实验六 热塑性塑料注塑成型实验

一、实验目的

(1) 了解模具机构的动作过程。 (2) 了解螺杆式注塑机的基本原理

(3) 掌握热塑性塑料注塑成型的操作过程

(4) 掌握注塑成型工艺条件对注塑制品结构形态的影响，学会注塑工艺条件的设置方法。

二、实验原理

注塑成型适用于热塑性塑料和部分热固性塑料的成型，是高聚物的一种重要成型方法。注塑成型的设备是注塑机和注射模具。它是使固体树脂在注塑机的料筒内通过外部加热以及螺杆、料筒、树脂之间的剪切和摩擦力作用生热，使树脂塑化成粘流态，螺杆以很高的压力和较快的速度，将塑化好的树脂从料筒中挤出，通过喷嘴注入到闭合的模具中，经过一定的时间保压、冷却固化（热固性塑料为在一定温度下发生交联固化而定型）后，脱模取出制品。其注射成型工艺原理如下：

(1) 合模和开模 合模时动模前移，快速闭合，在与定模将要接触时，依靠合模系统自动切换成低压，提供低的合模速度，低的合模压力，最后切换成高压将模具合紧；开模是在注射完毕后，动模在液压油缸的作用下首先开始低速后撤，而后快速后撤到最大开模位置的动作过程。

(2) 注塑阶段 模具闭合后，注塑机机身前移使喷嘴与模具贴合。油压推动与油缸活塞杆相连接的螺杆前进，将螺杆头部前面已均匀塑化的物料以规定的压力和速度注入模腔，直到熔体充满模腔为止。塑料制品的质量及熔体充填顺利与否取决于注射压力和注射速度、熔体的温度和模具的温度等参数的设置，这些参数的设置要通过试模阶段分析制品外观，不断尝试来决定。

(3) 保压阶段 熔体充模完全后，螺杆施加一定的压力，保持一定的时间，是为了解决模腔内熔体因冷却收缩、造成制品缺料时，能够及时进行补塑，使制品饱满。保压时，螺杆将向前稍作移动。保压过程包括控制保压压力和保压时间，它们均影响制品的质量。保压压力可以等于或低于充模压力，其大小以达到补塑增密为宜。保压时间以压力保持到浇口凝封时为好。若保压时间不足，模腔内的物料会倒流，制品缺料；若时间过长或压力过大，充模量过多，将使制品的浇口附近的内应力增大，制品易开裂。

(4) 冷却阶段 保压时间到达后，模腔内塑料熔体通过冷却系统调节冷却到玻璃化温度或热变形温度以下，使物料制品定型的过程叫冷却。这期间需要控制冷却的温度和时间。模具冷却温度的高低和塑料的结晶性、热性能、玻璃化温度、制品形状复杂与否及制品的使用要求等有关；冷却时间的长短与塑料的结晶性、玻璃化温度、比体积、导热率和模具温度等有关，应以制品在开模顶出时既有足够的刚度而又不至于变形为宜。

(5) 原料预塑化 制品冷却时，螺杆转动并后退，同时螺杆将树脂向前输送、塑化，并且将塑化好的树脂输送到螺杆的前部并计量、贮存，为下一次注射做准备，此为塑料的预塑化。原料的预塑化涉及到螺杆的转速、螺杆各段的温度、螺杆的塑化压力（指塑料随螺杆旋转，塑化后向前堆积在料筒的前部，此时塑料熔体的压力称为塑化压力）、螺杆的背压（注射油缸内液压油回滞阻力称为螺杆的背压）等。

三、实验设备及原料

(1) 主要设备

A. SZ-100/40A塑料注塑成型机。它包括注射装置、锁模装置、液压传动系统和电路控制系

统等几个部分，如图6-1所示。

图6-1 SZ-100/40A塑料注塑成型机

注射装置是使塑料均匀塑化并以足够的压力和速度将一定量的塑料注射到模腔中，注射装置包括：料斗、料筒、螺杆、喷嘴、计量装置、驱动螺杆的液压电动机、螺杆和注射座的移动油缸、电加热圈等组件构成；锁模装置是实现模具的开启与闭合记忆脱出制品的装置，锁模装置包括：固定板、移动板、移动板连接的锁模油缸、拉杆、顶出杆等组件构成；液压传动系统和电路控制系统能保证注塑机按照工艺过程设定的要求和动作程序准确而有效地工作，液压系统由各种液压元件和回路及其附属设备组成，电器控制系统由各种电器仪表组成。

SZ 100/40A塑料成型机的技术参数如下：

螺杆直径 40 mm 理论注射容积 100 cm3 注射量（PS） 89 g 注射速率（PS） 75 g/s 塑化能力（PS） 9.7 g/s 最大注射压力 130 MPa 螺杆转速 0 ~ 200 r/min 锁模力 400 KN

允许模具厚度 150 ~ 250 mm 模板最大开距 500 mm 顶出行程 70 mm 顶针数 1 拉杆内间距 220 × 300 mm 注射行程 80 mm 油泵功率 11 KW 加热功率 4.7 KW 机器重量 2.6 t 机器外型尺寸（长×宽×高） 3970 × 1385 × 1630 mm

B. 注射模具。力学性能试样模具。 (2) 原料

可成型的原料：PE、PP、PS、PA、POM、PC、ABS以及聚合物共混物等。

四、实验步骤

(1) 详细观察、了解注塑机的结构，工作原理，安全操作等。

(2) 了解原材料的成型工艺特点，拟定各项成型工艺条件，并对吸水率较高的原料PA、PE 等进行预热干燥备用。

(3) 安装模具并进行试模。

A. 闭模及低压闭模。由行程开关切换实现慢速→快速→低压慢速→充压闭模过程。 B. 注塑机机座前进后退及高压闭紧。 C. 注射。 D. 保压。

E. 加料预塑。可选择固定加料或前加料或后加料等不同方式。

F. 开模。由行程开关切换实现慢速→快速→慢速→停止的启模过程。 G. 螺杆退回。

(4) 手动。选择开关在“手动”位置，调整注射和保压时间继电器，关上安全门。每按一个钮，就相当完成一个动作，必须一个动作做完才按另一个动作按钮。一般是在试车、试模、校模时选用手动操作。在进行少量实验时，一般采用手动操作，其程序如下：

闭模→注射座前移→注射→保压→预塑→注射座后退→冷却定型→开安全门→开模→顶出→取件→关安全门。

(5) 半自动。将选择开关转至“半自动”位置，关好安全门，则各种动作会按工艺程序自动进行。即依次完成闭模、稳压、注座前进、注射、保压、预塑、注座后退、冷却、启模和顶出。开安全门，取出制品。

(6) 全自动。将选择开关至“全自动”位置，关上安全门，则机器会自行按照工艺程序工作，最后由顶出杆顶出制品。由于光电管的作用，各个动作周而复始，无须打开安全门，要求模具有完全可靠的自动脱模装置。

(7) 不论采用哪一种操作方式，主电动机的启动、停止及电子温度控制通电的按钮主令开关均须手动操作才能进行。

(8) 无论何种操作方式，均设有冷螺杆保护作用。在加热温度没有达到工艺要求的温度之前，即电子温度控制仪所调整的温度，螺杆不能转动，防止机件内冷料启动，造成机筒或螺杆的损坏。但为了空车运行，电动循环时，可将温控仪的温度指示调到零位。

(9) 在行驶操作时，须把限位开关及时间继电器调整到相应的位置上。

五、实验报告要求

(1) 实验报告应该包括注射机工作原理、设备结构、特点。 (2) 实验的工艺条件拟定和实际操作条件记录。 (3) 注塑机操作步骤。

(4) 注射成型操作过程中的安全注意事项。

六、注意事项

(1) 本机由专人管理，未经许可不能擅自开机。操作前必须详细阅读本机使用说明书，或听管理人员讲解，并真正掌握控制屏正确的调节设置方法。

(2) 使用过程中如偶遇异常，应该立即按下“紧停按钮”，停止机器的运行。

(3) 开机前，应预热机筒 15 ~ 60 min，保证机筒内原料塑化后，才可以开动电机，以免损坏螺杆。该时间可以以螺杆的三段加热圈指示灯为参考进行机动掌控，即三个指示灯全部变成绿色则表示预热完毕。

(4) 每次开机前，必须检查控制屏各个参数（压力、速度、时间）是否调整合理和模具是否安装牢固，顶出距、注射座限位及计量装置是否调好。

(5) 安装模具和试车时，均应采用“手动”操作方式，并以点动调试。 (6) 喷嘴堵塞时，应选低速低压，防止熔料高速喷出造成烫伤。 (7) 调模时要注意使合模时肘杆撑直，以保证模具锁紧。

(8) 在制品打制前，应该先排除料筒内的废料，以免影响制品的性能。切勿使金属或硬质杂物落入料斗。

(9) 机器不用时，应稍开模具，避免肘杆处于受力状态。每次用完机器，应该立即清扫机台，确保设备清洁。

(10) 机器长时间不用，应该注意加油，防止锈蚀，定期通电开机，以免电器受潮。

七、思考题

(1) 注射成型时模具的运动速度有何特点？

(2) 试分析注射薄壁、厚壁制品各容易出现哪些缺陷？工艺上如何进行调整？

(3) 试分析 PE、PP、PS、PC、PA、ABS 等，哪些树脂注射时需要干燥？为什么？ (4) 简要说明注塑机的基本组成，各部分的主要作用与要求。 (5) 要缩短注塑机的成型加工周期，可以采用哪些措施？

(6) SZ-100/40A 塑料成型机的各程序的参数条件如何显示？各程序需要设定哪些参数条件？