注射理论与设备 第二章1

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1、高聚物注射理论与设备（硕士研究生非学位课程）第二章注塑过程原理§1概论§2塑化计量过程§3注射充模过程§4增密与保压过程§5倒流与冷却定型过程§1概论§1.1预塑计量过程◆高聚物在料筒中进行塑化的过程：把固体粒料或粉料经过加热、压实、混合，从玻璃态转化成均化的粘流态。◆均化：聚合物熔体温度均化、粘度均化、密度均化和组份均化。◆重要特征：聚合物的热机性能，影响预塑过程的重要因素是热能输入和转化条件。◆三种输入方式：1）外加热2）内加热（剪切热和摩擦热）3）前两种加热方式的组合◆预塑时的能量平衡条件：Q总热=Q对流+Q传导+

2、Q剪切+Q摩擦§1概论§1.1预塑计量过程◆预塑时影响聚合物熔体塑化质量的因素：1）工艺参数（T机筒、S螺杆、n螺杆、p背压、s计量）2）聚合物热物理性能和流变性能有关的参数3）螺杆、机筒的几何构形及制造质量◆塑化过程追求的主要指标是：1)塑化质量2)计量精度3)塑化能力§1概论§1.1预塑计量过程§1概论§1.2注射充模☆注射充模过程：把计量室中预塑好的熔体注入到模具型腔中。☆两个阶段：注射阶段与保压阶段。§1.3冷却定型及过程☆冷却定型过程：从浇口“冻封”开始至制品脱模为止。☆特点：温度表现是主要的。☆研究注塑过程的

3、目的：1）根据物料和制品调整好注塑工艺参数；2）控制好注塑制品质量。§1概论§2塑化过程一、柱塞式塑化：过程与特点柱塞式塑化装置1-料斗2-料筒3-分流梭4-柱塞油马达或二、螺杆式塑化：1.特点：第一阶段：1)短暂的挤出过程2)螺杆旋转运动＋后退直线运动第二阶段：螺杆静止螺杆式塑化装置§2塑化过程§2塑化过程二、螺杆式塑化：2.物料在螺槽中的变化与挤出机类似：聚合物在料筒中从后部（入料口）到前部（喷嘴处）由于热历程不同，也有三种状态。后部是玻璃态，前部是粘流态，中间是高弹态。与之对应的标准螺杆也分为三段：各段螺槽中物料状

4、态不同。1）固体输送段（加料段）2）压缩段（熔融段）3）均化段（计量段）§2塑化过程螺槽展开模型O1O2—a1a2:固体料区（Ⅰ区）b1b2--C1C2:粘流态区（区）a1a2—b1b2:高弹态过渡区（区）§2塑化过程§2塑化过程3、物料在螺槽中的吸热过程◆影响因素：1）固体料区（o1o2—a1a2）:（1）传热过程：聚合物的导热性、热容量、密度、筒壁与物料之间的温差、料筒温度（起重要作用）。（2）剪切与摩擦过程：螺杆旋转时部分机械能转化为热能（粘度对剪切速率或温度敏感性以及固体料对筒壁的摩擦系数），螺杆转速起重要作

5、用。2）熔体料区（b1b2—c1c2）：温升主要靠剪切功。τ-剪应力，γ•-剪切速率η-表观粘度´D-螺杆直径，h-槽深，n-螺杆转速。§2塑化过程3）熔融区：由于注射螺杆预塑过程的间歇性和复合运动，使压缩段的熔融机理与连续旋转下的挤出机熔融机理有很大区别，主要表现在固体床的物理模型上。§2塑化过程4）注射螺杆的一个螺槽与挤出螺杆的区别：挤出螺杆：工艺条件稳定，固体床的状态稳定；注射螺杆：流场、温度场、密度场、应力场比挤出有更大的不稳定性。§2塑化过程5）注射螺杆塑化时产生较大轴向温差（工作不连续并有轴向移动）：◆实验曲

6、线表明：螺杆预塑时，熔体的轴向温差与螺杆行程、螺杆转速有关。轴向熔体温度与螺杆行程关系图§2塑化过程§2塑化过程4、固体输送过程：1）固体输送段的压力分布假设加料段的螺槽内被固体料充满形成均衡而密实的弹性固体塞，取一段固体塞做分离体，作用在这个固体塞上的外有：◆螺棱推力面的法向反力（P1）◆料筒壁沿切线方向作用的摩擦（P2）◆两螺棱侧面作用的摩擦力（P3）◆在螺棱推力面法向分力引起的摩擦力（P4）◆螺杆底面作用的摩擦力（P5）◆阻止固体塞运动的反压力（P6）Ps＝P3﹢P4﹢P5,Pz＝P2,Pn＝P1,Pp＝P6Pz＝

7、P2§2塑化过程根据平衡条件:Pz+Pn+Ps+Pp=0微分形式：dPz+dPn+dPs+dPp=0固体输送段的轴向压力分布函数：4、固体输送过程：1）固体输送段的压力分布§2塑化过程4、固体输送过程：1）固体输送段的压力分布§2塑化过程4、固体输送过程：2）固体输送段的输送能力（从固体料塞在螺槽的运动分析中得到）*合成速度：*轴向合成速度：*固体输送段的输送能力：*轴向合成速度：ω=φ时，GL1=0，Vs=0；最大输送效率时，螺旋角φ和输送角ω应满足下式：§2塑化过程4、固体输送过程：2）固体输送段的输送能力§2塑化过

8、程4、固体输送过程：2）固体输送段的输送能力5、熔体的输送过程1）速度分布：Navier—Stokes运动方程可简化为：上式进行2次积分并对y采用边界条件后得Vz:§2塑化过程§2塑化过程5、熔体的输送过程§2塑化过程5、熔体的输送过程◆Vzd与Vzp—沿z方向的速度分布：当Vzd/Vzp=a不同时，速度分布不同。2