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| PP注射成型中的壓力與熔體流動過程 |
| 發(fā)布人：zengrenji 時間：2015-4-1 |
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PP注射成型中的壓力與熔體流動過程
聚丙烯（PP）是常見塑料中較輕的一種，其電性能優(yōu)異，可作為耐濕熱高頻絕緣材料應用。PP屬結(jié)晶性聚合物，熔體冷凝時因比容積變化大、分子取向程度高而呈現(xiàn)較大收縮率(1.0％-1.5％)。PP在熔融狀態(tài)下，用升溫來降低其粘度的作用不大。因此在成型加工過程中，應以提高注塑壓力和剪切速率為主，以提高制品的成型質(zhì)量。
1 PP成型各階段所需壓力及熔體流動過程
PP成型主要包括充模階段、增密階段、保壓階段和冷卻階段，每個階段所需壓力各有不同，熔體流動情況也有所不同。
1.1 充模階段
PP在注塑機機筒內(nèi)經(jīng)預塑受熱熔融。注塑開始，螺桿頭部產(chǎn)生注塑壓力到熔體充滿模腔這一階段是在動壓作用下的高壓高速充模過程。此時高溫熔體在模腔內(nèi)的流動情況很大程度上決定著制品表面質(zhì)量和物理性能，而熔體流動情況是受注塑壓力和熔體自身影響的。當注塑壓力過低時，熔體進入模腔緩慢，緊貼在模腔內(nèi)壁表面的那一層熔體會因溫度急速下降而使粘度增高凝固，并很快向中心波及，使熔體的流動通道在很短時間內(nèi)變得十分狹窄，大大削弱了進入模腔的熔體流量，結(jié)果使制品表面出現(xiàn)波紋、缺料、氣泡。當注塑壓力過高時，熔體充模過快，在澆口附近以湍流形式進入模腔，且發(fā)生自由噴射，模腔內(nèi)氣體來不及排出，于是制品表面呈現(xiàn)云霧斑等缺陷，制品脫模殘余應力大，易產(chǎn)生飛邊使脫模困難。雖然高的注塑壓力在注塑過程中能提高注射速率而獲得大的剪切作用。從而降低熔體粘度，但從物理意義上說，過高的壓力會使熔體粘度增大，這是因為隨著壓力的增大，分子鏈之間的距離被壓縮，分子鏈間的錯動更加困難，熔體流動困難，粘度也就增大了。因此，在充模階段應注意把握高速注塑，即高剪切速率的作用，而不應一味地提高注塑壓力。對一些高檔的壁厚變化大、有較厚突緣和筋的制品，應采用多級注塑來控制剪切速率。在實際生產(chǎn)中，一般先調(diào)成低速低壓，使熔體平穩(wěn)進入模具；再用兩級不同的高速高壓使熔體接近充滿模腔，并防止發(fā)生渦流；最后用一級低速中壓，避免溢邊產(chǎn)生，以便順利完成充模過程。
1.2 增密階段
充模結(jié)束后，PP熔體的快速流動停止，模腔壓力開始增加，與此同時注塑壓力也迅速增加。當注塑壓力達到最大值時，模腔壓力并沒有達到最大值，模腔壓力的極值要滯后于最大注塑壓力一段時間，此間熔體的流動過程為增密過程。在這段很短的時間內(nèi)，熔體要充滿模腔的各部分縫隙，本身要受到壓縮，熔體流速很小，溫度變化也不明顯，這時注塑壓力也被熔體傳遞到模腔表面，產(chǎn)生模腔壓力(傳遞的難易程度取決于熔體的流動性)�？梢哉f注塑壓力的最大值在注塑增密過程中決定了模腔壓力所能達到的最大值。隨著注塑壓力迅速提高，模腔壓力也達到最大值，模腔內(nèi)產(chǎn)生很大的動能沖擊，使注塑機合模機構及模具系統(tǒng)發(fā)生變形，并微脹開模具。在正常變形條件下，模具微動脹開有放氣作用，因此要以偏高的壓力注塑，這樣既能壓緊熔體，又能使從不同方向先后充滿模腔的粘流態(tài)熔體熔成一個整體。但注塑壓力也不能過大，否則會造成制品粘模，出模后制品有溢邊、尺寸脹大，影響成型質(zhì)量。
1.3 保壓階段
保壓階段PP熔體在模腔內(nèi)的壓力和比容積不斷變化(PP的比容積變化為16％)，并一直維持到澆口封閉為止。影響保壓過程的主要因素是壓力。保壓壓力能使模腔內(nèi)熔體在完全凝固前始終獲得充分的壓力和補料，從而出現(xiàn)熔體的流動，特點是流速慢，原因是熔體因降溫而收縮。因為PP熔體從注塑溫度降低到模具溫度時，熔體中大分子會松弛、結(jié)晶，體積收縮較大，所以必須以足夠大的保壓壓力來克服澆口阻力以進行補料。保壓壓力的增大還會令制品的密度增加，出模后的制品表面自由變化程度減小，獲得接近模面的表面租糙度，減少成型收縮，增進熔體各部分之間的熔合，提高制品的力學性能。一般保壓壓力可取最高注塑壓力值的60-70％，為改善制品成型質(zhì)量，也可采用分段保壓進行壓力控制。
保壓時間是保壓過程中的另一重要工藝參數(shù)。在保壓初期，制品件重隨保壓時間而增加，達到一定時間不再增加。延長保壓時間有助于減少制品的收縮率，但過長的保壓時間會使制品的徑向收縮率與軸向收縮率程度不同，令制品各個方向上的內(nèi)應力差異增大，造成制品翹曲、粘模。在保壓壓力及熔體溫度一定時，保壓時間的選擇應取決于澆口凝固時間。
1.4 冷卻階段
保壓結(jié)束后，保壓壓力解除，流道內(nèi)的壓力隨之急劇下降，大大低于模腔內(nèi)的壓力。這時澆口雖然封閉，但尚未完全凝固，在模腔壓力的反作用下，模腔內(nèi)熔體將向澆注系統(tǒng)回流，模腔內(nèi)壓力迅速下降，直至模腔與流道之間的通道被逐漸凝固的熔體阻斷(阻斷時模腔內(nèi)的壓力和溫度稱為封口壓力和封口溫度)，回流方停止。這時，模腔中熔體的物料量雖不再發(fā)生變化，但卻產(chǎn)生了兩個相反效應，一個是熔體的冷卻收縮，一個是釋壓膨脹，兩個效應是相互矛盾的。如果收縮占優(yōu)勢，制品很快與模腔表面脫離，在殘余熱量作用下，制品表面出現(xiàn)霧霾、麻點、無光澤等缺陷；如果膨脹占優(yōu)勢，會造成制品粘模、開模拉傷等缺陷。生產(chǎn)實踐證明，當封口溫度一定時，封口壓力越高，制品密度越大，釋壓膨脹越明顯；當封口壓力一定時，封口溫度越高，制品密度越小，冷卻收縮效應越明顯。為了避免這兩種效應的產(chǎn)生，應延長保壓時間，目的在于控制封口壓力，降低封口溫度，以獲得高質(zhì)量的制品。
隨著冷卻時間的延長，制品凝固層加厚，模腔內(nèi)熔體在沒有外界壓力作用下不再流動，只進行熱傳導，直到制品有足夠的剛度從模具中脫出。
2 結(jié)語
(1)充模階段應注意調(diào)整注塑壓力和注射速率，使其配合得當，以控制剪切速率，使熔體在模腔推進過程中每點線速度接近一致。
(2)增密階段是注塑壓力向模腔內(nèi)傳遞并產(chǎn)生模腔壓力的階段，注塑壓力決定模腔壓力的大小，用相對偏高的壓力注塑，熔體才能被壓緊成一整體。
(3)保壓階段要以控制保壓壓力來達到向模腔補料的目的。保壓壓力一般可取最高注塑壓力值的60％-70％。
(4)冷卻階段模腔內(nèi)熔體會發(fā)生倒流，模腔壓力下降，控制封口壓力，降低封口溫度，有利于提高制品成型質(zhì)量
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