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| PP注射成型中的压力与熔体流动过程 |
| 发布人：zengrenji 时间：2015-4-1 |
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PP注射成型中的压力与熔体流动过程
聚丙烯（PP）是常见塑料中较轻的一种，其电性能优异，可作为耐湿热高频绝缘材料应用。PP属结晶性聚合物，熔体冷凝时因比容积变化大、分子取向程度高而呈现较大收缩率(1.0％-1.5％)。PP在熔融状态下，用升温来降低其粘度的作用不大。因此在成型加工过程中，应以提高注塑压力和剪切速率为主，以提高制品的成型质量。
1 PP成型各阶段所需压力及熔体流动过程
PP成型主要包括充模阶段、增密阶段、保压阶段和冷却阶段，每个阶段所需压力各有不同，熔体流动情况也有所不同。
1.1 充模阶段
PP在注塑机机筒内经预塑受热熔融。注塑开始，螺杆头部产生注塑压力到熔体充满模腔这一阶段是在动压作用下的高压高速充模过程。此时高温熔体在模腔内的流动情况很大程度上决定着制品表面质量和物理性能，而熔体流动情况是受注塑压力和熔体自身影响的。当注塑压力过低时，熔体进入模腔缓慢，紧贴在模腔内壁表面的那一层熔体会因温度急速下降而使粘度增高凝固，并很快向中心波及，使熔体的流动通道在很短时间内变得十分狭窄，大大削弱了进入模腔的熔体流量，结果使制品表面出现波纹、缺料、气泡。当注塑压力过高时，熔体充模过快，在浇口附近以湍流形式进入模腔，且发生自由喷射，模腔内气体来不及排出，于是制品表面呈现云雾斑等缺陷，制品脱模残余应力大，易产生飞边使脱模困难。虽然高的注塑压力在注塑过程中能提高注射速率而获得大的剪切作用。从而降低熔体粘度，但从物理意义上说，过高的压力会使熔体粘度增大，这是因为随着压力的增大，分子链之间的距离被压缩，分子链间的错动更加困难，熔体流动困难，粘度也就增大了。因此，在充模阶段应注意把握高速注塑，即高剪切速率的作用，而不应一味地提高注塑压力。对一些高档的壁厚变化大、有较厚突缘和筋的制品，应采用多级注塑来控制剪切速率。在实际生产中，一般先调成低速低压，使熔体平稳进入模具；再用两级不同的高速高压使熔体接近充满模腔，并防止发生涡流；最后用一级低速中压，避免溢边产生，以便顺利完成充模过程。
1.2 增密阶段
充模结束后，PP熔体的快速流动停止，模腔压力开始增加，与此同时注塑压力也迅速增加。当注塑压力达到最大值时，模腔压力并没有达到最大值，模腔压力的极值要滞后于最大注塑压力一段时间，此间熔体的流动过程为增密过程。在这段很短的时间内，熔体要充满模腔的各部分缝隙，本身要受到压缩，熔体流速很小，温度变化也不明显，这时注塑压力也被熔体传递到模腔表面，产生模腔压力(传递的难易程度取决于熔体的流动性)。可以说注塑压力的最大值在注塑增密过程中决定了模腔压力所能达到的最大值。随着注塑压力迅速提高，模腔压力也达到最大值，模腔内产生很大的动能冲击，使注塑机合模机构及模具系统发生变形，并微胀开模具。在正常变形条件下，模具微动胀开有放气作用，因此要以偏高的压力注塑，这样既能压紧熔体，又能使从不同方向先后充满模腔的粘流态熔体熔成一个整体。但注塑压力也不能过大，否则会造成制品粘模，出模后制品有溢边、尺寸胀大，影响成型质量。
1.3 保压阶段
保压阶段PP熔体在模腔内的压力和比容积不断变化(PP的比容积变化为16％)，并一直维持到浇口封闭为止。影响保压过程的主要因素是压力。保压压力能使模腔内熔体在完全凝固前始终获得充分的压力和补料，从而出现熔体的流动，特点是流速慢，原因是熔体因降温而收缩。因为PP熔体从注塑温度降低到模具温度时，熔体中大分子会松弛、结晶，体积收缩较大，所以必须以足够大的保压压力来克服浇口阻力以进行补料。保压压力的增大还会令制品的密度增加，出模后的制品表面自由变化程度减小，获得接近模面的表面租糙度，减少成型收缩，增进熔体各部分之间的熔合，提高制品的力学性能。一般保压压力可取最高注塑压力值的60-70％，为改善制品成型质量，也可采用分段保压进行压力控制。
保压时间是保压过程中的另一重要工艺参数。在保压初期，制品件重随保压时间而增加，达到一定时间不再增加。延长保压时间有助于减少制品的收缩率，但过长的保压时间会使制品的径向收缩率与轴向收缩率程度不同，令制品各个方向上的内应力差异增大，造成制品翘曲、粘模。在保压压力及熔体温度一定时，保压时间的选择应取决于浇口凝固时间。
1.4 冷却阶段
保压结束后，保压压力解除，流道内的压力随之急剧下降，大大低于模腔内的压力。这时浇口虽然封闭，但尚未完全凝固，在模腔压力的反作用下，模腔内熔体将向浇注系统回流，模腔内压力迅速下降，直至模腔与流道之间的通道被逐渐凝固的熔体阻断(阻断时模腔内的压力和温度称为封口压力和封口温度)，回流方停止。这时，模腔中熔体的物料量虽不再发生变化，但却产生了两个相反效应，一个是熔体的冷却收缩，一个是释压膨胀，两个效应是相互矛盾的。如果收缩占优势，制品很快与模腔表面脱离，在残余热量作用下，制品表面出现雾霾、麻点、无光泽等缺陷；如果膨胀占优势，会造成制品粘模、开模拉伤等缺陷。生产实践证明，当封口温度一定时，封口压力越高，制品密度越大，释压膨胀越明显；当封口压力一定时，封口温度越高，制品密度越小，冷却收缩效应越明显。为了避免这两种效应的产生，应延长保压时间，目的在于控制封口压力，降低封口温度，以获得高质量的制品。
随着冷却时间的延长，制品凝固层加厚，模腔内熔体在没有外界压力作用下不再流动，只进行热传导，直到制品有足够的刚度从模具中脱出。
2 结语
(1)充模阶段应注意调整注塑压力和注射速率，使其配合得当，以控制剪切速率，使熔体在模腔推进过程中每点线速度接近一致。
(2)增密阶段是注塑压力向模腔内传递并产生模腔压力的阶段，注塑压力决定模腔压力的大小，用相对偏高的压力注塑，熔体才能被压紧成一整体。
(3)保压阶段要以控制保压压力来达到向模腔补料的目的。保压压力一般可取最高注塑压力值的60％-70％。
(4)冷却阶段模腔内熔体会发生倒流，模腔压力下降，控制封口压力，降低封口温度，有利于提高制品成型质量
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