注塑成型中需要考虑的7个重要因素

热力学的形式和计算塑料成型 如上所述，热塑性塑料的成型收缩率主要受以下因素影响：

• 塑料类型： 在热塑性塑料的成型过程中，由于结晶引起的体积变化、强烈的内应力、塑料件中冻结的大残余应力、强烈的分子取向等因素，与热固性塑料相比，其收缩率更大、收缩范围更宽、方向性更明显。此外，热塑性塑料在成型、退火或湿度控制处理后的收缩率通常也大于热固性塑料。
• 塑料零件的特性： 成型时，熔融材料接触型腔表面，外层迅速冷却形成低密度固体壳。由于塑料导热性差，塑料件内层冷却缓慢，形成高密度固体层，收缩幅度较大。因此，壁厚、冷却缓慢、高密度层较厚的塑料件收缩率更高。

此外，嵌件的存在与否、嵌件的布局和数量直接影响材料的流动方向、密度分布和抗收缩性。因此，塑料零件的特性对收缩尺寸和方向性影响较大。

（3）进料口的形状、尺寸和分布等因素直接影响物料流动方向、密度分布、保压和供料效果以及成型时间。直接进料口和横截面较大的进料口（尤其是横截面较厚的进料口）收缩率较小但方向性较强，而较宽较短的进料口方向性较弱。靠近进料口或与物料流动方向平行的进料口收缩率较大。

（4）成型条件：模具温度高，熔融材料冷却缓慢，密度大，收缩率高。特别是对于结晶性材料，由于结晶度高、体积变化大，收缩率更大。模具温度分布还与塑料件的内外冷却和密度均匀性有关，直接影响各零件的收缩率和收缩方向性。

此外，保压和保压时间对收缩率的影响也较大。如果保压压力高且保压时间长，收缩率虽小但具有方向性。注塑压力高时，熔融材料的粘度差异小，层间剪切应力小，脱模后的弹性回弹大，因此可以适当降低收缩率。材料温度高时，收缩率大但方向性小。因此，通过调整成型过程中的模具温度、压力、注射速度和冷却时间等各种因素，也可以适当地改变塑料件的收缩率。

在设计模具时，根据各种塑料的收缩范围、塑料零件的壁厚和形状、进料口的尺寸和分布，根据经验确定塑料零件各部分的收缩率，然后计算型腔尺寸。

为了 高精度塑料零件 当难以控制收缩率时，通常采用以下方法设计模具：

• 塑料零件外径的收缩率应设置较小，内径的收缩率应设置较大，以便在模具测试后留出修正空间。
• 试模用于确定浇注系统的形状、尺寸和成型条件。
• 待后处理的塑料零件的尺寸变化必须在后处理后确定（脱模后 24 小时进行测量）。
• 根据实际收缩率修正模具。
• 再次尝试使用该模具，并适当改变工艺条件，以稍微修正收缩值，从而满足塑料零件的要求。

（1）热塑性塑料的流动性通常可以通过一系列指标进行分析，例如分子量、熔融指数、阿基米德螺旋流动长度、表观粘度和流动比（流动长度/塑料部件壁厚）。

分子量小、分子量分布宽、分子结构规整性差、熔融指数高、螺旋流动长度长、表观黏度小、流动比大等特征塑料具有良好的流动性。即使产品名称相同，不同塑料的流动性也应查阅其说明书，以确定其流动性是否适合注塑成型。

根据 模具设计要求常用塑料的流动性大致可分为三类：

• 良好的流动性： PA、PE、PS、PP、CA、聚（4）甲基戊烯；
• 介质流动性： 聚苯乙烯系列树脂（如ABS、AS）、PMMA、POM、聚苯醚；
• 流动性差： PC、硬质PVC、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。

（2）各种塑料的流动性也会因各种成型因素而发生变化。主要影响因素如下：

① 温度材料的流动性随温度升高而增加，但不同塑料的流动性也存在差异。PS（尤其是抗冲击和高熔体流动速率的PS）、PP、PA、PMMA、改性聚苯乙烯（如ABS、AS）、PC、CA等塑料的流动性随温度变化较大。而PE和POM的流动性受温度影响较小。因此，PE和POM在成型过程中需要通过调节温度来控制流动性。

② 随着注塑压力的增加，熔融材料受到的剪切力增大，流动性也随之提高。特别是PE和POM等材料对流动性更为敏感，因此需要调节注塑压力以控制成型过程中的流动性。

③ 模具结构、浇注系统、冷却系统设计、熔融材料流动阻力（如表面光洁度、进料通道截面厚度、型腔形状、排气系统等）等因素直接影响型腔内熔融材料的实际流动性。如果熔融材料温度降低，流动阻力增大，则流动性也会降低。因此，在设计模具时，应根据所用塑料的流动性选择合理的结构。

在成型过程中，还可以控制材料温度、模具温度、注射压力和注射速度等因素，以适当调整填充情况，满足成型需求。

根据热塑性塑料在冷凝时不会结晶这一事实，它们可以分为两类：结晶塑料和非晶态（也称为无定形）塑料。

所谓结晶现象，是指塑料从熔融状态变为凝聚状态时，分子原本独立运动且完全无序，而当分子停止自由运动并稳定在略微固定的位置，并有趋向于排列成规则模型的现象。

区分这两种塑料的外观标准取决于厚壁塑料部件的透明度。通常，结晶材料是不透明或半透明的（例如POM等），而非晶态材料是透明的（例如PMMA等）。但是，也有例外。例如，聚(4)甲基戊烯是一种结晶塑料，但具有很高的透明度，而ABS是一种非晶态材料，但不透明。

在设计模具和选择注塑机时，应注意结晶塑料的以下要求和注意事项：

• 将材料温度升高到成型温度需要大量的热量，因此需要使用塑化能力强的设备。
• 冷却和恢复过程中会释放大量热量，因此需要进行冷却。
• 熔融状态和固态的比重差异很大，导致成型收缩率大，容易出现收缩和气孔。
• 冷却速度快、结晶度低、收缩率小、透明度高。结晶度与塑料件的壁厚有关。壁厚越大，冷却速度越慢，结晶度越高，收缩率越大，物理性能越好。因此，结晶材料的模具温度必须根据需要进行控制。
• 显著的各向异性和较大的内应力。脱模后未结晶的分子倾向于继续结晶，处于能量不平衡状态，容易发生变形和翘曲。
• 结晶温度范围较窄，容易出现未熔化材料注入模具或进料口堵塞的情况。

（1）热敏性是指某些塑料对热更敏感的倾向。当长时间高温加热、进料口截面过小或剪切力过大时，材料温度升高，容易发生变色、降解和分解。具有这种特性的塑料称为热敏性塑料。

例如硬质聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、醋酸乙烯酯共聚物、聚甲醛（POM）、聚三氟氯乙烯（CP3）等。热敏塑料分解时会产生单体、气体、固体和其他副产物。特别是某些分解气体对人体、设备和模具具有刺激性、腐蚀性或毒性。

因此，应注意以下事项： 模具设计注塑机的选择和成型。应选择螺杆式注塑机。浇注系统的横截面应较大。模具和料筒应镀铬。边角处不应有物料滞留。成型温度必须严格控制，并且应在塑料中添加稳定剂以降低其热敏性。

（2）即使某些塑料（例如聚碳酸酯）含有少量水分，它们在高温高压下也会分解。这种特性称为水解性，必须事先进行加热和干燥处理。

（1）有些塑料对应力很敏感。它们在成型过程中容易产生内应力，质地脆硬，容易开裂。塑料部件在外力或溶剂的作用下会发生开裂。

因此，除了在原材料中添加添加剂以提高抗裂性外，还应注意原材料的干燥，并合理选择成型条件以降低内应力，提高抗裂性。应选择合理的塑料零件形状，并避免安装嵌件等措施，以尽量减少应力集中。

模具设计时，应增大脱模斜度，并选择合理的进料口和顶出机构。成型过程中，应适当调整材料温度、模具温度、注射压力和冷却时间，避免塑料件在过冷过脆的情况下脱模。成型后，应对塑料件进行后处理，以提高抗裂性、消除内应力并防止其与溶剂接触。

（2）当具有一定熔体流速的聚合物熔体在恒温下通过喷嘴孔时，熔体表面会出现明显的横向裂纹，称为熔体破裂，这将损害塑料件的外观和物理性能。因此，在选择高熔体流速聚合物时，应增大喷嘴、流道和进料口的横截面积，降低注射速度，并提高材料温度。

（1）各种塑料具有不同的热性能，例如比热容、导热系数和热变形温度。塑化比热容高的材料需要大量的热量，因此应选择塑化能力强的注塑机。热变形温度高的塑料冷却时间短，可以提前脱模，但脱模后必须防止冷却变形。

导热系数低的塑料冷却速度较慢（例如离子聚合物等，其冷却速度极慢），因此必须将其完全冷却，并且必须增强模具的冷却效果。 热流道模具 适用于比热容低、导热系数高的塑料。比热容高、导热系数低、热变形温度低、冷却速度慢的塑料不利于高速成型。必须选择合适的注塑机，并加强模具冷却。

（2）各种塑料根据其类型特性和塑料件形状的不同，需要合适的冷却速率。因此，模具必须根据成型要求配备加热和冷却系统，以维持一定的模具温度。当材料温度升高导致模具温度升高时，应进行冷却，以防止塑料件脱模后变形，缩短成型周期，并降低结晶度。

当塑料的废热不足以使模具保持在一定的温度时，应在模具上安装加热系统，使模具保持在一定的温度，以控制冷却速度，保证流动性，改善填充条件，或者控制塑料零件缓慢冷却，防止厚壁塑料零件内外冷却不均匀，提高结晶度等。

对于流动性好、成型面积大且材料温度不均匀的塑料，可能需要根据塑料件的成型条件交替使用加热或冷却，或者同时使用局部加热和冷却。为此，模具应配备相应的冷却或加热系统。

由于塑料中含有多种添加剂，它们对水分的亲和力各不相同。因此，塑料大致可以分为两类：吸湿型、亲水性型和不吸水且不易亲水性型。材料中的水分含量必须控制在允许的范围内。否则，在高温高压下，水分会转化为气体或发生水解反应，导致树脂起泡、流动性降低，并影响外观和力学性能。

因此，吸湿性塑料必须按照要求使用适当的加热方法和规格进行预热，以防止在使用过程中重新吸收水分。