注塑工艺原理及流程

注塑工艺是一种将塑料颗粒通过加热、加压使其熔融后，注入模具中成型的加工方法，广泛应用于塑料制品的生产。以下是注塑工艺的流程及原理：

 一、注塑工艺流程

 （一）原料准备

  ·干燥处理 ：许多塑料（如工程塑料）在注塑前需要进行干燥。这是因为塑料中如果含有过多的水分，在注塑过程中水分会汽化，导致制品表面出现银纹、气泡等缺陷。例如，尼龙（PA）类塑料吸水性较强，通常需要在 80 - 100℃的温度下干燥 4 - 8 小时。

  ·原料混合 ：有时为了改善塑料的性能，如增加颜色、提高强度等，需要在原料中添加颜料、添加剂等。这些添加剂与塑料颗粒按照一定的比例混合均匀，一般使用高速搅拌机进行混合，确保添加剂能够均匀分布在塑料中。

 （二）合模

  ·模具闭合 ：注塑机的动模板和定模板在合模装置的作用下紧密闭合。合模力要足够大，以防止在注塑过程中模具被塑料熔体的压力打开。合模精度也很重要，它关系到制品的尺寸精度和外观质量。例如，在生产高精度的电子元件外壳时，合模精度要求更高，否则会导致制品尺寸超差。

 （三）注射

  ·塑化阶段 ：塑料颗粒从料斗进入注塑机的料筒，在料筒中被加热。加热方式主要有电加热和热传导等方式。随着温度的升高，塑料颗粒逐渐熔融，同时，螺杆的旋转搅拌也使塑料更加均匀地受热和混合。这个过程就像把冰块放在锅里加热并不断搅拌，使其变成均匀的水一样。

  ·注射阶段 ：当塑料完全熔融后，螺杆在液压或机械力的作用下将熔融塑料快速注入模具型腔。注射速度和压力是关键参数。注射速度过快可能会导致制品内部产生气泡或飞边；速度过慢则可能导致塑料在注入型腔前就冷却固化，无法充满型腔。注射压力要根据塑料的种类、模具的结构等因素进行调整，一般在几十兆帕到几百兆帕之间。

 （四）保压

  ·补充塑料 ：在注射完成后，为了补偿塑料在冷却过程中体积的收缩，需要继续向型腔内施加一定的压力，这个过程就是保压。保压压力一般比注射压力稍低，保压时间根据制品的厚度、塑料的收缩率等因素而定。例如，对于较厚的制品，保压时间可能需要相对较长，以确保制品内部致密，减少缩痕。

 （五）冷却

  ·自然冷却和强制冷却 ：模具型腔中的塑料熔体在保压结束后开始冷却固化。冷却方式有自然冷却和强制冷却。自然冷却主要依靠模具与周围环境的热交换，这种方式冷却速度较慢。强制冷却通常是在模具中设置冷却水道，通过循环冷却水带走热量，加快冷却速度。冷却速度的快慢会影响制品的结晶度和尺寸精度。例如，对于结晶性塑料（如聚乙烯、聚丙烯），冷却速度不同会导致结晶度不同，进而影响制品的性能。

 （六）开模与顶出

  ·开模 ：当塑料制品冷却到一定的硬度后，注塑机的开模装置将动模板和定模板分开。开模速度和顺序要合理，避免制品在开模过程中受到拉伸或变形。

  ·顶出 ：开模后，通过顶出装置（如顶杆、顶板等）将制品从模具型腔中顶出。顶出力要均匀，否则可能会导致制品表面划伤或变形。顶出后，制品通常会带有一些毛边，需要进行修整。

 二、注塑工艺原理

 （一）塑料的熔融原理

  ·热作用 ：注塑机料筒中的加热装置（如加热圈）将热量传递给塑料颗粒，使塑料颗粒的温度升高。随着温度的升高，塑料分子的热运动加剧，分子间的距离增大，分子间的作用力减弱。当温度达到塑料的熔点或玻璃化转变温度以上时，塑料颗粒开始熔融，从固态转变为粘流态。

  ··剪切作用 ：螺杆的旋转对塑料产生剪切力。剪切力会使塑料分子链产生相对位移，进一步破坏分子间的作用力，加速塑料的熔融过程。同时，剪切作用还会使塑料产生热量，这也是塑料熔融的一个辅助热源。

 （二）塑料的流动原理

  ·压力驱动 ：在注射阶段，螺杆向塑料熔体施加压力，这个压力使塑料熔体在模具型腔中流动。压力的大小和分布会影响塑料熔体的流动速度和流动方向。当压力足够大时，塑料熔体能够克服流动过程中的阻力（如模具型腔的摩擦力、塑料熔体自身的粘性阻力等），充满型腔。

  ·温度影响 ：温度对塑料熔体的流动性也有很大的影响。温度升高，塑料熔体的粘度降低，流动性增强。在注塑过程中，需要合理控制料筒各段的温度和模具温度，以确保塑料熔体在注射过程中具有良好的流动性，能够顺利填充模具型腔。

 （三）塑料的冷却与固化原理

  ·热传递 ：当塑料熔体注入模具型腔后，热量会通过模具壁传递到周围环境中。这种热传递主要是通过对流和传导方式进行的。在冷却过程中，塑料熔体的温度逐渐降低，分子热运动减缓。

  ·相变与结晶 ：对于结晶性塑料，在冷却过程中会发生结晶现象。塑料分子从无序的粘流态逐渐排列成有序的晶体结构。结晶过程会释放热量，同时使塑料的体积收缩。对于非结晶性塑料（如聚碳酸酯），在冷却过程中主要是分子链段的运动逐渐受到限制，最终固化成型。