內(nèi)因排氣不良而殘留的大量氣體受到流料擠壓，產(chǎn)生大于注射壓力的高壓時，就會阻礙熔料充滿型腔造成欠注。對此，應(yīng)檢查有無設(shè)置冷料穴或其位置是否正確，對于型腔較深的模具，應(yīng)在欠注的部位增設(shè)排氣溝槽或排氣孔；在合模面上，可開設(shè)深度為0.02~0.04mm,寬度為5~10mm的排氣槽，排氣孔應(yīng)設(shè)置在型腔的最終充模處。使用水分及易揮發(fā)物含量超標(biāo)的原料時也會產(chǎn)生大量的氣體，導(dǎo)致模具排氣不良。此時，應(yīng)對原料進(jìn)行干燥及清除易揮發(fā)物。 此外，在模具系統(tǒng)的工藝操作方面，可通過提高模具溫度，降低注射速度，減小澆注系統(tǒng)流動助力，以及減小合模力，加大模具間隙等輔助措施改善排氣不良。 （8）模具溫度太低。熔料進(jìn)入低溫模腔后，會因冷卻太快而無法充滿型腔的各個角落。因此，開機(jī)前必須將模具預(yù)熱至工藝要求的溫度，剛開機(jī)時，應(yīng)適當(dāng)節(jié)制模具內(nèi)冷卻水的通過量。若模具溫度升不上去，應(yīng)檢查模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計是否合理， （9）熔料溫度太低，通常，在適合成型的范圍內(nèi)，料溫與充模長度接近于正比例關(guān)系，低溫熔料的流動性能下降，使得充模長度減短。當(dāng)料溫低于工藝要求的溫度時，應(yīng)檢查料筒加料器是否完好并設(shè)法提高料筒溫度。剛開機(jī)時，料筒溫度總比料筒加熱器儀表指示的溫度要低一些，應(yīng)注意將料筒加熱到儀表溫度后還需怛溫一段時間才能開機(jī)。如果為了防止熔料分解不得不采取低溫注射時，可適當(dāng)延長注射循環(huán)時間，克服欠注。對于螺桿式注塑機(jī)，可適當(dāng)提高料筒前部區(qū)段的溫度。 （10）噴嘴溫度太低，在注射過程中，噴嘴是與模具相接觸的，由于模具溫度一般低于噴嘴溫度，且溫差較大，兩者頻繁接觸后會使噴嘴溫度下降，導(dǎo)致熔料在噴嘴處冷凍。 如果模具結(jié)構(gòu)中沒有冷料穴，則冷料進(jìn)入型腔后立即凝固，使助塞在后面的熱熔料無法充滿型腔。因此，在開模時應(yīng)使噴嘴與模具分離，減少模溫對噴嘴溫度的影響，使噴嘴處的溫度保持在工藝要求的范圍內(nèi)。 如果噴嘴溫度很低且升不上去，應(yīng)檢查噴嘴加熱器是否損壞，并設(shè)法提高噴嘴溫度，否則，流料的壓力損失太大也會引起欠注。 （11）注射壓力或保壓不足。注射壓力與充模長度接近于正比例關(guān)系，注射壓力太小，充模長度短，型腔填充不滿。對此，可通過減慢注射前進(jìn)速度，適當(dāng)延長注射時間等辦法來提高注射壓力。在注射壓力無法進(jìn)一步提高的情況下，可通過提高料溫，降低熔料粘度，提高熔體流動性能來補救。值得注意的是若料溫太高會使熔料熱分解，影響塑件的使用性能。 此外，如果保壓時間太短，也會導(dǎo)致填充不足。因此，應(yīng)將保壓時間控制在適宜的范圍內(nèi)，但需要注意，保壓時間過長也會引起其它故障，成型時應(yīng)根據(jù)塑件的具體情況酌情調(diào)節(jié)。 （12）注射速度太慢。注射速度與充模速度直接相關(guān)。如果注射速度太慢，熔料充模緩慢，而低速流動的熔體很容易冷卻，使其流動性能進(jìn)一步下降產(chǎn)生欠注。 對此，應(yīng)適當(dāng)提高注射速度。但需注意，如果注射速度太快，很容易引起其它成型故障。 （13）塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。當(dāng)塑件厚度與長度不成比例，形體十分復(fù)雜且成型面積很大時，熔料很容易在塑件薄壁部位的入口處流動受阻，使型腔很難充滿。因此，在設(shè)計塑件的形體結(jié)構(gòu)時，應(yīng)注意塑件的厚度與熔料充模時的極限流動長度有關(guān)。 在注射成型中，塑件的厚度采用最多的為1~3mm,大型塑件為3~6mm,一般推薦的最小厚度為；聚乙烯0.5mm,醋酸纖維素和醋酸丁酸纖維素塑料0.7mm, 乙基纖維素塑料0.9mm,聚甲基丙烯酸甲酯0.7mm,聚酰胺0.7mm,聚苯乙烯0.75mm,聚氯乙烯2.3mm。通常，塑件的厚度超過8mm或小于0.5mm都對注塑成型不利，設(shè)計時應(yīng)避免采用這樣的厚度。 此外，在成型形體復(fù)雜的結(jié)構(gòu)塑件時，在工藝上也要采用必要的措施，如合理確定澆口的位置，適當(dāng)調(diào)整流道布局，提高注射速度或采用快速注射。提高模具溫度或選用流動性能較好的樹脂等。 二溢料飛邊 故障分析及排除方法 （1）合模力不足。當(dāng)注射壓力大于合模力使模具分型面密合不良時容易產(chǎn)生溢料飛邊。對此，應(yīng)檢查增壓是否增壓過量，同時應(yīng)檢查塑件投影面積與成型壓力的乘積是否超出了設(shè)備的合模力。成型壓力為模具內(nèi)的平均壓力，常規(guī)情況下以40mpa計算。生產(chǎn)箱形塑件時，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，及ABS的成型 壓力值約為30mpa;生產(chǎn)形狀較深的塑件時，成型壓力值約為36mpa;在生