3.1 注塑成型工艺过程

注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为黏流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可从型腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。其生产工艺过程如图3-1和图3-2所示。

1.成型前的准备

为了使注塑成型生产顺利进行，确保制件质量，成型前应对塑料原料的外观色泽、颗粒情况、有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性、流动性和收缩率等指标。如不满足要求，应及时采取措施解决。对于吸湿性或亲水性强的塑料，如聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯、ABS等，应根据注塑成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，以避免制件表面出现银纹、斑纹和气泡等缺陷。部分塑料成型前允许的含水量见表3-1。

图3-1 注塑成型工艺过程

图3-2 注塑成型工艺过程循环图

表3-1 部分塑料成型前允许的含水量

生产中如需改变塑料品种、更换塑料、调换颜色，或发现成型过程中出现了热分解或降解反应，均应对注塑机的机筒进行清洗或拆换。对于有金属嵌件的塑料制件，由于金属与塑料两者收缩率不同，嵌件周围的塑料容易出现收缩应力和裂纹。为了防止这种现象，成型前可对嵌件预热，以减小成型时与塑料熔体的温差，以避免或抑制嵌件周围的塑料产生收缩应力和裂纹。若塑料分子链柔顺性大，且嵌件较小时，可以不预热。为了使塑料制件易于从型腔内脱出，有的注塑模还需涂上脱模剂。常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。除了硬脂酸锌不能用于聚酰胺之外，上述三种脱模剂对于一般塑料均可使用，其中尤以硅油脱模效果最好，只要对模具施用一次，即可长效脱模，但价格很高。硬脂酸锌多用于高温模具，而液体石蜡多用于中低温模具。

2.注塑过程

图3-3 注塑成型周期中塑料压力-时间曲线

塑料在机筒内经加热达到流动状态后，进入型腔内的流动可分为充模、压实、倒流和冷却四个阶段。在连续的四个阶段中，熔体温度将不断下降，而压力则按图3-3所示的曲线变化。图中t₀代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻。由图可见，当型腔充满熔体（t=t₁）时，熔体压力迅速上升，达到最大值p₀。从t₁到t₂，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入型腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在型腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（从t₂到t₃），由于型腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使型腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。

若螺杆后退一开始浇口处熔体就已凝结，或注射机喷嘴中装有止回阀，则倒流阶段就不复存在，也就不会出现t₂到t₃段压力迅速下降的情况。塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素，而压实阶段的时间又直接影响着这些因素。从浇口处的塑料完全凝结到顶出制件（从t₃到t₄），为凝结后的制件冷却阶段，这一阶段的冷却情况对制件的脱模、表面质量和挠曲变形有很大影响。

3.制件后处理

由于成型过程中塑料熔体在温度和压力作用下的变形流动行为非常复杂，再加上流动前塑化不均以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能、光学性能及表观质量变坏，严重时还会开裂。为了解决这些问题，对制件进行适当的后处理。常用的后处理方法有退火和调湿两种。

退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力。对于结晶型塑料制件，利用退火能对它们的结晶度大小进行调整，或加速二次结晶和后结晶的过程。此外，退火还可以对制件解除取向，并降低制件硬度和提高韧性。生产中的退火温度一般都在制件的使用温度以上10～20℃至热变形温度以下10～20℃之间进行选择和控制。保温时间与塑料品种和制件厚度有关，如无数据资料，也可按1mm厚度约需0.5h的原则估算。退火冷却时，冷却速度不宜过快，否则还有可能重新产生温度应力。

调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强，且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121℃），加热温度为100～121℃，保温时间与制件厚度有关，通常约取2～9h。

表3-2列出了部分热塑性塑料后处理工艺条件。但应指出，并非所有塑料制件都要进行后处理，通常，只用于带有金属嵌件、使用温度变化较大、尺寸精度要求高和壁厚大的制件。

表3-2 部分热塑性塑料的后处理工艺条件